SE465872B - Ett system foer bestaemning av varvtal foer flygplanspropeller som baseras paa ett enda tidsintervall och en felkoefficient - Google Patents

Description

465 872 Fig. 6 visar en pulsföljd, som alstras av räknaren 57 i fig. 1, tillsammans med de i fig. 1 identifierade strobpulserna.

Fig. 7 och 8 är tidsdiagram, som används för att förklara den asynkrona driften hos räknaren 57 och mikroprocessorn 66 i fig. 1.

Fig. 9 och 10 är simuleringsdiagram, som jämför driften av en form av uppfinningen, som utnyttjar felkoefficienter vid beräkning av varvtalet med en annan form, som ej gör detta.

Fig. 11 och 12 visar två schematiska arrangemang av tänderna 45 i fig. 5.

Sammanfattning av uppfinningen Vid en form av uppfinningen lagrar en klocka de realtider, vid vilka propellerbladen passerar en referenspunkt. Från dessa realtider kan propellerns varvtal beräknas nästan momentant.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Fig. 1 visar ett par flygplanspropellrar 15 och 18. De roterar i motsatta riktningar såsom anges med pilar 21 och 24 och benämns därför motroterande. Vid propellrarna är även målhjul 27 och 30 fästade, vilka likaledes roterar i motsatta riktningar. I och för sig kända magnetiska upptagningsspolar 33 och 36 alstrar signaler (här kallade strobsignaler) på strobledningar 39 och 42, som reaktion på passagen av tändarna 45. En dylik spole kan vara av modell nr 726452 Fan Speed Sensor, som är tillgänglig från Electro Corp., Sarasota, Florida.

Strobledningarna 39 och 42 är anslutna till strobingångar hos hållkretsar eller minnen 48 och 51. Strobsignalerna bringar sålunda minnena 48 och 51 att ladda de på en databuss 54 befintliga data. Databussen 54 för utgångssignalen från en 16-bit räknare 57. 16-bit räknaren 57 räknar från binärtalet noll till binärtalet 215-1 (vanligen kallat 64 K, vilket är decimaltalet 65535) med en takt av 2 Mhz, och används som klocka. Räknaren 57 ändra; alltså 2 miljoner gånger per sekund, i följd, från decimaltalet 0 till deimaltalet 65535, och börjar därefter från noll (“övergång") och fortsätter.

Utgångssignalerna 60 och 63 från minnena 48 och 51 matas till en mikro- processor 66, som betecknas med symbolen PP. Databussen 54 matar även mikropro- cessorn 66. Båda minnena 48 och 51, liksom mikroprocessorn 56 har sålunda ingångar från räknaren 57, och har sålunda tillgång till en realtidssignal.

Mikroprocessern 66 programmeras enligt ett flödesschema, som beskrivs genom de i följande tabell 1 uppförda åtta stegen. En detaljerad beskrivning av varje steg följer på listningen.

Tabell 1 1. Beräkna tiden för ett helt varv. à 465 872 Tid (hel: varv) =AT(1) +AT(2) +AT(3) +AT(4) + ATw)+AH6)+4H7)+Afl3) 2. Beräkna felkoefficient för den mittemot den förhandenvarande tanden belägna tanden. m och n är index. m = (n+4) modulo 8 fel (m) = 3. Vid lågvarvtalstillstånd med lågt varvtal (mindre än 340,9 varv/minut), återställs koefficienterna till ett. De kommer gradvis att konvergera mot sina korrekta värden, när lågvarvtalstillståndet slutar. Lågt varvtal uppträder när ett minne ej ändras under åtta på varandra följande läsningar. (Detta brukar benämnas "åtta-körnings-regeln)"). 4. Beräkna varvtal. fel(n) x (60 sek/min) x (2.000.000 impulser/Sek) T(n) 8 tänder/varv) 5. Välj bra sensorer. (A1 och A2 hänför sig till två sensorer på en propeller. B1 och B2 hänför sig till två sensorer på den andra). 5.1 OM absolutvärdet av (sensor A1 - sensor A2) är 40,0 v/m är (sensor Al + sensor A2) 2 varvtal = varvtal = och återställ flaggorna indikerande att båda de främre sensorerna är bra.

OM INTE, gör följande: 5.2 OM sensorn Bl och sensorn B2 är båda bra då 5.2.1 OM absolutvärdet (sensor A1 - bakre varvtal) < absolutvärdet (sensor A2 - bakre varvtal) då är främre varvtal = A1 och då ställ flaggorna som anger att främre sensor A1 är bra och bakre sensor A1 är dålig. 5.2.2 OM INTE då är främre varvtal = sensor A2 och ställ flaggor, som anger att sensorn A1 är dålig och sensorn A2 är bra. 5.3 QM sensorn B1 och sensorn B2 ej är bra båda välj då lägre. 5.4 Upprepa 5.1 - 5.3 för den andra propellern, varvid Al ersätts med Bl, A2 med B2, Bl med A1, och Bl med A2. 6. Undersök om det finns någon sensor som ej läser när motorn löper.

QM kärnvarvtalet > 10.000 v/m OCH ABS (främre stigning - specificerad främre stigning) < 3,00 OCH ABS (bakre stigning - specificerad bakre stigning < 3,0 grader.

RÅ 7465 872 OM främre sensor A < 350 v/m DÅ ställ flagga indikerande att främre sensorn A är dålig.

DM främre sensor B < 350 v/m DÅ ställ flagga angivande att främre sensor B är dålig.

OM bakre sensor A < 350 v/m DÅ ställ flagga indikerande att bakre sensor A är dålig.

