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Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit von Verstellluftschrauben
für Luftfahrzeuge mit Brennkraftturbinenantrieb . Die Erfindung bezieht sich auf
Verstellschrauben für Luftfahrzeuge, die von einer Brennkraftturbinenanlage mit
konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Vorrichtung zum Konstanthalten
der Geschwindigkeit ist durch das Hauptsteuerorgan des Piloten einstellbar.
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Wo der Antrieb einer Verstelluftschraube mit konstanter Geschwindigkeit
durch eine Kolbenmaschine erfolgt, ist es üblich, einen Anschlag für die Feinstellung
des Steigungswinkels vorzusehen, d. h. einen Anschlag, der die Verstellung der Schraubenblätter
in Richtung auf die Mindeststeigung bzw. Nullstellung beschränkt. Andernfalls könnte
ein erheblicher Widerstand bei einem Versagen der Motoren entstehen mit der Möglichkeit,
daß das Flugzeug infolge dieses Widerstandes, speziell irri Fall einer mehrmotorigen
Maschine, seine Steuerbarkeit verliert.
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Dienen andererseits Brennkraftturbinen für den Antrieb, müssen die
Schraubenblätter nahezu oder vollständig bis in ihre Minimum- oder Nullstellung
verstellt werden können, um das Starten und Anlaufen des Triebwerkes vor dem Start
zu erleichtern.
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Die Erfindung hat sich in erster Linie die Aufgabe gestellt, eine
Lösung zu finden, die diesen widerstreitenden Erfordernissen in befriedigender Weise
gerecht wird.
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Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung besitzt der von einer Brennkraftmaschine
mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene Verstellpropeller keinen gewöhnlichen
Feinstellanschlag der üblichen Art, so daß die Steigungswinkel der Blätter bis
nahezu
oder vollständig in die Minimum- oder Nullstellung verstellt werden können, um das
Starten des Triebwerkes am Boden zu erleichtern; um aber in der Luft die Möglichkeit
auszuschließen, daß die Blätter bei einem Motorenschaden in diese Minimum- oder
Nullstellung verstellt werden können, wird für den reglerbetätigten Teil der Vorrichtung
zum Aufrechterhalten einer konstanten Umlaufgeschwindigkeit ein Überholschalter
vorgesehen, der automatisch (z. B. durch den Drehmomentmesser des Triebwerkes oder
durch Schließung der Brennstoffabsperrhahnes durch den Piloten) in Tätigkeit gesetzt
wird, sobald der Turbinenantrieb aufhört, Antriebsleistung auf die Luftschraube
zu übertragen. Diese Einrichtung bewirkt, daß die Einrichtung zum Aufrechterhalten
konstanter Geschwindigkeit die Blätter der Schraube auf den größten Steigungsgrad
(Segelstellung) verstellt, bei dem der Widerstand ein Minimum wird. Natürlich können
außerdem erforderlichenfalls Anschläge vorgesehen werden, die eine Verstellung der
Blätter über die Minimum- (Null-) oder Maximum-(Segel-) Stellung hinaus verhindern.
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Sehr zufriedenstellende Ergebnisse liefern hydraulische Vorrichtungen
zum Konstanthalten der Geschwindigkeit, bei welchen die Druckflüssigkeit durch eine
vom Triebwerk angetriebene Pumpe geliefert wird und der erwähnte Regier auf das
Ventil der Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit wirkt; bei solcher
Anordnung besteht der Überholschalter nach der Erfindung zweckmäßig aus einem federbeeinflußten
Teil, der durch eine hydraulische Vorrichtung betätigt wird, die ihrerseits entweder
elektrisch oder hydraulisch gesteuert wird und bei Wirksamwerden das Ventil entgegen
dem Regler beeinflußt. Der hydraulische Kreislauf für die erfindungsgemäße Einrichtung
kann von dem hydraulischen Hauptkreislauf der Vorrichtung zum Konsfanthalten der
Geschwindigkeit versorgt werden. Elektrisch kann dies mit Hilfe eines durch ein
Solenoid betätigten Ventils für den hydraulischen Kreislauf der zusätzlichen Schalteinrichtung
geschehen; der Stromkreis des Solenoids wird durch parallele Schalter gesteuert,
von denen einer mechanisch mit dem Brennstoffabsperrventil oder dem Betätigungsmechanismus
dafür und der andere mit dem Drehmomentmesser des Triebwerkes mechanisch gekuppelt
ist.
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Wo für eine hydraulische Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit,
die normalerweise mit Druckflüssigkeit vom Triebwerk versorgt wird, eine Hilfspumpe
vorgesehen ist, um die Vorrichtung bei Segel- oder Gleitflugauständen zu beliefern,
wenn die normale Lieferung von Druckflüssigkeit infolge Versagens oder Abschaltens
der Turbine ausfällt, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die neue Überholschalteinrichtung
von der gleichen Quelle versorgt werden.
