DE914931C

DE914931C - Chamber pressure regulator for high-altitude aircraft

Info

Publication number: DE914931C
Application number: DED9044D
Authority: DE
Inventors: Siegfried Gruenert
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1942-07-24
Filing date: 1942-07-24
Publication date: 1954-07-12

Description

Kammerdruckregler für Höhenflugzeuge Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks s ind in Flugzeughöhenkammern Druckregler erforderlich. Diese Druckregler sollen vor allem zur Vermeidung von Druckschwankungen bei vorübergehenden Änderungen des Luftdurchsatzes eine genügend hohe Empfindlichkeit besitzen.Chamber pressure regulator for high-altitude aircraft To maintain a certain Pressure regulators are required in aircraft altitude chambers. These pressure regulators are primarily intended to avoid pressure fluctuations in the event of temporary changes the air flow rate have a sufficiently high sensitivity.

Der Kammerdruck wird im allgemeinen durch mehr oder weniger starke Drosselung der Abluft geregelt. Bei den bisher bekannten Reglern wird von einem Membrankörper auf direktem Wege ein Drosselorgan gesteuert. Zur Erzielung einer möglichst großen Empfindlichkeit wird man bei einem derartigen Regler den Membrankörper sehr weich und das Drosselorgan möglichst groß ausführen müssen. Diesen Maßnahmen sind jedoch bei größeren Luftdurchsätzen bald Grenzen gesetzt, da ein allzu weicher Membrankörper mit einem großen Drosselorgan einmal sehr leicht zu Schwingungen neigt und sich zum anderen die gerade im Fluge teils sehr hohen Beschleunigungen dann störend auf die Regelung auswirken. Eine andere Maßnahme zur Erhöhung der Regelempfindlichkeit ist die Anordnung einer mechanischen Übersetzung zwischen Membrankörper und Drosselorgan. Eine derartige Anordnung neigt jedoch sehr leicht zum Klemmen und ist daher nicht zu empfehlen.The chamber pressure is generally more or less strong Controlled throttling of the exhaust air. In the previously known controllers, one Diaphragm body controlled a throttle organ in a direct way. To achieve a With such a regulator, the membrane body becomes the greatest possible sensitivity very soft and must run the throttle body as large as possible. These measures However, there are soon limits for larger air throughputs, as it is too soft Diaphragm body with a large throttle organ tends to vibrate very easily and on the other hand, the accelerations that are sometimes very high in flight have a disruptive effect on the regulation. Another measure to increase the control sensitivity is the arrangement of a mechanical transmission between the diaphragm body and the throttle element. However, such an arrangement is very prone to jamming and is therefore not to recommend.

Diese Nachteile werden durch den Gegenstand der Erfindung vermieden, und zwar dadurch, daß in die Übertragung zwischen Membrankörper und Drosselorgan eine Steuereinrichtung eingeschaltet wird, auf die die bei einer Atemluftversorgungsanlage infolge von Leitungswiderständen im Betrieb stets vorhandene Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Leitung vom Verdichter zur Kammer und dem außenatmosphärischen Druck einwirkt. Fällt beispielsweise infolge einer Störung der Druck in der Leitung vom Verdichter zur Kammer ab bzw. aus, so daß die für eine Aufrechterhaltung des in größeren Höhen erforderlichen Überdrucks in der Kammer notwendige Arbeitsdruckdifferenz der Steuereinrichtung nicht mehr ausreicht, so kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der ausgefallene Druck selbsttätig durch den Kammerdruck ersetzt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, gleich von vornherein den Kammerdruck als Arbeitsdruck zu verwenden; da jedoch in den meisten Fällen beim Flug in Bodennähe der Druck in der Kammer gleich dem außenatmosphärischen Druck ist, muß zunächst zur Erzielung einer gewissen, für die Regelung erforderlichen Druckdifferenz durch eine andere, vorübergehend zur Wirkung kommende Einrichtung, beispielsweise durch eine unmittelbar vom Membrankörper erfolgende Steuerung des Drosselorgans, ein Überdruck in der Kammer geschaffen werden.These disadvantages are avoided by the subject matter of the invention, namely that in the transmission between the diaphragm body and throttle body a control device is switched on, to which the breathing air supply system as a result of line resistances during operation always existing pressure difference between the pressure in the line from the compressor to the chamber and the outside atmospheric pressure Pressure acts. For example, if the pressure in the line falls as a result of a fault from the compressor to the chamber from or out, so that the maintenance of the the required overpressure in the chamber at greater heights the control device is no longer sufficient, so can according to a further feature According to the invention, the failed pressure can be automatically replaced by the chamber pressure. However, there is also the option of setting the chamber pressure as a right from the start To use working pressure; because in most cases when flying close to the ground the pressure in the chamber is equal to the external atmospheric pressure must first to achieve a certain pressure difference required for regulation another, temporarily effective facility, for example through a control of the throttle device that takes place directly from the diaphragm body, an overpressure be created in the chamber.

