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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme, die zum Steuern
von Drehwellen verwendet werden, und insbesondere Systeme, die zur
Minimierung von Verdrehbelastungen an Drehwellen verwendet werden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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In
vielen industriellen Anwendungen ist es nicht unüblich, über eine relativ lange und
flexible Antriebswelle zu verfügen,
die von zwei oder mehr Motoren (für gewöhnlich zum Beispiel Elektro-
oder Hydromotoren) angetrieben wird. Das Ziel ist, den Betrieb der
Motoren zu synchronisieren, um einen "Kräftekonflikt" zwischen den Motoren
zu vermeiden. Ein Kräftekonflikt
ist ein Zustand, in dem die Motoren gegeneinander arbeiten. Dies
ergibt sich für
gewöhnlich aus
einem Mangel an Synchronisierung bei den Motoren, kann aber auch
auf die mechanischen Eigenschaften der Welle zurückzuführen sein. Wenn die Welle zum
Beispiel relativ lang und flexibel ist, wird sie eher einem Kräftekonflikt
zwischen mehreren Motoren ausgesetzt, die an sie gekoppelt sind.
Kräftekonflikte
sind aus zahlreichen Gründen
unerwünscht. Erstens
verringern sie die gesamte Leitungsübertragung von der Welle auf
andere mechanische Geräte. Zum
Beispiel ist es bei einem Luftfahrzeug, wie einem Tiltrotorluftfahrzeug,
nicht unüblich,
dass eine solche Welle bis zu zwanzig oder fünfundzwanzig Prozent ihrer
Gesamtleistung durch Kräftekonflikte verliert.
Zweitens können
Kräftekonflikte
Verdrehbelastungen an der Welle erzeugen, die die Welle beschädigen oder
sogar brechen können.
Im Allgemeinen sind Antriebswellen, die Kräftekonflikten ausgesetzt sind,
auch einem verstärkten
Auftreten von Ermüdungsbelastungen
ausgesetzt, die im Allgemeinen zu einem Versagen des Teils führen.
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Nach
dem Stand der Technik wurden Versuche unternommen, um den Betrieb
der Motoren, die die Welle antreiben, besser zu koordinieren, um
Kräftekonflikte
zu minimieren oder zu beseitigen. Diese Bemühungen waren nur mäßig erfolgreich.
Wenn Hydromotoren an die Antriebswelle gekoppelt sind, wird eine
Steuerung verwendet, um eine Reihe elektrischer Hydroventile (EHVs)
einzeln zu steuern. Eine Sensorgruppe wird zum Erfassen übermäßiger Verdrehungen
oder des Auftretens von Kräftekonflikten verwendet.
Die Sensordaten werden als Eingabe zu einer Steuerung geleitet.
Die Steuerung leitet Befehlssignale zu den elektrischen Hydroventilen,
um den Betrieb der Hydromotoren zu moderieren, in dem Bemühen, die
Verdrehbelastungen an der Welle auf Grund von Kräftekonflikten von Motoren,
die leicht aus der Synchronisation sind, zu verringern oder zu minimieren.
Ein zentrales Problem, das nach dem Stand der Technik auftritt,
ist, dass bei komplexen mechanischen Systemen mit einer Vielzahl
einzelner Teile die Betriebstoleranzen bei den einzelnen Teilen zusammenwirken,
so dass ein weiter Bereich für
einen Normalbetrieb für
die Teile erhalten wird. Für
die Sensorgruppe und Steuerung ist es schwierig, die Bedingungen,
die das Vorhandensein unerwünschter Verdrehbelastungen
in der Welle aufgrund von Kräftekonflikten
zwischen Motoren anzeigen, exakt zu messen und rasch darauf zu reagieren.
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In
US-A-4 088 284 ist ein Steuersystem für eine längliche Antriebswelle mit hoher
Drehzahl gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 beschrieben. Ein Verfahren zum Steuern einer länglichen
Antriebswelle mit hoher Drehzahl gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
5 ist auch aus US-A-4 088 284 bekannt.
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US-A-5
800 798 offenbart einen Steuermechanismus zum Bewegen einer Luftfahrzeugklappe, wobei
eine Welle mit geringer Drehzahl zum Antreiben beider Enden der
Klappe durch Drehstellglieder mit geringer Drehzahl und hohem Drehmoment
verwendet wird, und zwei Positionstransponder neben Ausgangsgetrieben
angeordnet sind, um Signale zu erzeugen, die die Position der Stellglieder
anzeigen, wobei Kräftekonflikte
in der drehenden Welle durch einen Vergleich der Messungen der zwei
Transponder vermieden werden, wodurch die mehreren Motoren entsprechend
eingestellt werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem bereitzustellen,
das das Auftreten von Kräftekonflikten
zwischen Motoren minimiert oder behebt, die gemeinsam eine einzige
Antriebswelle antreiben.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem
bereitzustellen, das einen einfachen numerischen Indikator für Verdrehungskräfte bereitstellt,
die auf eine Antriebswelle wirken.