OM bakre sensor B < 350 v/m DÅ ställ flagga att indikerande att bakre sensor B är dålig. 7. Beräkna fas FaSv1nke1 8 tid främre minne - tid bakre minne tid främre minne - sista tid bakre minne x 450 Flödesschemat är skrivet baserat på antagandet att varje propeller 15 och 18 i fig. 1 har åtta blad och att i motsvarighet härtill åtta tänder är anordnade på varje målhjul 27 och 30. För klarhetens skull visas emellertid varje propeller endast med fyra blad.

Steg 1 är en summering under vilken den totala tiden för ett varv av en propeller beräknas. Denna beräkning sker för varje propeller. Beräkningen utförs på följande sätt. När en tand 45 passerar upptagningsspolen 36 bringar den på ledningen 42 alstrade signalen såsom nämns minnet 51 att ladda det för tillfället på bussen 54 föreliggande talet. I själva verket laddas minnet 51 med den exakta tiden, vid vilken tanden 45 passerar upptagningsspolen 36.

Det faktum att räknaren 57 räknar från noll till 64k och därpå startar återigen från noll påverkar ej väsentligt detta, såsom kommer att beskrivas senare. Den exakta definitionen av vad som menas med "passera" upptagningsspolen 36 kommer vidare att förklaras i samband med steg 2.

Mikroprocessorn 66 läser kontinuerligt varje minne 48 och 51, och inför realtidsdata i ett direktminne (RAM)-grupp 70. En undergrupp av detta RAM antyds genom fyra block 73 för bladen 1-4 på propellern 15, och en liknande undergrupp för propellern 18.

Blocken i undergrupperna 73 och 75 är i själva verket RAM-minnesplatser.

Varje block svarar mot ett propellerblad. Den vanliga driftsekvensen skulle vara: en tand passerar, ändra talet i minnet 51. Mikroprocessorn 66 läser minnet 51 och lagrar det nyss lästa talet i RAM 77 i underenheten 73. En följande tand passerar spolen 36, vilket återigen medför ändring av talet i minnet 51. Mikro- processorn 66 läser igen minnet 51 och lagrar därpå det nyss lästa talet i ett annat RAM 79, osv., varigenom realtiduppträdandena av strobsignalerna lagras.

Detta svarar mot lagring av realtiderna för tandpassager, vilket svarar mot lagring av realtiduppträdandena när blad passerar en förutbestämt punkt, såsom 465 872 punkten 82. Det senare är sant på grund av att propellerns 15 och tandhjulets 30 geometrier är kända i förväg från propellersystemets konstruktion.

För den ovan beskrivna klocktakten av 2 Mhz, liksom för ett åttatandat hjul och för ett konstant propellervarvtal av 1200 v/m, skulle exempelvis i ett givet ögonblick de i RAM för propellern 15 innestående talen kunna vara dessa, såsom "t=9.000", såsom visas. Det kan noteras, att alla tal skiljer sig från varandra genom 12.500, vilket är det antal impulser, som uppträder under inter- vallet på 0,00625 sekunder mellan tandpassagerna.

Mikroprocessorn 66 lagrar även data i en underenhet 75 för den andra pro- pellern 18 på samma sätt. Hastigheten (såsom en miljon assembleringskodsteg per sekund) hos mikroprocessorn 66 är så mycket snabbare än strobsignalerna, vilka ändrar data på databussen 54 (såsom 160 ändringar per sekund för ett åttatandat hjul vid 1200 v/m), att det ej är något problem för mikroprocessorn att läsa och lagra båda minnena mellan minnesavsökningshändelserna.

Realtidsinformationen avseende bladpassager, vilken lagras i RAM 70, tillåter mikroprocessorn 66 att beräkna tidsintervallen ká'T) mellan successiva bladpassager. Intervallet är skillnaden mellan den lagrade realtiden för två successiva blad, såsom visas med symbolen.$T i fig. 1 nära blocken 77 och 79.¿1T är i detta exempel 12500. 41 T(1) hänför sig till tidsintervallet (¿1T) mellan passagen av tand nr 8 och tand nr 1.¿1T(2) hänför sig till tidsintervallet mellan passagerna för tand nr 1 och tand nr 2 osv. Steg nr 1 beräknar sålunda totaltidsintervallet för ett varv av varje blad.

Steg nr 2 beräknar en felkoefficient. Ett skäl till denna felkoefficient förklaras med hänvisning till fig. 5. Under tillverkningen av tandhjulen 6 i fig. 1 och 5, är det nästan oundvikligt att en tand 9A i fig. 5 ej kommer att vara lokaliserad exakt i sitt avsedda läge, utan (1) kan vara förskjuten till det streckade läget 85, (2) kan vara överdimensionerad såsom visas med de strec- kade linjerna 88, eller (3) kan vara underdimensionerad såsom visas med streckade linjer 89. I alla tre fallen kan kanter 90 vara förskjutna från de avsedda lägena 93, och närmare bestämt med upp till 0,1°, såsom antyds med vinklar 6. De av avsökningsspolen 12 alstrade signalerna kommer sålunda att i själva verket att uppträda vid andra punkter än om kanterna 90 befann sig i sina avsedda lägen. Som följd härav kommer de uppmätta tidsintervallen mellan tänder- na med kanterna 90 [visat somA T(1) och A T(2)] att vara andra än de tidsinter- vall som uppmäts mellan tänder 9C och 9D, [dvs.¿3T(3) och ¿1T(4) , även om tandhjulet 6 roterar med konstant hastighet.