Da die Höhenkammern nur mit einem bestimmten Überdruck belastet werden dürfen; ist es ferner erwünscht, die Steuereinrichtung so beeinflussen zu können, daß dieser Überdruck nicht überschritten werden kann. Dies kann man z. B. dadurch erreichen, daß man auf die Steuereinrichtung ein unter dem Einfluß des Überdrucks stehendes, an sich bekanntes Steuerorgan einwirken läßt.Because the height chambers are only loaded with a certain excess pressure to be allowed to; it is also desirable to be able to influence the control device in such a way that that this overpressure cannot be exceeded. This can be done e.g. B. thereby achieve that one is on the control device under the influence of the overpressure standing, known control member can act.

Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens dienen die Zeichnungen.The drawings serve to illustrate the inventive concept.

Abb. I zeigt die Drücke in Abhängigkeit von der Flughöhe, Abb. 2 eine schematische Darstellung der Atemluftversorgüngsanlage, und Abb.3 und 4 zeigen Kammerdruckregler nach der Erfindung.Fig. I shows the pressures as a function of the flight altitude, Fig. 2 a Schematic representation of the breathing air supply system, and Figures 3 and 4 show chamber pressure regulators according to the invention.

In Abb. I ist der Verlauf des außenatmosphärischen Drucks p0 nach INA eingetragen. Er hat mit zunehmender Flughöhe einen abnehmenden Verlauf. Der Kammerdruck pk soll nun so geregelt werden, daß er zunächst bis zu einer bestimmten Flughöhe, beispielsweise 2,5 km, mit dem außenatmosphärischen Druck p0 abfällt, dann konstant bleibt, beispielsweise bis zu einer Höhe von etwa 7,5 km, und dann bei Erreichung der zulässigen, die Kammer beanspruchenden Druckdifferenz pk-p0 parallel zum außenatmosphärischen Druck wieder abfällt. Durch die Leitungswiderstände zwischen Atemluftverdichter I und Höhenkammer 2, in der der Kammerdruckregler 3 liegt, die beispielsweise durch den Atemluftfilter 4, Wärmeaustauscher 5 und Rückschlagventil 6 zusätzlich erhöht werden, liegt der Verdichtergegendruck p stets um einen gewissen Betrag höher als der Kammerdruck und ist dadurch auch am Boden und beim Flug in Bodennähe ständig höher als der außenatmosphärische Druck p0.In Fig. I the course of the external atmospheric pressure p0 is shown INA registered. It has a decreasing course with increasing flight altitude. Of the Chamber pressure pk should now be regulated so that it is initially up to a certain Flight altitude, for example 2.5 km, drops with the external atmospheric pressure p0, then remains constant, for example up to an altitude of about 7.5 km, and then when the permissible pressure difference pk-p0 stressing the chamber is reached in parallel drops again to the external atmospheric pressure. By the line resistances between Breathing air compressor I and altitude chamber 2, in which the chamber pressure regulator 3 is located, the for example through the breathing air filter 4, heat exchanger 5 and check valve 6 are additionally increased, the compressor back pressure p is always a certain amount Amount higher than the chamber pressure and is therefore also in on the ground and during flight Near the ground is always higher than the external atmospheric pressure p0.

