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Dokumentenidentifikation DE3940889A1 21.06.1990
Titel Verfahren und Anordnung zum Steuern eines Flugzeugpropellers
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Sum, Michael John;
Bennett, George Washington;
Walker, Neil;
Merrell, Steven Atkins, Cincinnati, Ohio, US
Vertreter Schüler, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 11.12.1989
DE-Aktenzeichen 3940889
Offenlegungstag 21.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.1990
IPC-Hauptklasse B64D 31/00
IPC-Nebenklasse F02C 9/58   
IPC additional class // B64C 11/30  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung (123) für einen Flugzeugpropeller (117). Während des Betriebes mit Umkehrsteigung, der bei Schubumkehr während eines Landemanövers auftritt, wird die Drehzahl des Propellers (117) gesteuert, indem die Steigung des Propellers (117) eingestellt wird, um eine Überdrehzahl zu verhindern. Während der Übergangsperiode, während welcher der Propeller (117) von Vorwärtssteigung auf Umkehrsteigung übergeht, stellt der Propeller (117) eine geringe Belastung für das Triebwerk (135) dar. Zu dieser Zeit wird die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk (135) begrenzt, um die Energiezufuhr zu dem Propeller (117) zu drosseln, wiederum zu dem Zweck, eine Überdrehzahl zu verhindern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungen für Flugzeugtriebwerke und betrifft insbesondere eine Steuerung, die während der Schubumkehr eines Flugzeugpropellersystems wirksam ist. Das Propellersystem kann zwei gegenläufige Propeller aufweisen.

Viele Arten von propellergetriebenen Flugzeugen sind mit Systemen ausgerüstet, welche die Steigung des Propellers zur Schubumkehr verändern können. Die Schubumkehr liefert Bremsleistung, nachdem das Flugzeug bei einem Landemanöver aufgesetzt hat. Darüber hinaus kann Umkehrschub zum Antrieb auf dem Boden benutzt werden, beispielsweise, wenn das Flugzeug sich rückwärts von einem Flugplatzterminal entfernt.

Die Schubumkehr ist in den Fig. 1-3 dargestellt. Fig. 1 zeigt einen typischen Flugzeugpropeller 103, der Blätter 104 hat, und Fig. 2 ist eine Ansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1. Die "Steigung" ist als der Winkel B definiert, der zwischen der Sehne 105 des Propellerblattes und dem Umfang 106 gebildet wird, was in Fig. 2 gezeigt ist.

Das Blatt 104 in Fig. 2 veranschaulicht einen positiven Steigungswinkel, der während des Vorwärtsfluges benutzt wird. Der Propeller 103 dreht sich in einer Richtung, die in den Fig. 1 und 2 durch einen Pfeil 109 gezeigt ist, und der ankommende Luftstrom 112 in Fig. 2 nimmt ungefähr einen Weg 113, was Vorwärtsschub für das Flugzeug ergibt.

Für Umkehrschub wird das Blatt 104 in eine Position 104B in Fig. 3 gedreht, in der es einen negativen Steigungswinkel B hat. Die Richtung der Propellerdrehung, die durch den Pfeil 109 in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, bleibt dieselbe, so daß nun der ankommende Luftstrom 112 einen Weg 114 nimmt, was Umkehrschub ergibt.

Die Folge von Ereignissen, die der Pilot bei der Schubumkehr auslöst, ist folgende: Erstens, der Pilot ändert die Gashebelstellung, um die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk und dadurch die Triebwerksdrehzahl zu verringern. Dann kehrt der Pilot die Steigung des Propellers um, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Daran anschließend bringt der Pilot den Gashebel wieder in eine Position höherer Brennstoffzufuhr, um wieder eine höhere Triebwerksdrehzahl zu erreichen. Zu dieser Zeit überwacht der Pilot einen Tachometer, der die Triebwerksdrehzahl anzeigt, um sicherzustellen, daß weder die Drehzahl des Triebwerks noch die des Propellers zu groß wird.

Eine Gefahr, die mit der soeben beschriebenen Schubumkehrprozedur verbunden ist, resultiert aus der Tatsache, daß die Belastung, die der Propeller für die Welle 116 in Fig. 1 darstellt, eine Funktion des Steigungswinkels B ist. Beispielsweise erfordern große Steigungswinkel sowohl bei Vorwärts- als auch bei Umkehrschub, daß durch die Welle 116 mehr Wellenleistung geliefert wird, um eine bestimmte Drehzahl aufrechtzuerhalten, als es kleine Steigungswinkel verlangen: die größeren Steigungswinkel verursachen eine größere Belastung. Weiter stellen sehr kleine Steigungswinkel bei oder nahe bei null Grad (was als flache Steigung bezeichnet wird) eine so kleine Belastung dar, daß es möglich ist, daß der Propeller einen Überdrehzahlzustand erreichen kann, der die Gefahr einer Beschädigung des Triebwerks oder des Propellers in sich birgt. Der Pilot muß die Triebwerksdrehzahl überwachen, um einen Überdrehzahlzustand zu verhindern, der aus der flachen Steigung resultiert.

