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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Verstellpropeller, die an einem Flugzeug verwendet
werden, und insbesondere ein verbessertes Backup-Regelungssystem
für solche
Propeller.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Verstellpropeller
werden bei vielen unterschiedlichen Flugzeugtypen mit Triebwerken
verwendet, die von Kolbentriebwerken bis Gasturbinen gehen. Üblicherweise
weisen solche Systeme redundante Hauptsteuersysteme auf, wobei eines
der Steuersysteme arbeitsfähig
ist, die Blattsteigungssteuerfunktion zu übernehmen, wenn das andere Hauptsystem
eine Fehlfunktion zeigt. Außerdem
ist es übliche
Praxis, ein Backup-Regelungssystem für die redundanten Hauptsteuersysteme
bereitzustellen, insbesondere dann, wenn die Hauptsteuersysteme
elektronische Steigungssteuersysteme (EPC-System – electronic
pitch control) sind. Das Backup-Regelungssystem sollte in der Lage
sein, festzustellen, wenn ein Propeller-Überdrehzahlzustand vorliegt
und ein Bewegen der Propellerblätter in
Richtung zu einem steileren Blattsteigungszustand bewirken, der
ausreicht, die Rotationsrate des Propellers auf eine maximal zulässige Drehzahl
zu verringern.
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Außerdem sollte
das Backup-Steuersystem auch in der Lage sein, zu bestimmen, wenn
ein Niedrig-Blattsteigungszustand vorliegt (was auch als ein "low pitch stop" bezeichnet wird),
bei dem die Blattsteigung des Propellers kleiner wird als diejenige, welche
als eine minimale, im Flug zulässige
Blattsteigung (häufig
als "flight idle
pitch" oder Leerlaufblattsteigung
im Flug bezeichnet) definiert ist, und eine Rückkehr der Propellerblätter zu
einer steileren Blattsteigung bewirken, die mindestens gleich der
Leerlaufsteigung im Flug oder größer als
diese ist.
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Weiterhin
muss das Backup-Regelungssystem eine Einrichtung vorsehen zum manuellen
Abschalten der Backup-Funktionen, die einen Überdrehzahlschutz und low pitch
stop liefern, wenn das Verstellpropellersystem eines ist, bei dem
die Blattsteigung der Blätter
geändert
werden kann, um einen Umkehrschubzustand zu bewirken, wie es beispielsweise
beim Verlangsamen eines Flugzeugs auf einer Landebahn kurz nach
dem Landen verwendet wird.
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Da
Propeller-Blattsteigungssteuersysteme einschließlich EPC-Systeme üblicherweise
ein Hydraulikfluid unter Druck als ein Mittel zum Steuern der Blattsteigung
der Propellerblätter
verwenden, ist es höchst
wünschenswert,
ein Backup-Steuersystem bereitzustellen, welches unabhängig von
den Flugzuständen,
beispielsweise einem momentanen Verlust an Hydraulikleistung arbeitsfähig ist.
Es ist auch wünschenswert,
mechanische Zahnradzüge
oder andere Verbindungen zwischen den rotierenden und stationären Teilen
des Propellers zu eliminieren.
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Außerdem ist
eine zusätzliche
Einschränkung
das Erfordernis, dass das Backup-Steuersystem
mit den drei existierenden Drucksignalen, die für den Propeller von seiner
Steuerung verfügbar
sind, zusammengeschaltet ist. Diese Einschränkung minimiert Kosten und
erhöht
die Fähigkeit,
ein System bei existierenden Propeller-Steuersystemen nachzurüsten.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
obigen Probleme zu überwinden.
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Steuersysteme
des Stands der Technik sind in US-A-3080928 und US-A-5042966 beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Hauptziel der Erfindung, ein neues und verbessertes Backup-Regelungssystem
für einen
Verstellpropeller bereitzustellen. Insbesondere ist es ein Ziel
der Erfindung, ein derartiges System bereitzustellen, bei dem die
Komponenten von dem Propeller getragen sind, was eine mechanische
Zusammenschaltung für
die Backup-Steuerung zwischen rotierenden und stationären Teilen
des Propellersystems eliminiert, und welches mit existierenden Drucksignalen
in einem konventionellen System zusammengeschaltet werden kann.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verstellpropellersystem gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der erste Strom ein Strom, der die Propellersteigung in Richtung
eines flacheren Blattsteigungszustands bewegt, und der zweite Strom
ist ein Strom, der den Propeller in Richtung einer steileren Blattsteigungsposition
bewegt.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung weist der Betätiger
einen Betätigerkolben
auf, der eine hydraulisch mit dem Zumessventil verbundene Seite
hat. Das Zumessventil ist arbeitsfähig, den ersten Strom oder
den Strom für
die flache Blattsteigung zu der Betätigerkolbenseite zu lenken,
wenn das Zumessventilelement von der Fliehgewichtanordnung in eine
vorbestimmte Position bewegt ist, die ein unerwünschtes Ereignis bei dem Betrieb
des Systems, wie beispielsweise einen Überdrehzahlzustand oder einen
Zustand niedriger Blattsteigung anzeigt.