Die zwischen dem Verdichtergegendruck p und dem außenatmosphärischen Druck p0 liegenide Druckdifferenz wird nun erfindungsgemäß zur Vergrößerung der Verstellwege bzw. Erhöhung der Verstellkräfte auf eine Steuereinrichtung geschaltet, wie es Abb. 3 zeigt. Der Membrankörper 7 betätigt einen Steuerkolben 8, welcher über Verbindungsleitungen 9 und Io mit den beiden Seiten des Arbeitskolbens II in Verbindung steht. Dieser Arbeitskolben steht über eine Kolbenstange I2 mit einem Hebel I3 in Verbindung, der das Drosselorgan 14 verstellt. Auf den Steuerkolben wirken außerdem die Drücke p und p0, und zwar herrscht in den Leitungen I5 und I6 der Druck p0 und in der Leitung I7 der Druck p.The one between the compressor back pressure p and the outside atmospheric pressure According to the invention, pressure p0 is now used to increase the pressure difference Adjustment paths or increase in the adjustment forces switched to a control device, as Fig. 3 shows. The membrane body 7 actuates a control piston 8, which via connecting lines 9 and Io with both sides of working piston II in Connection. This working piston is on a piston rod I2 with a Lever I3 in connection, which adjusts the throttle element 14. On the control piston the pressures p and p0 also act, namely in lines I5 and I6 the pressure p0 and in line I7 the pressure p.

Es ströme eine bestimmte Luftmenge durch die Kammer, und der Regler befinde sich im Gleichgewichtszustand, d. h. die Leitungen 9 und Io sind durch den Steuerkolben 8 abgeschlossen, und der Arbeitskolben II befindet sich in Ruhestellung. Wird das Gleichgewicht beispielsweise durch Verringerung des Luftdurchsatzes gestört, hat dies zunächst einen Abfall des Kammerdrucks pk zur Folge, der Membrankörper dehnt sich aus, verstellt den Steuerschieber 8, der mit einer Ausgleichsbohrung versehen ist, so, daß die Leitung I7 in Verbindung mit der Leitung Io und die Leitung 9 in Verbindung mit der Leitung I6 kommt. Die dadurch auf den Arbeitskolben II zur Wirkung kommende Druckdifferenz verstellt das Drosselorgan I4 derart, daß die Öffnung zwischen Kammer und Außenatmosphäre so weit abgeschlossen wird, bis das Gleichgewicht am Regler wiederhergestellt ist. Die auf der anderen Seite des Arbeitskolbens befindliche Luft wird über die Leitung 9 ausgeschoben. Bei steigendem Kammerdruck erfolgt der umgekehrte Regelvorgang.A certain amount of air flows through the chamber and the regulator be in equilibrium, d. H. lines 9 and Io are through the Control piston 8 completed, and the working piston II is in the rest position. If the equilibrium is disturbed, for example by reducing the air flow, this initially results in a drop in the chamber pressure pk, the diaphragm body expands, adjusts the control slide 8, which has a compensating bore is provided so that the line I7 in communication with the line Io and the line 9 comes in connection with line I6. The result on the working piston II for The resulting pressure difference adjusts the throttle element I4 in such a way that the opening between the chamber and the outside atmosphere is completed until equilibrium is reached is restored on the controller. The one on the other side of the working piston Air is expelled via line 9. When the chamber pressure rises, the reverse control process.

Sinkt nun aus irgendeinem Grunde der Verdichtergegendruck unter den Kammerdruck, muß aber der Kammerdruck unter allen Umständen aufrechterhalten bleiben, so kann eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen werden, die aus einem Gehäuse I8 besteht, in dem ein federbelasteter Kolben I9 angeordnet ist, auf den einerseits der Verdichtergegendruckp und andererseits der Kammerdruckpk wirkt. Solange der Verdichtergegendruck p größer ist als der Kammerdruck pk, wird der federbelastete Kolben I9 entgegen der Federkraft zurückgedrängt sein und in der Leitung I7 der Druck p herrschen. Fällt der Verdichtergegendruck unter den Kammerdruck, so schließt der federbelastete Kolben die mit der Druckleitung des Verdichters in Verbindung stehende Leitung ab, so däß nunmehr in der Leitung 17 als Arbeitsdruck der Kammerdruck pk herrscht.If, for whatever reason, the compressor back pressure drops below the Chamber pressure, but the chamber pressure must be maintained under all circumstances, so an additional device can be provided, which consists of a housing I8 consists in which a spring-loaded piston I9 is arranged on the one hand the compressor back pressure p and on the other hand the chamber pressure pk acts. As long as the Compressor back pressure p is greater than the chamber pressure pk, the spring-loaded Piston I9 be pushed back against the spring force and in line I7 of the Pressure p prevail. If the compressor back pressure falls below the chamber pressure, it closes the spring-loaded piston which is in connection with the pressure line of the compressor standing line, so the chamber pressure is now the working pressure in line 17 pk prevails.

