-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Logiksystem zum Bestimmen eines Wellenversagens in einer Gasturbinenmaschine
und insbesondere ein Verfahren zum Erfassen der unmittelbaren Zeichen
einer Wellenentkopplung in einer Gasturbinenmaschine und eine Vorrichtung,
die diese Erfassungsfunktionen ausführt.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gasturbinenmaschinen sind in der
Technik seit vielen Jahren bekannt und sind Maschinen, bei denen
eine Welle, die eine Reihe von Verdichterlaufschaufeln beinhaltet,
als die Antriebswelle zum Erzeugen eines Ausgangsschubs aus der
Maschine dient. Derartige Maschinen werden typischerweise bei Flugzeugen
verwendet und können
entweder in Verbindung mit Propellerantriebssystemen zur Ausbildung
eines Turbopropsystems oder ohne einen Propeller, wie in einem Turbowellen-,
Turbostrahl- oder Turbobläsersystem,
verwendet werden. Maschinen, die Verdichterlaufschaufeln an einer
einzigen Antriebswelle beinhalten, sind als Einfach-Axialströmungsverdichtermaschinen
bekannt. Ein anderer Typ von Maschine ist einer, der zwei koaxiale
Antriebswellen beinhalten kann, was als Doppel-Axialströmungsverdichtermaschine
bezeichnet wird. Bei einer derartigen Maschine sind Reihen von Niederdruckverdichterlaufschaufeln
durch eine erste Antriebswelle mit einer Antriebsturbine verbunden.
Strömungsabwärts von
diesen Reihen von Niederdruckverdichterlaufschaufeln befinden sich
Reihen von Hochdruckverdichterlaufschaufeln, die mit eine zweiten
koaxialen Antriebswelle verbunden sind, die von separaten Antriebsturbinen
angetrieben ist.
-
Unabhängig davon, ob es sich bei
der Maschine um einen Einfach-Axial- oder Doppel-Axial-Typ handelt,
müssen
die Antriebswellen in der Lage sein, mit mehreren 10.000 U/min stundenlang am
Stück unter
intensiven Änderungen
der Temperatur, Beschleunigung, Zentrifugalspannung, Axialspannung,
etc. zu rotieren.
-
Nach Jahren der Verwendung von Wellen
ist es zu Umständen
gekommen, bei denen sich eine der Antriebswellen von dem verbleibenden
Teil der Welle trennt. Weil die Antriebswelle bei einer derart hohen
Geschwindigkeit rotiert, wird es zu einem Versagen oder zu einem "Entkoppeln" der Welle plötzlich und
schnell kommen. Wenn eine Gasturbinenmaschine ein Wellenversagen
erfährt,
kann es zu dem gesamten Versagensablauf in weniger als einer Sekunde
kommen und ein plötzliches
katastrophales Versagen des Triebwerks zur Folge haben, wobei sich
die rotierenden Bauteile der Maschine strömungsaufwärts von der Versagensstelle
plötzlich verlangsamen,
während
rotierende Bauteile strömungsabwärts der
Versagensstelle beginnen werden, unkontrollierbar zu beschleunigen.
Diese unkontrollierte Beschleunigung strömungsabwärts von der Ausfallstelle bringt
die größten Gefahren
mit sich, weil die Rotationsgeschwindigkeit dieser Bauteile einen
Punkt erreichen kann, bei dem die Zentrifugalkräfte auf diese Bauteile sie
veranlassen, von der Antriebswelle abzuscheren und auf das Maschinengehäuse zu stoßen, was
das Risiko beinhaltet, dass diese Bauteile nicht innerhalb des Triebwerkgehäuses zurückgehalten
werden können.
Bei einem Strahlflugzeug könnte
ein derartiges Nicht-Zurückhalten
zu einer ernsthaften Beschädigung
der verbleibenden Teile der Maschine sowie zu einer Beschädigung der
Flugzeugzelle führen.