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Ein
Verbindungsweg von den doppelt-wirkenden Kolben zu der Fliehgewichtanordnung ändert die
Spule der Fliehgewichtanordnung von einem Kraftsteuerventil zu einem
Bewegungssteuerventil immer wenn ein Niedrigblattsteigungs-Stop
(low pitch stop) erforderlich ist. Wenn es dazu kommt, wird die Fliehgewichtanordnung
einfach eine weitere Verbindung in dem Weg. Die Verbindung, welche
der Steuerfläche
folgt, hat genügend
Masse, so dass sie der Steuerfläche
immer folgt und so wird eine Bewegung des doppelt wirkenden Kolbens
während
eines Niedrigblattsteigungszustands das Spulenventil direkt ohne
irgendeine die Bewegung des Ventils beeinflussende Federkraft oder
Fliehgewichtkraft direkt bewegen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung fasst ins Auge, dass der Aktuator und das Kontrollventil
für den
ersten Strom oder den Strom für
die flache Blattsteigung ein Kolbenventil mit einer Kolbenoberfläche aufweist,
die hydraulisch mit dem Zumessventil verbunden ist, um den ersten
Strom oder den Strom für flache
Blattsteigung zu empfangen, wenn das Zumessventil von der Fliehgewichtanordnung
in eine vorbestimmte Position bewegt wird. Vorhanden ist ferner
eine Ventiloberfläche
zum Anhalten des Fließens
des ersten Stroms oder des Stroms für flache Blattsteigung zu dem
doppelt wirkenden Kolben, wenn das Zumessventil durch die Fliehgewichtanordnung
zu der vorbestimmten Position bewegt wird.
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Vorzugsweise
ist das Zumessventil ein Spulenventil und das Zumessventilelement
eine Spule mit entgegengesetzten Enden. Das erste Vorspannelement
und die Fliehgewichtanordnung sind mit einem der Spulenenden verbunden
und das zweite Vorspannelement ist mit dem anderen der Spulenenden
verbunden.
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Vorzugsweise
sind die Vorspannelemente Federn.
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Die
Erfindung betrachtet auch das Vorsehen eines Umkehr-Befähigungsventils,
welches hydraulisch zwischen dem Betätigerkolben und dem Zumessventil
zwischengeschaltet ist und arbeitsfähig ist, ein Aufbringen des
ersten Stroms oder des Stroms für
flache Blattsteigung auf die Aktuatorkolbenseite zu verhindern.
Bei dieser Ausführungsform kann
das Umkehr-Befähigungsventil
ein hydraulisch betätigtes
Ventil ansprechend auf ein Hydrauliksignal in der Form eines dritten
Stroms von Hydraulikfluid, welches durch das Transferlager strömt, sein.
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Die
Erfindung betrachtet auch das Vorsehen eines Hydraulikabgabewegs
in Fluidverbindung mit der Seite für flache Blattsteigung des
doppelt wirkenden Kolbens, eines Strömungsbegrenzers in dem Abgabeweg
und eines ventilbetätigten
Bypasses über
den Strömungsbegrenzer.
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Der
Strömungsbegrenzer
kann eine Öffnung sein
und der Abgabeweg arbeitet als ein hydraulisch betätigtes Blattsteigungs-Verzögerungsventil.
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Andere
Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung genommen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
ersichtlich.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht eines die Erfindung realisierenden Verstellpropellers;
und
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2 ist
eine vergrößerte, zum
Teil schematische, zum Teil mechanische Ansicht eines Backup-Regelungssystems
für den
Verstellpropeller und gemäß der Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
eines Verstellpropellersystems ausgeführt gemäß der Erfindung ist in den
Zeichnungen gezeigt und mit Bezugnahme auf die 1 erkennt
man, dass es eine rotationsfähige
Nabe, die generell mit 10 bezeichnet ist und die rotationsfähige Seiten
des Verstellpropellersystems bildet, und eine stationäre Seite,
generell mit 12 bezeichnet, konventioneller Konstruktion
gibt. Die Nabe 10 ist um eine Achse 14 rotationsfähig und von
einem geeigneten Triebwerk, meistens einer Gasturbinenmaschine (nicht
gezeigt) angetrieben. Eine Welle 16 ist beispielsweise
durch Schrauben 18 mit der Nabe 10 verschraubt
und rotationsfähig
um die Achse 14 durch Lager, welche ein Transferlager, generell
mit 20 gezeichnet, konventioneller Konstruktion aufweist,
gelagert. Das Transferlager 20 dient zusätzlich zu
der Lagerfunktion als ein Interface zwischen der Nabe 10 und
dem stationären
Teil 12 des Propellersystems, indem es, wie das üblich ist,
dem Übertragen
von drei Strömen
von Hydraulikfluid dient. Ein derartiger Strom befiehlt das Propellersystem
in Richtung zu einer steilen Steigung und ist mit Pc bezeichnet.