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Endlich bezieht sich die Erfindung au£ die Vereinigung eines von einer
Brennkraftturbine mit konstanter Geschwindigkeit angetriebenen Verstellpropellers,
der in der geschilderten Weise arbeitet, mit einer Steuervorrichtung, durch die
der Überholschalter selbsttätig vom Piloten ausgeschaltet wird, wenn dieser das
Triebwerk einschaltet oder eine gleichwertige Handlung in der Absicht ausführt,
den Motor durch sog. Windmühlenwirkung neu zu starten, und durch die der Überholschalter
selbsttätig wieder zur Wirkung gebracht wird, wenn die Geschwindigkeit des Triebwerkes
einen bestimmten Wert erreicht (oberhalb dessen, bei dem es bereits selbst arbeiten
sollte), sofern bei dieser Geschwindigkeit das Triebwerk noch nicht wieder arbeitet.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung schematisch. Sie veranschaulicht
eine bekannte Ausführung einer hydraulischen Anordnung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit.
Die Druckflüssigkeit wird durch eine Rohrleitung 12 von eine nicht gezeichneten
Pumpe geliefert, die von derselben Turbine angetrieben wird, die auch die Verstellschraube
treibt. Ein Blatt dieser Verstellschraube ist bei 13 angedeutet und an eine Stange
14 der Einrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit angeschlossen, so daß
die Steigung der Schraube in dem erforderlichen Umfang in Abhängigkeit von einer
Axialbewegung der Stange verstellt wird. Die Stange 14 ist mit einem nach beiden
Richtungen arbeitenden Kolben 15 innerhalb eines hydraulischen Zylinders 16 verbunden.
Die Endflächen dieses Zylinders begrenzen den Hub des Kolbens entsprechend der Nullstellung
und der maximalen Steigungs- (Segel-) Stellung des Schraubenblattes.
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In die Leitung 12 ist eine Zusatzpumpe 17 eingeschaltet. Der Zutritt
von Druckflüssigkeit aus der Rohrleitung zu den Kanälen 18, 18, die zu den beiden
gegenüberliegenden Enden des Zylinders 16 führen, wird durch ein Kolbenventil i9
gesteuert, das auf der Zeichnung in seiner Mittelstellung wiedergegeben ist. Wird
das Kolbenventil zum Anschluß eines Kanals 18 an die Druckleitung verschoben, wird
dadurch gleichzeitig die Verbindung des anderen Kanals mit dem zugehörigen Austrittskanal
2o hergestellt, wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist.
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Das Ventil i9 trägt an einem Ende einen Teller 21, gegen den sich
von einer Seite eine Druckfeder 22 legt, während auf seine andere Seite ein schematisch
bei 23 angedeuteter Fliehkraftregler wirkt, dessen Stellung der Geschwindigkeit
des Turbinentriebwerkes entspricht. Das Widerlager 24 für die Feder 22 ist mittels
eines Hebels 25 verstellbar, der mit dem Drosselventil oder einem anderen Hauptsteuerorgan
der Turbine in Verbindung steht.
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Am anderen Ende des Ventils i9 ist der überholschalter gemäß der Erfindung
angeordnet. Er besteht aus einem axial zum Ventil angeordneten Schaftteil 27, das
an einem Kolben 28 befestigt ist. Dieser wird durch eine Feder 29 in seiner gezeichneten
Ruhestellung gehalten. Der Kolben arbeitet in einem Zylinder 3o, dessen Druckseite
durch eine Leitung 31 an die Druckleitung 12 angeschlossen ist. Druckflüssigkeit
kann außerdem, wenn die Geschwindigkeit der Turbine unter einen bestimmten Wert
fällt, der Vorrichtung zum Konstanthalten der
Geschwindigkeit und
dem Überholschalter von einer nicht gezeichneten Hilfspumpe über eine Rohrleitung
32 und ein Rückschlagventil 33 zugeleitet werden.
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Gewöhnlich ist jedoch die Druckflüssigkeit vom Zylinder
30 mittels eines Ventils 34 abgesperrt, das durch ein Solenoid 35 geöffnet
werden kann. Der Stromkreis hierfür schließt zwei parallel liegende Schalter ein,
nämlich einen Brennstoffabsperrschalter 36, der nur geschlossen wird, wenn das Ventil
zur Absperrung des Brennstoffes geschlossen wird, und einen Drehmomentschalter 37,
der gewöhnlich offen ist, aber geschlossen wird, wenn die Schraube ihrerseits windmühlenartig
das Turbinentriebwerk mit durchdreht. 38 deutet die Verbindung zwischen dem Schalter
36 und dem nicht gezeichneten Brennstoffabsperrhahn an, 39 veranschaulicht den Drehmomentmesser.
