JPS61260135A

JPS61260135A - 圧力サ−ジ検出回路

Info

Publication number: JPS61260135A
Application number: JP61101247A
Authority: JP
Inventors: フランク・ゼー・アントナッジ
Original assignee: Allied Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1986-11-18
Also published as: EP0200033A2; EP0200033A3; EP0200033B1; CA1251841A; DE3682810D1; AU5685086A; US4618856A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】ンエンジンの圧縮機に生じるような圧力サージを検出す
る装置に関するものである。

その急速性と大きさによって特徴づけられる圧力サージ
、即ち圧力変化は、多くの物理的な系において生じてい
る。かかる圧力サージは、ある系では正常であっても、
別な系では異常であり、補正しなければならない状態を
指すものである。例えば、最も精巧なタービンエンジン
ですら、一般に失速サージと呼ばれるものを体験するこ
とがある。失速サージとは、その最も簡単な意味は、圧
縮機が失速して空気の圧送或いは圧縮を停止する状態の
ことである。この種の失速サージは、非常に急速に起こ
り、エンジンの逆火を、即ち軸方向に配置したエンジン
を有する複式エンジン飛行機の場合これに及ぼす非対称
なスラストを引き起こすため、早めに補正しなければ大
惨事となることがある。一般に、この補正は、航空機の
運転に及ぼす重大な影響を未然に防ぐうえで、約ＬＱＱ
ミリ秒以内に行なわなければならない。

現在のタービンエンジンは、エンジンの様々なパラメー
タを測定する高度に精巧な燃料制御系やエネルギ制御系
を別に備えている。この種の制御系には、高度に正確な
圧力検知装置或いは検知系が組み込まれている。例えば
、特に有利な圧力測定系としては、以下に挙げる米国特
許に開示されている。すなわち、１９８０年５月２７日
出願の特許第４，３２２，９７７号、１９８４年３月６
日発行の特許第４，４３４，６６４号、１９８３年１２
月２７日発行の特許第４、４２２．３３５号、１９８４
年５月２２日発行の特許第４．４４９．。

４０９号、１９８４年７月３日発行の特許第４，４５７
，１７４号、そして１９８３年１２月２０日発行の特許
第４，４２２．１２５号等である。本発明に関連して様
々な圧力測定装置が使用できるとは言え、先に列挙した
特許は開示のものが本発明の操作を充分かつ完全に理解
するうえでここに参照して特に組み入れることのできる
ものである。これらの圧力測定系は、全て、圧力検知装
置の配列、即ち測定したパラメータの関数としてサミン
グ・ジャンクションに信号を出力するインピーダンスの
配列から構成されている。

サミング・ジャンクションからの出力は、圧力検知イン
ピーダンスからの出力信号とフィードバック信号との差
を表す誤差信号である。誤差信号と、ゼロ設定信号は非
線形であって圧力測定において実質的に一定な目盛正確
度或いは目盛正確率を与えている。誤差信号は、増幅さ
れ適当なフィルタとデジタル回路によって処理される。

これらの圧力系の特徴は、回路をゼロ設定するために特
定の時間を要することと、誤差信号をデジタル処理しゼ
ロ設定することによって生じる入力圧力の計測を行うこ
とである。従って、これらの圧力測定系は、高い正確さ
と信頼性を有しているものの、圧力の瞬間指示を行わな
いことと、失速サージや他の圧力サージを表す信号を発
するうえで応答が非常に遅いことも特徴としている。

従って、上述の圧力測定系に必要な正確さと信頼性の両
方を備え、同時に実質的に短縮された応答時間、特に２
０ミリ秒以下の応答時間を有する圧力測定系を考案する
必要がある。

本発明の目的は、それ故に、圧力測定系を備えた装置に
おける圧力サージを検出するのに使用される圧力サージ
検出器を提供することである。

本発明の他の目的は、共通のエネルギ源で励起される圧
力可変コンデンサと基準コンデンサとの回路網を包含し
ていて、これらコンデンサの出力信号は合計されて誤差
信号を発生し、誤差信号はデジタル処理されてフィード
バック信号を発生して、誤差信号をゼロ設定すると共に
圧力のデジタル指示を行うようにした圧力測定系に使用
されるこの種の検出器を提供することである。