Ein weiterer Strom ist arbeitsfähig, den
Propeller in Richtung eines flachen Steigungszustands vorzuspannen
und ist mit Pf bezeichnet. Der dritte Strom
ist ein Regelungs-Abschaltsignal und ist mit Pgds bezeichnet.
Die Ströme
Pf und Pc befinden sich
auf ausgewählten,
variablen, erhöhten
Drücken, die
durch eine EPC (nicht gezeigt) oder eine andere konventionelle Steuerung
kontrolliert werden, während
der Strom Pgds typischerweise bei einem
oder dem anderen der zwei unterschiedlichen Druckwerte liegt.
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Die
Welle 16 weist einen inneren Hohlraum 22 auf,
in dem ein generell mit 24 bezeichnetes und in der 2 gezeigtes
Ventilsystem enthalten ist. Das Ventilsystem 24 kommuniziert
in einer noch zu sehenden Weise mit einem Wellen-/Transferrohr 26 und
einem konzentrischen Transferrohr 27 mit einem zentralen
Strömungsweg
oder einer Zentralleitung 28 und einem konzentrischen Strömungsweg 30,
die von dem Wellen-/Transferrohr 24 und dem Transferrohr 27 gebildet
sind, die jeweils den Strom Pf und Pc erhalten. Das Wellen-/Transferrohr 26 ragt in
einen doppelt wirkenden Hydraulikzyliner, der generell mit 32 bezeichnet
ist und einen doppelt wirkenden Kolben 34 darin hat. Der
Kolben 34 ist mit einer Kolbenstange 36 verbunden,
die aus dem Zylinder 32 ragt und für eine Hin- und Herbewegung
an dem Wellen-/Transferrohr 26 für eine Bewegung entlang der Achse 14 angebracht
ist. Die Zentralleitung 28 in der Welle 26 öffnet sich
durch einen radialen Auslass 37 zu einer ersten Seite oder
Flachsteigungsseite 38 des Kolbens 34. Gleichzeitig öffnet sich
die konzentrische Leitung 30 über einen Auslass 40 zu
der entgegengesetzten Seite oder Steilsteigungs-Seite 42 des
Kolbens 34.
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In
der Nabe 10 und zwischen dem doppelt wirkenden Zylinder 32 und
der Ventilanordnung 24 angeordnet, ist an der Kolbenstange 36 ein
konventioneller Umsetzmechanismus für das Umsetzen einer Hin- und
Herbewegung in eine Rotationsbewegung, der generell mit 42 bezeichnet
ist, angebracht. Dieser Mechanismus kann jede konventionelle Form
haben und wie dargestellt weist er ein paar von glockenförmigen Platten 44, 46 auf,
die in der Nähe
ihres Zentrums und an ihrem Verbindungspunkt zu der Kolbenstange 36 in
Anlage sind. An ihrer jeweiligen Peripherie sind sie separiert,
um einen ein Lager aufnehmenden Raum 48 zu schaffen.
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Ein
sich selbst ausrichtendes Lager 50 ist in dem Raum 48 für jedes
aus der von der Nabe 10 getragenen Mehrzahl von Propellerblättern 52 angeordnet.
Die Blätter 52 haben
Schafte 54, die an der Nabe 10 gelagert sind und
in der Nabe 10 durch ein generell mit 56 bezeichnetes
Haltelagersystem konventioneller Konstruktion gehalten sind. Die
Rotationsachse eines Blatts ist bei 58 gezeigt und man
erkennt, dass der Schaft 54 an seinem radial innersten
Ende einen exzentrisch positionierten Stift 60 aufweist,
an dem das Lager 50 angebracht ist. Infolge bewegt sich,
wenn sich der Kolben 34 in dem Zylinder 32 bewegt,
der Bewegungsumsetzmechanismus 42 für das Umsetzen einer Hin- und
Herbewegung in eine Rotationsbewegung, entlang der Achse 14 hin
und her und, wegen der Exzentrizität des Bolzens 60 wird diese
Bewegung in eine Rotationsbewegung der Blätter 52 in der Nabe 10 umgesetzt.
Wie man in der 1 sieht, werden die Blätter 52 in
Richtung einer steilen Blattsteigungsposition geschwenkt, wenn der Kolben 34 nach
links bewegt wird. Umgekehrt werden die Propellerblätter 52 in
eine flache Blattsteigungsposition bewegt, wenn der Kolben 34 nach rechts
in der Ansicht von 1 bewegt wird, und schließlich, in
einem Fall, in dem Schubumkehrpropeller involviert sind, in eine
Schubumkehrposition.
