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Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit für Verstellpropeller
mit Brennkraftturbinenantrieb Wenn es sich darum handelt, einen Verstellpropeller
eines Flugzeuges mit konstanter Geschwindigkeit durch eine Brennkraftturbine anzutreiben,
kann die Bewegung des Steuergliedes der Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit,
durch das die Einstellung dieser Vorrichtung geändert werden kann, unmittelbar in
Abhängigkeit von der Bewegung des Drosselorgans beim Piloten erfolgen, das gleichzeitig
die Brennstoffförderung verstellt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß
bei einer schnellen Verstellung des Drosselorgans in Richtung einer Vergrößerung
der Brennstoffzufuhr die Undaufgeschwindigkeit bei geringer Belastung über die ausersehene
Geschwindigkeit hinaus zunimmt, bevor die Vorrichtung zum Konstanthalten der Umlaufgeschwindigkeit,
die in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit der Antriebsanlage arbeitet, die
Steigung der Luftschraube entsprechend zur Herstellung der gewünschten Antriebsleistung
verstellen kann, als Ergebnis treten verhältnismäßig heftige Schwankungen der Umlaufgeschwindigkeit
und der Antriebsleistung auf, bevor die Einregelung auf die gewünschte Geschwindigkeit
Platz greift.
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Unter Erhöhung der Einstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten
der Geschwindigkeit wird hier eine solche Verstellung verstanden, daß die Anlage
schneller läuft, und unter dem Ausdruck Erniedrigung das Gegenteil.
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Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, die es
erlaubt, die Antriebsanlage schnell auf die gewünschte Umlaufgeschwindigkeit und
Antriebsleistung zu beschleunigen, aber dabei Pendelungen,
d. h.
Abweichungen von der eingestellten Geschwindigkeit nach oben und nach unten, auf
ein Minimum zu halten.
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Erfindungsgemäß ist bei einem mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit
angetriebenen Verstellpropeller, der von einer Brennkraftturbine angetrieben wird,
das verstellbare Steuerglied der Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit
mit dem Drosselorgan der Antriebsturbine durch eine Verzögerungsvorrichtung derart
verbunden, daß bei einer schnellen Bewegung des Drosselorgans in Richtung einer
Erhöhung der Brennstofförderung zur Turbine die Einstellung der Vorrichtung zum
Konstanthalten der Geschwindigkeit zunächst mit einer verhältnismäßig niedrigen
Geschwindigkeit, dann mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit und zum Schluß
wieder mit einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit erhöht wird; dadurch
kann die Antriebsanläge schnell die gewünschte Geschwindigkeit und Antriebsleistung
ohne unerwünschte Schwankungen erreichen.
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Auf der Zeichnung ist Fig. i eine schematische Darstellung einer Verzögerungsvorrichtung
zur Durchführung der Regelung nach der Erfindung, wobei die beiden koaxial liegenden
Teile des Steuerventils zur besseren Übersichtlichkeit untereinander gezeichnet
sind.
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Fig. 2 veranschaulicht in Form eines Diagramms die Beschleunigung
der Brennkraftturbine infolge der stufenweisen Verstellung der Anordnung zum Konstanthalten
der Geschwindigkeit mit Hilfe der neuen Anordnung.
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Fig. 3 ist eine Außenansicht der Steueranordnung nach Fig. i und zeigt
ihre Verbindung mit dem Drosselorgan.
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Die Arbeitskammer des in Fig. i veranschaulichten hydraulischen Servomotors.ist
durch einen Flügel 12 in zwei Kammern iia und 11b unterteilt. Der Flügel 12 sitzt
fest auf einer Hülse mit zwei koaxial liegenden Teilen 13 und 13x. Diese Hülse ist
drehbar auf einem schwenkbaren Ventilteil angeordnet, das zwei koaxiale Teile 14,
i4x besitzt, mit denen der Drosselhebel für die nicht gezeichnete Antriebsturbine
fest verbunden ist. Obwohl die Teile 13 und 14 oberhalb der Teile 13x und 14x in
Fig. i wiedergegeben sind, sei nochmals darauf hingewiesen, daß dies nur zur Erleichterung
der Darstellung geschehen ist; die Teile liegen tatsächlich koaxial zueinander und
bestehen jeweils aus einem Stück.
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Eine Zuleitung 16 für. eine hydraulische Druckflüssigkeit ist über
ein Reduktionsventil 17 irgendeiner geeigneten Bauart mit einer Leitung 118 verbunden,
welche axial jenseits der Kammern 11a und iib liegt. Die Leitung 118 mündet in einer
umlaufenden Ringnut 18, die ebenfalls in axialer Richtung jenseits der Kammern ii°
und iib liegt und sich an dem Hülsenteil 13 an einer Stelle befindet, wo dieser
Hülsenteil 13 in eine Bohrung des zylindrischen Gehäuses igrx eingreift. Das zylindrische
Gehäuse igx schließt sich fest an das Gehäuse ig an, in dem der Flügel 12 arbeitet.
Dieser Flügel ist in einer neutralen Stellung gezeichnet, die beispielsweise einer
mäßigen Reisegeschwindigkeit entspricht.