本発明の別の目的は、誤差信号を受け取るようにデジタ
ル圧力測定系のアナログ部に接続されて、誤差信号が所
定の時間所定の振幅を超過しているときには、警報信号
を発生するこの種の検出器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、デジタル圧力測定系から圧力
信号を受け取るように接続されて、このを演算し、これ
らを所定の基準量と比較すると共に、これらの信号が前
記の基準量から逸脱しているときには誤差信号を発生す
る演算回路を包含する検出器を提供することである。

更に、本発明の別な目的は、第１及び第２警報信号のい
ずれか一方、或いは両方に応答して圧力サージ警報信号
を発生する組合せ論理回路を包含するこの種の検出器を
提供することである。

本発明は、タービンエンジンにおける失速サージ状態の
ような急速な有意の圧力変化を検出する圧力サージ検出
器を提供する。本検出器は、圧力可変コンデンサと実質
的に不変な基準コンデンサを有する電気容量式圧力トラ
ンスデューサを包含するアナログ−デジタル圧力測定系
に組み込まれている。これらのコンデンサは位相のずれ
た信号によって付勢され、そしてコンデンサの出力はサ
ミング・ジャンクションで組合されて誤差信号を発生す
るが、この誤差信号は、処理に続いて、カウンタのデジ
タル・インクレメンティションを行なう誤差信号を発生
するために用いられる。カウンタ出力は、フィードバッ
ク・コンデンサとサミング・ジャンクションを経て誤差
信号をゼロ設定するために用いられる非線形フィードバ
ック信号に変換される。本圧力サージ検出器は、誤差信
号を受け取るように圧力測定系に接続された振幅ディテ
クタ回路を包含しており、この振幅ディテクタ回路は信
号が所定の大きさに等しいか、或いはそれよりも大きい
ときに、出力信号を発生している。

タイマ回路が振幅ディテクタ回路の出力信号を受け取る
ように接続されていて、出力信号が所定の。

振幅で、或いはそれより上で、所定の時間継続するとき
には警報信号を発生している。

また、本圧力サージ検出器は、圧力測定系の圧の基準値
を逸脱しているときには、第２の警報信号を発生する演
算回路を更に、包含している。

特定の実施例におていは、第１および第２警報的に組合
されて、これらの警報信号のいずれか一方、或いは両方
に応答してサージ信号を与えている。

誤差信号は、有限の時間の、圧力検知コンデンサのキャ
パシタンスの変化に比例した実質的には瞬間の信号であ
り、かつ振幅ディテクタ回路および論理ゲートは実質的
に瞬間に作用するために、本発明の圧力サージ検出器は
急速で大きな変化について事実上瞬間的な指示を行って
おり、この指示は次に異常な圧力サージの存在をその補
正のために許容し得る時間内で決定するために、精密に
時間計測することができる。同時に、本回路のデジタル
演算部は、高い正確さを有するものの応答は遅いことか
ら、圧力サージは大きさが限界であるが、急速には起こ
らないときに、類似の指示を行うものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて詳細に
説明する。

添付図面を参照するが、その第１図には、先に引用した
米国特許に開示されているような圧力測定系１２に接続
された符号１０で総括して示す圧力サージ検出回路が示
されている。なお、圧力測定系１２は簡単な形で示しで
ある。