-
Zahlreiche Anstrengungen wurden unternommen,
um ein Bauteil-Zerplatzendurch das Maschinengehäuse zurückzuhalten. Bei einem derartigen
Versuch wurde ein massiver Rückhaltering,
der aus hochfestem Material, beispielsweise einer Nickel-Cobalt-Legierung,
gebildet ist, in das äußere Maschinengehäuse integriert,
um umfangsmäßig die rotierenden
Bauteile der Maschine zu umgeben. Obwohl derartige Rückhalteringe
erfolgreich beim Zurückhalten
von abgebrochenen Bauteilen in dem Maschinengehäuse waren, fügen sie
eine signifikante Menge an zusätzlichem
Gewicht der Maschine hinzu und opfern so Brennstoffökonomie
und Passagierkapazität.
Das Einfangen von Triebwerkbauteilen, die versagt haben, in der
Maschine selbst führt
auch zu übermäßiger, irreparabler
Beschädigung
der Maschine und macht es häufig
erforderlich, dass die gesamte Maschine nach einem derartigen Versagen
ersetzt werden muss, was substanzielle Kosten zu dem Betrieb des
Flugzeugs addiert.
-
Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach
der Entwicklung eines Vorwarnprotokolls zum Identifizieren der unmittelbaren
Zeichen eines Antriebwellenversagens und zum Abschalten der Maschine,
bevor die Teile der Antriebswelle strömungsabwärts von der Ausfallstelle sich
auf ein Niveau beschleunigen, das übermäßige Spannungen auf die rotierenden Bauteile
aufbringt. Weil diese Warnzeichen nur Bruchteile einer Sekunde,
bevor die Triebwerkbauteile beginnen zu zerbrechen, auftreten, ist
es evident, dass ein derartiges Warnprotokoll auch automatisiert werden
muss, vorzugsweise in der Form einer Kontrolllogik, die von einem
an Bord befindlichen Highspeed-Prozessor verwendet wird. Wenn es
möglich wird,
die Maschine abzuschalten, während
sie die frühen
Warnzeichen eines Wellenversagens zeigt und bevor es zu irgendeinem
Bruch von Bauteilen kommt, kann das Erfordernis nach der Verwendung von
schweren Rückhalteringen
eliminiert werden. Außerdem
kann eine Beschädigung
der Maschine, die sich aus dem Bruch von Hochgeschwindigkeitsbauteilen
ergibt, ebenso eliminiert werden. Am wichtigsten ist jedoch, dass
die Sicherheit der arbeitenden Maschine signifikant verbessert werden
kann, da die Risiken eines Komponentenbruchs eliminiert werden können und
so die Sicherheit und Integrität
der Passagierzelle verbessert werden kann.
-
Ein derartiger Versuch ist in US-Patent
5 293 774 beschrieben, das am 15. März 1994 Ratherham erteilt wurde.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es ist ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Vornehmen einer Feststellung
eines unmittelbaren Antriebswellenversagens und zum Absperren der
Brennstoffströmung
zu der Maschine bereitzustellen, wenn ein derartiges unmittelbares
Versagen detektiert wird und so die Maschine abzuschalten.
-
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein elektronisches System bereitzustellen, welches eine
Kontrolllogik verwendet, um eine Feststellung eines Wellenversagens
zu treffen und einen Kontrollhinweis abzusenden, um ein Abschaltsystem zu
signalisieren, um den Brennstofffluss zu der Maschine in Reaktion
auf die Feststellung eines Wellenversagens abzusperren.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Kontrollieren einer Turbinenmaschine
bereitgestellt, wie es breit im Anspruch 1 definiert ist.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Kontrollieren
einer Turbinenmaschine bereitgestellt, wie es breit in Anspruch
8 definiert ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Schnittansicht einer Doppel-Wellen-Gasturbinenmaschine.
-
2 ist
ein Diagramm der normierten Verzögerung über der
korrigierten Drehgeschwindigkeit für den Niederdruckverdichter
eine Doppel-Axialverdichterturbowellenmaschine.