Bei einer anderen Art von Vortriebssystem, nämlich einem, bei dem gegenläufige Propeller benutzt werden, wie zum Beispiel die Propeller 117, welche in Fig. 6 gezeigt sind, treten während der Schubumkehr weitere Erscheinungen auf. Eine Erscheinung kann unter Bezugnehme auf Fig. 5 erläutert werden, welche eine schematische Längsschnittansicht des Vortriebssystems nach Fig. 6 zeigt. In dieser Figur treibt ein Gasstrom 118 hoher Energie, der durch einen Gasgenerator (nicht dargestellt) geliefert wird, Turbinen 119 und 121 in entgegengesetzten Drehrichtungen an. Blätter 117F und 117A sind mit den Turbinen 119 und 121 direkt verbunden und drehen sich ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen. Ein solches Vortriebssystem bildet den Gegenstand einer weiteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial Number 7 28 466, vom 1. Mai 1985 in Anspruch genommen worden ist und auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Während des Vorwärtsfluges beschleunigen die Propeller die ankommende Luft 112 in der Richtung nach hinten, die durch einen Pfeil 124 angegeben ist, und liefern so Schub. Während der Schubumkehr wird jedoch die ankommende Luft 112 in eine Richtung umgelenkt, die durch einen Pfeil 126 dargestellt ist, und die Situation bewirkt, daß der vordere Propeller 117F stärker belastet wird als der hintere Propeller 117A, was den hinteren Propeller dazu bringt, sich schneller zu drehen als der vordere Propeller, und zwar aus Gründen die im folgenden erläutert werden.

Der vordere Propeller 117F kann so betrachtet werden, daß er Luft einem Gebiet 128 entnimmt, welches sich zwischen den Propellern befindet, und sie in den ankommenden Luftstrom 112 drückt. Der vordere Propeller 117F erzeugt daher einen niedrigen Druck in dem Gebiet 128 und einen hohen Druck in einem Gebiet 130. Anders ausgedrückt, der vordere Propeller drückt mit einem Druckgradienten auf die Luft. Im Gegensatz dazu treibt der hintere Propeller 117A die Luft, die durch einen Pfeil 133 dargestellt ist, in ein Gebiet niedrigeren Druckes, nämlich in das Gebiet 128, verglichen mit dem Gebiet 130 für den vorderen Propeller. Der hintere Propeller 117A leistet weniger Arbeit und tendiert daher dazu, sich schneller zu drehen.

Anders ausgedrückt, der vordere Propeller 117F schirmt den hinteren Propeller vor dem ankommenden Luftstrom 112 ab, so daß der hintere Propeller 117A nicht mit dieser ankommenden Luft beaufschlagt wird. Demgemäß wird der hintere Propeller weniger belastet als der vordere Propeller und tendiert dazu, sich schneller zu drehen.

Daher ergibt sich bei solchen gegenläufigen Systemen nicht nur die Möglichkeit einer Überdrehzahl als Ergebnis von flachen Steigungswinkeln, sondern außerdem kann die unterschiedliche Belastung der Propeller bewirken, daß der weniger belastete Propeller einen Überdrehzahlzustand erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System zum Erzeugen von Umkehrschub bei einem Flugzeug zu schaffen.

In einer Ausführungsform der Erfindung fühlt eine Steuerung eine Forderung eines Flugzeugpiloten nach einer Triebwerksschubumkehr ab. Daraufhin begrenzt die Steuerung die Triebwerksdrehzahl auf einen vorbestimmten, sicheren Bereich durch Begrenzen der Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk, so daß das Auftreten von kleinen Propellersteigungswinkeln keinen Überdrehzahlzustand hervorrufen wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Drehzahl durch automatisches Beeinflussen der Steigung des Propellers begrenzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Flugzeugpropeller,

Fig. 2 und 3 die Erzeugung von Vorwärts- bzw. Umkehrschub durch den Propeller,

Fig. 4 ein Brennstoffregelsystem für ein Flugzeugtriebwerk,

Fig. 5 eine schematische Längsschnittansicht eines gegenläufigen Turbinenpaares, das ein Paar gegenläufiger Propeller direkt antreibt,

Fig. 6 ein Flugzeug, das durch die gegenläufigen Propeller nach Fig. 5 angetrieben wird,

Fig. 7-10 ein Flußdiagramm, welches die Berechnungsschritte beschreibt, die in einer Ausführungsform der Erfindung benutzt werden,

Fig. 7A, 8A, 9A und 10A ein zweites Flußdiagramm, welches die Berechnungsschritte nach den Fig. 7-10 beschreibt, aber in einer einfacheren Sprache,

