DE3835667A1 - Lufteinlaufsteuerung fuer hochleistungsflugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lufteinlaufsteuerung für Gasturbinenstrahl­ triebwerke für Hochleistungsflugzeuge, die für eine vom jeweiligen Flug­ zustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge eine an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenk­ bar angeordneten Luftfanglippe aufweist.

Ein auf ein bestimmtes Gasturbinenstrahltriebwerk abgestimmter Luftein­ lauf dient zur genauen Zumessung der jeweils erforderlichen Luftdurch­ satzmenge bei allen Flugzuständen, wobei sich ein unzureichender Luft­ durchsatz sehr kritisch auf die Leistung und Sicherheit des Triebwerks auswirkt.

Vereinfacht gesehen ist dem Triebwerk der vorgenannten Gattung während der Startphase eine große Luftmenge zuzuführen, da bedingt durch die niedrige Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges ein zu niedriger Druck im Lufteinlauf herrscht um die erforderliche Triebwerksleistung zu errei­ chen. Ein ähnlicher Effekt tritt auf, wenn vom Flugzeug ein zu hoher An­ stellwinkel geflogen wird und z.B. durch eine Abschattung des Luftein­ laufs von diesem nur eine geringe Luftmasse pro Sekunde aufgenommen wer­ den kann.

Gegenteilig hierzu wirkt sich eine hohe Fluggeschwindigkeit bzw. eine Überschallgeschwindigkeit in einem zu hohen Druck im Lufteinlauf aus, der in diesem sehr instabile Strömungsverhältnisse produziert.

In den ersten zwei Fällen ist somit der Querschnitt des Lufteinlaufs zur Aufnahme einer ausreichenden Luftmasse zu vergrößern und im letzten Fall zu verkleinern um das sog. Triebwerkspumpen bzw. Einlaufbrummen zu ver­ hindern.

Eine derartige Einrichtung zur Variierung des Lufteinlaufquerschnitts mittels einer an der unteren Vorderkante des Lufteinlaufs angeordneten geregelten Luftfanglippe ist aus der DE-PS 28 33 771 bekannt. Diese Re­ gelung der schwenkbaren Luftfanglippe erfolgt in sehr aufwendiger Weise nach variablen und unterschiedlichen Parametern, die nach entsprechenden komplizierten Steuerungs- und Regelkennfeldern nur von komplexen Gerä­ ten, wie ein Steuersignalrechner, ein Referenzrechner und von einem Ein- und Ausgangs-Funktionsrechner über eine zusätzliche umfangreiche Elektronik verarbeitet werden können. Dieser Aufwand ist sehr kostspie­ lig und weist darüberhinaus eine hohe Störanfälligkeit auf.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die eingangs ge­ nannte Steuerung derartig zu verbessern, daß auf einfache Weise und mit wenigen preiswerten und bereits an Bord vorhandenen Mitteln die Luft­ fanglippe sicher steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildende Merkmale sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin begründet, daß die teueren und störanfälligen Spezialgeräte entfallen können, die außerdem im Hochleistungsflugzeug einen hohen Platz- und Gewichtsbedarf erfordern würden. Demgemäß wird bei dieser Erfindung als Funktionsgeber auf flug­ wichtige Elemente bzw. hochqualitative und bewährte Geräte zurückgegrif­ fen, die weitgehendst ohnehin bereits im Hochleistungsflugzeug vorhanden sind und wie z.B. der Flugregler und die Signalgeber, dem automatischen Flugsteuerungssystem und dem Navigationssystem angehören. Anstatt eines aufwendigen Regelsystems mit einer komplexen Signalrückkopplung, stellt der Einsatz einer digitalen Logik (ja-nein-Signal) zur Steuerung der Luftfanglippe in eine offene oder geschlossene Position eine erhebliche Vereinfachung dar, obwohl bei Bedarf eine einfache verfeinerte Steuerung für Zwischenstellungen der Luftfanglippe möglich ist. Mit der Kombina­ tion verschiedener, zumeist ohnehin für die Flugsteuerung generierten Signale für die Ansteuerung der Luftfanglippe, ist zusätzlich eine hohe Redundanzmöglichkeit für den einwandfreien Triebwerksbetrieb gegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels be­ schrieben und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hochleistungsflugzeuges mit einer am Lufteinlauf angeordneten Luftfanglippe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Lufteinlaufs in Seitenansicht mit der Luftfanglippe in der oberen, mittleren und unteren Posi­ tion.