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Die Öffnungen 20a, zob des Hülsenteils 13 liegen der Ringnut i8 gegenüber.
Wird das Ventilteil 14 in Uhrzeigersinn gedreht, um die Antriebsturbine zu beschleunigen,
so wird der federartige Vorsprung Zia zu Beginn dieser Drehbewegung die Öffnung
22a, die sich in einer anderen Ebene befindet als die Nut 18 und die Öffnungen 20a,
20b, in der Hülse 13 freigeben und die Druckflüssigkeit in die Kammerhälfte ija
der Arbeitskammer eintreten lassen, so daß der Flügel 12 in Uhrzeigersinn bewegt
wird, bis die Öffnung 22a wieder in den Bereich des federartigen Vorsprungs 21a
gelangt und schließlich vollständig von ihm geschlossen wird. Teil 14 hat vier solcher
Vorsprünge, von denen zwei eine Ventilkammer 23 bilden; die beiden anderen bilden
eine Ventilkammer 24. Diese Ventilkammern werden mit Druckflüssigkeit von der Ringnut
18 her durch nicht gezeichnete Längskanäle in dem Ventilteil versorgt, die in einer
ebenfalls nicht gezeichneten Ringnut enden. Diese Ringnut liegt in gleicher Ebene
mit der Nut i8 und den Öffnungen 20a, 20b.
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Die Kammer 23 wird für die Steuerung einer Beschleunigung .benutzt,
während die Kammer 24 für die Steuerung einer Geschwindigkeitsherabsetzung benutzt
wird. Eine Öffnung 22b in der Hülse arbeitet hierfür mit dem Vorsprung 21b zusammen.
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Das Hülsenteil 13x, Unterteil von Fig. i, besitzt ein Offnungspaar
26a, 26b, dem Druckflüssigkeit aus der Leitung 16 über Zweigleitungen 27a, 27b zugeführt
wird. Diese Zweigleitungen enden in Bohrungen des Gehäuseteils igx. Ein Drosselventil
28 ist in der Leitung 27 angeordnet, die zu den Leitungen 27a, 27b führt.
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Das Ventilteil i4x besitzt an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen
federartige Vorsprünge 29a, 29b, welche die zugehörigen Öffnungen 26a, 26b beispielsweise
um io Grad zu jeder Seite ihrer Mittelstellung übergreifen. Dagegen werden die Öffnungen
22a, 22b von den Vorsprüngen 21a, 21b nicht überlappt. Die Vorsprünge 29a, 29b bilden
zwei Ventilkammern, von denen die untere 23x mit der Ventilkammer 23 des Teils 14
und die obere 24x mit der Ventilkammer 24 in Verbindung stehen.
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Wenn die Drehbewegung der Ventilteile 14, i4x im Uhrzeigersinn nur
klein ist oder mit ausreichend niedriger Geschwindigkeit verläuft, führt der Flügel
12 eine entsprechende Bewegung aus, bis sich die Öffnung 22° über den Vorsprung
21a geschoben hat, wie oben beschrieben wurde; die Druckflüssigkeit strömt über
das Ventil 17 zu.
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Wenn sich das Ventilteil jedoch verhältnismäßig schnell und um einen
ausreichenden Betrag beispielsweise im Uhrzeigersinn dreht, wird der Vorsprung 29a,
nachdem der oben beschriebene Eintritt von Druckflüssigkeit in die Kammer ija zunächst
den Flügel in Bewegung gesetzt hat, die Öffnung 26a freigeben; nun wird ein weiterer
Zustrom von Druckflüssigkeit in die Kammerhälfte iia über die Zweigleitung 27a,
die Ringnut 31a im Hülsenteil 13x, die Öffnung 26a, die Ventilkammern 23x, 23 und
die Öffnung 22a einsetzen. Der dadurch bedingte höhere Druck in der Kammer ija bewegt
nunmehr den Flügel 12 mit größerer Geschwindigkeit als zu Beginn.
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Schließlich gelangt die Öffnung 26a wieder in den
Bereich
des Vorsprunges 29a und wird dadurch geschlossen, so daß der zusätzliche Zutritt
von Druckflüssigkeit abgeschaltet wird. Infolgedessen setzt der Flügel 12 seine
Bewegung mit der verhältnismäßig niedrig liegenden Anfangsgeschwindigkeit fort.
Kurze Zeit danach gelangt auch die Öffnung 22a in den Bereich des Vorsprunges Zia
und wird von ihm geschlossen, so daß nun der Flügel 12 in seiner neuen Lage stehenbleibt,
bis das Ventilteil 14, 14x erneut gedreht wird.
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Während dieser Uhrzeigerbewegung des Flügels fließt die Druckflüssigkeit
aus der Kammerhälfte 11b durch die Öffnung 22' in den Raum 32 und durch eine radiale
Bohrung im Teil 14 zu einer Bohrung 33, die mit der Saugseite des hydraulischen
Kreislaufes verbunden ist.