Om de inte korrigeras, kommer data i minnet 51 i fig. 1 att indikera att hjulet 30, och sålunda den propeller, vid vilket det är fästat, håller på att 1465 872 accelerera följt av en retardation på grund av att tidsintervallet ¿1T(1) är mindre än tidsintervalletA T(4). Även om tandhjulet 30 skulle vara exakt tillverkat kan dessutom olikformigheter i hjulmaterialets reluktans inducera olikformigheter i strobsig- nalerna. Ett skäl är att spolen 12 triggas av en given reluktansändring i området 95. Både hjulets 30 sammansättning som dess geometri påverkar reluktans- _ ändringen. Det är den givna ändringen i reluktans på vilken spolen 12 reagerar för att fastställa passage av en tand. Steg 2 korrigerar avvikelsen med avseende på sammansättning och geometri med en felkoefficient.

Såsom anges i steg 5 är m och n index. ("Modulo 8" betyder att det högsta använda talet är 8, så att om n = 6, är m ej 10 utan 2. 9 blir 1, 10 blir 2, 11 blir 3, och 12 blir 4. En köksklocka skulle kunna betraktas som "modulo 12". Det högsta använda talet är 12. Tillägg av 4 timmar till kl 11 ger ej kl 15 utan kl 3. "8" i "modulo 8" hänför sig till 8 tänder.) Om exempelvis m = 1, är n = 5, och med 8 tänder beräknas sålunda en felkoefficient för den tand, som är belägen mittemot den för tillfället i minnena 48 och 51 i fig. 1 laddade tanden. Detta har betydelse under accelerationer och kommer att diskuteras mera detaljerat vid slutet av beskrivningen. Felkoefficienten beräknas genom den i steg 2 visade ekvationen. Ekvationen har verkan att normalisera tidsintervallet för den motstående tanden med avseende på 1/8 av tidsintervallet för ett helt varv. Om exempelvis tandhjulet vore perfekt tillverkat och av ett perfekt material, och om propellervarvtalet vore konstant, skulle alla.4 T i steg 1 vara identiska. Om tiden för ett helt varv vore 8 enheter, skulle varjeadl vara en enhet, och fel- koefficienten i steg 2 skulle vara ett.

Om emellertid tidsintervallet.¿1 (1) i fig. 5A vore 3/4 enheter, och tidsintervallet¿1T(2) vore 1 1/4 enhet, skulle felkoefficienten för tand 1 vara 3/4 enligt ekvationen i steg 2 (3/4 = 8 x 3/4 (3/4 = ë-iš-êfl l bâ'l har hänförts till linjerna 99 genom tändernas centra snarare än genom kanterna för enkelhetens skull). Felkoefficienten är ett förhållande mellan det verkliga tidsintervallet¿5T(l) i fig. SA och ett idealiserat tidsintervall ¿1T(ID) vid konstant varvtal.¿§ T(ID) skulle uppträda vid perfekt geometri och perfekt sammansättning.¿â T(ID) bestäms genom att dividera TID (helt varv) med 8 . såsom antyds i fig. 5A.

Felkoefficienterna används i steg 4, men först frågar mikroprocessorn 66 om ett undervarvtalstillstånd existerar i steg 3. Ett sådant undervarvtal är motorns tomgång. Ett annat uppträder vi start. Om undervarvtaltillståndet före- ligger återställs alla felkoefficienter till ett. Ett skäl för återställningen 465 872 av koefficienterna till ett är att vid sådant lågt varvtal finns det inget krav på hög noggrannhet vid propellervarvtalsmätningar. Vidare synes start vara en logisk tidpunkt för att ställa variabler, såsom felkoefficienter, till nominella värden, såsom 1. Vidare sätter 64k-området hos räknaren 57 en gräns för det minsta varvtal, som kan mätas. Felkoefficienterna är sålunda oanvändbara vid varvtal under gränsen, på grund av att varvtalet ej beräknas. Denna diskus- sion kommer i korthet att göra en avvikelse för att betrakta vissa problem med varvtalsmätning vid låga varvtal, varvid till att börja med hänvisas till fig.6.

Fig. 6 visar ett pulståg 101 alstrat av räknaren 57 i fig. 1. Utsignalen från räknaren 57 kan, ehuru i själva verket ett konstant sig ändrande binärt tal, för denna förklaring betraktas som ekvivalent med pulståget 101 i fig. 6, med varje puls separarerad 1/2.000.000 sek. Om den på strobledningen 42 alstrade pulsen 103, som svarar mot passage av en tand 45 i fig. 1, åtskiljs från följan- de puls 105 genom en sträcka, som är lika med eller större än 64k x 1/2.000.000 sek, kan mikroprocessen 66 ej skilja pulsen 105 från en puls 107, som uppträder exakt en Tövergång tidigare. Båda pulserna 105 och 107 ger samma realtidsdata till minnena 48 och 51 på bussen 54. Det varvtal, som beräknas baserat på puls- erna 103 och 107 skulle kunna vara detsamma som det som beräknas baserat på pulserna 103 och 105, men pulsen 105 representerar ett långsammare verkligt varvtal.

Ett annat sätt att ange detta är att strobpulserna 103 och 105 måste lig- ga tätare än 64 k räknar pulserna i tåget 101 för att korrekt beräkna varvtalet.

Under förutsättning av 8 tänder, en 64k räknare, samt en klocktakt av 2 Mhz, är det lägsta mätbara varvtalet 228,7 v/m, beräknat enligt följande. impulser _ 65536 över ån _ O'0328 sek T.. a I f ' . - . _ T-í-T-à overgang 1 lg 2000000 ¿mgå1§g§ overgang se Tövergång är det maximala tidsintervallet mellan två tänder. För ett åtta- tandat hjul svarar Tövergång m0t 228,7 v/m- 228 7 = 1 övergång X 1 varv X 60 sek ' 0,0328 sekund 8 övergång min Denna begränsning skulle kunna elimineras genom användning av en större räknare än en 16-bitars, såsom en 32-bitars eller större räknare, vars övergångar sker mera sällan, så att sålunda tidsintervallet Tövergång i fig. 6 ökas, men skulle innebära ökad kostnad liksom möjligen problem med tillgängligheten av lämplig maskinvara. 465 872 Denna begränsning på varvtalsmätningen förutsätter att data i RAM 70 kontinuerligt uppdateras. Om uppdateringen ej är kontinuerlig, utan periodisk, erhålls emellertid en annan gräns. Denna andra gräns beror i korthet på det faktum att den räknaren 57 styrande 2Mhz-klockan kan vara synkron i förhållande till den mikroprocessorn 66 styrande klockan, såsom kommer att förklaras närmare nu.