-
3 ist
ein Ablaufdiagramm, welches die für das Erfassen einer Wellenent-kopplung erforderlichen
Schritte und die Abfolge für
das Abschalten der Maschine zeigt.
-
4 ist
ein Ablaufdiagramm, welches die für das Erfassen einer Wellenentkopplung
erforderlichen Schritte und den Ablauf von Ereignissen zeigt, die
stattfinden, wenn einer der Kommunikationskanäle versagt.
-
5 ist
ein Ablaufdiagramm, welches die für das Detektieren einer Wellenentkopplung
erforderlichen Schritte und den Ablauf zum Abschalten des Triebwerks
zeigt, wenn eine Entkopplung während
eines Anlassvorgangs oder beim Betrieb bei niedrigen Leistungseinstellungen
erfasst wird.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 zeigt
eine Schnittansicht einer üblichen
Doppel-Wellen-Maschine 10, welche das Doppel-Axialverdichtersystem
nutzt, das die in den Verbrennungsabschnitt der Maschine gelangende
Luft verdichtet und druckbeaufschlagt. Die Maschine 10 weist
Reihen von Niederdruckverdichterlaufschaufeln 15 auf, die
an einer inneren Welle 22 rotieren. Die Drehzahlen der
Niederdruckverdichterlaufschaufel-Rotation ist mit den Parametern "NL" angegeben, was in
der Nähe
des vorderen Endes der Maschine in der 1 gezeigt ist. Strömungsabwärts von dem Niederdruckverdichterlaufschaufel-Abschnitt
befinden sich Reihen von Hochdruckerdichterlaufschaufeln 20.
Diese Laufschaufeln rotieren um die Welle 21, die zu der
Niederdruckwelle 22 koaxial ist. Die Rotationsgeschwindigkeit
für diesen
Laufschaufelabschnitt ist mit dem Parameter "NH" angegeben,
was in der Nähe
des Mittelbereichs der in 1 gezeigten Darstellung
gezeigt ist. Jede der Wellen 21 und 22 ist von
separaten Turbinen in dem Turbinenabschnitt 25 der Maschine
angetrieben.
-
Bei Betrieb erzeugt der Verbrennungsabschnitt 24 die
zum Antreiben der Turbine in dem Turbinenabschnitt 25 erforderliche
Kraft. Diese Turbinen treiben wiederum die Doppel-Axialwellen 21 und 22 an,
welche die durch die Maschine strömende Luftströmung antreiben
und druckbeaufschlagen. Eine derartige Maschine kann auch als Maschine
vom Turboprop-Typ betrieben werden, indem in dem Turbinenabschnitt
eine zusätzliche
Turbine hinzugefügt wird,
um einen Propeller vorne an dem Triebwerk anzutreiben oder durch
andere strukturelle Modifikationen, die dem Fachmann bekannte sind
und von ihm verstanden werden.
-
Ein kritisches Augenmerk bei dem
Betrieb von jeder Art von Gasturbinenmaschine ist das Versagen einer
rotierenden Welle. Außerdem
ist es bei jeder Gasturbinenanwendung, bei der die Brennstoffströmung zu
der Maschine in einem gewissen Umfang trotz des Versagens einer
rotierenden Welle weitergehen könnte,
wie bei der hier beschriebenen Zwei-Wellen-Maschinenanwendung, wünschenswert,
eine Einrichtung zum Abschalten der Brennstoffströmung zu
der Maschine bei dem Versagen der Welle bereitzustellen. Wenn beispielsweise
die den Niederdruckverdichter-Abschnitt 15 treibende Welle 22 brechen
würde oder "entkoppeln" würde, würde der
Niederdruckverdichter-Abschnitt 15 plötzlich beginnen,
sich zu verlangsamen, während
die Turbinen, welche die Welle 22 antreiben und immer noch befeuert
sind, anfangen würden,
in Folge der plötzlich
verringerten Belastung auf die Welle, unkontrollierbar zu beschleunigen.