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Es
ist eine weitere, Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem
zur Verwendung in der Minimierung von Kräftekonflikten in einer drehenden
Antriebswelle bereitzustellen, das elektrische Drehmelderkomponenten
verwendet, um einen relativ einfachen, einzigen numerischen Indikator
für Verdrehbelastungen
an der Antriebswelle zu entwickeln.
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Zu
diesem Zweck ist das Steuersystem der Erfindung durch die Merkmale
gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beansprucht
sind, und die Erfindung stellt ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil
von Anspruch 5 bereit.
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Das
Steuersystem gemäß der Erfindung
umfasst im Grunde einen ersten Sensor zum mechanischen Koppeln an
die längliche
Antriebswelle an einer ersten Stelle zwischen den Pylon-Verstellgliedern zum
Entwickeln eines ersten elektrischen Signals, das eine Größe einer
Verdrehbelastung an der länglichen
Welle anzeigt, und einen zweiten Sensor zum mechanischen Koppeln
an die längliche
Antriebswelle an einer zweiten Stelle zwischen den Pylon-Verstellgliedern
zum Entwickeln eines zweiten elektrischen Signals, das die Größe einer
Verdrehbelastung an der länglichen
Welle anzeigt, wobei das erste und zweite elektrische Signal kombiniert
werden, um einen numerischen Indikator der Verdrehbelastung an der
länglichen
Antriebswelle zu erhalten, wobei die Steuerung den numerischen Indikator
zur Steuerung der mehreren Motorsysteme verwendet.
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Die
neuartigen Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung angesehen werden,
sind in den beiliegenden Ansprüchen
dargelegt. Die Erfindung selbst jedoch, wie auch ein bevorzugter
Verwendungsmodus, weitere Aufgaben und Vorteile werden am besten
unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich,
von welchen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Tiltrotor-Luftfahrzeuges in einem
Flugzeug-Betriebsmodus ist.
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Tiltrotor-Luftfahrzeuges in einem
Hubschrauber-Betriebsmodus ist.
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3 ein
Blockdiagramm einer Methode nach dem Stand der Technik zur Steuerung
eines Kräftekonflikts
bei einer Antriebswelle eines V-22 Tiltrotor-Luftfahrzeuges ist.
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4 ein
Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
eines Kräftekonflikt-Steuersystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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5 ein
Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform
eines Kräftekonflikt-Steuersystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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6 eine
schematische Darstellung der mechanischen Komponenten der zweiten
Ausführungsform
des Kräftekonflikt-Steuersystems der
vorliegenden Erfindung ist.
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7 ein
elektrisches Schema eines Drehmelder-Transmitter/Transformator-Paares
gemäß der ersten
Ausführungsform
des Kräftekonflikt-Steuersystems
der vorliegenden Erfindung ist.
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8 ein
Blockdiagramm des bevorzugten Kräftekonflikt-Steuersystems der
vorliegenden Erfindung ist.
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9, 10, 11 und 12 graphische
Darstellungen von beispielhaften Signalen sind, die von Drehmelder-Transformator-
und Drehmelder-Transmitter-Paaren von 7 erzeugt
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 der Zeichnungen
ist ein typisches Tiltrotor-Luftfahrzeug 11 dargestellt.
Das Tiltrotor-Luftfahrzeug 11 hat ein Flugwerk 13 und
Flügel 15a und 15b,
die an das Flugwerk 13 gekoppelt sind. Wie üblich, enden
die Flügel 15a und 15b mit
Tiltrotoreinheiten 17a und 17b. Verkleidungen 18a und 18b zur
Verringerung des Luftwiderstands sind zwischen den Tiltrotoreinheiten 17a und 17b und
Flügeln 15a und 15b angeordnet.
Die Tiltrotoreinheiten 17a und 17b enthalten jeweils
einen Motor, eine Kraftübertragung
und ein Getriebe zum Antreiben von Kipprotoren 19a und 19b,
und ein Verstellglied zum Verstellen der Tiltrotoreinheiten 17a und 17b zwischen
einen Flugzeugmodus, wie in 1 dargestellt,
und einem Hubschraubermodus, wie in 2 dargestellt.
Im Flugzeugmodus kann das Tiltrotor-Luftfahrzeug 11 wie ein
herkömmliches
propellerangetriebenes Luftfahrzeug mit feststehenden Flügeln geflogen
und betrieben werden. Im Hubschraubermodus kann das Tiltrotor-Luftfahrzeug 11 wie
ein herkömmliches
Drehflügel-Luftfahrzeug
oder ein herkömmlicher
Hubschrauber abheben, schweben, landen und betrieben werden. Im
Flug zeug-Flugmodus ist die Rotorscheibe im Wesentlichen quer zum
Flugwerk positioniert; im Gegensatz dazu liegt im Hubschrauber-Flugmodus
die Rotorscheibe im Wesentlichen parallel zum Flugwerk.