Det finns ett större styrsystem (det “primära styrsystemet", ej visat), för den motor och det flygplan, varmed propellrarna 15 och 18 arbetar. Vi be- höver ej här fördjupa oss i det primära styrsystemet med undantag av att ha kän- nedom om att ett större beräkningsprogram (det “primära programmet") för det primära styrsystemet måste köras, från början till slut, var tionde millisekund.

Det primära programmet upprepas med andra ord var tionde millisekund såsom visas genom pilar såsom 150 i fig. 7. Pilarna 150 anger starttidpunkterna för det pri- mära programmet. 10 millisekund-kravet är fastställt av faktorer, som ej har något samband med föreliggande uppfinning.

Programmet enligt tabell 1 ("varvtalsprogrammet") körs inom det primära programmet var fjärde, åttonde, och tionde milliskund under varje körning av det primära programmet. Varvtalsprogrammet kan betraktas som en underrutin av det primära programmet. Varvtalsprogrammets körningar visas som linjer 155 i fig. 7.

Den tid, som krävs för en körning av varvtalsprogrammet är kort, säg 50 psek.

Denna tid är så mycket snabbare än 10 msek intervallerna mellan starttidpunkten 150 för det primära programmet, att varvtalsprogrammets körningstider ej kan avbildas skalenligt i fig. 7. Körningstiden är för kort. Körningstiden skulle exempelvis uppträda i 50 usek intervallet mellan tidpunkterna 49,975 och 50,025, visat i figuren. Ett sådant tidsintervall skulle förmodligen vara osynligt för blotta ögat i den visade skalan.

Därför löper varvtalsprogrammet var 4.e, 8.e och lO.e msek. under varje körning av primärprogrammet. Varvtalsprogrammets körningar är så snabba att de kan betraktas såsom ögonblickliga i skalan i fig. 7. De kan alltså betraktas såsom ögonblickliga i jämförelse med Tövergång, S0m är 32.3 mllll$ekU"deY- Varje körning av varvtalsprogrammet uppdaterar RAM 70 i fig. 7, såsom förklaras ovan. Räknarens 57 och mikroprocessorns 66 asynkrona aspekt kommer nu att 2 betraktas närmare.

Fyra Tövergång visas, börjande med 0, 4, 8, och 10 millisekunder. _ Räknaren 57 i fig. 1 kan börja vid noll (dvs. övergång) vid vilken som helst av dessa punkter, eller en godtycklig punkt däremellan. Ur en synpunkt är Sålunda räknaren 57 och mikroprocessorn 66 asynkrona: starttiden 150 för primärprogram- met sammanfaller ej nödvändigtvis med starten av Tövergång, ej heller har 465 872 starttiden 150 något fast känt förhållande till starten av Tövergång. I denna asynkrona situation har en analys lett till följande slutsats: frånsett ett nedan identifierat undantag måste följande förhållande mellan varvtalsprogrammets körningar 155 föreligga.

Det varvtalsprogram som körs omedelbart före uppträdandet av en strobim- puls kommer att benämnas FÖRST. Följande varvtalsprogramkörning 155 efter nästa strobimpuls kallas SIST. Följande sekvens uppträder med andra ord: FÖRST uppträ- der, därpå en strobimpuls, därpå körs noll eller flera mellankommande varvtals- program, därpå uppträder en andra strobimpuls, och därpå uppträder en SIST. I fig. 1 kan FÖRST köras 155 med 4 ms, strobimpulsen kan uppträda i punkten 157, och SIST skulle därför vara körningen vid 28 ms.

Både FÖRST och SIST måste uppträda inom samma Tövergång för att säker- ställa att det i samband med fig. 6 diskuterade problemet kommer att undvikas.

Med andra ord, om FÖRST och SIST ej ligger inom sama Tövergång, är det inte säkert att de i minnena 48 och 51 befintliga talen ger data, av vilka varvtalet kan beräknas exakt. Fig. 8 åskådliggör detta problem.

Strobsignalerna 157A och 1578 bringar minnet 51 i fig. 1 att laddas ned ett tal, säg 3935. Därpå bringar i ett fall, en senare strobpuls 1570 i fig. 8, som ligger längre bort än Tövergång, minnet 51 att laddas med ett andra tal, säg 5986. I ett annat fall kan en strobpuls 157D ladda minnet 51 med ett iden- tiskt (5986) på grund av att i räknaren 57 övergång skedde i punkten 159. Varv- talsprogrammet skulle följaktligen iaktta samma tal (5986) i båda fallen, men detta tal representerar helt olika ¿á'T, såsom framgår av fig. 8. Kravet att både FÖRST och SIST skall uppträda inom samma Tövergång eliminerar detta fel» 5°m förorsakas av de olika¿gT.

Man kan nu fråga vilket långsammaste propellervarvtal som kan mätas under de nyss beskrivna förhållandena, nämligen Tövergång av 32,8 ms, en asyflKF°" upprepning av primärprogrammet var 10 ms, och en körning av varvtalsprogrammet var 4, 8 och 10 ms inom varje upprepning av primärprogrammet.