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Schließlich erkennt
man mit Bezugnahme auf die 1, dass
eine Hin- und Her-Druckstange 62 bzw.
eine translatorische Druckstange 62, die optional eine
Rolle 64 daran hat, angeordnet ist, um mit einem Ende 66 der
Kolbenstange 36 zusammenzuwirken, um sich auf einem Weg
hin- und herzubewegen, der generell parallel zur Rotationsachse 14 ist. Der
Zweck dieses Mechanismus wird nachfolgend beschrieben.
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Unter
Bezugnahme nun auf die 2 wird das Backup-Regelsystem,
welches in der Ventilanordnung 24 enthalten ist, detaillierter
beschrieben. Das System weist ein Spulenventil, generell mit 68 bezeichnet,
mit einer darin für
eine Hin- und Herbewegung angebrachten Spule 70 auf. Einem
Ende 72 der Spule 70 benachbart ist eine Kammer 74 zum Unterbringen
einer Fliehgewichtanordnung, die generell mit 76 bezeichnet
ist, vorgesehen. Die Fliehgewichtanordnung 76 weist eine
Mehrzahl von Fliehgewichten 78 auf, die generell L-förmig sind
und die Arme 80 in Betriebsrelation mit einem Radialflansch 82 an
dem Ende 72 der Spule 70 aufweisen. Ein Lager 84 ist
zwischen den Enden der Arme 80 und dem Flansch 82 zwischengeschaltet
und jedes der Fliehgewichte 78 ist für eine Schwenkbewegung um einen Schwenkzapfen 86 angeordnet.
In der Folge davon wird mit der Zunahme der Rotationsdrehzahl der Nabe 10 eine
zunehmende Menge an Zentrifugalkraft in der Fliehgewichtanordnung 76 erzeugt,
die wiederum über
die Arme 80 und die Lager 84 auf den Flansch 82 an
der Spule 70 übertragen
wird. Diese drehzahlabhänge
Kraft tendiert dazu, die Spule 70 in der Ansicht der 2 nach
rechts zu bewegen.
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Ebenfalls
in der Kammer 74 ist ein Federhalteelement 88,
welches eine Druckschraubenfeder 90 gegen die Seite des
Flanschs 82 hält,
die den Lagern entgegengesetzt ist. Diese Feder 90 bringt
eine Vorspannkraft auf die Spule 70 nach links in der Ansicht der 2 auf.
Geeignete Mittel (nicht gezeigt) sind zum Variieren der Position
des Halteelements 88 vorgesehen, um das Maß der durch
die Feder 90 aufgebrachten Vorspannung voreinzustellen.
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Ebenso
in der Kammer 74 befindet sich ein Umlenkhebel 92,
der für
eine Schwenkbewegung durch einen Schwenkzapfen 94 angebracht
ist. Der Umlenkhebel 92 weist an einem Ende eine Rolle 96 auf,
die mit einem der Fliehgewichte 78 in Anlage gebracht werden
kann, um dieses zu bewegen. Insbesondere hat der Umlenkhebel 92 eine
ausreichende Masse, um diese Bewegung des Fliehgewichts 78 sicherzustellen.
Zu dem Kontakt kommt es an der radial inneren Seite des Fliehgewichts 78 und
der ist derart, dass die Bewegung der Stange 62 in die
abnehmende Blattsteigungsrichtung ein radial nach außen Bewegen
des Fliehgewichts 78 entweder durch die Zugabe von Masse
oder durch eine physikalische Verlagerung bewirken wird. Der Effekt
davon ist es, die Spule 70 in der Ansicht der 2 nach
rechts zu bewegen und die sich ergebende Aktion in Reaktion auf
einen Niedrigsteigungszustand ist ähnlich zu der, die durch eine
Zunahme der Rotationsdrehzahl bewirkt wird. Das andere Ende des
Umlenkhebels 92 weist eine Rolle 98 auf, die mit
einer Steuerelementoberfläche,
die generell mit 100 bezeichnet ist, an einem Ende der
Druckstange 62 zusammenwirkt. Die Steuerelementoberfläche 100 weist
ein Tal 101 zwischen zwei Ausbuchtungen 103 auf.
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Man
erkennt aus der 2, dass der Umlenkhebel 94 in
die am weitesten im Gegenuhrzeigersinn befindliche Position gedreht
wird, wenn die Druckstange 62 in der gezeigten Position
ist, mit dem Ergebnis, dass die Rolle 96 an ihrer radial
am weitesten inneren Position und außer Kontakt mit dem Fliehgewicht 78 ist.