Mit dem Beginn einer unkontrollierten Beschleunigung dieser Turbinen
würden
die Turbinen schnell ihre maximale Konstruktionsdrehzahl überschreiben
und beginnen, auseinander zu brechen und Fragmente mit hoher kinetischer Energie
hervorbringen, die in der Lage sind, das Triebwerkgehäuse zu verlassen,
wenn nicht das Triebwerkgehäuse
auf andere Weise durch irgendeine Art von Einschlussstruktur geschützt ist.
Der gesamte Ablauf von Vorfällen,
die zu einem Triebwerkversagen führen,
kann viel weniger als eine Sekunde dauern, so dass die Erfinder
hier festgelegt haben, dass ein derartiges Versagen bei den frühesten Zeichen
für ein
Versagen erfasst werden muss und das Abschalten der Maschine mit
einem automatischen System durchgeführt werden muss, das in der
Lage ist, innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde auf das Versagen
zu reagieren.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde eine logische Ablauffolge entwickelt,
welche die Anwesenheit einer Schaftentkopplung, basierend auf Änderungen
bestimmter Parameter des Maschinenbetriebs feststellt. Obwohl die
bevorzugte Ausführungsform
einen logischen Ablauf für
das Erfassen eines Wellenversagens für die Niederdruckverdichterwelle
liefert, kann ein analoger logischer Ablaufplan für das Feststellen des
Versagens der Hochdruckverdichterwelle verwendet werden, wie das
der Fachmann aus der folgenden Beschreibung erkennt und versteht.
-
2 zeigt
Tests, die an einem Computermodell einer Turbomaschine, die eine
Doppel-Axialverdichteranordnung verwendet, wie sie mit Bezugnahme
auf die 1 beschrieben
wurde, durchgeführt
wurden. Die vertikale Achse illustriert die Verzögerung, bezeichnet mit dem
Parameter "NLDot", die mit dem Parameter "Delta" normiert wurde.
Eine derartige Normierung erlaubt eine vergleichende Analyse der
Parameter oder berechneter Werte über die Betriebsmission der
Maschine. Das Normieren von Daten ist auf dem Gebiet der Mathematik
und Statistik wohl bekannt, und die zur Durchführung einer derartigen Normierung
erforderlichen Schritte sind dem Fachmann bekannt und verstanden.
Der sich ergebende Parameter NLDot/Delta ist an der vertikalen Achse
in Einheiten von prozentualer Änderung
der Geschwindigkeit pro Sekunde aufgetragen. Die horizontale Achse
zeigt die korrigierte Drehzahl des Niederdruckverdichters in U/min.
Die Linie 30 zeigt den Verzögerungszustand, der bei einem
kalten Flammenausfall (cold flame out) auftritt, während die
Linie 40 den Verzögerungszustand
zeigt, der bei einem heißen
Flammenausfall (hot flame out) auftritt. Die Linie 50 repräsentiert
eine Abgrenzungslinie, von der man festgestellt hat, dass es die
Linie ist, welche Verzögerungen,
die bei bekannten Triebwerkanomalitäten auftreten, wie beispielsweise
Flammenausfall (flame out), und Verzögerungen, die nur durch ein Wellenabscheren
der Niederdruckverdichterwelle erklärt werden können, separiert. Eine Linie 52 repräsentiert
ein Wellenabscheren, welches bei Reiseflughöhe auftritt, während die
Linie 54 ein Wellenabscheren zeigt, das unter Hochtemperaturzuständen auftritt.
Man beachte, dass es zwischen den Linien für das Wellenabscheren unter
den verschiedenen Betriebsbedingungen sehr wenig Unterschied gibt,
obwohl ein leicht messbarer Unterschied ist zwischen den Linien,
die einen Flammenausfall (flame out) darstellen, und den Linien,
die ein Wellenabscheren darstellen.
-
Die Darstellung von 2 zeigt klar, dass die Verzögerung der "Fußabdruck" ist, welcher den
deutlichsten Nachweis eines Wellenversagens liefert, wie er auch
der Nachweis ist, der am schnellsten auftritt.