Aus der Fig. 1 ist ein Hochleistungsflugzeug 16 ersichtlich, dessen Lufteinlauf 7 mit einer schwenkbaren Luftfanglippe 1 versehen ist, wobei diese in der mittleren, d.h. in einer den Einlaufboden 8 des Luftein­ laufs 7 gradlinig fortsetzenden Position dargestellt ist und als eintei­ lige oder zweiteilige Luftfanglippe 1 für beide Lufteinläufe ausgeführt werden kann. Mit 3 sind die an der Flügelvorderkante 2 angeordneten Vor­ flügeln (Slats) bezeichnet, deren nicht dargestellter Antrieb mit einem Signalgeber 4 korrespondiert. Bei 17 wird ein Triebwerksregler und bei 5 ein Flugregler angedeutet, dem ein Beschleunigungsmesser 12 und ein Fluglagenmesser 13 mit jeweils nicht dargestellten Signalgebern zugeord­ net sind. Die Fahrwerke 10, die Steuerflächen 11 und die nicht darge­ stellten Auftriebsklappen weisen ebenfalls jeweils einen Signalgeber 4 auf.

Die Fig. 2 zeigt den Lufteinlauf 7 in schematischer Seitenansicht mit der um die Querachse 15 schwenkbaren Luftfanglippe 1, die gestrichelt in der oberen (O) und unteren (U) und durchgezogen in der mittleren Posi­ tion (M) dargestellt ist. Aus der Fig. 2 geht die für die Steuerung er­ findungsgemäße Arbeitsweise hervor, die nachfolgend erläutert wird.

Einem bekannten Schwenkantrieb 6 für die Luftfanglippe 1 ist ein bekann­ ter Signalempfänger 14 zugeordnet, der entsprechend dem Signaleingang von den Signalgebern 4 der Funktionsgeber bzw. vom Flugregler 5 oder vom Triebwerksregler 17 den Schwenkantrieb 6 zur Verschwenkung der Luftfang­ lippe 1 in die entsprechende vorgesehene Position aktiviert, wobei zu­ nächst davon ausgegangen wird, daß sich die Luftfanglippe 1 in der mitt­ leren Position (M) befindet.

Im Lufteinlauf 7 ist hierzu - für die einfachste Arbeitsweise der Steue­ rung - an der Luftfanglippe 1 oder in deren Nähe wenigstens ein Strö­ mungsdrucksensor 9 angeordnet, dessen Signale über dessen Signalgeber 4 oder von dessen Signalausgang direkt zur Steuerung der Luftfanglippe 1 einsetzbar sind, d.h. direkt dem Signalempfänger 14 zuführbar sind. Da­ bei wird die Luftfanglippe 1 bei einem vorbestimmten niedrigen Druck im Lufteinlauf 7, in die untere Position (U) und bei einem vorbestimmten höheren bzw. hohen Druck in der mittleren Stellung (M) belassen bzw. in die obere Stellung (O) geschwenkt. Dies gewährleistet stets eine optima­ le Luftzufuhr zum Triebwerk mit einfachsten Mitteln bei allen Flugzu­ ständen. Es ist auch denkbar, daß die Luftfanglippe 1 vom oder über den Triebwerksregler 17 gesteuert wird, indem die Steuerung mittels eines Ausgangssignals vom Triebwerksregler 17 erfolgt, das auf die Triebwerks­ leistung oder nur auf den Einlaufdruck bezogen ist, wobei z.B. ein Soll-Ist-Vergleich als Kriterium herangezogen werden kann.

Die Vorflügeln 3 bzw. die Fahrwerke 10 oder deren nicht dargestellten Antriebe als Funktionsgeber weisen z.B. normalerweise ebenfalls den an­ gesprochenen Signalgeber 4 auf, dessen einfaches digitales Signal (ja-nein-Signal) den Signalempfänger 14 veranlaßt, die Luftfanglippe 1 über deren Schwenkantrieb 6 entweder in die obere (O), oder untere (U) Position zu schwenken. Dies ist gleichfalls eine einfache Arbeitsweise der Luftfanglippensteuerung, die evtl. von einem einfachen Endschalter­ signal des Antriebs oder des Signalgebers 4 und der Luftfanglippe initi­ iert und beendet werden kann. In diesem Beispiel gibt der Signalgeber der Vorflügeln 3 dem Signalempfänger 14 an, daß diese aus Auftriebsgrün­ den ausgefahren sind und daß die Luftfanglippe 1 in die untere Position (U) zu schwenken ist, da aufgrund der niedrigen Fluggeschwindigkeit oder des hohen Anstellwinkels das Triebwerk einen höheren Luftbedarf hat.