Man sollte erkennen, dass der Umlenkhebel 94 ausreichend
Masse besitzt, so dass er sämtliche
Federkräfte
in dem Fliehgewichtsystem überwindet,
und sicherstellt, dass er immer mit der Steuerelementoberfläche 100 in
Kontakt ist. Andererseits wird er, wenn der Kontakt mit dem Fliehgewicht 78 zugelassen
ist, das Fliehgewicht 78 körperlich positionieren. Somit
folgt, wenn die Druckstange 62 in der Ansicht von 2 nach
rechts bewegt ist, die Rolle 98 der Steuerelementoberfläche 100 in
das Steuerelementoberflächental 101 und
erlaubt es so dem Umlenkhebel 92, im Uhrzeigersinn zu schwenken,
mit dem Ergebnis, dass die Rolle 96 in Kontakt mit der
radialen Innenseite eines Fliehgewichts 78 das Fliehgewicht 78 im
Gegenuhrzeigersinn bewegt. Folglich dient in der gezeigten Ausführungsform
der Umlenkhebel 92 dem Positionieren der Fliehgewichtanordnung 76.
Insbesondere dann, wenn der Umlenkhebel 92 in die Fliehgewichtanordnung 76 eingebracht
wird, wozu es kommt, wenn ein Niedrigsteigungszustand erfasst wird,
wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, drückt diese
das obere Fliehgewicht 78 im Gegenuhrzeigersinn um seine
Schwenkachse 86, was es dem unteren Fliehgewicht 78 erlaubt,
im Uhrzeigersinn zu drehen und so die Fliehgewichtanordnung 76 gegen
den Flansch 82 der Spule 70 zu bewegen. Somit
kommt es im Ergebnis zu einer Bewegung der Spule 70 nach
rechts. Der Aktuator 34 wiederum positioniert die Spule
wieder neu zu einer Position, wo das Kräftegleichgewicht auf dem Betätiger ein
Gleichgewicht des Systems bewirkt. Kurz gesagt gilt, wenn der Aktuator 34 in
Reaktion auf einen Niedrigsteigungszustand positioniert wird, positioniert
er immer die Spule 70 entsprechend und garantiert so eine
direkte Steuerung der Niedrigsteigungsstopposition und die Fliehgewichte 78 haben
zu einem solchen Zeitpunkt keinen Effekt.
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Noch
eine weitere Vorspannkraft wird auf die Spule 70 durch
eine Schraubendruckfeder 102 aufgebracht, die an dem dem
Ende 72 entgegengesetzten Ende 104 der Spule 70 anliegt.
Die Feder 102 ist zwischen dem Spulenende 104 und
einem Ende 106 eines Kolbenventils 108 angeordnet.
Das Kolbenventil 108 hat eine Dichtung 110 an
dem Ende 106 und ein vergrößertes Ende 112, welches
auch eine Dichtung 114 trägt. Diese ist in einer abgestuften
Bohrung 116 angeordnet, welche mit der Bohrung kommuniziert,
in der die Spule 70 aufgenommen ist. Die Stufe ist bei 118 gezeigt
und wirkt als ein Ventilsitz, wenn das Kolbenventil 108 aus
der in 2 gezeigten Position nach rechts verschoben ist.
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Es
wird wieder auf das Spulenventil 68 Bezug genommen. Der
Ventilkörper
weist zwei beabstandete Ringräume 120 und 122 auf,
während
die Spule 70 zu Zwecken der vorliegenden Erfindung drei
durch Nuten 127 und 128 getrennte Anlageflächen 124, 125 und 126 aufweist.
Eine Leitung 129 öffnet
die Nut 127 zu der Leitung 134, welche schließlich mit
dem Sumpf-Druck kommuniziert. Eine interne Leitung 130 ist
mit dem Transferlager 20 (1) verbunden,
um den Pf-Strom von Hydraulikfluid unter Druck
zu empfangen. Die Leitung 130 ist mit einem ersten Auslass 132 in
dem Kolbenventil 108 verbunden und zu der Seite davon hin
angeordnet, die am nächsten
bei der Feder 102 ist. Die Leitung 130 hat einen
zweiten Auslass 134, welcher sich zu der Spule 70 zwischen
den Ringräumen 120 und 122 in
dem Körper
des Spulenventils 68 abhängig von der Position der Spule 70 öffnet. Eine
Leitung 136 ist mit dem Ringraum 120 verbunden
und geht zu einem generell mit 138 bezeichneten Steigungsverzögerungsventil.
Eine weitere Leitung 140 geht zu der gestuften Bohrung 116 an
der großen
Seite der Stufe 118, während
eine weitere Leitung 142 von der gleichen Stelle zu der
Zentralleitung 28 in dem Wellen-/Transferrohr 26 und
dem Transferrohr 27 geht. Man sollte erkennen, dass eine Öffnung 144 die
Leitungen 136 und 140 in einer Bypassrelation
mit dem Steigungsverzögerungsventil 138 verbindet.
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Eine
Leitung 150 ist mit dem Ringraum 122 verbunden
und geht zu einem Ringraum 152 in einem generell mit 154 bezeichneten
Umkehrbefähigungsventil.
Das Umkehrbefähigungsventil 154 weist einen
zweiten Ringraum 156 auf, der mit dem Sumpf verbunden ist.