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3 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm des Steuersystems nach dem Stand
der Technik, das beim V-22 Tiltrotor-Luftfahrzeug zum Erfassen und Minimieren
von Kräftekonflikten
zwischen zwei Hydromotoren 103, 105 bei einem
Stellgliedgetriebe verwendet wird. Die Kräftekonflikte werden unter Verwendung
eines komplexen Algorithmus des geschlossenen Regelkreises erfasst,
der einen aufgezeichneten Stellgliedmotordruck zur Bestimmung der Lastverteilung
zwischen den Motoren 103, 105 verwendet. Wegen
der großen Änderungen
im Motordruck und in den Getriebewirkungsgraden, die mit Änderungen
in der Temperatur auftreten, ist das V22-Kräftekonflikt-Steuersystem bei
geringen Temperaturen sehr ineffektiv. Wie in der Ansicht von 3 dargestellt,
wird eine Steuerung 111 zur Bereitstellung von Steuersignalen
zu elektrischen Hydroventilen (EHVs) 107, 109 verwendet.
Das elektrische Hydroventil 107 wird zum Zuleiten von unter
Druck stehender Hydraulikflüssigkeit
zum Motor 105 verwendet. Das Steuersignal, das über die
Steuerleitung 115 gesendet wird, erhöht oder senkt die Menge an Hochdruck-Hydraulikfluid,
die durch das EHV 107 zum Motor 105 geleitet wird.
Dasselbe gilt für
den Motor 103. Die Steuerung 111 leitet Steuersignale über die
Steuerleitung 117 zum EHV 109. Das EHV 109 erhöht oder
senkt seinerseits die Menge an Hochdruck-Hydraulikfluid, die zum
Motor 103 geleitet wird. Die Motoren 103, 105 arbeiten
zur Drehung der Antriebswelle 101 bei relativ hohen Drehzahlen
zusammen. Gemäß diesem
Verfahren nach dem Stand der Technik wird der Hydraulikdruck in
einem oder mehreren Motoren über Überwachungsleitungen 119 und 120 von
der Steuerung 111 überwacht.
Die Steuerung 111 enthält
ein mathematisches Modell, das Druckinformationen von den Überwachungsleitungen 119, 120 gegenüber einer
Größe einer
Verdrehung oder eines Kräftekonflikts,
die beziehungsweise der in der Antriebswelle 101 und den
Antriebsmotoren 103, 105 vorliegt, aufzeichnet.
Sie sendet Steuersignale über
die Steuerungsleitungen 115, 117 zu den elektrischen
Hydroventilen 107, 109, um die Hochdruck-Hydraulikfluids,
die den Motoren 103, 105 zugeleitet werden, zu
erhöhen
oder zu verringern.
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4 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm der ersten Ausführungsform des Kräftekonflikt-Steuersystems
der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist eine relativ lange
und flexible Antriebswelle 201 zur Übertragung der Leistung in
einem mechanischen System, wie einem Tiltrotor-Luftfahrzeug, bereitgestellt. Mehrere
Motoren sind physisch an die Antriebswelle 201 gekoppelt
und drehen diese bei einer relativ hohen Drehrate. In der Ansicht
von 4 sind als Beispiel die Motoren 203, 205 an
die Antriebswelle 201 gekoppelt dargestellt. Es kann eine größere Zahl
von Motoren an die Antriebswelle 201 gekoppelt sein. In
der Ausführungsform
von 4 sind die Motoren 203, 205 Hydromotoren,
die als Reaktion auf den Empfang von Hochdruck-Hydraulikfluid drehen.
In alternativen Ausführungsformen
können die
Motoren 203, 205 Elektromotoren umfassen oder jede
andere geeignete Alternative. Wie in 4 dargestellt,
sind elektrische Hydroventile 207, 205 bereitgestellt,
um Hochdruck-Betätigungsfluid
zu den Motoren 203, 205 zu leiten. Die elektrischen
Hydroventile 207, 209 stehen unter der direkten
Steuerung der Steuerung 211, die vorzugsweise ein Mikroprozessor
oder eine industrielle Steuerung ist, die zur Ausführung von
Programmbefehlen geeignet ist. Die Steuersignale werden über Steuerungsleitungen 223, 225 zu
den elektrischen Hydroventilen 207, 209 geleitet.
Die Antriebswelle 201 kann auch an eine oder mehrere Bremsen,
wie die Bremse 213, gekoppelt sein, die zum Verlangsamen
oder Anhalten der Drehung der Antriebswelle 201 verwendet
wird. Die Bremse 213 kann unter der Steuerung der Steuerung 211 stehen
oder kann unter der Steuerung eines anderen Systems oder Teilsystems
in dem Luftfahrzeug stehen. Es können
mehrere Bremsen bereitgestellt sein, die mechanisch und selektiv
mit der Antriebswelle 201 in Eingriff gelangen, aber zur
Vereinfachung dieser Darstellung wird eine einzige Bremse 213 gezeigt,
die eine oder mehrere Bremsen oder Bremssysteme repräsentiert.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist ein Zahnrädersatz 215, 219 mechanisch
an die Antriebswelle 210 gekoppelt, um eine Überwachung
der Antriebswelle 201 zu ermöglichen, so dass das Ausmaß und die Größe von Verdrehbelastungen
an der Antriebswelle 201 bestimmt werden kann um festzustellen,
ob Kräftekonflikte
zwischen den Motoren 203, 205 auftreten oder nicht.
