-
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Erfassen
des Flugzeugtriebwerkspropellerblatteinstellwinkels und
insbesondere auf das Erfassen des
Flugzeugpropellerblatteinstellwinkels ohne Verwendung von
elektronischen/elektromechanischen Vorrichtungen in dem Propeller.
-
Ein Flugzeugtriebwerkspropeller besteht aus einer Vielzahl
von Blättern, die mit einer Nabe verbunden sind. Die
Drehung des Propellers veranlaßt Luft, in einer Richtung zu
strömen, die zu der Drehebene der Nabe rechtwinkelig ist.
Der erzeugte Propellerschub ist eine Funktion der
Propellerdrehgeschwindigkeit und des Einstellwinkels der Blätter.
-
Der richtige Betrieb von vielen Arten von
Flugzeugtriebwerkspropellern verlangt, daß die Steigerung der
Propellerblätter einstellbar ist, so daß es möglich ist, die
effizienteste Propellerdrehgeschwindigkeit festzulegen, während
die Größe des Propellerschubes geändert wird. Die
Möglichkeit des Einstellens der Propellerblattsteigung verlangt
jedoch eine konstante Messung des Einstellwinkels der
Blätter.
-
Es gibt viele elektromechanische Vorrichtungen wie
Drehgeber, Potentiometer usw., die zum Messen des
Propellerblatteinstellwinkels verfügbar sind. Alle diese Vorrichtungen
verlangen jedoch, daß relativ fragile elektronische
und/oder elektromechanische Vorrichtungen in dem Propeller
plaziert werden, wo sie starken Schwingungen, hohen
g-Belastungen, hoher Temperatur und einem feinen Ölnebel, welcher
die bewegten Teile des Propellers während des Betriebes
schmiert, ausgesetzt sein werden.
-
Es ist möglich, die Vorrichtungen "zu härten" und sie für
die rauhe Umgebung innerhalb des Propellers unempfindlich
zu machen, was aber ein teueres Unterfangen ist. Darüber
hinaus ist kein Grad an Härtung garantiert, und es würde
notwendig sein, Reserveelemente für den Fall vorzusehen,
daß die primären Elemente während des Betriebes ausfallen
sollten. Das würde die Kosten noch weiter erhöhen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige und
wirtschaftliche Flugzeugtriebwerkspropellerblattwinkelmessung
vorzusehen, die nicht die Plazierung von fragilen
elektronischen und/oder elektromechanischen Vorrichtungen in dem
Propeller verlangt.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Mechanismus zum Bestimmen
des Einstellwinkels eines Blattes des in dem Oberbegriff
der unabhängigen Ansprüche beschriebenen Typs durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils derselben gelöst.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß der Erfindung wird der Blatteinstellwinkel eines
Flugzeugtriebwerkspropellers bestimmt, indem die Zeit
zwischen den Impulsen eines Signals gemessen wird, das durch
einen Magnetfeld/Signal-Wandler erzeugt wird, der an einem
Flugzeugtriebwerksabschnitt angeordnet ist, welcher dem
Propeller benachbart ist, wobei die Zeit zwischen den
Impulsen durch die Relativpositionierung von
Magnetfeldschwankungserzeugern an dem Propeller bestimmt wird und
wobei die Relativpositionierung durch eine mechanische
Verbindung mit einem Propeller gesteuert wird.
-
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden
ausführlichen Beschreibung von exemplarischen
Ausführungsformen derselben deutlicher werden, wie sie in den
beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen
-
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Doppelpropeller-
Propfan-Triebwerks ist;
-
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines
Doppelpropeller- Propfan-Triebwerks ist, das teilweise weggebrochen und
teilweise im Schnitt gezeigt ist;
-
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines
Blatteinstellwinkelrades, eines feststehenden Rades und einer Spule ist;
-
und
-
Fig. 4 ein Diagramm der Spulenspannung über der Zeit ist.
-
Gemäß Fig. 1, auf die Bezug genommen wird, besteht ein
Doppelpropeller-Propfan-Triebwerk 5 aus einem nichtdrehenden
Abschnitt 6, einem vorderen Propeller 8 und einem hinteren
Propeller 10. Der vordere Propeller 8 und der hintere
Propeller 10 drehen sich in entgegengesetzten Richtungen um
eine gemeinsame Propellerachse 11. Die Drehebenen der
Propeller (nicht gezeigt) sind zu der Propellerachse 11
rechtwinkelig. Der vordere Propeller 8 besteht aus einer
Vielzahl von Blättern 12, die an einer vorderen Nabe 14
befestigt sind. Ebenso besteht der hintere Propeller 10 aus
einer Vielzahl von Blättern 16, die an einer hinteren Nabe 18
befestigt sind.