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Man sieht also, daß bei einer schnellen Bewegung des Drosselorgans
zur vollen Öffnung des Brennstoffventils die Verstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten
der Geschwindigkeit in drei Phasen wie folgt verläuft: Zuerst wird das Steuerglied
der Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit verhältnismäßig langsam verstellt,
so daß sich die Antriebsturbine auf einen Wert beschleunigen kann, der oberhalb
dessen liegt, welcher der Einstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten der Geschwindigkeit
entspricht. Dies geschieht durch den Eintritt der Druckflüssigkeit in die Kammerhälfte
Zia durch die Öffnung 22a unter dem Einfluß des Drosselventils 17.
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In der zweiten Phase erfolgt die Verstellung des Ventils mit bedeutend
erhöhter Geschwindigkeit infolge des vergrößerten Flüssigkeitsdruckes in der Kammer
Zia, der über die Öffnung 26a, die Kammern 23x und 23 und die Öffnung 22a zutritt.
Die Teilringnut 31a ermöglicht diesen Zutritt von Druckflüssigkeit auch noch, nachdem
sich die Öffnung 2611 in Uhrzeigersinn aus ihrer ausgerichteten Stellung zum Ende
der Leitung 27a herausbewegt hat.
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In der dritten Phase vervollständigt das Steuerorgan seine Verstellbewegung
mit der gleichen niedrigen Geschwindigkeit, die es während der ersten Phase hatte,
da der Vorsprung 29a die Öffnung 2611 wieder verschließt und die zusätzliche Förderung
von Druckflüssigkeit während der zweiten Phase abschaltet.
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Die Arbeitsweise ist in Fig. 2 veranschaulicht, in der die Kurve 35
die Geschwindigkeit der Bewegung des Drosselhebels veranschaulicht, d. h. die Geschwindigkeit
der Brennstofförderung zur Turbine, Kurve 36 die Geschwindigkeit der Antriebsturbine
und die Kurve 37, 38, 39 die Verstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten der
Geschwindigkeit. Auf der Abszisse ist die Zeit und auf der Ordinate die Zahl der
Umdrehungen pro Minute abgetragen. Man sieht, daß bei einer schnellen, zügigen Bewegung
des Drosselhebels die Erhöhung der Einstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten
der Geschwindigkeit anfangs nachhinkt (Kurventeil 37), so daß die Turbinengeschwindigkeit
stärker wächst, als es dieser Einstellung entsprechen würde; die Vorrichtung zum
Konstanthalten der Geschwindigkeit bringt dann die Belastung, wie bei 38 gezeigt,
in Übereinstimmung mit der Bewegung des Drosselhebels auf, wodurch die Neigung der
Antriebsturbine zu einer übermäßigen Beschleunigung verringert wird, und schließlich
wird die restliche Belastung mit einer geringeren Geschwindigkeit aufgegeben (Kurventeil
39), um dadurch jede Neigung der Antriebsturbine auszugleichen, die ausgewählte
Geschwindigkeit stark zu überschreiten oder darunter abzusinken. Diese eingestellte
Geschwindigkeit ist durch die Kurve 4o angedeutet. Die Zeitdauer der ersten Verstellungsphase
wird natürlich bei sehr schnellen Drosselöffnungen geringer sein als bei weniger
schnellen Öffnungen; dagegen ist die Zeitdauer der dritten Phase im wesentlichen
stets konstant.
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Der nicht gezeichnete Drosselungshebel ist in Fig. 3 mit dem Arm 42
fest verbunden, der bei 43 auf das Ventilteil 14 aufgekeilt ist, die Hülse 13, die
in Fig. 3 nicht gezeichnet ist, ist fest mit einem Glied 45 mit einem Führungsschlitz
46 verbunden. In diesem ist zur Einstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten der
Geschwindigkeit eine Rolle 47 an einem Winkelhebel 55 geführt, der durch einen Lenker
56 mit dem nicht gezeichneten Steuerglied dieser Vorrichtung verbunden ist. Der
Arm 42 ist über 48 an einen zweiten Arm 49 angelenkt, der ein Glied 5o trägt. Dieses
besitzt einen Führungsschlitz 51, um in ähnlicher Weise das Brennstoffventil mittels
einer Rolle 52 zu verstellen. Die Rolle 52 wird von einem Steuerhebel 58 getragen,
der durch einen Lenker 59 mit dem nicht gezeichneten Brennstoffventil verbunden
ist. Der Arm 49 und das Glied 5o sind auf einem Drehzapfen 53 gelagert.
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Wird der Drosselhebel vom Piloten in umgekehrter Richtung betätigt,
um die Geschwindigkeit und Antriebsleistung der Antriebsturbinen durch Verringerung
der Brennstoffzufuhr und Erniedrigung der Einstellung der Vorrichtung zum Konstanthalten
der Geschwindigkeit herabzusetzen, so kehrt sich die oben beschriebene Wirkungsweise
um. In diesem Fall tritt die Druckflüssigkeit über die Öffnung 22b aus der Nut 18
und der Zweigleitung 27b in die Kammerhälfte iib über entsprechende Öffnungen und
Kanäle ein und fließt durch die Öffnung 220 in den Raum 32 ab,