Ein Transformator-Drehmelder 217 ist mechanisch an das
Zahnräderwerk 215 an
einem Teil oder Bereich der Antriebswelle 201 gekoppelt.
Ein Transmitter-Drehmelder 221 ist an die Zahnräder 219 an
einem anderen, unterschiedlichen Teil oder Bereich der Antriebswelle 201 gekoppelt.
Der Transformator-Drehmelder 217 und
der Transmitter-Drehmelder 221 leiten Überwachungssignale über Überwachungskanäle 227, 229 zur
Steuerung 211. Die Steuerung 211 analysiert die Überwachungssignale,
die vom Transformator-Drehmelder 217 und Transmitter-Drehmelder 221 geliefert
werden, um festzustellen, ob besondere Steuersignale über Steuerungsleitungen 223, 225 zu
den elektrischen Hydroventilen 207, 209 gesendet
werden sollen. Die Steuerung 211 kann die Menge an Hochdruck-Hydraulikfluid
erhöhen
oder senken, die einem oder beiden Motoren 203, 205 zugeführt wird,
um einen erfassten Kräftekonflikt
zwischen den Motoren 203, 205 auszugleichen, der
sich in einer erfassten Verdrehbelastung zeigt, die auf die Welle 201 wirkt.
Während
des Normalbetriebs wird die Antriebswelle 201 von den Motoren 203, 205 bei
sehr hohen Drehzahlen gedreht, während
der Transformator-Drehmelder 217 und der Transmitter-Drehmelder 221 kontinuierlich
Verdrehbelastungen überwachen
und Über wachungssignale zur
Steuerung 211 leiten. Die Steuerung 211 leitet
dynamisch und kontinuierlich Steuersignale zu den elektrischen Hydroventilen 207, 209,
um die erfasste Verdrehbelastung an der Antriebswelle 201 auszugleichen.
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Die
Ausführungsform
von 4 kombiniert Informationen, die vom Transformator-Drehmelder 217 und
vom Transmitter-Drehmelder 219 erhalten werden,
um einen einzigen numerischen Indikator der Größe der Verdrehung bereitzustellen,
die in der Antriebswelle 201 erfasst wurde. Da eine redundante Steuerung
eine wesentliche Anforderung in den meisten Flugsystemen ist, sollten
vorzugsweise mindestens zwei separate Datenkanäle zur Überwachung von Verdrehbelastungen
an der Antriebswelle 201 zur Verfügung stehen. 5 und 6 sind
eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Kräftekonflikt-Steuersystems
der vorliegenden Erfindung, das zwei unabhängige, separate Datenkanäle bereitstellt,
um zwei unabhängige
Messungen der Verdrehbelastung an der Antriebswelle 201 zu
liefern. Dies stellt die notwendige und erwünschte Redundanz von Überwachungssignalen
bereit, die für
einen sicheren Flugbetrieb wesentlich ist.
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Da
viele der Komponenten der ersten Ausführungsform von 4 und
der zweiten Ausführungsform
von 5 und 6 gleich sind, werden, falls
zutreffend, die gleichen Bezugszeichen verwendet, und neue Bezugszeichen
werden zur Bezeichnung neuer Komponenten verwendet, die in der zweiten
Ausführungsform
eingeführt
werden und die in der ersten Ausführungsform nicht vorhanden
waren.
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Unter
Bezugnahme nun auf 5 ist die zweite Ausführungsform
in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Wie dargestellt, ist eine
relativ lange und flexible Welle 201 als Teil einer Kraftübertragung
des mechanischen Systems bereitgestellt. In der bevorzugten Ausführungsform
wird die Welle in einem Tiltrotor-Luftfahrzeug verwendet; dennoch sind
alternative gewerbliche Verwendungszwecke offensicht lich und möglich, einschließlich der
Verwendung in Anlagen oder anderen gewerblichen Einrichtungen, die
in keiner Weise mit Fahrzeugen oder Luftfahrzeugen in Zusammenhang
stehen. Wie dargestellt, sind mehrere Motoren, einschließlich der Motoren 203, 205,
mechanisch an die Welle 201 gekoppelt. In dieser Ausführungsform
sind die Motoren Hydromotoren, aber in alternativen Ausführungsformen
können
Elektro- oder andere Motoren verwendet werden. Die Motoren 203, 205 arbeiten
zur Drehung der Welle 210 bei hoher Drehrate. Den Motoren 203, 205 wird
durch die elektrischen Hydroventile 207, 209 Hochdruck-Hydraulikfluid
zugeführt.