Ett svar på denna fråga kommer från förskjutningen av Tövergång fram och tillbaka mellan de i fig. 7 visade fyra positionerna Tövergång (1)- Tövergång (4), vid sökningen av den position för Tövergång, som ger det minsta antalet varvtalsprogramkörningar mellan FÖRST och SIST. Om körningen vid 0 ms anses ligga inom Tövergång(1), och denna körning är FÖRST, uppträder SIST vid 30 ms. De mellankommande varvtalsprogramkörningarna är vid 4, 8, 10, 14, 18, 20, 24 och 28 ms, totalt 8 mellankommande körningar. Med tillämpning av en lik- nande analys på resten av tidpunkterna Tövergångs erhåller man data l tabeil 2. u' 465 872 10 FÖRST SIST Mellankommande Mellankommande Min. uppträder uppträder varvtalsprogram varvtalsprogram- ¿1T vid vid körningar vid körningar antal 1) 0 ms 30 ms 4,8,10,14,18 8 24 20,24,28 ms 2) 4 ms 34 ms 8,l0,l4,18, 8 22 20,24,28,3O ms 3) 8 ms 40 ms 10,l4,18,20,24 9 28 28,30,34,38 ms 4) 10 ms 40 ms l4,18,20,24 8 24 28,30,34,38 ms 3) (modifieratlz 8 ms 38 ms 10,14,18,20,24 8 24 28,30,34 ms Av tabell 2 framgår att det minsta antalet mellankommande körningar av varvtalsprogrammet är 8, i spalten längst till höger. Om de data i minnet 51, som läses under en varvtalsprogramkörning, ändras inom åtta eller färre kör- ningar av varvtalsprogrammet, antas det därför att FÖRST och SIST båda uppträder Under Sämmê Tövergång. Om data i minnet 21 förblir oförändrade under mer än åtta på varandra följande varvtalsprogramkörningar 155, antas det att FÖRST och SIST uppträder utanför samma Tövergång, och att därför de båda strobsignalerna kan ha uppträtt utanför samma Tövergång- Man ser att gränsen med åtta oförändrade minnesläsningar har verkan att modifiera rad 3 i tabell 2. Om den faktiskt uppträdande Tövergång är Tövergång(3) i fig. 7, uppträder i själva verket SIST vid 38 ms, ej 40 ms som på rad 3, på grund av att en efter 38 ms uppträdande minnesändring, även om den i övrigt skulle kunna betraktas som en SIST, under åttakörningsregeln enligt steg 3 i tabell 1, ej används. Denna modifikation av rad 3 är en följd av asyn- kroniteten. Även om SIST uppträder vid 40 ms med Tövergång(3), vet man ej att Tövergång (3) är verkiigen den uppträdande Tkörning- Det Skulle kunna vara Tövergång (1). Varje varvtalskörning, som följer på åtta körningar med oför- ändrade minnesdata ignoreras sålunda i själva verket. 465 872 11 Det minsta varvtal, som alltid kan mätas under åttakörningsregeln kan lätt beräknas, i och med att regeln har härletts. Detta varvtal har samband med det minsta 21T, som skulle kunna uppträda mellan två strobimpulser åtskilda av åtta mellankommande programkörningar. Detta2íT är skillnaden mellan den första mellankommande programkörningen och den sista, dvs 28 - 4 = 24 ms för fall 1 i tabell 2. Från tabell 2 framgår att minimum är 22 ms (fall 2). Med beräkning på samma sätt som i ekvation 2, för ett åttatandat hjul, blir varvtalet 340,9 v/m. 340, 9 - _ 8 tänder/varv x 22 ms Om ett undervarvtalsförhållande ej föreligger, beräknat genom åttakör- ningsregeln, beräknar därpå steg 4 det föreliggande varvtalet. Såsom parentes- uttrycket visar, inställs varvtalet med FEL(m) för att ta hänsyn till eventuella fel med avseende på de i fig. 5 och 6 visade tandlägena. Låt oss exempelvis anta att hela tiden för ett varv är 160.000 impulser (dvs. 1/8 varv per 20.000 impulser), men att tidsintervallen.dT(1) och 21T(2) i fig. 5A är 15.000 resp. 25.000 impulser. Felkoefficienterna i steg 2 för tänderna 1 och 2 kommer att vara 3/4 resp. 1 1/4. I steg 4 kommer således det beräknade verkliga varvtalet på grundval av AT(1) att vara __ 314 60 x 2.000.000 750 V/m'°15.00o“ s Även om det verkligen uppmätta tidsintervallet vore 15.000 impulser i stället för 20.000 impulser, tillåter felkoefficienterna en beräkning av det verkliga propellervarvtalet i stationärt tillstånd.

Under acceleration och retardation komer emellertid det i steg 4 beräknade varvtalet att skilja sig något från det verkliga varvtalet. Skillnaden kommer att vara en funktion av den relativa skillnaden mellan propelleraccelera- tionstakten och mikroprocessorns 66 beräkningshastighet, eller, enklare, under hur många gånger per sekund steg 4 utförs i förhållande till propellrarnas acce- lerationstakt. En simulering har utförts, under vilken steg 4 utfördes med en takt av 300 per sekund och propellrarna accelerades med en maximal takt av 393 v/m per sekund. Fig. 9 är ett diagram över det uppmätta propellervarvtalet och mätfel, båda i v/m. Mätfelet är litet, och överskrider aldrig 1 v/m. Som jämför- else visar fig. 10 samma simulering med alla felkoefficienter fixerade vid 1 (dvs. med utelämnande av beräkningssteget 2). Felen överskrider 10 v/m. Detta demonstrerar effektiviteten hos felkoefficienterna. 465 872 12 Föregående diskussion har antagit att enkla upptagningsspolar 33 och 36 i fig. 1 används för varje tandhjul 27 och 30. Det kan emellertid vara önskvärt att använda andra upptagningsspolar 110 och 113, tillsammans med backup-minnen 115. Det bör framhållas att med användning av backup sensorerna 110 och 113 fyra varvtal nu beräknas: steg (5) utförs för var och en av de fyra sensorerna. - Sensorerna (dvs. spolarna 36 och 113) för propellern 15 benämns sensorer Al och A2 i tabell 1 och på liknande sätt för propellern 18, sensorer Bl och B2. Steg 5 + kontrollerar att sensorerna fungerar korrekt. Frasen “sensor A1" är en förkort- ning för "det varvtal som beräknas baserat på sensorn A1". 5.1 frågar om de av de båda sensorerna angivna varvtalen för en given propeller är tillräckligt lika; i detta fall huruvida de ligger inom 40 v/m i förhållande till varandra. Är detta fallet, anges varvtalet som medeltalet av två varvtal och en flagga för varje sensor återställs indikerande att båda sensorerna är bra. En flagga kan vara vilken som helst typ av minnesanordning, såsom en minnesplats i RAM.