Dieser ist nur schematisch angedeutet und besteht z. B. aus einem Sonnenrad 40 auf
dem Turbinenläufer, das auf eine Scheibe 41 über ein epicyklisches Untersetzungsgetriebe
arbeitet. Die Scheibe ist sowohl mit dem Schalter 37 als auch mit einem Kolben 42
verbunden, der in dem Zylinder des Drehmomentmessers arbeitet.
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Sollte also die Turbine abgeschaltet werden oder aussetzen, so würde
normalerweise die absinkende Geschwindigkeit des Reglers 23 der Feder 22 erlauben,
das Ventil i9 nach links zu verstellen. Damit tritt Druckflüssigkeit in die linke
Seite des Zylinders 16 und veranlaßt die Verstellung der Schraubenblätter in die
Minimum- oder Nullstellung. Sobald jedoch der Pilot den Brennstoffabsperrhahn und
damit gleichzeitig den Schalter 36 schließt, wird der Stromkreis für das Solenoid
geschlossen, welches das Ventil 34 anhebt und so Druckflüssigkeit zu dem Überholschalter
treten läßt. Der Schaftteil 27 des Schalters stößt gegen das Ventil i9 und verschiebt
es nach rechts. Infolgedessen tritt Druckflüssigkeit in das rechte Zylinderende
16 und verstellt die Flügelblätter in ihre Maximum- oder Segelstellung. Ebenso würde
auch die Umkehrung der Drehkraft im Drehmomentmesser den Schalter 37 und dadurch
auch unabhängig vom Schalter 36 den Stromkreis für das Solenoid 35 schließen.
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Die Zeichnung zeigt noch einen Schalter 44 im Stromkreis des Solenoids
35, der für gewöhnlich geschlossen ist und ebenfalls durch ein Solenoid 45 gesteuert
wird. Der Stromkreis für dieses Solenoid schließt den Zündschalt'er 46 des Piloten
und ferner einen von einem Regler betätigten Schalter 47 ein, der sich öffnet, wenn
das Turbinentriebwerk eine Geschwindigkeit von beispielsweise 2ooo U/min erreicht.
Auch der Zündbrennstoffhahn 48 und die Zündspule 49 werden vom Zündschalter 46 gesteuert.
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Um also die Turbine durch die sog. Windmühlenwirkung wieder anzulassen
(die Schraubenblätter stehen zu diesem Zeitpunkt infolge der Wirkung des Schalters
in Segelstellung), öffnet der Pilot den Brennstoffal)sperrhahn und damit den Schalter
36 und schließt den Zündschalter 46, wodurch die Zündspule 49 und der Zündbrennstoffhahn
48 erregt werden. Der Schalter 47 bleibt geschlossen, bis die Turbine die festgesetzte
Geschwindigkeit von etwa 2000 U/min erreicht. Daher wird das Solenoid 45 erregt
und öffnet den Schalter 44, so daß das Solenoid 35 stromlos wird und den Überholschalter
stillsetzt. Sobald sich die Blätter aus der Segelstellung herausbewegen, beginnt
die Windmühlenwirkung auf die Turbine.
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Angenommen, daß sich die Turbine bei einer Geschwindigkeit von etwa
i8oo bis 200o U/min selbst in Gang setzen könnte, wenn der Schalter abgeschaltet
ist (und dadurch die Möglichkeit besteht, daß die Blattneigung durch die Vorrichtung
zum Einhalten konstanter Geschwindigkeit verstellt wird), daß das Triebwerk durch
Windmühlenwirkung eine Geschwindigkeit von etwa 2300 U/min angenommen hat
und daß dann infolge eines Versagens das Triebwerk noch nicht selbst arbeitet, so
ist es wichtig, daß der Überholschalter wieder in Wirkung tritt, um zu verhindern,
daß die Blätter weiter bis zu einer minimalen Steigung verstellt werden, wodurch
ein unzulässiger übermäßiger Widerstand hervorgerufen werden könnte. In dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel wird er durch öffnung des Schalters 47 wieder freigegeben. Sobald
der Überholschalter auf diese Weise wieder arbeiten kann, werden die Flügelblätter
wieder in Segelstellung verstellt, so daß die Umlaufzahl des Triebwerkes wieder
weit unter den genannten Grenzwert fallen wird. In dieser Lage können die Steuervorrichtungen
den Überholschalter ein zweites Mal außer Wirksamkeit setzen und so fort. Der Pilot
wird natürlich durch Beobachtung des Geschwindigkeitsanzeigers des Triebwerkes darauf
aufmerksam werden, daß irgend etwas in Unordnung ist, da der Drehzahlanzeiger ständig
zwischen dem genannten Wert, bei welchem der Überholschalter wieder in Wirksamkeit
tritt, und einem niedrigeren Wert pendelt, bei welchem er ausgeschaltet ist.
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Sobald natürlich das Turbinentriebwerk selbst wieder arbeitet, wird
der Stromkreis für den Überholschalter zusätzlich durch den Schalter 37 des Drehmomentmessers
unterbrochen.