Wie bei der ersten Ausführungsform
stehen die elektrischen Hydroventile 207, 209 unter
der direkten Steuerung der Steuerung 111, die vorzugsweise
ein Mikroprozessor oder eine industrielle Steuerung ist, die Befehlssignale
zur Erhöhung
oder Verringerung der Menge an Hochdruck-Hydraulikfluid liefert,
das dem elektrischen Hydroventil 207, 209 während des
Normalbetriebs zugeführt
wird. Vorzugsweise stehen auch ein oder mehr Bremssysteme, wie die
Bremsen 213, 214, in selektiver mechanischer Verbindung
mit der Antriebswelle 201. Sie können zum Verlangsamen oder
Anhalten der Drehung der Welle 201 entsprechend dem Bedarf
der jeweiligen Anwendung verwendet werden. In dieser Ausführungsform
sind zwei Zahnradsätze 21, 217 bereitgestellt,
die eine Überwachung
und Erfassung von Verdrehbelastungen ermöglichen, die auf die Antriebswelle 201 ausgeübt werden.
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Wie
in 5 dargestellt, wirken der Transformator-Drehmelder 217 und
der Transmitter-Drehmelder 221 als Paar, um einen unabhängigen Datenkanal
bereitzustellen, der einen einzigen numerischen Indikator für die Größe der Verdrehbelastung
auf der Antriebswelle 201 liefert. Dies ist eine Differenzialmessung,
da der Transformator-Drehmelder 217 eine Messung von einem
Teil der Antriebswelle 201 liefert, während der Transmitter-Drehmelder 221 ein Signal
von einem anderen, fern liegenden Abschnitt der Antriebswelle 201 liefert.
In der Ausführungsform von 5 liefert
ein zweiter unabhängiger
Kanal auch einen einzelnen numerischen Indikator über die Größe der Verdrehbelastung
auf der Antriebswelle 201. Insbesondere liefern der Transmitter-Drehmelder 251 und
der Transformator-Drehmelder 253 gemeinsam einen separaten,
unabhängigen
numerischen Indikator der Verdrehbelastung auf der Antriebswelle 201.
Der Transmitter-Drehmelder 251 ist mechanisch an die Antriebswelle 201 durch
Zahnräder 215 gekoppelt,
während
der Transformator-Drehmelder 253 mechanisch an die Antriebswelle 201 durch
Zahnräder 217 gekoppelt
ist. Gemäß dieser besonderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung liefert die Kombination von Signalen
von dem Transformator-Drehmelder 217 und dem Transmitter-Drehmelder 221 einen
unabhängigen
einzelnen numerischen Indikator der Verdrehbelastung an der Antriebswelle 201,
während
der Transmitter-Drehmelder 251 und der Transformator-Drehmelder 253 einen
anderen separaten und unabhängigen
numerischen Indikator der Verdrehbelastung an der Antriebswelle 201 liefern.
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Unter
den meisten Bedingungen sollte der einzelne numerische Wert, der
von jedem unabhängigen
Kanal entwickelt wird, identisch sein. Sollte ein Teil des Geräts versagen,
wäre ein
einziger Kanal ausreichend, um den Betrieb fortzusetzen, bis Reparaturen
durchgeführt
werden können.
Zusätzlich
zu diesen zwei redundanten Kanälen
können
auch weitere Redundanzebenen hinzugefügt werden. Gemäß der Ausführungsform
von 5 empfängt
die Steuerung 111 Überwachungssignale
vom Transformator-Drehmelder 217 und Transmitter-Drehmelder 251 von
einem Teil der Antriebswelle 201 und empfängt auch Überwachungssignale
vom Transformator-Drehmelder 253 und Transmitter-Drehmelder 251 von
einem anderen Teil der Antriebswelle 201. Die Steuerung 111 kombiniert
die Daten in einer Weise, die zwei unabhängige Messungen der Verdrehbelastung
an der Antriebswelle 201 liefert.
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6 ist
eine bildliche und schematische Darstellung der mechanischen Komponenten,
die im Verbindungsantriebssatz 301 verwendet werden, der die
Pylon-Verstellglieder 303, 305 mechanisch verbindet
und zum Messen der Lastaufteilung zwischen den Pylon-Verstellgliedern 303, 305 verwendet
wird. Wie in der Ansicht von 6 dargestellt,
enden die Pylon-Verstellglieder 303, 305 an einem
gegenüberliegenden
Ende mit einem feststehenden Ansatz 307, 309.
An jedem Pylon-Verstellglied 303, 305 ist eine
teleskopische Kugelumlaufspindel 311, 313 bereitgestellt.
Wie dargestellt, sind die mechanischen Systeme symmetrisch. Sie
enthalten einen Kegelradgetriebesatz 315, Stirnraduntersetzungsgetriebe 317 und
eine hydraulische Kupplung 319. Jeder Rotoreinheit ist
ein Umlaufdifferenzial 321 zugeordnet. Jede wird mechanisch
von einer primären
hydraulischen Antriebseinheit 323 angetrieben und von einer
primären
hydraulischen Bremse 325 gebremst. Es ist auch ein Fernbremskolben 337 bereitgestellt.