Eine Vorspannfeder 158 spannt eine Ventilspule 160 in
dem Umkehrbefähigungsventil 154 in
der Ansicht von 2 in Richtung nach rechts und weist
eine Nut 162 auf, die bemessen ist, um eine Fluidverbindung
zwischen dem Ringraum 152 und der Nut 162 zu erlauben,
wenn die Ventilspule 160 nach links bewegt ist. Man sollte
erkennen, dass eine Leitung 163 durch die Nut 162 entweder
mit dem Ringraum 152 oder mit dem Ringraum 156 kommuniziert,
aber bei keiner Position der Spule 160 mit beiden.
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Zwischen
den Ringräumen 152 und 156 befindet
sich die Leitung 163 in Fluidverbindung mit dem Inneren
des Ventils 154 und geht zu dem Steigungsverzögerungsventil 138.
Das Steigungsverzögerungsventil
weist eine Innenspule 164 auf, welche in der Ansicht der 2 durch
eine Feder 166 nach links vorgespannt ist. Ein Ende 168 der
Steigungsverzögerungsventilspule 164 ist
dem Hydraulikstrom Pc durch eine Leitung 170 ausgesetzt,
welche auch eine Zweigleitung 172 aufweist, die zu der
Leitung 30 zwischen dem Wellen-/Transferrohr 26 und
dem Transferrohr 27 geht und mit dieser in Verbindung ist.
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Die
Spule 164 weist ein Paar von Nuten 174 und 176 auf,
die durch eine Einlagefläche 178 getrennt
sind. Die Nut 176 ist bemessen, eine Fluidverbindung zwischen
den Leitungen 136, 140 zu erlauben, wenn das Ventil 164 in
der in 2 gezeigten Position ist, während die Nut 174 bemessen
ist, eine Fluidverbindung zwischen der Leitung 163 und
einer Leitung 180 zu erlauben, welche zu der großen Seite der
gestuften Bohrung 116 geht und in Fluidverbindung mit der
Seite des Kolbenventils 108 ist, die der Feder 102 entgegengesetzt
ist. Die Anlagefläche 178 ist
so bemessen, dass eine Verbindung zwischen den Leitungen 163, 180 abgeschnitten
wird, wenn sich das Ventil 164 aus der in 2 gezeigten Position nach
links bewegt und eine Verbindung zwischen den Leitungen 180 und 140 etabliert
wird, während
die Verbindung zwischen den Leitungen 136, 140 ebenfalls
abgeschnitten wird, mit der Ausnahme einer Strömung durch die Öffnung 144.
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Der
Betrieb ist generell wie folgt:
Bei Normalbetrieb sind die
Komponenten generell in der in 2 gezeigten
Position. Die Spule 70 wird im Wesentlichen außer Funktion
sein, wobei die Strömung
durch die Leitung 150 durch die Anlagefläche 126 unterbunden
ist und die Leitung 150 zum Sumpf-Druck über die
Nut 127 und die Leitung 128 ausgelassen ist. Gleichzeitig
wird der Pf-Strom zu der Flachblattsteigungsseite 38 (1)
des Kolbens 34 über
die Leitung 130, den Auslass 132, an dem Ventilsitz 118 vorbei,
zu der Leitung 142 und dann zu der Zentralleitung 128 in
dem Wellen-/Transferrohr 126 und dem Transferrohr 27 geleitet. Ähnlich wird
der Pc-Strom über die Leitung 170,
die Zweigleitung 172 und die konzentrische Leitung 30 zu
der Steilblattsteigungsseite 42 des Kolbens 32 geleitet.
Eine Steuerung der Blattsteigung des Propellers wird dann durch
die Relativdrücke
Pf und Pc in konventioneller Weise
bewirkt, d.h. gesteuert durch das elektrohydraulische Servoventil
oder ein hydromechanisches Steuerventil in dem stationären Teil
des Propellers.
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Im
Fall, dass es zu einem Überdrehzahlzustand
kommt, übt
das Fliehgewicht 78 (2) eine zunehmende
Vorspannung gegen die Spule 70 aus und tendiert dazu, diese
gegen die Feder 90 zu bewegen. Wenn es dazu kommt, beginnt
die Nut 128 an der Spule 70 den Pf-Strom
zuzumessen, der an dem Auslass 134 in den Ringraum 122 gelangt,
von wo aus er in die Leitung 150 gelangt, durch das Umkehrbefähigungsventil
zu der Leitung 163 passiert, durch das Blattsteigungsverzögerungsventil 138 zu
der Leitung 180 passiert, um auf das Kolbenventil 108 an der
der Feder 102 entgegengesetzten Seite davon aufgebracht
zu werden. In der Folge verschiebt sich das Kolbenventil 108 nach
rechts und schließt
gegen den Sitz 118, unterbindet die Strömung von Pf von dem
Auslass 132 zu der Leitung 142. Das Verschieben
des Kolbenventils 108 erhöht die Vorspannkraft, welche
von der Feder 102 auf die Spule 70 aufgebracht
wird, sowie die Gegenkraft, welche von der Feder 90 auf
die Spule 70 aufgebracht wird.