簡単に言えば、圧力測定系１２は、石英結晶（図示せ゛
ず）内に形成された圧力可変コンデンサ１４から成り、
この石英結晶は実質的に一定な基準コンデンサ１６を内
部に包含してもいる。圧力可変コンデンサ１４の一方の
端子には、安定な交流基準電圧が基準電源１５から印加
されており、コンデンサ１４からの出力電圧はサミング
・ジャンクション１８に送られるが、そこでフィードバ
ック・コンデンサ２０から受け取るフィードバック電圧
に対してゼロ設定される。サミング・ジャンクション１
８からの出力は、増幅器２２、フィルタ回路２４および
位相比較復調器２６に供給される。比較復調器２６から
の交流信号は、次にアナログ−デジタル変換器２８に送
られ、等価のデジタル信号を発生する。次にアナログ・
デジタル変換器２８からのデジタル出力信号は、マイク
ロプロセッサ支援の演算回路３０に印加されるが、そこ
でこのデジタル信号は圧力可変コンデンサ１４に加えら
れる圧力の非線形関数である２進数、即ちカウントＮに
変換される。このデジタル数Ｎは、フィードバック・パ
ス３２を経てマルチプライング・デジタル−アナログ変
換器３４に送られ、そこでフィードバック・コンデンサ
２０に印加されるアナログ信号に変換される。基準電源
１５からも誘導されるこのアナログ電圧信号は、検知コ
ンデンサ１４に印加される信号とは１８０°位相がずれ
ていて、サミング・ジャンクション１８に印加され、圧
力可変コンデンサ１４からの出力信号をゼロ設定する。

サミング・ジャンクション１８の出力端３６に現れる出
力電圧がゼロであるときは、演算回路３０からの出力Ｎ
は圧力可変コンデンサ１４に加えられた圧力を表してい
る。次に、このカウントＮはメモリ装置又はテーブル・
ルック・アップ装置３８に入力されるが、そこでカウン
トＮはここに記号Ｐｓ、で表わす圧力信号に変換される
。

ここで重要なことは、この圧力信号Ｐｓｓがタービン圧
縮機の静出力圧力のような非圧力を表していることであ
る。また、圧力測定系１２がデジタルであるため、圧力
信号Ｐｓｓは瞬間信号ではなく、むしろ適当なデジタル
操作を行ってフィードバック・コンデンサ２０の出力端
にゼロ設定信号を発生させた後に現れる信号であること
に留意することも重要である。圧力測定系の作動例とし
ては、圧力測定系１２の周波数応答は１４〜４５Ｈｚの
間である。

すなわち、サミング・ジャンクション１８の出力端３６
に誤差信号が生じたときに、ゼロ設定信号は７０〜２２
ミリ秒の後に確立されるわけである。

増幅器２２の出力端には、振幅ディテクタ回路４０が直
接接続されている。この振幅ディテクタ回路４０からの
出力は、アナログ−デジタル変換器２８を通りＯＲゲー
ト４４の入力端４２の１つに送られる。ＯＲゲート４４
の出力はタイマ４６の入力端部に送られるが、後者の出
力はＡＮＤゲート５０の１つの入力端４８に印加される
。

同時に、テーブル・ルック・アップ装置３８からの出力
圧力信号Ｐｓｓは、マイクロプロセッサ支援曲線６８と
して図示の関係から導かれる所定の値と比較される。同
時に、圧力Ｐｓｓの値の、記号△Ｐｓｓで示す変化が、
同様に、第２図に示す曲線６４に対応する値を含むルッ
ク・アップ・テーブルと比較される。

第２図に示すこれらの曲線は、実験データに基づくもの
で、圧力サージ状態の臨界値を表している。この圧力サ
ージ状態は、圧力Ｐｓ３の変化率が曲線６８で示す値を
所定の時間（一般に、２０ミリ秒）超過し、圧力Ｐｓ、
の変化が曲線６４で示す値を初圧Ｐｓｓ　１ｎｉｔｉａ
ｌの処で超えているときに示されるものである。初°圧
Ｐ８ｓ　１ｎｉｔｉａｌは、圧力Ｐｓ、が所定の最小値
を超過したときの圧力Ｐｓｓの値として定義される。Ｐ
ｓｓおよび△Ｐｓｓ両者はマイナスである、即ち両者は
圧力減少の値に基づいたものであることに留意するべき
である。