Ebenso ist eine hydraulische Reserve-Antriebseinheit 327 bereitgestellt,
um die primäre
hydraulische Antriebseinheit 232 zu unterstützen. Zusätzlich ist
ein hydraulisches Reserve-Bremssystem 329 bereitgestellt,
um das primäre
hydraulische Bremssystem 325 zu unterstützen. Der Betrieb dieser Systeme
wird durch einen Winkelverschiebungs-Messwertwandler 333 überwacht,
der durch ein Stirnraduntersetzungsgetriebe 331 im Getriebe 337 mechanisch
angekoppelt ist. Ein Chip-Detektor 335 ist zum Erfassen
magnetischer Partikel im Getriebe bereitgestellt, die eine Beschädigung oder
einen Abrieb anzeigen. Die Winkelposition des Pylon-Verstellgliedes 303 wird
vom Winkelverschiebungs-Messwertwandler 341 überwacht. Die
Position des Tiltrotors wird von Winkelverschiebungs-Messwertwandlern 351, 353, 355, 357 überwacht.
Auf diese Weise hat jede Rotoreinheit ihre eigenen primären und
Reserve-Antriebs-
und Bremseinheiten. Der Betrieb der Tiltrotoren wird jedoch durch
die Antriebswelle 301 koordiniert und Lasten werden gemessen
und durch die Antriebswelle 301 ausgeglichen. Wie dargestellt,
sind die Winkelver schiebungs-Messwertwandler 371, 373 durch
Zahnräder 375, 377 an
verschiedene Abschnitte der Antriebswelle 301 gekoppelt
und werden zur Entwicklung elektrischer Signale verwendet, die das
Ausmaß von
Verdrehungen an der Antriebswelle 301 quantifizieren. Wie
zuvor besprochen, sind die Winkelverschiebungs-Messwertwandler 371 und 373 zwei Paare
von Transformator-Drehmelder/Transmitter-Drehmelder-Vorrichtungen,
die elektrische Signale erzeugen, die zur Bereitstellung eines einzigen
numerischen Indikators des Verdrehungsausmaßes an der Antriebswelle 301 verwendet
werden können. Die
Drehmelder-Transformator/Transmitter-Paare wurden zuvor besprochen, werden
aber nun ausführlich
besprochen.
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7 ist
ein elektrisches Diagramm eines Drehmelder-Transformator/Transmitter-Paares. Wie dargestellt,
ist der Drehmelder-Transmitter 401 elektrisch mit dem Drehmelder-Transformator 403 verbunden.
Der Drehmelder-Transmitter 401 enthält eine primäre Wicklung 405,
die eine zylindrische, zweiphasig, senkrechte Rotorwicklung ist.
Die primäre
Wicklung 405 ist induktiv an eine symmetrische, zweiphasige,
senkrechte Statorwicklung 409 gekoppelt (in der Ansicht
als Indikator 51–53 und
Indikator 52–54 dargestellt).
Der Drehmelder-Transmitter 401 erzeugt als Reaktion auf
die Drehung einen Sinusausgang und einen Kosinusausgang. Die Ausgangsdaten
geben die Winkelposition des Rotors an. Der Drehmelder-Transformator 403 verwendet
eine symmetrische, zweiphasige, senkrechte Statorwicklung als primäre Wicklung 411 (in
der Ansicht als Induktor S1–S3
und Induktor S2–S4
dargestellt), die induktiv an eine zylindrische einphasige Rotorwicklung 413 (Induktor
R2–R4)
gekoppelt ist. Transformator-Statoren 411 zur Drehmelder-Steuerung
werden entweder durch einen Drehmelder-Transmitter-Stator- 409 oder
eine Drehmelder-Differenzialrotorwicklung 413 erregt. Zur
Verringerung von Belastungseffekten hat der Drehmelder-Steuerungstransmitter 403 Statorwicklungen
mittlerer bis hoher Impedanz. Wenn der Drehmelder-Steue rungstransformator 401 mechanisch
positioniert ist, werden einphasige elektrische Daten an der Rotorwicklung 413 generiert.
Diese Ausgangsdaten sind zum Sinus der Differenz zwischen dem elektrischen
Eingangswinkel des Drehmelder-Transmitters 401 oder
dem Drehmelder-Differenzial- und dem Drehmelder-Steuerungstransformator-Rotorwinkel
proportional. Wenn auf die Antriebswelle keine Verdrehbelastung
wirkt, erzeugt der Drehmelder-Transformator einen Sinusausgang. Wenn
im Gegensatz dazu keine Verdrehbelastung auf die Antriebswelle wirkt,
erzeugt der Drehmelder-Transmitter einen Konsinusausgang. Die Kombination
dieser Wellenformen ist im Wesentlichen ein Null-Ausgang. Bei maximalen
Verdrehbelastungen jedoch (in dieser besonderen Ausführungsform
kann nur ein Maximum von 10% Verdrehbelastung aufgezeichnet werden)
werden die Ausgänge
vom Drehmelder-Transformator und/oder Drehmelder-Transmitter verschoben,
um die Signale zu addieren und einen Nicht-Null-Ausgang zu generieren.