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Die
Federkonstanten der Federn 90 und 102 sowie die
von dem Fliehgewicht 78 gelieferte Kraft sind derart gewählt, dass
das Kräftegleichgewicht
die Spule so positioniert, dass, wenn die Propellerdrehzahl 101,
5% der Maximaldrehzahl erreicht, die Anlagefläche 126 beginnt, den
Ringraum 122 an dem Auslass 134 zu öffnen. Die
sich ergebende Bewegung des Kolbenventils 108 ändert den
Einstellpunkt des Systems auf 103% der Maximaldrehzahl. Man sollte
insbesondere erkennen, dass, wenn die Feder 102 weiter
zusammengedrückt
wird, sie tendenziell eine größere Öffnung zu
dem Ringraum 122 an der Anlagefläche 126 bewirkt und
somit eine positive Rückkopplung
schafft, was einen neuen Einstellpunkt bei 103% der Maximaldrehzahl
etabliert.
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Wie
vorangehend erwähnt,
wird sich das Kolbenventil 108 in der Ansicht der 2 nach
rechts verschoben haben, um den Sitz 118 wieder zu schließen. In
der Folge ist ein Fließen
von der Leitung 130 zu der Leitung 142 über den
Sitz 118 beendet und das neu Festlegen der eingestellten
Drehzahl auf 103% erlaubt eine Drehzahlzunahme auf 103%, bevor die
Regelung die Überdrehzahl
steuern kann. Bei dieser Drehzahl und zu dieser Zeit erlaubt es
das Verschieben der Spule 70 nach rechts, der Nut 182 in der
Spule in Fluidverbindung mit dem Ringraum 120 zu kommen.
Die Nut 182 ist in Fluidverbindung mit einer Leitung 184,
die zu dem Sumpf geht. Somit wird die Leitung 136 allmählich über die
Nut 182 mit dem Sumpf verbunden. Die Leitung 136 bleibt
mit der Zentralleitung 28 in dem Wellen-/Transferrohr 26,
welches zu der Flachblattsteigungsseite 38 (1)
des doppelt wirkenden Kolbens 34 führt, verbunden. Dann ist es
dem Hydraulikfluid an der Seite des Kolbens erlaubt, aus der Zentralleitung 28 durch
die Leitung 142 zu der Leitung 140 und entweder
durch die Öffnung 144 oder
die Nut 176 in das Blattsteigungsverzögerungsventil 138 zu
der Leitung 136 zu strömen.
Somit wird Druck in dem doppelt wirkenden Zylinder 32 abgelassen,
was es Rotationskräften
und aerodynamischen Kräften,
welche in der Propelleranordnung existieren, und dem Pc-Drucksignal
erlaubt, den Kolben 34 in der Ansicht der 1 nach links
zu drücken
und so die Propeller-Blattsteigung in die steile Richtung erhöht.
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In
der Folge beginnt die Propellerdrehzahl abzufallen, wenn die Blattsteigung
zunimmt, was dazu führt,
dass das Fliehgewicht 78 eine geringere Vorspannkraft auf
die Spule 70 aufbringt, was es tendenziell der Spule 70 erlaubt,
sich nach links zu verschieben, bis der neue Gleichgewichtspunkt,
der durch die Bewegung des Kolbenventils 108 etabliert wird,
erreicht ist. Zu dieser Zeit moduliert die Anlagefläche 124 eine
Strömung
zu der oder von der Flachblattsteigungsseite 38 des Kolbens 34 zu
dem Sumpf oder von der Nut 134 an dem Ringraum 120.
Im Wesentlichen wurde das Hauptsteuersystem durch Verschieben des
Kolbenventils 108 ausgesperrt, bis die Propellerdrehzahl
auf 100% der Maximaldrehzahl abnimmt, wobei zu dieser Zeit das Fliehgewicht 78 es der
Spule 70 erlaubt, in ihre Normalbetriebsposition zurückzukehren.
Wenn eine oder die andere der Hauptsteuerungen korrekt arbeitet,
wird die Propeller-Blattsteigung zur Verhinderung eines Überdrehzahlzustands
von ihr beibehalten. Falls nicht, geht, bei einer Drehzahlzunahme,
das Backup-System wieder in den Backup-Betrieb, wie vorangehend
beschrieben.
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Bei
einem Niedrigblattsteigungszustand kommt es zur gleichen Art von
Aktion. Jedoch wird sie in diesem speziellen Fall dadurch ausgelöst, dass die
Druckstange 62 mit dem Ende 66 der Kolbenstange 36 in
Kontakt kommt, um das Steuerelement 100 zu veranlassen,
eine körperliche
Positionierung der Fliehgewichtanordnung 76 durch den Umlenkhebel 92 zu
bewirken. Folglich wird die Spule 70 ein Bewegungssteuerventil
und kein Kraftsteuerventil und die Blattsteigung wird erhöht.