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Steueranordnung, welche die Propellerdrehzahl durch Beeinflussen der Propellersteigung steuert,

Fig. 11A ein Blockschaltbild, welches Fig. 11 in vereinfachter Form zeigt,

Fig. 12 ein Diagramm, in welchem die aerodynamische Propellerblattbelastung über dem Blattsteigungswinkel aufgetragen ist,

Fig. 12A ein Diagramm, in welchem der Triebwerksleistungswert über der Gashebelposition aufgetragen ist, und

Fig. 13A-13C Diagramme des Triebwerksleistungswertes, des Blattsteigungswinkels bzw. der Gashebelposition, die während einer exemplarischen Triebwerksabbremsung auftreten.

Überblick

Fig. 4 zeigt einen Gashebel 120 unter der Steuerung eines Piloten eines Flugzeuges. Der Gashebel liefert ein Signal auf einer Leitung 122, welches den Typ des verlangten Schubs angibt. Mehrere Gashebelpositionen können gewählt werden, u.a. eine für (1) maximalen Vorwärtsschub, der während des Startens benutzt wird, (2) Vorwärts-Leerlauf, der während einiger Flugbedingungen und bisweilen während des Rollens auf dem Flugplatz benutzt wird, (3) Neutral-Leerlauf, bei dem sich der Propeller schnell dreht, aber sehr geringen Schub liefert, (4) Umkehr-Leerlauf, bei welchem sich der Propeller mit niedriger Drehzahl dreht, aber Umkehrschub liefert, und (5) Maximal-Umkehrschub, der beim Landen benutzt wird, um das Flugzeug abzubremsen. Zwischenpositionen zwischen den soeben beschriebenen können ebenfalls gewählt werden.

Das Signal auf der Leitung 122 wird an eine Steuerung 123 angelegt, die bekannt ist und weitere Eingangsinformationen über die Betriebsbedingungen des Triebwerks 135 empfängt, zum Beispiel über die gewählten Drücke, Temperaturen, Propellersteigungswinkel und Drehzahlen. Aufgrund dieser Eingangssignale berechnet die Steuerung 123 die richtige Brennstoffzufuhr unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen und zeigt die richtige Brennstoffzufuhr durch ein Brennstoffsignal auf einer Leitung 126 an. Das Brennstoffsignal wird an ein Brennstoffzumeßventil 127 (oder "Drosselventil") angelegt, welches die durch die Steuerung 123 verlangte Brennstoffzufuhr dem Triebwerk 135 zukommen läßt. Die Steuerung 123 liefert außerdem ein Steigungssignal, welches an ein Steigungsbetätigungssystem 128 angelegt wird, das die Steigungswinkel der Propellerblätter einstellt.

Drei Aspekte des Gashebels 120 sollten beachtet werden: (1) die tatsächliche Brennstoffzufuhr, welche das Drosselventil 127 liefert, ist etwas von der Brennstoffzufuhr entkoppelt, welche durch den Gashebel 120 verlangt wird: die "Gashebel"-Position sollte nicht mit der "Drosselventil"-Position verwechselt werden. Ein Grund ist, daß Voreilungen und Nacheilungen in die Steuerung 123 aus Gründen eingebaut sind, die hier nicht erläutert zu werden brauchen und die Gashebelposition von der Drosselventilposition entkoppeln. (2) Es sollte außerdem beachtet werden, daß es fünf Positionen gibt und Zwischenpositionen wie diejenigen in Fig. 4, welche in bezug auf die Drosselventilposition definierbar sind. Beispielsweise liefert eine Position Brennstoff für maximalen Vorwärtsschub. (3) Der Gashebel 120 kann so betrachtet werden, daß er eine verlangte Brennstoffzufuhr, eine verlangte Drosselventilposition oder einen verlangten Schub liefert. Alle drei Begriffe haben ähnliche Bedeutungen. Die Erfindung fühlt ein Durchqueren der Neutral-Leerlauf-Position durch den Gashebel 120 entweder in Richtung zu der Vorwärts-Leerlauf-Position oder in Richtung zu der Umkehr-Leerlauf-Position ab. Nach einer solchen Durchquerung ist es wahrscheinlich (wegen des Arbeitens der weiter unten erläuterten anderen Ausrüstung), daß die Propellerblätter 117 von einem positiven Steigungswinkel auf einen negativen Steigungswinkel verstellt werden, oder umgekehrt, und daß infolgedessen die Propellerblätter 104 in Fig. 2 eine Stellung flacher Steigung durchlaufen, in der sie eine geringe Belastung für die Welle 116 in Fig. 1 darstellen. Zu dieser Zeit begrenzt die Erfindung die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk und begrenzt auf diese Weise sowohl die Triebwerksdrehzahl auch auch die Propellerdrehzahl. Darüber hinaus steuert die Erfindung die Propellerdrehzahl während des Umkehrschubbetriebes durch Beeinflussen der Steigung.

