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Einhebelsteuerung für Höhentriebwerke Bei Höhentriebwerken, die aus
einem Verbrennungsmotor, einem Lader zur Verdichtung von Höhenluft und einer Antriebsturbine
für den Lader bestehen, ist eine Regelung erforderlich, die einerseits den Ladedruck
durch Beeinflussung der Drehzahl der Antriebsturbine des Laders verändert und andererseits
nach Stillsetzung des Turbinenladeraggregates durch Drosselung der Ladeluft wirkt.
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Zum Anfahren des Höhentriebwerkes kann man besonders günstige Betriebszustände
schaffen, die gemäß vorliegender Erfindung ebenfalls in die Automatik einbezogen
werden. Derartige Zustände sind niedriger Auspuffgegendruck und freies Ansaugen
der Außenluft durch den Motor. Diese Zustände, die durch Öffnen eines Ausblasequerschnittes
in der Abgasleitung vor der Turbine sowie eines Einströmquerschnittes in der Ladeleitung
vor dein Motor erreicht werden, so daß die Abgase vor der Turbine ausströmen und
der Motor seine Luft direkt aus der Höhenatmosphäre ansaugt, sind auch dann erwünscht,
wenn das Turl)inenladeraggregat eine Betriebsstörung erfährt.
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Schließlich liegt es im Sinn einer Sicherheitsautoinatik, Mittel vorzusehen,
die außer der notwendigen selbsttätigen Einstellung der Luftdrossel und der Drehzahlregelung
des Laders durch Turbinenb-eaufschlagung es ermöglichen, einen lebenswichtigen Teil
dieser Regelungen im Notfall durch mechanischen Eingriff vollziehen zu können.
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Eine Regelung, die derartige. verfahrensmäßige Vorgänge durch ein
Mindestmaß an Steuerhebel-oder Bedienungsgriffen vornimmt, ist Gegenstand der Erfindung.
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Bei dieser Regelung wurde von folgenden bekannten Regeleinrichtungen
ausgegangen: Es sind Einhebelsteuerungen für Höhentriebwerke mit Abgasturboladern
bekannt,
durch die der Sollwert des Ladedruckes durch Verlagerung der Grundeinstellung der
Ladedruckmeßdose eines Reglers zur Veränderung der Abgasturbinenbeaufschlagung über
ein Abgasabblaseventil vorgewählt wird. Diese Steuerung öffnet einen Nebenauslaß
für die Ladeluft unter Umgehung des Laders und regelt den Ladedruck durch eine Drossel
in der Ladeleitung, wenn das Abgasabblaseventil in Bodennähe angelassen bzw ausgesteuert
wird. Außerdem kann man, wie bekannt, derartige Steuerungen bei Ausfall des selbständig
arbeitenden Reglers überbrücken, also nicht unmittelbare Verstellung der Regelorgane
vom Bedienungshebel aus erzielen.
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Nach dem Gegenstand der Erfindung wird nun durch den Leistungswählhebel
gleichzeitig mit der Einstellung an dem Abgasturbinenregler ein gegenüber diesem
Sollwert etwas niedrigerer Ladedrucksollwert an einem die Drossel in der Ansaugel°itung
nach Aussteuerung des Abgasturbinenreglers verstellenden Ladedruckregler eingestellt
und an einem der Drehpunkte des Steuergestänges eine Kurvenscheibe angeordnet. die
für den normalen Regelbereich einen konzentrischen Verlauf und zur Notsteuerung
bei Ausfall der Regeleinrichtung Steigungen aufweist, durch die über einen auf der
Kurvenscheibe aufliegenden Umlenkhebel die Drosselklappe unter Umgehung des selbsttätig
arbeitenden Ladedruckreglers verstellt wird. Auf dem Leistungswählhebel ist ein
Druckknopf vorgesehen, der einen Regelzustand einzustellen gestattet, der dem laderlosen
Flugbetrieb entspricht. Außer diesem Knopf ist auf dem Hebel ein weiterer Druckknopf
angeordnet, der ein beschleunigtes Hochfahren des Turboaggregates dadurch gestattet,
daß die Beaufschlagung der Turbine durch Düsenklappen so lange verändert wird, wie
dieser Druckknopf betätigt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Der Leistungswähler g wirkt auf die Sollwerteinstellung ga des Abgasturbinenreglers
gb. Der Abgasturbinenregler hält den Druck am Laderaustritt i des Laders L auf dem
eingestellten Wert durch Beeinflussung des Ausblaseventils 2, das einen Teil der
Motorabgase direkt ins Freie leitet. Die Drehzahl der Turbine T wird durch die so
beeinflußte Druckänderung vor der Turbine zwischen Leerlauf und Maximaldrehzahl
regelbar und damit auch der vom Lader gegebene Ladedruck, z. B. zwischen o,5 und
1.3 ata.