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Wenn
die Blattsteigung umgedreht werden soll, wird eine manuelle Steuerung
in die konventionelle Anhalteposition am Boden verschoben. Das wiederum
sorgt für
eine Energiebeaufschlagung eines Solenoidventils (nicht gezeigt),
welches dem Signal des Stroms Pgds erlaubt,
auf die rechte Seite des Umkehrermöglichtungsventils 154 aufgebracht
zu werden. Die sich ergebende Verschiebung der Spule 160 lässt die
Nut 162 eine Fluidverbindung zwischen der Leitung 161 und
dem Sumpf etablieren, während ein
Strömen
von dem Ringraum 152 unterbunden wird. In der Folge wird
der Kolben 108, wenn es sich nicht bereits in der in 2 gezeigten
Position befindet, zurück
in diese Position hauptsächlich
durch das Gleichgewicht der Druckkräfte an dem Kolben 108 und
in zweiter Linie durch die Vorspannung der Feder 102 zurückverschoben.
Gleichzeitig wird der Strömungsweg
zu der Leitung 180 in dem Umkehrbefähigungsventil 154 abgeschnitten,
um wieder ein Verschieben des Kolbenventils 108 nach rechts
zu verhindern. Folglich wird das Backup-Steuersystem abgeschalten,
was es dem Propeller er laubt, unterhalb von Flugleerlauf (flight
idle) oder sogar in der Umkehrschubposition betrieben zu werden.
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In
manchen Fällen
kann während
Flugzeugmanövern,
die dazu führen
können,
dass sogenannte "negative
G-Kräfte" zum Tragen kommen,
der Öldruck
vorübergehend
verlorengehen. In einer solchen Situation ist es nicht wünschenswert,
dass es zu einer schnellen Blattsteigungsänderung in dem Propeller während Normalbetriebs
kommt. In einer solchen Situation können die Drücke der Ströme Pf und
Pc momentan abfallen. Wenn der Druck von
Pc abfällt,
erlaubt das der Feder 166 die Spule 164 des Blattsteigungsverzögerungsventils
in der Ansicht der 2 nach links zu bewegen.
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Das
schneidet nicht nur die Verbindung zwischen den Leitungen 163, 180 ab,
sondern verbindet auch Leitung 180 und Leitung 140 und
schneidet die Verbindung zwischen den Leitungen 136 und 140 durch
das Blattsteigungsverzögerungsventil 138 ab und
erlaubt eine Verbindung zwischen diesen Leitungen lediglich durch
die Öffnung 144.
Man sollte erkennen, dass, sollte der Propeller mit Gegengewichten
versehen sein, was häufig
der Fall ist, die Blätter natürlich in
Richtung einer steilen Blattsteigung unter dem Einfluss von Rotation
und aerodynamischen Kräften
tendieren werden. Das bewirkt, dass der Hohlraum an der Seite 38 des
Kolbens 34 druckbeaufschlagt wird, wenn sich der Kolben 34 in
Richtung auf eine steilere Blattsteigung bewegt.
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Wenn
die Leitungen 140 und 180 durch die Spule 154 verbunden
sind, wird eine fortgesetzte Strömung
von der Flachblattsteigungsseite 38 des Kolbens 34 gegen
den Kolben 108 gerichte, was diesen in der Ansicht der 2 nach
rechts verschiebt, um an dem Ventilsitz 18 zu sitzen. Erst
zu dieser Zeit passiert die Strömung
von der Flachblattsteigungsseite 38 durch die Öffnung 44,
die nun als ein Strömungsbegrenzer
wirkt und die Strömung
zurück
zu dem konventionellen elektrohydraulischen Servoventil (nicht gezeigt)
in der Hauptsteuerung auf eine limitierte Strömungsrate limitiert, so dass
eine schnelle Blattsteigungsänderung
nicht erfolgt. Es gibt jedoch eine Anfangsströmungsrate, die größer ist
als eine derartige begrenzte Strömungsrate,
bis der Kolben 108 gegen den Ventilsitz 118 schließt.
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Aus
dem Vorangegangenen erkennt man, dass ein Backup-Regelungssystem,
welches gemäß der Erfindung
ausgeführt
ist, eine exzellente Steuerung des Propellers während Situationen wie beispielsweise Überdrehzahl
für Niedrigblattsteigung liefert
und den Propeller auf 103% ± 3%
der Maximaldrehzahl regelt. Dieses eliminiert mechanische Komponenten
an der Schnittstelle zwischen den festen und den rotierenden Teilen
des Propellersystems und ist dennoch vollständig kompatibel mit konventionellen
Systemen in einem Maße,
in dem es leicht an solchen nachgerüstet werden kann.