Das gleiche geschieht im umgekehrten Sinn, d.h. wenn die Vorflügeln 3 eingefahren werden, wird die Luftfanglippe in die mittlere (M) oder obe­ re (O) Position geschwenkt, wobei z.B. die augenblicklich optimalste Po­ sition von der Vorflügelposition (und/oder) in Verbindung mit dem Signal aus der Fluggeschwindigkeit oder aus anderen Funktionsgebern ermittelt wird. Die vom Flugregler 5 für eine augenblickliche Vorflügelposition während eines Flugmanövers ausgehenden oder empfangenen Signale können auf die gleiche Weise in eine entsprechende Schwenkbewegung der Luft­ fanglippe 1 umgesetzt werden. Es kann auch das jeweilige Signal von vie­ len anderen, für den Flug oder für die automatische Flugsteuerung oder automatische Navigation wichtigen Funktionsgebern, die ohnehin in jedem Hochleistungsflugzeug vorhanden sind, für den gleichen Zweck direkt oder über den Flugregler 5 zum Signalempfänger 14 geführt werden.

Weiterhin können die vorbestimmten Charakteristiken oder Schwellwerte der Signale folgender Funktionsgeber bzw. Meßsignale für den gleichen Zweck eingesetzt werden: Der für bestimmte Fluggeschwindigkeiten erfor­ derliche oder zulässige Ausschlagweg der Steuerflächen 11 oder der nicht dargestellten Auftriebsklappen, die z.B. für die Trägheitnavigation ge­ nerierten Werte aus einem Beschleunigungsmesser 12 oder aus einem Flug­ lagenmesser 13 oder aus der Fluggeschwindigkeitsmessung und die Signale aus dem Triebwerksregler 17 und insbesondere aus dem Flugregler 5, da die Signale über diesen oder für sich zumeist alle augenblicklichen Flugzustände des Flugzeuges 16 sowie die Stellungen von dessen Funktionselementen wiedergeben.

Diese Signale können von dem Signalempfänger 14 einzeln verwertet werden oder mittels einer in diesem enthaltenen Schaltung kombiniert werden. Im letzteren Fall veranlaßt der Signalempfänger 14 erst dann die Aktivie­ rung der Luftfanglippe 1 in die entsprechende, d.h. in eine obere (O), mittlere (M) oder untere (U) Position, wenn für Redundanzzwecke z.B. ei­ ne Signaläquivalenz aus zwei oder mehreren Quellen vorliegt.

Für eine stufenweise oder verfeinerte Steuerung bzw. Verschwenkung der Luftfanglippe 1, kann im Signalempfänger 14 eine bekannte Schaltung vor­ gesehen sein, die die von den Signalgebern 4 oder vom Flugregler 5 oder vom Triebwerksregler 17 ausgehenden charakteristischen oder hierfür ko­ dierten Signale einzeln oder in kombinierter Form differenziert und die Luftfanglippe in die entsprechende Zwischenstellung bewegt. Mit diesen Signalen kann die Verschwenkung der Luftfanglippe 1 direkt abhängig oder unabhängig zur Funktionsauslösung der Funktionsgeber oder zu den Meßsi­ gnalen, d.h. linear und gleichlaufend oder nichtlinear in unterschiedli­ chen Stufen und Zeitabläufen oder proportional zu den Funktionsgebern erfolgen.

Mit dieser Steuerung wird die Möglichkeit geschaffen, mittels eines von den Funktionsgebern ausgehenden einfachen Signals die Luftfanglippe 1 direkt in die entsprechende Position zu steuern, wobei auch eine stu­ fenweise und verfeinerte Steuerung der Luftfanglippe in jeweils eine Zwischenstellung möglich ist.