Experimente haben gezeigt, dass die Größe der Verdrehung zwischen
Null Grad und zehn Grad Verdrehung im Wesentlichen linear ist. Daher
erzeugen unterschiedliche Maße
einer Phasenverschiebung der Sinus- und Kosinussignale einen additiven
Ausgang (vorzugsweise RMS), der eine lineare Identifizierung der Größe der Verdrehung
liefert. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Steuerung verwendet, um selektiv einen oder mehre
Hydromotoren zu betätigen, um
die erfasste Verdrehung zu mäßigen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 7 wird ein Erregerstrom zu der
primären
Wicklung 405 des Drehmelder-Transmitters 401 geleitet.
Der Erregerstrom ist 7 Volt RMS. In der Ansicht von 7 wird dieser
zwischen den Kontaktstiften 1 und 2 des Drehmelder-Transmitters 401 angelegt.
Die Frequenz des Erregersignals ist sehr hoch (Tausende Hertz).
Der Drehmelder-Transmitter 401 generiert zwei Ausgänge. Ein
Ausgang ist zwischen Ausgangsstiften 3 und 4 und stellt den Sinusausgang
dar. Der Ausgang ist eine Funktion des Reizstroms, einer Konstante,
und einem Sinus des Winkels. Der zweite Ausgang ist ein Kosinussignal,
das zwischen den Kontaktstiften 5 und 6 entwickelt wird und das
eine Funktion einer Konstante, des Erregerstroms, und dem Kosinus
des Winkels ist. Die Sinus- und Kosinussignale werden zu Anschlüssen 3,
4, 5 und 6 des Drehmelder-Transformators 403 geleitet.
Der Ausgang, der vom Drehmelder-Transformator 403 entwickelt
wird, ist eine Funktion des Sinus und Kosinus des Winkels zwischen
den Statoren und dem Rotor. Die Formel für den Ausgang ist in der Ansicht
von 7 dargestellt. Im wesentlichen ist der Spannungsausgang
von den Kontaktstiften 1 und 2 des Drehmelder-Transformators 403 eine
Funktion des Sinus und Kosinus des Drehwinkels von einem Ende der
Welle und des Sinus und Kosinus des Drehwinkels von dem anderen Ende
der Welle. Auf diese Weise werden die Daten kombiniert, um einen
einzigen Wert zu bestimmen, der die Größe der Verdrehung zwischen
den zwei Enden der Welle anzeigt. Insbesondere wird das System zum
Messen des Ausmaßes
der Drehung an einem Ende der Welle in Bezug auf das andere verwendet,
wobei jeweils in Bezug auf einen stabilen Bezugsrahmen, wie die
Position des Flugwerks, gemessen wird. Zur Anzeige der Richtung
der Verdrehung wird eine Polarität
verwendet.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das das bevorzugte Steuersystem unter Verwendung
der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie dargestellt, werden die linke
Triebwerksgondelposition 492 und die rechte Triebwerksgondelposition
bei dem Verbindungsantriebssatz VAS 513 angelegt. Die Position
des Verbindungsgetriebesatzes 513 wird direkt vom VAS-Sensor 515 erfasst.
Der Ausgang des VAS-Sensors 515 wird als Eingang zu einem
Nachlaufverstärkungsmodul 517 geleitet,
das eine Frequenzempfindlichkeitsverstärkung darstellt, die zum Beseitigen
der Verdrehung im VAS verwendet wird. Das erhaltene Ausgangssignal
wird durch ein Nachlaufgrenzwertmodul 519 begrenzt, das
das Ausmaß der
Maßnahmen
steuert, die zum Ausgleich der zwei Triebwerksgondelpositionen verwendet
werden können.
Durch Gleichsetzen der Triebwerksgondel positionen wird die Verdrehung
im VAS beseitigt. Einfach gesagt, die Verdrehung im VAS wird gemessen
und das erhaltene Signal wird verwendet, um die rechte Triebwerksgondelposition
anzuweisen, der linken Triebwerksgondelposition nachzufolgen, wodurch
die Verdrehung im VAS beseitigt wird. Der Ausgang des Nachlaufgrenzwertmoduls 519 wird
als Eingang zu dem Befehlseingang 521 für die rechte Triebwerksgondelposition
geleitet. Der Befehlseingang 521 für die rechte Triebwerksgondelposition
empfängt
eine negative Rückkopplung
vom Nachlaufgrenzwertmodul 519, empfängt aber auch eine negative
Rückkopplung
von der Stellgliedposition 523, die eine Anzeige der Stellgliedposition
liefert, wie auch vom EHV-Positionsmodul 525, das eine
Anzeige der EHV-Position liefert.
Die drei negativen Rückkopplungsschleifen werden
summiert und als Eingang zu dem Verstärkermodul 522 geleitet,
das das Signal verstärkt
und dieses als Eingang zu dem EHV (elektrischen Hydroventil) liefert,
wobei sich die Position des elektrischen Hydroventils um fünf Prozent
pro Milliamp-Eingabe ändert.