次いで、メモリ装置５６．５８からの出力は、ＡＮＤゲ
ート６８の入力端６５と、ＯＲゲート４４のもう一方の
入力端７０に同時に印加される。同様に、ＡＮＤゲート
６８からの出力と振幅ディテクタ回路４０からの出力は
、出力がＡＮＤゲート５０の他方の入力端子８４に印加
されるもう１つのＯＲゲート８２の入力端８０に同時に
印加される。ＡＮＤゲート５０からの出力は所望の圧力
サージ警報信号である。

次に第３図を参照するが、ここには、タービンエンジン
の圧縮器出力部に現われる静圧力Ｐｓｓが図示しである
。図示の値は、まったく一般的なもので除外的なもので
はない。正常な運転状聾のもとでは、タービン圧縮機の
出口圧力は時間ｔ０とり、の間に示す通りである。図示
した圧力図にあっては、この圧力は名目上ＬＱＱ　ｐ＠
ｉａ　（７Ｋｇ／ｃｍ”）である。

しかしながら、圧力は、確定できる範囲内モ正常圧力の
まわりを迅速に周回して、圧力ノイズの状態を創ってい
る。

エンジンにおける失速サージの発生時舊こは、玉量ｔ１
とｔ、の間に起こるこの急速な圧力降下は、２０〜４０
ミリ秒以上の間生じているが、この時間の後も、圧力は
エンジンが回復するまでは低減したレベルに留まってい
る。エンジンの非常に短時間のこの種の回復は、航空機
の円滑で安全な運転にとって基本的なことである。従っ
て、失速サージ状態を検出し、そして、例えば追加の燃
料を集中噴射したり、圧縮機の幾何形状を変更したりす
るなど救済処置をとることは望ましいことである。ある
場合には、圧力は、例えばエンジンの吹き戻りのように
破滅的な事態において起こる状態のように、時間ｔ１と
ｔ２の間に余す如くより急速に降下したり、或いは時間
ｔ、とｔ４の間のようによりゆっくりと降下することが
ある。

圧力可変コンデンサ１４は、スタータまたは圧縮機の出
力部の圧力を検知するように接続されているので、第３
図の圧力曲線に応答する。正常なシーケンスでは、この
圧力は、１４〜４５ヘルツの周波数でサンプリングされ
る、即ち７０ミリ秒毎に一度の時たまにではなく、０．
２２ミリ秒を一側ンブリングされている。先に引用した
米国特許の開示内容から判るように、この圧力Ｐ８＋１
は非常に高い正確度まで演算される。これに対応して、
Ｐｉｓの演算は、圧力が第２図に示す曲線６３．６４に
よって確定された正しい運転範囲にあるか否かについて
正確な決定を行うことができるような一度に正常な演算
でもある。圧力比が曲線６３を特定の初圧の処で超過す
るのが当然な事態であって、圧力変化が曲線６４を超え
る状態のときには、メモリ装置５６．５８メモリ装置５
６によって出力された時間微分信号は、同時にＯＲゲー
ト４４に、そして引続きタイマ４６に印加される。仮に
、この状態が２０±５ミリ秒間継続したとすれば、失速
サージ警報状態は存在することが決定される。振幅ディ
テクタ回路４０からは、以下で説明するように、タイミ
ング期の開始が行なわれる。従って、かかる状態が２０
±５ミリ秒の時間を持つように適当に選定されたタイマ
４６によって確定される継続時間の間継続する事態では
、メモリ装置５６からの信号がこの警報信号を発生させ
るわけである。

同時に、ＡＣＩＤゲート６８からの出力はＯＲゲート８
２に、そしてＡＮＤゲート５０の他方の入力端に送られ
る。従って、タイマ４６による同時タイミング並びに両
メモリ装置５６．５８からの出力の継続発生によって、
エンジン運転パラメータの変更をトリガし失速サージ状
態を救済するに必要な失速サージ警報信号が発生される
のである。