-
Ein Vorteil des Verwendens der Verzögerungseigenschaften
des Verdichterteils der Welle für das
Erfassen einer Wellenabscherung ist, dass es, verglichen mit Sensoren,
die in den heißen
Turbinenwellenbereichen einer Maschine ver wendet werden, eine Zunahme
bei der Zuverlässigkeit
von Sensoren gibt, die zum Erfassen der Rotationsgeschwindigkeit der
Verdichterwelle verwendet werden.
-
3 zeigt
den logischen Ablauf 60, der verwendet werden kann, um
sofort ein Versagen der Niederdruckverdichterwelle zu erfassen.
Der Logikablauf wird über
zwei Kanäle
eines Steuerprozessors durchgeführt,
der als voll digitale Triebwerksteuerung oder "FADEC" (Full Authority Digital Engine Control) bekannt
ist. Das FADEC ist im Wesentlichen ein mehrkanaliger an Bord befindlicher
Computer, der eine begrenzte Anzahl von Eingaben von dem Flugzeugpiloten
sowie kontinuierliche Eingaben von verschiedenen Sensoren, Schaltern
und Antriebselementen erhält,
die über
die Maschine verteilt sind. Das FADEC analysiert diese verschiedenen
Eingaben von diesen Geräten
und sendet Kontrollsignale zurück
an die Geräte,
um deren Betrieb zu managen. FADEC-Systeme sind in dem Technikgebiet
bekannt und wurden zuerst in dem US-Patent 4 718 229, welches am
12. Januar 1988 Riley erteilt wurde, beschrieben.
-
Das FADEC der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, einen Logikablauf durchzuführen, der
Eingabewerte von NL- und P3-Druck nimmt, um zu bestimmen, ob es
zu einer Wellenentkopplung gekommen ist.
-
Man kann auswählen, ein Wellenversagen auf
der Basis des aus Abfragewerten von NL berechneten NLDot-Werten
zu erklären;
eine viel stabileres System würde
jedoch ein Wellenversagen beispielsweise an Hand von unüblichen
korrespondierenden Änderungen
an P3 erfassen. Vorzugsweise wird, um ein unbeabsichtigtes Abschalten
des Triebwerks bei Bedingungen zu verhindern, bei denen die Welle nicht
versagt hat, der zweite Parameter verwendet, um zu verifizieren,
dass es zu einem Versagen kommt.
-
Man hat experimentell herausgefunden, dass
ein Parameter, der sich während
eines Niederdruckverdichter-Wellenversagens schnell ändert, der Druck
am Eingang der Brennkammer ist, was als der Parameter "P3" bezeichnet wird.
Dieser Druck wird in dem Bereich der Maschine zwischen dem strömungsab wärtigen Ende
der Hochdruckerdichterlaufschaufeln und dem Eingang zu der Brennkammereinrichtung
gemessen. Experimente haben gezeigt, dass ein Abfall im P3-Druck
mit einem Zustand eines Wellenversagens korrespondiert. Deshalb
kann der Parameter gemessen werden als ein Sicherheitswert, um ein
Detektieren eines Wellenversagens zu verifizieren, das durch das
Messen plötzlicher
Verzögerungen
bei dem Niederdruckverdichter gemacht wurde. Natürlich können andere physikalische Parameter,
die gleichermaßen
durch deren Versagen beeinflusst werden, als Alternative zu dem
P3-Parameter gemessen werden. Für
den Zweck der folgenden Beschreibung wir die Erfindung beschrieben
werden, als beinhalte sie die Messung des P3-Parameters in dem Logikablauf.