Das elektrische Hydroventil wird als Eingang zu dem Motor 529 geleitet,
der als Eingang zu den Getrieben 531 geleitet wird.
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Die
linke Triebwerksgondelposition wird von dem Stellgliedpositionsmodul 503 überwacht.
Der Ausgang des Stellgliedpositionsmoduls 503 wird zu dem
Befehlseingang 501 für
die linke Triebwerksgondelposition geleitet. Ebenso sind zwei negative
Rückkopplungsschleifen
bereitgestellt. Die negative Rückkopplung
wird vom Stellgliedpositionsmodul 503 bereitgestellt, aber
es wird auch eine negative Rückkopplung
vom EHV-Positionssensor 505 bereitgestellt. Das linke Triebwerksgondelpositionssignal
wird mit einer negativen Rückkopplung
kombiniert und als Eingang zu einem Verstärkermodul 502 geleitet.
Der Ausgang von dem verstärkten
Signal wird als Eingang zum EHV 507 geleitet. Der Ausgang
vom EHV 507 wird als Eingang zum Motormodul 509 geleitet. Der
Ausgang vom Motormodul 509 wird als Eingang zum Getriebemodul 511 geleitet.
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9, 10, 11 und 12 zeigen
in vereinfachter Form vier erhaltene Ausgangssignale für vier verschiedene
Verdrehbedingungen. 9A bis 9D zeigen
eine Situation, in der das linke Ende plus fünfundzwanzig Grad gedreht und
das rechte Ende minus fünfundzwanzig
Grad von einem willkürlichen
Referenzpunkt verdreht ist, woraus sich eine VAS-Verdrehung von fünfzig Grad ergibt. Die Darstellung
ist dahingehend vereinfacht, dass das Erregersignal, das in 9A dargestellt
ist, bei einer viel geringeren Frequenz dargestellt ist, als tatsächlich verwendet
wird. Es gibt mehrere Größenordnungen
in der Differenz zwischen der Frequenz des Erregersignals und der
Drehrate der Welle. Das Erregersignal ist ein Erregersignal mit
konstanter Amplitude, konstanter Frequenz mit relativ hoher Frequenz im
Vergleich zur Drehrate der Welle.
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9B ist
eine graphische Darstellung des Ausmaßes der Drehung am linken Ende
der Welle in Bezug auf die Zeit. In dieser Ansicht stellt die X-Achse
die Zeit in Sekunden dar, während
die Y-Achse die Grad Drehung des linken Endes der Welle darstellt. 9C ist
eine graphische Darstellung der Verdrehung am rechten Ende der Welle
in Bezug auf die Zeit. Die X-Achse stellt die Zeit in Einheiten
von Sekunden dar, während
die Y-Achse die Grad Drehung darstellt, die am rechten Ende der
Welle gemessen werden. 9D zeigt das Ausgangssignal,
das von dem Steuersystem der vorliegenden Erfindung generiert wird.
Wie dargestellt, stellt die X-Achse
die Zeit in Sekunden dar, während
die Y-Achse das Ausgangssignal in Volt darstellt. Die Amplitude
des Ausgangssignals ist ein Maß der
kumulativen Gröle
der Verdrehung an der Welle. Die Polarität der Verdrehung ist durch
den Phasenwinkel des Signals angezeigt. Wie in 9D dargestellt,
gibt die Richtung, in die sich das Signal bewegt (positiv oder negativ),
die Polarität
der Information an. Wie in 9D dargestellt,
gibt der positiv verlaufende Abschnitt 601 eine bestimmte
Polarität
an.
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10A, 10B, 10C und 10D sind
mit der in 9A bis 9D dargestellten
Situation identisch, mit Ausnahme der Polarität der Verdrehung. Wie dargestellt,
ist der Phasenwinkel 180° in 10D von jenem in 9D phasenverschoben. Daher
ist die Polarität
anders. In 9D ist der negativ verlaufende
Abschnitt 605 zur Veranschaulichung dieses Punktes identifiziert.
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11 und 12 zeigen
verschiedene Größen der
Verdrehung an einer Welle mit verschiedenen Polaritäten. In
beiden 11 und 12 ist eine
Gesamt-VAS-Verdrehung von 20° dargestellt. Wie
dargestellt, sind die Amplituden des Ausgangssignals von 11D und 12D für die 20° VAS-Verdrehung repräsentativ.
Die Signale sind jedoch 180° phasenverschoben,
was eine unterschiedliche Polarität für die Verdrehung anzeigt.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf eine besondere Ausführungsform
beschrieben wurde, soll die Beschreibung nicht in einschränkendem Sinne
verstanden werden. Für
den Fachmann sind unter Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung
verschiedenen Modifizierungen der offenbarten Ausführungsformen
wie auch alternative Ausführungsformen
der Erfindung offensichtlich. Es wird daher davon ausgegangen, dass
die beiliegenden Ansprüche
alle Modifizierungen oder Ausführungsformen
abdecken, die in den Umfang der Erfindung fallen.