振幅ディテクタ回路４６に印加される信号は、瞬間信号
である。すなわち、この信号は、圧縮機タービンの出力
部で生じる圧力変化にタイム・ベーよスで平行な信号ある。°仮に、この信号が所定の最小感
度限界を超過したとすれば、振幅ディテクタ回路４０か
らは、出力信号が発生されることになる。

従って、振幅ディテクタ回路４０をトリガするに要する
振幅は、曲線６３でしめすものを超えている圧力変化率
ｉ’ｓｓに対応した電圧信号となるように選ばれている
。誤差信号とゼロ設定信号は非線形であり、また先に引
用した共同譲渡の米国特許の中で説明されているように
、誤差信号は高い圧力の処の圧力変化よりも低い圧力の
処の圧力変化に比例して大きいことから、一定値の誤差
信号は漸進的に高くなる圧力変化に相応することが理解
される。この誤差信号は、次に、圧力Ｐｓ：”ｊｊｌｌ
する曲線６３の要件と比較できるものである。引き続き
、この信号は、ＯＲゲート４４を経てタイマ４６に印加
され、タイマ４６はそのタイミング期を開始するように
なる。仮に、タイミング期（“２０±５ミリ秒）のあい
だ゛信号が継続するとすれば、タイマ４６の出力端に出
力信号が現われ、それはＡＮＤゲート５０の一方の入力
端に印加される。また、もしも振幅ディテクタ回路４０
の出力端からの信号が継続するならば、その信号は同時
にＯＲゲート８２を経てＡＮＤゲート５０の他方の入力
端８４に印加されるので、端子４８および８４における
信号の同時発生によって、適当な警報信号が変わりに得
られる。この振幅ディテクタ回路４０のこの部分は、振
幅ディテクタ回路４０の低い正確さの観点からすれば、
演算回路５２とメモリ装置５６．５８とから成る部分よ
りも低い正確さを有する。しかしながら、本回路のこの
部分は、誤差信号を発生し、これをゼロ設定するに要す
る演算遅れがないために、より速い応答時間を持ってい
るわけである。従って、本回路は、入力圧力の非常に急
速な変化率に応答できるはずである。かかるである。

上述の説明から、本発明による圧力サージ検出器は、圧
力を監視して、その圧力変化が所定のパラメータ外に降
下した事態には警報信号を発生するうえで、比較的簡単
ではあるが有効な手段を提供していることが理解された
であろう。メモリ装置５６．５８のコンテントを簡単に
ソフトウェア変調し、そ、して振幅ディテクタ回路４０
のトリガ振幅を変更することによって、本回路は異なる
圧力範囲に対しても適応させることができる。本回路は
、。

限界サージ状態の下で適当な圧力サージ警報信号を発生
する高度に正確な変化率の指示を行うことができ、また
同時に、より苛酷な事態でも、非演算レベル・ディテク
タ回路を介して圧力サージ状態の非常に迅速で、実質的
に瞬間の指示も行なうことができる。この警報信号は、
演算誘導された警報信号よりも正確さは低いけれども、
所望の運転パラメータからの偏差が大きく、かつ高い正
確さを必要としない事態の下でのみ発生されるのである
。