Abb.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Druckdifferenz zwischen Kammerinnendruck und außenatmosphärischem Druck auf den Kammerdruckregler zur Einwirkung gelängt. In einem Gehäuse 2o ist ein Membrankörper 21 angeordnet, der mit einem Führungsstück 22 versehen ist, an dem sich ein Stift 23 befindet. Bei Ausdehnung des Membrankörpers kommt dieser Stift 23 mit einem Arbeitskolben 24 in Berührung, der durch eine Feder 25 belastet ist, die versucht, das Drosselorgan 26 stets in offener Stellung zu halten. Das Führungsstück 22 ist außerdem mit einem Ventil 27 versehen. Je nach Regelstellung des Membrankörpers 2I strömt mehr oder weniger Luft durch die Bohrung 28 aus der Kammer in den Raum vor dem Arbeitskolben 24 und aus diesem über das Ventil 27 in die Außenatmosphäre.Fig. 4 shows an embodiment in which the pressure difference between the internal chamber pressure and the external atmospheric pressure increases the effect on the chamber pressure regulator. In a housing 2o there is arranged a membrane body 21 which is provided with a guide piece 22 on which a pin 23 is located. When the diaphragm body expands, this pin 23 comes into contact with a working piston 24 which is loaded by a spring 25 which tries to keep the throttle member 26 always in the open position. The guide piece 22 is also provided with a valve 27. Depending on the control position of the diaphragm body 2I, more or less air flows through the bore 28 from the chamber into the space in front of the working piston 24 and out of this via the valve 27 into the outside atmosphere.

Am Boden sei der Kammerdruck pk gleich dem außenatmosphärischen Druck p0. Der Membrankörper 2I ist dann verhältnismäßig stark zusammengedrückt. Auf beiden Seiten des Arbeitskolbens 24 wirkt der Druck p0 gleich pk, so daß dieser Kolben in Ruhestellung an einem Anschlag liegt, gegen den ihn die Feder 25 drückt. Das Drosselorgan 26 und das Ventil 27 sind voll geöffnet. Nach dem Start wird mit zunehmender Höhe der außenatmosphärische Druck p0 mehr und mehr abnehmen, der Membrankörper 2I dehnt sich aus und kommt zunächst mit dem Stift 23 in Berührung mit dem Arbeitskolben 24. Mit zunehmendem Druckabfall wird dann das Drosselorgan 26 in Richtung »Schließen« betätigt. Der Druck in der Kammer steigt dadurch an. Der dadurch entstandene Druckunterschied zwischen Kammer und Außenatmosphäre hat einen kleinen Luftstrom durch die Bohrung 28 über das Ventil 27 zur Folge, wobei zunächst der Druck auf beiden Seiten des Arbeitskolbens 24 nach der gleiche, nämlich p0 bleibt. Wird der Querschnitt, den das Ventil 27 freigibt, jedoch kleiner als der Querschnitt der Bohrung 28, so steigt der Druck auf der einen Seite des Arbeitskolbens 24 an. Dadurch wird der Arbeitskolben 24 entgegen der Wirkung der Feder 25 bewegt und das Drosselorgan 26 weiterhin in Richtung »Schließen« betätigt. Der Stift 23 liegt dann nicht mehr an dem Arbeitskolben 24 an. Beim Gleitflug erfolgt der Regelvorgang in umgekehrtem Sinne.At the bottom, let the chamber pressure pk be equal to the external atmospheric pressure p0. The membrane body 2I is then compressed relatively strongly. On both On the side of the working piston 24, the pressure p0 acts equal to pk, so that this piston in the rest position lies against a stop against which the spring 25 presses it. That The throttle member 26 and the valve 27 are fully open. After the start it will increase with The level of the external atmospheric pressure p0 decreases more and more, the membrane body 2I expands and first comes into contact with the working piston with the pin 23 24. As the pressure drop increases, the throttle member 26 is then "closed" actuated. This increases the pressure in the chamber. The resulting pressure difference between the chamber and the outside atmosphere has a small flow of air through the bore 28 through the valve 27, whereby first the pressure on both sides of the Working piston 24 remains the same, namely p0. If the cross-section that the valve 27 releases, but smaller than the cross section of the bore 28, so increases the pressure on one side of the working piston 24. This will make the working piston 24 moves against the action of the spring 25 and the throttle member 26 continues in "Close" direction actuated. The pin 23 is then no longer on the working piston 24 at. When gliding, the control process works in the opposite direction.