-
Der Eingabewert für die Verzögerung kann von Drehgeschwindigkeitssensoren
hergeleitet werden, die in der Nähe
des Eingangsendes des Niederdruckverdichterlaufschaufelabschnitts
angeordnet sind oder in der Nähe
der Welle für
den Niederdruckverdichter angeordnet sind. Änderungen bei der Drehgeschwindigkeit,
die an das FADEC übermittelt
werden, können
verwendet werden, um die Beschleunigung oder Verzögerung durch
das FADEC-System zu berechnen. Der P3-Druck wird von Drucksensoren
abgeleitet, die an dem Eingang des Verbrennungsabschnitts angeordnet
sind und den Absolutdruck in diesem Bereich messen. Ein Satz von
Rotationsgeschwindigkeits- und Drucksensoren kommuniziert mit einem
Kanal des FADEC, während ein
zweiter Satz von Rotationsgeschwindigkeits- und Drucksensoren mit
einem zweiten, Sicherheits-Kanal des FADEC kommuniziert.
-
3 zeigt
den ersten FADEC-Kanal 70, der mit den Sensoreingaben für NL 71 kommuniziert
zum Berechnen von NLDot- und P3-Druckabfall 72. Der logische
Ablauf ist wie folgt:
- (1) Das FADEC wird die
Rotationsgeschwindigkeiten abfragen und normierte NLDot-Werte in
Intervallen von etwa 20 ms berechnen an einem der Kommunikationskanäle. Das
tatsächliche
Zeitintervall zwischen dem Abfragen kann variierten, bei den bevorzugten
Ausführungsformen
ist das Abfrage-Zeitintervall zwischen 20 und 30 ms.
- (2) Wenn der berechnete normierte NLDot-Wert die Grenzlinie
für normierte
NLDot-Werte (die aus der Darstellung von 2 abgeleitet wurde) bei einigen aufeinander
folgenden Abfragen überschreitet,
wird dieser Parameter gesetzt, und der logische Ablauf wird zu dem
Testen von P3 weitergehen. In der bevorzugten Ausführungsform
werden drei sukzessive Abfragen von NL und Berechnungen von NLDot
den Paramerter setzen, es kann jedoch auch eine verschiedene Anzahl
von sukzessiven Abfragen genommen werden, beispielsweise eine Abfrage
oder vier oder mehr Abfragen.
- (3) Wenn der P3-Wert unterhalb dem vorhergesagten Wert für P3 unter
den speziellen Triebwerkbetriebsbedingungen ist, wird die Logik
einen Wellenabscher-Zustand erklären.
In der bevorzugten Ausführungsform
wird der Wellenabscherzustand erklärt, wenn der P3-Wert 20 psia
oder mehr unterhalb des vorhergesagten Werts liegt. Jedoch kann
der Unterschied zwischen dem gemessenen P3-Wert und dem vorhergesagten P3-Wert,
der erforderlich ist, um ein Wellenversagen zu erklären, ändern, wie
es der Fachmann verstehen wird.
- 4) Wenn die Logik ein Abscheren der Welle erklärt, wird
eine Bestätigung
dieser Feststellung vorgenommen, indem ein Signal 75 an
den Backup-Kanal 80 gesandt wird, der gleichförmige die gleiche
Erfassung und Vergleichstests 81 bis 83 durchführt, die
an dem Kanal 70 durchgeführt werden. Wenn der Kanal 80 das
Ergebnis verifiziert, sendet er ein Signal 85 zurück an den
Kanal 70, und beide Kanäle
senden Signale zum Abschalten der Maschine.
- (5) Beide Kanäle
werden dann übereinstimmen und
Signale an einsatzmäßig programmierbare gate
array-Schaltungen (FPGA - Field Programmable Gate Array Circiuts) 76 bzw. 86 senden, welche
die Signale von den Kanälen 70 und 80Brennstoffunterbrechung
erhalten und eine zu den Maschinen befehlen und so unmittelbar die Maschine
verlangsamen, die den Wellenabscherzustand zeigt.