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Da die Möglichkeit besteht, oberhalb der Nennleistungshöhe einen zu
hohen Ladedruck zu wählen, der nur durch Überdrehen der Turbine erreicht werden
könnte, ist ein Überdrehzahlschutz vorgesehen, der die Turbine vor Überlastung schützt.
Der rberdrehzahlschutz ist an einen Drehzahlgeber 4 angeschlossen, der gleichzeitig
zur Drehzahlanzeige 5 benutzt wird. Er besteht aus einem Frequenzrelais 6, das über
ein Magnetventil 7 bei Überdrehzahl ein Öffnen des Abgasauslasses 8 vornimmt und
damit die Turbinendrehzahl senkt. Bei Absinken der Drehzahl schaltet sich das Magnetventil
selbsttätig zurück, und es kann ein erneutes Ansprechen durch Zurücknehmen des Leistungswählers
in Richtung kleineren Ladedruckes vermieden werden. Eine Betätigung des Abgasauslasses
8, unabhängig von der Drehzahl, ist außerdem durch den Notknopf ig im Leistungswähler
möglich.
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Um bei Flug in Bodennähe einen niedrigen Ladedruck zu erreichen, würde
ein Regelventil mit sehr großem Ouerschnitterforderlich sein, das zum Regeln in
der Höhe jedoch ungeeignet ist, da die benötigte Feineinstellung hiermit nicht erzielt
werden kann. Auch kann der Ladedruck nur so lange automatisch gewählt werden, als
der Außendruck unter dem Wähldruck liegt.
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Zur Ergänzung dieses Regelbereiches ist ein Ladedruckregler io bestimmt,
der gleichzeitig den Motorgrenzladedruck ersetzt. Der Vorteil dieses Ladedruckreglers
gegenüber den bisher üblichen Grenzreglern besteht darin, daß der Regler infolge
seiner Rückführung jeden gewünschten Wert pendelfrei einzustellen gestattet. während
die bekannten Grenzregler fest auf einen Druck eingestellt sind und jeweils nur
hierauf ansprechen.
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Der Sollwert ioa dieses Reglers wird nun gleichzeitig mit dem Sollwert
9a des Abgasturbinenreglers durch einen Hebel verändert, wobei der Sollwert des
Ladedruckreglers io jedoch immer etwas tiefer eingestellt ist als am Turbinenregler
ga; d. h. der Ladedruckregler spricht an, wenn der Fall des ausgesteuerten Zustandes
an der Turbine eintritt. Unter ausgesteuertem Zustand ist hier vollgeöffnetes Regelventil
2 oder von Hand geöffnetes Notventil 8 verstanden. Umgekehrt ist die Drosselklappe
3 immer voll geöffnet, solange die Turbine im Regelbereich liegt.
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Um dem Flugzeugführer die Möglichkeit zu geben, bei Versagen des Ladedruckreglers
i o bzw. bei Ausfallen des Öldruckes im Servosystem dieses Ladedruckreglers die
Drosselregelung mit der Klappe 3 auch weiterhin vorzunehmen, ist eine Überdrückungssteuerung
15 für die Drosselklappe 3 vorgesehen. Zu diesem Zweck befindet sich auf dem Drehpunkt
17 des Wählhebelsystems ein Steuernocken 18, welcher den Drehpunkt der Überdrückungssteuerung
15 im normalen Steuerbereich zwischen Leerlauf und Start unverändert läßt, während
er beim Überdrücken des Hebels g im Bereich c-d oder a-b eine derartige Veränderung
des Drehpunktes bewirkt, daß hierdurch die Klappe allmählich geöffnet oder geschlossen
werden kann. Außerdem befindet sich auf dem Leistungswähler g ein Schaltknopf ig,
welcher eine Handbedienung des Notventils 8 und damit ein Herabsetzen der Turbinendrehzahl
auf den Leerlaufzustand gestattet. Gleichzeitig mit der Betätigung des Notventils
wird über das Magnetventil 21 die Beipaßklappe 16 hydraulisch geöffnet, so daß der
Lader zusätzlich belastet wird bzw. im Notfall bei stehendem Lader durch den Beipaß
angesaugt werden kann. Die zusätzliche Belastung rührt davon her, daß mit dem Öffnen
einer Klappe hinter dem Lader dieser seine Fördermenge erhöht. Um in Notfällen,
besonders in großen Höhen, vom Leerlauf in möglichst kurzer Zeit auf Vollast zu
kommen, sind ein oder mehrere
Düsensegmente der Turbine durch eine
Klappe i i abschaltbar. Durch die einseitige Beaufschlagung der Turbine tritt augenblicklich
eine Drehzahlerhöhung und zwangsläufig damit eine Steigerung des Ladedruckes ein.