Um zu vermeiden, daß in der Kammer ein unzulässig höher Druck entsteht, dem die Kammer aus Festigkeitsgründen nicht gewachsen ist, ist eine weitere Einrichtung vorgesehen, die beispielsweise aus einem Gehäuse 29 besteht, in dem ein unter Federdruck stehendes Ventil 3o angeordnet ist. Die eine Seite des Ventils 3o wird vom Außendruck p0, die andere vom Kammerdruck pk beaufschlagt. Weiterhin steht das Gehäuse über eine Leitung 31 mit der einen Seite des Arbeitskolbens in Verbindung. Ist die zulässige Druckdifferenz pk-P0 erreicht, so wird bei weiterem Ansteigen des Drucks pk bzw. Abfallen des Drucks p0 das Drosselventil 3o öffnen, wodurch die Druckseite des Arbeitskolbens mit dem außenatmosphärischen Druck p0 in Verbindung gebracht wird. Dadurch verringert sich die wirksame Druckdifferenz am Arbeitskolben 24, und dieser bewegt das Drosselorgan 26 so lange in Richtung »Öffnen«, bis die Druckdifferenz pk-P0 wieder gleich der Kraft der Feder 32 ist.In order to avoid an impermissibly high pressure in the chamber, which the chamber cannot cope with for reasons of strength, a further device is provided which consists, for example, of a housing 29 in which a valve 3o under spring pressure is arranged. One side of the valve 3o is acted upon by the external pressure p0 and the other by the chamber pressure pk. Furthermore, the housing is connected to one side of the working piston via a line 31. If the permissible pressure difference pk-P0 is reached, the throttle valve 3o will open if the pressure pk rises further or the pressure p0 falls, whereby the pressure side of the working piston is brought into connection with the external atmospheric pressure p0. This reduces the effective pressure difference at the working piston 24, and the latter moves the throttle element 26 in the “opening” direction until the pressure difference pk-P0 is equal to the force of the spring 32 again.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Chamber pressure regulator for high-altitude aircraft, in which a throttle member is controlled by a membrane, characterized in that in the transmission between the diaphragm and the throttle device to increase the adjustment range or increase in the adjustment forces a control device is switched on to the those in a breathing air supply system as a result of line resistance during operation always existing pressure difference between the pressure in the line from the compressor acts on the chamber and the external atmospheric pressure.

2. Chamber pressure regulator according to Claim I, characterized in that a control member is provided through which if the pressure in the pressure line of the compressor drops, this pressure is automatically activated is replaced by the chamber pressure.

3. Chamber pressure regulator for high-altitude aircraft, at which a throttle device is controlled by a membrane, characterized in that, that a control device is switched on in the transmission between the membrane and the throttle element is to which the pressure difference between the internal chamber pressure and the external atmospheric pressure Pressure acts, initially arbitrary control to achieve the pressure difference can be done.

4. Chamber pressure regulator according to claim I and 3, characterized in that that the pressure difference is any other pressure difference available in the aircraft Is used.

5. Chamber pressure regulator according to claim i to 4, characterized in that that to limit the overpressure in the chamber, the work force of the control device by a known control element under the influence of the overpressure is reduced.