-
In Fig. 2 wird das Blatt 12 in seinem Einstellwinkel durch
eine Blattsteuerungswelle 20 gesteuert, die mit einem
Getriebe (nicht gezeigt) verbunden ist, welches mit dem Blatt
12 verbunden ist. Die Drehung der Blattsteuerungswelle 20
durch irgendeine bekannte Einrichtung führt zur Drehung des
Blattes 12 um eine Blattachse 21. Jedes der anderen Blätter
12 wird ebenso gedreht (nicht gezeigt), so daß alle Blätter
12 immer denselben Blatteinstellwinkel haben. Die
Drehverlagerung des Blattes 12 wird auf etwa 100 Grad begrenzt.
-
Eine Blattwinkelwelle 22 ist direkt mit dem Blatt 12
verbunden und so ausgerichtet, daß die Blattachse 21 direkt
durch die Mitte der Blattwinkelwelle 22 hindurchgeht. Nur
eine Blattwinkelwelle 22 ist für den vorderen Propeller 8
erforderlich, weil alle Blätter 12 immer denselben
Blatteinstellwinkel haben.
-
Ein Kegelrad 23, das an dem Ende der Blattwinkelwelle 22
befestigt ist, bewirkt, daß sich ein Blatteinstellwinkelrad
24 um die Propellerachse 11 immer dann dreht, wenn sich das
Blatt 12 um die Blattachse 21 dreht. Die Winkelverlagerung
des Blatteinstellwinkelrades 24 ist proportional zu, aber
nicht identisch mit der Winkelverlagerung des Blattes 12,
wobei das Verhältnis gleich der Zähnezahl des Kegelrades 23
dividiert durch die Zähnezahl des Blatteinstellwinkelrades
24 ist.
-
Gemäß Fig. 3 hat das Blatteinstellwinkelrad 24 eine
Vielzahl von Verstelllappen oder Zähnen 25, die mit einer
Vielzahl von festen Lappen oder Zähnen 26 an einem
feststehenden Rad 27 kämmen. Wenn sich der Propeller 14 dreht,
beschreiben die Lappen 25, 26 eine Umfangsbahn durch Umlaufen
um die Propellerachse 11.
-
Das feststehende Rad 27 behält eine konstante
Winkelverlagerung in bezug auf den Propeller 14 und wird durch
Blatteinstellwinkeländerungen des Blattes 12 nicht beeinflußt.
Wenn das Blatt 12 seinen Einstellwinkel ändert, ändert sich
auch die Distanz längs der Umfangsbahn (Umfangsabstand)
zwischen den Verstelllappen 25 und den festen Lappen 26. Es
wird einen eindeutigen relativen Umfangsabstand zwischen
den Verstelllappen 25 und den festen Lappen 26 für jede
eindeutige Winkelverlagerung des Blattes 12 geben.
-
Ein Magnetfeld/Signal-Wandler in Form einer Spule 28 ist
auf dem nichtdrehenden Abschnitt 6 des Propfan-Triebwerks 5
angeordnet. Die Spule 28 hat eine Spulenachse 29. Die
Spulenachse 29 geht durch die Umfangsbahn hindurch, welche
durch die Lappen 25, 26 beschrieben wird.
-
Sowohl das Blatteinstellwinkelrad 24 als auch das
feststehende Rad 27 bestehen aus ferromagnetischen Materialien,
damit sie als Magnetfeldschwankungserzeuger wirken. Die
Spule 28 ist nahe genug bei den Lappen 25, 26 plaziert, so
daß ein Magnetfeld, das durch ein magnetisches Polstück 28a
im Zentrum der Spule 28 erzeugt wird, durch die Lappen 25,
26 zum Schwanken gebracht wird. Diese Schwankung des Feldes
hat zur Folge, daß eine Wechselspannung an der Spule 28
erzeugt wird. Die Impulse der Wechselspannung werden benutzt,
um den Einstellwinkel des Blattes 12 zu bestimmen.
-
Eine grafische Darstellung der Spannung an der Spule 28
über der Zeit ist in Fig. 4 gezeigt, wo die horizontale
Achse des Diagramms die Zeit repräsentiert und die
vertikale Achse die Spannung repräsentiert. Der Punkt auf der
vertikalen Achse, in welchem diese durch die horizontale
Achse geschnitten wird, entspricht null Volt.
-
Eine Wellenform 30 kreuzt die horizontale Achse mehrmals.
Die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Augenblicken, in
welchem die Wellenform 30 die horizontale Achse kreuzt, in
dem sie von einer negativen zu einer positiven Spannung
geht (positiver Nulldurchgang), entspricht der Zeit, die
zwei aufeinanderfolgende Lappen 25, 26 benötigen, um die
Spulenachse 29 zu passieren. Weiter, das Abwechseln von
Verstellappen 25 und festen Lappen 26 garantiert, daß einem
positiven Nulldurchgang, der durch einen Verstellappen 25
erzeugt wird, immer ein positiver Nulldurchgang folgt, der
durch einen festen Lappen 26 erzeugt wird, und daß einem
positiven Nulldurchgang, der durch einen festen Lappen 26
erzeugt wird, immer ein positiver Nulldurchgang folgt, der
durch einen Verstellappen 25 erzeugt wird.