-
Der Vorteil dieses logischen Ablaufs
ist dreifach:
- (1) Der logische Ablauf ist in
der Lage, ein Wellenversagen in einer Gesamtzeit von etwa 80 bis
100 ms, abhängig
von der exakten Verarbeitungsgeschwindigkeit des FADEC, zu erklären und
zu verifizieren. In Anbetracht der Tatsache, dass das Fragmentieren
durch die Turbinen strömungsabwärts von
der Ausfallstelle weniger als eine Sekunde nach dem Versagen der
Welle auftritt, gibt die Reaktionszeit von 50 bis 60 ms dem FADEC-System
die Möglichkeit,
die Maschine abzuschalten, bevor übermäßige Beschädigung an der Maschine verursacht
wird.
- (2) Der logische Ablauf und der FADEC-Prozessor reagieren viel
schneller auf das Versagen als jeglicher menschlicher Kontrolleur
jemals reagieren könnte.
Falls die Information über
die normierten NLDot- und P3-Werte zu dem Piloten in dem Cockpit
geschickt würden,
würde,
selbst wenn der Pilot durch ein Warnlicht von einem erfassten Ausfall
gewarnt würde,
die Reaktionszeit mindestens 5 bis 25 s betragen, was nicht ausreichend schnell
ist, um eine Beschädigung
der Maschine zu verhindern. Der hier beschriebene logische Ablauf
kann in einem Zeitrahmen durchgeführt und ausgeführt werden,
der schneller ist als normale menschliche Reflexe und schnell genug
ist, um eine übermäßige Beschädigung an
der Maschine oder eine Beschädigung
an dem Rumpf zu verhindern, was sich aus einem nicht eingedämmten Versagen
ergibt.
- (3) Der logische Ablauf nutzt mehrere Backups und Logikanordnungen,
um ein Abschalten der Maschine unter Pseudoumständen zu verhindern. Die Auslegung
der Bestätigung
normierter NLDot-Werte mit mehreren sukzessiven Abfragewerten, die
Verwendung des P3-Parameters zur sekundären Bestätigung und die Kommunikation mit
einem zweiten Kanal zur tertiären
Bestätigung dienen
alle dazu, ein Abschalten der Maschine zu verhindern, wenn nicht
alle Daten auf ein Wellenversagen hinweisen. Das verhindert, dass
die Maschine unter Pseudozuständen
oder unvorhersagbaren Zuständen,
die nicht das Ergebnis eines Wellenversagens sind, abgeschaltet
wird. Schließlich
erlaubt das eine sichere Verwendung des Logiksystems unter einer
Vielzahl von verschiedenen Flugzuständen.
-
4 illustriert
das System, wie es arbeitet, wenn einer der zwei Kanäle, die
mit dem FADEC kommunizieren, nicht zur Verfügung steht. Dazu kann es kommen,
wenn einer der Kanäle
nicht mit einem der Sensoren kommunizieren kann oder wenn der Kanal
daran gescheitert ist, eine Verbindung mit dem FADEC-Prozessor herzustellen.
In der 4 ist der Kanal 70 der
betriebsfähige
Kanal, während
der Kanal 60 der Kanal ist, der nicht funktioniert. In
diesem Betriebsmodus erfolgen die Schritte des Checkens eines übermäßigen NLDot-Werts 71,
Checken des P3-Abfalls 72 und Erklären des Wellenabscherversagens 73 wie
normal. Wenn jedoch der Kanal 60 nicht zur Verfügung steht,
geht es default-mäßig zu dem
Status "bestätigt" und bestätigt die
im Kanal 70 erreichte Schlussfolgerung. Der Vorteil eines
derartigen logischen Ablaufs ist, dass das Flugzeug nicht außer Dienst
genommen werden muss, um das Versagen an dem betriebsunfähigen Kanal 60 zu
reparieren, da der andere Kanal 70 betriebsfähig bleibt und
all die erforderlichen Schritte zum Bestimmen eines Wellenversagens
ausführt.
In der Folge ist das Flugzeug in der Lage, seine Zeit "in Dienst" zu verlängern und
dennoch die erforderlichen Ausfallchecks durchzuführen.