Om varvtalsskillnaden faller utanför 40 v/m-området utförs steg 5.2. Steg 5.2 frågar först om den andra propellerns båda varvtal (den bakre propellern i detta exempel) är "bra" baserat på steg 5.1: dvs. ligger inom 40 v/m från var- andra. Stegen 5.2.1 och 5.2.2 anger i mera detaljerad form följande frågeställ- ning: vilken av sensorerna A1 och A2 (för främre propellern 15), avviker mera från det varvtal (t.ex. "bakre varvtal"), som anges av den andra propellerns avkänningssytem? (Bakre varvtal är det varvtal, som beräknas för den bakre pro- pellern i steg 5.1). Sensorn med den minsta avvikelsen avses vara bra. Om steg 5.2 anger att båda sensorerna Bl och B2 ej är "bra" (dvs. det "bakre varvtalet" har ej bedömts tillförlitligt), utförs steg 5.3. 5.3 frågar vilken sensor som anger det lägre varvtalet? Den det lägre varvtalet angivande sensorn väljs på grund av att det anses vara att föredra att ge propellerna 15 och 18 högre varv- tal än motsatsen i händelse av sensorfel. Val av sensorn med lägre hastighet bringar propellervarvtalsstyrutrustningen (ej diskuterad här) att tro att pro- pellrarna går långsammare än rätt, och utrustningen försöker därför accelerera propellrarna, sålunda givande den ett övervarvtal.

Steg 6 är en dubbelkontroll. Ett gemensamt fel hos alla fyra sensorerna, såsom ett elektriskt fel hos exciteringskretsen (ej visad) kan bringa steg 5 att ställa bra flaggor för alla fyra. Steg 6 förhindrar detta. "DM" - påståendet i början har tre förutsättningar. (1) kärnvarvtalet måste överskrida 10.000 v/m.

(Kärnvarvtalet hänför sig till varvtalet hos höghastighetsturbinen hos en gas- turbinmotor, som driver propellrarna). (2) Avvikelsen av propellerns 15 verkliga stigning från den avsedda stigningen måste vara mindre än 3°, och på liknande n 465 372 sätt, (3) stigningsavvikelsen hos propellern 18 måste vara mindre än 3°.

Förekomsten av dessa tre villkor anger att propellersystemet arbetar under effekttillstånd. Under dessa motor- och stigningstillstånd, antas det i högsta grad osannolikt att någon propeller skulle kunna arbeta med mindre än 350 v/m.

Om en läsning av 350 v/m eller mindre erhålls, anses den sensor, som ger denna avläsning vara felaktig och en flagga ställs i motsvarighet därtill.

Hittills har endast varvtalsavkänning betraktats. Hos motroterande pro- pellersystem kan emellertid även avkänning av fasvinkeln mellan propellrarna vara önskvärd. Fas definieras med hänvisning till fig. 2. Fig. 2 visar schema- tiskt en ändvy av två koaxiella propellrar. En propellers blad betecknas med fyrkanter 120, och den andra propellerns blad med cirklar 123. Fasvinkeln defi- nieras som vinkeln 125 mellan ett blad hos den ena propellern och nästa blad hos den andra propellern i medurs riktning, men mätt i det ögonblick när bladet 123 befinner sig i ett förutbestämt läge, såsom det visade klockan 12-läget. Den verkliga vinkeln 125 kommer naturligtvis att ändras konstant på grund av att de motroterande bladen rör sig mot varandra. Fasvinkeln kommer emellertid att kunna vara en mätbar konstant om den mäts vid den nyss beskrivna förutbestämda tiden och om propellrarna arbetar med identiska, konstanta varvtal.

Fasvinkeln beskriver i själva verket propellerbladens korsningspunkter rymdmässigt. Bladen 123A och 12OA kommer exempelvis, om de rör sig med identiska varvtal, att träffas i området 130. Av akustiska och andra skäl, är det ibland önskvärt att styra denna korsnings- eller sammanträffningspunkt, såsom genom att förskjuta området 130 till området 133 i fig. 2.

Föreliggande uppfinning mätar fasvinkeln i steg 7. Steg 7 antas vara självförklarande. I själva verket är steg 7 förhållandet mellan två tidsinter- valler. Intervallerna kan åskådliggöras med bågarna 125 och 135 i fig. 3. Bågen 125 representerar det tidsintervall som det tar för bladet 120A i fig. 2 att röra sig från punkten 137 till punkten 139. På liknande sätt representerar bågen 135 (även visat i fig. 2) det tidsintervall, som det tar för bladet l23A att röra sig från punkten 141 till punkten 144. Förhållandet nællan de två bågarna (eller vinklarna) är fasen.