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Die Betätigung der Abschaltklappe i i, kurz Beschleuniger genannt,
wird durch einen finit ül beaufschlagten Dreh- oder Schiebekolben 20 vorgenommen.
Die Steuerung des Beschleunigers von »auf« bis »zu«, ohne Einstellung einer Zwischenstellung,
wird durch Umschalten des lfagrietventils 12 über den Druckknopf 13 elektrohydraulisch
betätigt.
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Verfahrensmäßig ist die Wahl des höchsten Ladedruckes in größeren
Höhen nur durch Überschreiten der maximalen Turbinendrehzahl möglich, da die Turbinengrenzleistung
dann überschritten wtird. Es ist deshalb erforderlich, zu verhindern, daß dieser
Ladedruck gewählt wird, da sonst jedesmal der Überdrehzahlschutz ansprechen würde.
Man könnte nun durch Anbringen einer Höhenskala am Leistungswählhebel den Piloten
zwingen, in gewissen Höhen den Gashebel zurückzunehmen. Gemäß der Erfindung wird
jedoch eine automatische Zurücknahme des Gashebels dadurch erreicht, daß bei Ansprechen
des Schnellschlußrelais 6 der Leistungswählhebel über einen Elektromotor 14 zurückverstellt
wird. Da gleichzeitig mit dem Ansprechen des Schnellschlußrelais die Turbinendrehzahl
zurückgeht, wodurch das Schnellschlußrelais nur kurzzeitig zur Wirkung kommt, kann
durch geeignete Bemessung der Übersetzung 23 des Verstellmotors erreicht werden,
daß die Zurücknahme des Gashebels nur um einen kleinen Betrag erfolgt, der der Drehzahlschwankung
entspricht. In Bodennähe ist dann jederzeit ein Wiederheraufsetzen des Ladedruckes
möglich, da die Motorverstellung über eine Rutschkupplung 2-. mit dem Leistungswähler
verbunden ist.
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Die Gestänge sind durch einfache Luft- bzw. Abgasleitungen durch doppelte
Striche dargestellt. Die Steuerölleitungen sind punktiert, Meßdosenanschli'isse
strichpunktiert und die elektrischen Leitungen gestrichelt.
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Der Betrieb einer derartigen Regelung spielt. sich also folgendermaßen
ab: Bei Anlauf des oder der Motoren M wird zunächst der auf dem Gashebel befestigte
Notknopf i 9 betätigt und dadurch Beipaß 16 und Notventil? geöffnet. Nach Beendigung
des Warmlaufes der Motoren wird der Notknopf i9 herausgezogen und der Leistungswähler
9 verstellt, und zwar beim Start bis zum äußersten Anschlag usw. in der üblichen
Form. Von nun an ist eine weitere Betätigung des Leistungswählers in allen Flughöhen
nicht mehr notwendig. Hat der Flug sich oberhalb der Nennleistungshöhe erstreckt,
so daß der Gashebel automatisch zurückgestellt wurde, so ist es erforderlich, in
geringeren Flughöhen den Gashebel wieder hoch zu drücken, falls unterhalb der Volleistungshöhe
nochmals höhere Leistung erforderlich ist. Ein Überdrücken des Gashebels auf zu
hohe Ladedrücke ist jedoch in keinem Fall möglich, da sofort ein Gegeneingriff des
Elektromotors erfolgt.
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Im Notfall hat der Pilot die Möglichkeit, den Motor durch Betätigung
des Notknopfes i9 auf laderlosen Betrieb einzustellen und durch Überdrücken des
luftseitigen Regelgestänges auf den Teil a-b bzw. c-d in seiner Leistung zu beeinflussen.
Hierdurch wirkt der Nocken 18 mit dem Teil c'-d' bzw. a'-b' auf den Hebel 22 ein,
so daß der Punkt 15 und damit die Regelklappe 3 verstellt wird.