Claims (8)

1. Lufteinlaufsteuerung für Gasturbinenstrahltriebwerke an Hochlei­ stungsflugzeugen, die für eine vom jeweiligen Flugzustand unabhängige Gewinnung der erforderlichen Luftdurchsatzmenge eine an der unteren Vor­ derkante des Lufteinlaufs, um eine Querachse schwenkbar angeordnete Luftfanglippe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale von wenigstens einem an der Luftfanglippe (1) oder in deren Bereich im Luft­ einlauf (7) angeordneten Strömungsdruckmesser (9) als Funktionsgeber für die Schwenkbewegung der Luftfanglippe (1) vorgesehen ist, wobei deren Schwenkbewegung direkt durch einen dem Strömungsdrucksensor (9) zugeord­ neten Signalgeber (4) und/oder über einen Flugregler (5) linear, nicht­ linear oder proportional zum Funktionsgeber steuerbar ist.

2. Lufteinlaufsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfanglippe (1) mittels eines Schwenkantriebes (6) für eine Querschnittserweiterung des Lufteinlaufes (7) in eine untere Endstellung (U), in eine mittlere, den Einlaufboden (8) etwa gradlinig fortsetzende Position (M) und für eine Verengung des Lufteinlaufs (7) in eine obere Endstellung (O) oder in eine Zwischenstellung schwenkbar ist.

3. Lufteinlaufsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftfanglippe (1) ein deren Schwenkantrieb (6) akti­ vierender Signalempfänger (14) zugeordnet ist, durch den die vom jewei­ ligen Signalgeber (4) und/oder vom Flugregler (5) ausgehenden einzeln schaltbaren oder kombinierten Signale in eine entsprechende Schwenkbewe­ gung der Luftfanglippe (1) umsetzbar sind.

4. Lufteinlaufsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Signal des jeweiligen Signalgebers (4) der Funk­ tionsgeber, d.h. von der Aus- und Einfahrstellung des Fahrwerks (10) und/oder von dem Ausschlagweg der Steuerflächen (11) oder Auftriebsklap­ pen und/oder von der Aus- und Einfahrbewegung der Vorflügeln (3) und/oder von einem Beschleunigungsmesser (12) und/oder von einem Flugla­ genmesser (13) und/oder das Fluggeschwindigkeitsmeßsignal und/oder ein Signal vom Triebwerksregler (17) und/oder vom Flugregler (5) einzeln oder in kombinierter Form von dem Signalempfänger (14) zur Verschwenkung der Luftfanglippe (1) einsetzbar ist.

5. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalempfänger (14) eine einfache Schaltung aufweist, die mit Hilfe der von den Signal­ gebern (4) und/oder vom Flugregler (5) bzw. vom Triebwerksregler (17) ausgehenden Signalen und mittels einer digitalen Logik die Luftfanglippe (1) über den Schwenkantrieb (6) in eine offene, halboffene oder ge­ schlossene Position steuert, wobei der Schaltvorgang durch ein einfaches Endschaltersignal vom Signalgeber (4) oder von einem Antrieb z.B. der Vorflügeln (3) auslösbar ist und durch ein Endschaltersignal von der Luftfanglippe (1) beendbar ist.

6. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine stufenweise, nichtlineare oder proportionale Steuerung der Luftfanglippe (1), eine Schaltung im Signalempfänger (14) zur Differenzierung der von den Si­ gnalgebern (4) oder vom Triebwerksregler (17) oder vom Flugregler (5) ausgehenden charakteristischen oder spezifisch kodierten Signale vorge­ sehen ist.

7. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalempfänger (14) eine Schaltung enthalten ist, mittels der einerseits die Signale von den Signalgebern (4) und/oder vom Flugregler (5) bzw. vom Trieb­ werksregler (17) unter sich kombinierbar sind oder andererseits die Si­ gnale aller Funktionsgeber einzeln verwertbar oder insgesamt kombinier­ bar sind und dabei die Steuerung für die Luftfanglippe (1) bei vorbe­ stimmten Signalschwellwerten auslösbar ist.

8. Lufteinlaufsteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalempfänger (14) die Signale zum Steuern der Luftfanglippe (1) jeweils von den Si­ gnalgebern (4) von den Funktionsgebern oder aus den Meßsignalen auf di­ rektem Weg oder über den Flugregler (5) und/oder über den Triebwerksreg­ ler (17) zugeführt werden.