本全体回路は、先に引用した米国特許に開示されている
ような既存の゛圧力検知装置に対して、燃料制御系の部
品数を最低にして複雑性を加え、或いは別な変更を行っ
て、容易に適用させることができ、殊にタービンエンジ
ンの燃料の制御に用途を有しているが、他の用途にも適
用させ得ることは明らかである好適な実施例について詳述したが、本発明の範囲および
精神から逸脱することなく、本発明に対々して様々な変更が改変をなし得ることは、当業者にとっ
ては明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力測定系に接続されて示す本発明による圧力
サージ検出器のブロック図、第２図はタービンエンジン
の圧力比および圧力変化の基準量を示すグラフ、第３図
は失速サージ事態を表わす一般的なタービン圧縮機の出
力圧力を示すグラフである。ｌＯ・・圧力サージ検出回路、１２・・圧力測定系、１
４・・基準コンデンサ、１５・・基準電源、１６・・圧
力可変コンデンサ、１８・・サミング・ジャンクション
、２０・・フィードバック・コンデンサ、２２・・増幅
器、２４・・フィルタ回路、２６・・位相比較復調器、
２８−・アナログ−デジタル返還器、３゜・・マイクロ
プロセッサ支援の演算回路、３２・・フィードバック−
バス、３４・・マルチプライング・デジタルーアロルグ
変換器、３６・・出力端、３８・・テーブル・ルック・
アップ装置、４０・・振幅ディテクタ回路、４２・・Ｏ
Ｒゲート、４２・・入力端、４４・・ＯＲゲート、４６
・・タイマ、４８・・入力端、す５０・・ＡＮＤゲート、５２・・マイクロプロセッ冑支
援の演算回路、５４・・出力端、５６　、５８・・追加
のメモリ装置、６６・・入力端、６８・・ＡＮＤゲート
、７０・・入力端、８０・・入力端、８２・・ＯＲゲー
ト、８４・・入力端子。

Claims

【特許請求の範囲】１　圧力の関数として瞬間アナログ信号を発生する圧力
トランスデューサ（１２）と、入力信号とフィードバッ
ク信号との差の関数として非線形誤差信号を発生する手
段（１８、２２、２４、２６、２８、３０）と、前記誤
差信号の関数として前記フィードバック信号を発生する
フィードバック回路手段（３２、３４）を含み、前記誤
差信号をゼロ設定すると共に前記圧力の関数としてデジ
タル出力信号を発生する手段（３０、３２、３４、３８
）とを有する圧力測定系に使用する圧力サージ検出回路
（１０）において、前記誤差信号を受け取るように前記
圧力測定系（１２）に接続され、前記誤差信号が所定の
大きさに等しいか或いはより大きいときに出力信号を発
生する振幅ディテクタ手段（４０）と、前記出力信号を
受け取るように接続され、前記出力信号が所定の時間継
続するときに警報信号を発生するタイマ手段（４６）と
を有することを特徴とする圧力サージ検出回路。２　前記デジタル出力信号を受け取るように接続され、
前記圧力の変化率および前記圧力の変化を演算するデジ
タル演算回路手段（５２、５６、５８）と、前記変化率
および圧力変化の最大並びに最小値をそれぞれ記憶する
メモリ回路手段とを更に有し、前記演算回路手段（５２
、５６、５８）が前記変化率及び圧力変化の演算値をこ
れらの予定された前記記憶値と比較し、前記両演算値が
前記記憶値を超えているときに第１および第２演算出力
信号を発生する手段（５６、５８）を更に包含していて
、前記タイマ手段（４６）が前記演算出力信号の１つを
受け取るように接続され、前記演算出力信号の１つが所
定の時間継続するときに前記警報信号を発生するように
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧力
サージ検出回路。３　前記出力信号および前記演算出力信号を受け取るよ
うに接続された組合せ論理装置（４４）を更に有し、前
記タイマ手段（４６）が前記組合せ論理装置（４４）の
出力端に接続されていることを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の圧力サージ検出回路。４　前記演算出力信号を受け取るように前記メモリ回路
手段（５６、５８）に接続された第２の組合せ論理装置
（６８）と、前記振幅ディテクタ手段および前記第２組
合せ論理装置からの出力を受け取るように接続された第
３の組合せ論理装置（８２）と、前記タイマ手段（４６
）および前記第３組合せ論理装置（８２）からの出力を
受け取るように接続され、前記タイマ手段（４６）と前
記振幅ディテクタ手段（４０）および前記第２組合せ論
理装置（６８）の一方とからの出力信号の同時発生に応
答して前記警報信号を発生する第４の組合せ論理装置（
５０）とを更に有することを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の圧力サージ検出回路。５　前記第２組合せ論理装置（６８）がＡＮＤゲートで
あり、前記第３組合せ論理装置（８２）がＯＲゲートで
あり、前記第４組合せ論理装置（５０）がＡＮＤゲート
であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の圧
力サージ検出回路。