-
In Fig. 4 repräsentieren die Zeiten t1, t2, und t3 drei
aufeinanderfolgende positive Nulldurchgangszeiten. TA ist
das Zeitintervall von t1 bis t2, und TB ist das
Zeitintervall von t2 bis t3. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem
Kegelrad 23 und dem Blatteinstellwinkelrad 24 wird so
gewählt, daß sich die Verstellappen 25 niemals mehr als die
halbe Strecke zwischen den festen Lappen 26 bewegen.
Deshalb
müssen, weil das Zeitintervall TA kürzer als das
Zeitintervall TB ist, die positiven Nulldurchgänge bei T1 und
T3 den festen Lappen 26 entsprechen, welche die Spulenachse
29 durchqueren, wogegen T2 einen der Verstellappen 25, der
die Spulenachse durchkreuzt, darstellen muß.
-
Der Einstellwinkel des Blattes 12 ist durch folgende Formel
gegeben:
-
Blatteinstellwinkel = C * ((TB - TA)/(TB + TA)),
-
wobei C eine Konstante ist, deren Wert von der Zähnezahl
des Kegelrades 23, der Zähnezahl des
Blatteinstellwinkelrades 24 und der Anzahl der Verstellappen 25 und der festen
Lappen 26 abhängt. Die obige Formel gilt für jede
Drehgeschwindigkeit der Nabe 14, weil sich TA und TB in demselben
Verhältnis ändern, wenn sich die Drehgeschwindigkeit der
Nabe 14 ändert.
-
Ein Mechanismus zum Erfassen des Einstellwinkels des
Blattes 16 an der hinteren Nabe 18 besteht aus einer
Blatteinstellwinkelwelle 32, einem Kegelrad 33, einem
Blatteinstellwinkelrad 34 und einer Spule 38. Das Blatt 16 dreht
sich um eine Achse 31. Die Arbeitsweise des Mechanismus ist
mit der hier angegebenen Beschreibung zum Erfassen des
Einstellwinkels des Blattes 12 identisch, mit der Ausnahme,
daß die Spule 38 Teil der vorderen Propellernabe 14 ist und
daß deshalb eine induktive Kopplung 42 benutzt wird, um das
Wechselspannungssignal, welches in der Spule 38 erzeugt
wird, zu dem nichtdrehenden Abschnitt 6 zu übertragen.
Weiter, die Signalfrequenz wird verdoppelt, weil sich die
vordere Nabe 8 und die hintere Nabe 10 in entgegengesetzten
Richtungen drehen.
-
Die Erfindung ist zwar am Beispiel eines Doppelpropeller-
Propfan-Triebwerks dargestellt worden, sie würde sich
jedoch ebenso gut für ein Flugzeugkolbentriebwerk oder jeden
anderen Typ von Flugzeugtriebwerk eignen, bei dem ein
Propeller mit verstellbaren Blättern benutzt wird. Die Anzahl
der bei einem Flugzeugtriebwerk benutzten Propeller ist für
die Erfindung nicht kritisch. Die Polarität und die genaue
Art der Wellenform 30 in Fig. 4 kann verändert werden,
indem äußere Parameter manipuliert werden (wie zum Beispiel
die Richtung der Windungen der Spule 28) oder indem die
Magnetfeldschwankungen in eine andere Art von Signal (wie zum
Beispiel ein Stromsignal) umgewandelt werden.
-
Diese besondere Ausführungsform der Erfindung ist zwar
unter Verwendung von zwei ineinandergreifenden
ferromagnetischen Rädern 24, 27 gezeigt worden, die Erfindung kann
jedoch auch ausgeführt werden, indem der Umfangsabstand von
irgendwelchen ferromagnetischen Objekten geändert wird.
Obgleich die Spule 28 in dieser besonderen Ausführungsform
mit einem magnetischen Kern gezeigt wurde, ist die
besondere Quelle des Magnetfeldes für die Erfindung nicht
wichtig. Es ist möglich, die Erfindung ohne die Verwendung von
ferromagnetischen Materialien auszuführen, indem eine
externe Stromquelle benutzt wird, um ein Magnetfeld zu
erzeugen, das stark genug ist, um Wirbelströme in den
verschiedenen Teilen der Vorrichtung zu erzeugen.
-
Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf exemplarische
Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben worden, es
dürfte jedoch dem Fachmann klar sein, daß verschiedene
Modifikationen darin und daran vorgenommen werden können,
ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den
beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.