Skälet till att detta förhållande anger fasvinkeln är att det ger det relativa läget för bladet 120 i fig. 2 i förhållande till bladet l23A, när bladet l23A befinner sig i ett förutbestämt läge, såsom läget kl 12. När bladet 120A är närmre bladet l23A (vinkeln 125 är mindre), kommer fasen i steg 7 att vara mindre.

Det omvända är även sant.

Den i steg 7 uppmätta fasvinkeln beräknar i själva verket vilken procent "4es 872 ¿ vinkeln 125 är av vinkeln 135 i fig. 3. Ju större procenttal, desto närmre är bladet 120A i fig. 2 till punkten 144 när bladet 123A befinner sig i läge kl 12.

Därför anger fasvinkeln det relativa läget för bladet 120A, när bladet 123A är i läge kl 12.

Ovan har en uppfinning beskrivits, vid vilken en flygplanspropellers varvtal beräknas många gånger per varv. Uppfinningen inbegriper en takometer.

Vid exempelvis 1200 v/m, tar ett varv 50 ms. I fig. 7 uppträder 16 varvtals- programkörningar mellan 0 och 50 ms, varvid varvtalet beräknas 16 gånger per varv. Medelst uppfinningen kan detta varvtal beräknas hos ett motroterande par av flygplanspropellrar. Vidare beräknas även medelst uppfinningen fasvinkeln hos de motroterande propellrarna med samma takt 16 gånger per varv. Uppfinningen tillhandahåller alltså för flygplansdatorn och piloten prestandadata, som är nästan ögonblickliga med mätning av ¿1T.

Inledningsvis angavs under under rubriken “Uppfinningens bakgrund" att det kan vara önskvärt att känna till när blad nr 1 befann sig i läge kl 1.30.

Detta kan åstadkommas genom att tillföra en räknare (ej visad), som räknar räk- narens 57 övergångar. En andra uppsättning minnesplatser förutom RAM 70 kan användas för att lagra data, som tas från den andra räknaren. Mikroprocessorn 56 skulle då kunna läsa den andra räknaren vid varje läsning av minnena 48 och 51, samt lagra båda räknevärdena i paret av minnesplatser för tanden 45 i fråga. En läsning av 5 på övergångsräknaren när ett minne har ett värde av 12.000 skulle exempelvis ange att den tand, som bringade minnet att ladda 12.000 passerade spolen 36 vid en realtid 164.006 ms (164.006 = 5 x 32,8 ms + 12.000/2.000.000 x 32,8 ms).

En uppfinning har beskrivits som mäter'¿5'T genom användning av en magnet- upptagningsspole 36 i fig. 1. Ett alternativt utförande skulle kunna använda sig av en optisk upptagningsanordning av i och för sig känt slag, för att känna flaggpassagerna.

En viktig aspekt av uppfinningen kan förklaras med hänvisning till fig. 5 och 5A. Såsom anges ovan kommer vid konstant hastighet en avvikelse av en tand från dess avsedda läge att förorsaka att det uppmättaaá T avviker från det idea- liserade AT. Denna avvikelse används för att beräkna en felkoefficient i steg 2 ovan. Därpå, senare, när ett tidsintervall återigen mäts baserat på den avvikan- de tanden, kan det verkliga varvtalet beräknas från både det uppmätta (dvs. ej idealiserade) tidsintervallet och felkoefficienten. På ett sätt regenereras det idealiserade A T från det uppmätta A T.

I drift verkar uppfinningen enligt följande exempel. Antag att fyrkanten 170 i fig. 12 i själva verket är tänderna (dvs. flaggorna) 45 i fig. 1. Antag 465 872 15 vidare att vinkeln mellan alla närbelägna flaggpar är 450 men att flaggan 170B är förskjuten så att vinkeln mellan flaggorna 170B och C är 20°, medan vinkeln mellan flaggorna 170A och B är 70°. Den totala vinkeln mellan flaggan 170A och C är sålunda 90°. Antag vidare att tiden för ett varv med konstant hastighet är 8 s. Med dessa antaganden är2¿lliID) en sekund och de uppmätta ¿1T kommer vardera att vara en sekund, med två undantag. Flaggorna 170B och C har ett ¿1T av 20/45 x 1 s, medan flaggorna 170A och B har ett ¿1T av 70/45 x 1 s. Felko- efficienterna jämför de uppmättaaíl med de idealiserade¿3T. Felkoefficienterna tillåter härledning av de verkliga vinklarna mellan flaggorna på åtminstone två sätt: (1) felkoefficienten för 20° vinkeln är 20/45. Det är känt att den idealiserade ¿1T representerar en vinkel av 450 och sålunda är den verkliga vinkeln felkoefficienten x den idealiserade vinkeln 20/45 x 45 = 20.(2) Hela uppsättningen av flaggor beskriver en cirkel, som innefattar 360°.1âT för 20° intervallet var 20/45 s. Eftersom hela cirkeln representerar 8 s, erhålls 20/45 x 360/80, eller 200 vinkeln.

Kännedom om vinkeln mellan flaggorna tillåter beräkning av varvtalet baserat på intervallen¿3T. I exemplet ovan tillåter¿1T mellan flaggorna 170B och C på 20/45 beräkning av varvtalet. 20/45 s för 200 rörelse svarar mot 1/45 s för en grad, eller 360/45 (nämligen 8 s) för hela uppsättningen flaggor över 360°, i överensstämmelse med det antagna varvtalet.

I och med att felkoefficienterna har fastställts blir därför de verkliga vinkellägena för flaggorna kända. Från ett endaafi T kan då varvtalet bestämmas.