-
Die 1 bis 4 sind auf logische Abläufe gerichtet,
die bevorzugt sind zur Verwendung, wenn das Flugzeugtriebwerk voll
läuft,
wie sie beispielsweise während
einem Flug auf Reiseflughöhe
oder während
des Starts auftreten. Es werden jedoch andere Logikabläufe vorzugsweise
während
des Anlassens der Maschine und dem Anlaufen der Maschine unterhalb
der Leerlaufdrehzahl verwendet. Diese logischen Abläufe sind
in der 5 gezeigt.
-
5 zeigt
den logischen Ablauf, der verwendet wird, wenn das Triebwerk sein
anfängliches Hochlaufen
nach dem Zünden
durchläuft. "NH" repräsentiert
die Drehgeschwindigkeit des Verdichters mit hoher Drehzahl, während "X%" den Prozentsatz der
Geschwindigkeit repräsentiert,
den der Verdichter mit hoher Drehzahl, verglichen mit der maximalen Geschwindigkeit
bei voller Leistungseinstellung für diesen Verdichter erreicht
hat. "NL" repräsentiert
die Drehgeschwindigkeit des Verdichters mit niedriger Drehzahl,
während "Minimum%" den Prozentsatz
der Geschwindigkeit repräsentiert,
den der Verdichter für niedrige
Drehzahl verglichen mit der Geschwindigkeit bei voller Leistungsein stellung,
erreicht hat. Die tatsächlichen
Werte für
die Parameter X% und Minimum% werden sich abhängig von dem Typ und der Konstruktions
des betroffenen Triebwerks ändern, wie
der Fachmann verstehen wird.
-
Jedoch ist der Wert Minimum% immer
eine Funktion von X%. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei
der der Logikablauf auf eine Turbopropmaschine beispielsweise des
als "PW150A" bekannten Typs,
angewandt wird, ist der bevorzugte X%-Wert zwischen etwa 61% bis
64%, was zwischen 19.000 und 20.000 U/min entspricht. Für diesen
speziellen X%-Wert ist das Minimum zwischen 27% und 28%, was 7500
bis 7510 U/min entspricht.
-
Der logische Ablauf von 5 arbeitet, indem zuerst
der Wert für
NH getestet wird und ihm ein Prozentsatz von maximum U/min (X%)
zugewiesen wird. Der Wert von NL wird dann getestet und ihm ein Prozentsatz
von Maximum U/min (Minimum%) zugeordnet. Wenn Minimum% der U/min
für den
Verdichter mit niedriger Geschwindigkeit nicht für jeden Wert von X% des Verdichters
für hohe
Drehzahl, der bei vorzugsweise drei Intervallen von 20 ms gemessen wurde,
erfüllt
wird, wird das Anlassen des Triebwerks abgebrochen durch ein Absperren
der Brennstoffzufuhr zu der Maschine.
-
Der logische Ablauf für den Teil
des Hochlaufens des Anlassens vor dem Leerlauf ist im Wesentlichen
der Gleiche wie der, der für
das anfängliche Anlassen
verwendet wird, wie in der 5 gezeigt. NH
wird gemessen, und ein Wert (X%) zugeordnet, und NL wird gemessen
und ein Wert (Minimum%) zugeordnet. Wenn Minimum% U/min für den Verdichter mit
niedriger Geschwindigkeit für
jeden Wert von X% des Verdichters mit hoher Geschwindigkeit nicht
erfüllt
wird, wobei die Messungen zu mehreren Intervallen genommen werden,
wird das Anlassen der Maschine durch ein Abschalten der Brennstoffströmung zu
der Maschine abgebrochen.
-
Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme
auf spezielle Ausführungsformen
davon gezeigt und beschrieben wurde, dient dies dem Zweck der Illustration
und nicht zu deren Beschränkung,
und andere Variationen und Modifikationen der speziellen hier gezeigten
und beschriebenen Ausführungsformen
werden dem Fachmann innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie
in den angefügten
Ansprüchen
ausgeführt
ist, ersichtlich sein.