Detta är i princip sant även med en kraftigt sned fördelning av flaggorna såsom visas i fig. 12. Med hjälp av felkoefficienterna, som innehåller data med avse- ende på vinkelseparationen mellan flaggorna, kan man beräkna varvtalet hos pro- pellern baserat enbart på det visade T. Ett fullt varv erfordras ej och i själva verket kan varvtalet beräknas flera gånger under ett varv, tillhandahål- lande i hög grad uppdaterad information.

Uppfinningen kan betraktas såsom utvecklande och lagrande en samling data, innefattande intervallen¿AT och tiden för ett helt varv, varifrån flagg- lägena kan beräknas. En modell av målhjulet genereras i RAM så att säga.

Denna diskussion har tagit hänsyn endast till verkan av flaggornas lägen på intervallerna¿5'T. Såsom nämns tidigare i samband med fig. 5 och SA påverkar inte bara läget, utan även geometrin och sammansättningen av flaggan intervallen T. Det¿5 T som mäts med uppfinningen har sålunda ej nödvändigtvis något klart samband med tänderna eller kanterna 90, som visas i fig. 5. Intervallen¿3T har emellertid i själva verket ett konsekvent samband med 90.15 T(l) i fig. 5 kan exempelvis mätas för tänderna 9A och B.¿3'T(1) slutar inte med kanten 93, utan ' 465 872 16 på den streckat angivna kanten 90. Detta medför ej något problem, eftersom detta 13 T i allmänhet kommer att alltid sluta på den streckade kanten 90. Intervallen 21 T fastställer sålunda inte det verkliga geometriska vinkelavståndet mellan närliggande tänder, utan fastställer i stället vad som kommer att kallas vink- larna mellan de "effektiva" ställena för närliggande tänder. Den streckade kan- ten 90 är ett sådant "effektivt" sräiie.

Det angavs tidigare i samband med förklaringen av steg 2 att felkoeffici- enterna beräknas för bladet mittemot det, som nyss laddat ett minne. Ett skäl till detta kommer att förklaras av ett exempel.

Antag att den sista tanden att passera var tanden nr 8, och¿1T(8) har just beräknats. Därför är n = 8. Antag även att retardation föreligger, som anges av kontinuerligt ökande,¿3T, såsom visas i tabell 3.

Tabell 3 ¿§ T(1) = 12.100 1 = (n+1) m0du10 8 40 T(2) = 12.200 2 = (n+2) modulo 8 10 T(3) = 12.300 3 = (H+3) m0dul0 8 ¿§ T(4) = 12.400 4 = (n+4) modulo 8 ¿1 T(5) = 12.500 5 = (n+5) modulo 8 ¿5 T(6) = 12.600 6 = (n+6) modulo 8 A T(7) = 12.700 7 = (n+7) modulo 8 ¿j T(8) = 12.800 8 = n I detta exempel är därför tiden (helt varv)/8 = 99.600/8 = 12.450.

Detta är det uppskattadeATUD).

Såsom angivits ovan är felkoefficienten i själva verket ett förhållande mellan det verkliga AT och AT(ID). Det angavs även att T(ID) bestäms från åtta på varandra följande¿5T. Vidare beräknas varvtalet i steg 4 från individuella¿1T, kanske flera gånger per varv. Det har visat sig att under konstant acceleration eller konstant retardation, kommer värdering av 4 eller 5 till indexet i steg 2 att ge en mera exakt varvtalsberäkning från ett enda.A T, genom att ge en sannare felkoefficient genom ett bättre uppskattat ¿3T(ID).

Detta visas i tabell 3 i den högra kolumnen.

Claims (3)

465 872 17 Patentkrav

1. System för mätning av varvtaiet hos åtminstone en fiygpianspropeiier (l5,l8), som är vridbart koppiad ti11 ett måihjui (27,30) bärande fiaggor (45), som triggar strobsignaier i en sensor (33,36), varvid organ finnes för kompen- sering av oiikformigheter vid tidsstyrningen av strobsignaierna, k ä n n e - t e c k n a t av a) organ för att mäta tidsintervaiier meiian strobsignaierna; b) organ för att utveckia ett ideaïiserat mätintervaii; c) organ för att utveckia feikoefficienter genom jämförelse av de verkiiga tidsintervaiien med det ideaiiserade tidsintervaïietg samt d) organ för att beräkna propeiierns varvtai baserat på ett enda tids- intervaii och en av feikoefficienterna.

2. System eniigt krav 1 för mätning av varvtaien hos två motroterande fiygpianspropelirar (l5,l8), varvid första och andra måihjui (27,30) är fästade vid varsin av propeiirarna (l5,l8), och varje måihjui bär ett anta) fiaggor j (45), och första och andra sensorer (33,36) är anordnade för aistring av första och andra strobsignaier som reaktion på sensorernas passage av fïaggorna, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda organ för att utveckia feïkoefficienter och nämnda organ för att beräkna propeiïervarvtai innefattar a) kiockorgan (57) för att ge en tidssignai; b) första och andra håiikretsanordningar (48,5l) för mottagning av tids- signaien och iagring av tidssignaien som reaktion på de resp. strobsignaierna; c) en minnesanordning (70) för iagring av data som erhåiïs från nämnda håïikretsanordningar och från viïka tidsintervaiïen meïian konsekutiva fiaggor på ett av måihjuien kan beräknas; f) beräkningsorgan för att i) beräkna den totaia tiden för passage av två eïier fiera fiaggor hos varje måihjui; ii) beräkna feikoefficienter för modifiering av tidsintervaiien eniigt (c) för att kompensera för oregeïbundenheter i fiaggornas fördeining på varje hjui; iii) beräkna det nästan ögonbiickiiga varvtaiet hos propeiierna baserat på tidsintervaiien eniigt (c) och feikoefficienterna eniigt (d) (ii).

3. System för eniigt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av organ för att faststäiia fasförhåiiandet meiian de motroterande propeiirarna.