Die folgenden Darlegungen erläutern die Arbeitsweise der Erfindung ausführlicher.

Die Fig. 7-10 bilden, gemeinsam betrachtet, ein Flußdiagramm, welches die Arbeitsweise der Erfindung veranschaulicht. Die Abkürzungen, die in dem Flußdiagramm benutzt werden, sind in der folgenden Tabelle 1 erläutert.

Tabelle I

Steigungswinkel (Beta) - Winkel zwischen der Sehne des Blattes und dem Umfang.

Feine Steigung (flache Steigung) - Ein Bereich von Blattsteigungswinkeln, die kleinen Blattbelastungswerten zugeordnet sind. Ein Blatt erzeugt bei feiner Steigung einen Schub von nahezu Null.

RPM - Drehzahl (U/min).

Blattbelastung - Dieser Begriff bezieht sich auf die aerodynamische Belastung des Blattes oder auf die Fähigkeit des Blattes, an dem Luftstrom Arbeit zu verrichten.

RSA - Dieser Begriff bezeichnet die Position des Flugzeugdrosselventils 127 in Fig. 4.

RSAJ - Tatsächliche Position des Flugzeuggashebels 120 in Fig. 4. RSAJ wird im Stand der Technik als Soll- oder verlangte Drosselventilposition bezeichnet, weil diese Bezeichnung die Position angibt, in die das Drosselventil 127 bewegt werden soll.

RSAP - Vorheriger Wert von RSA.

FWDIDL - Bezeichnet die Position des Gashebels 120, die Leerlaufsschubleistung in Vorwärtsrichtung verlangt.

REVIDL - Bezeichnet die Position des Gashebels 120, die Leerlaufschubleistung in der umgekehrten Richtung verlangt. RSAMID - Bezeichnet eine neutrale Position des Gashebels 120, die Leerlaufleistung verlangt und einen Übergangspunkt zwischen verlangtem Vorwärts- und Umkehrschub definiert. Wenn gilt RSA > RSAMID, dann wird Vorwärtsleerlaufschub verlangt. Wenn gilt RSA < RSAMID dann wird Umkehrleerlaufverlangt.

XN - Triebwerksdrehzahl.

XNL - Triebwerksdrehzahlgrenzwert.

SWXRSA - Übergangsanzeigeflag

SWXRSA = 1,0, Übergang von Vorwärts- auf Umkehrschub;

= 0,0, kein Übergang;

= -1,0, Übergang von Umkehr- auf Vorwärtsschub.

XND - Soll- oder verlangte Propellerdrehzahl.

XNS - Gemessene oder Ist-Propellerdrehzahl.

XNER - Wahrer Propellerdrehzahlfehler:

(XNER = XND - XNS

Die Fig. 7-10 beschreiben die Arbeitsweise eines Teils der Software und der elektronischen Schaltungsanordnung, die in der Steuerung 123 in Fig. 4 enthalten sind. Der Kreis 25 in Fig. 7 gibt an, daß sowohl die Position des Gashebels (RSAJ) als auch die vorherige (zum Beispiel die 0,012 Sekunden früher auftretende) Position des Gashebels (RSAP) als Daten für die Erfindung verfügbar sind. Beispielsweise ist ein Weg zum Gewinnen der Position des Gashebels 120, das Signal auf der Leitung 122 in Fig. 4 zu lesen. Weiter kann die Drosselventilposition (RSA) an dem Drosselventil 127 selbst abgelesen werden. Darüber hinaus beschreibt ein begleitender Satz von Fig. 7A-10A in einfacheren Begriffen die Arbeitsweise nach den Fig. 7-10 und sollte mit betrachtet werden, wenn die entsprechenden Figuren in den Fig. 7-10 beschrieben werden. Es sei jedoch beachtet, daß die begleitenden Fig. 7A-10A in einfachem Deutsch geschrieben sind, um das Verständnis zu erleichtern, und die mathematischen Ausdrücke in den Fig. 7-10 nicht exakt zu beschreiben brauchen.

Ermitteln des Einsetzens des Schubübergangs

Die Prozeduren nach Fig. 7 stellen fest, ob ein Übergang im Schub (z.B. von Umkehrschub auf Vorwärtsschub) bevorsteht, und setzen daraufhin ein Flag SWXRSA, welches das anzeigt. Der Ballon 1 in Fig. 7 stellt fest, ob die Ist-Drosselventilposition innerhalb eines vorbestimmten Bereiches der Solldrosselposition (d.h. der Soll-Gashebelposition) ist und ob die Ist-Drosselventilposition eine Nicht-Leerlauf- Positionist. Das heißt, eine Zeile 1A vergleicht den absoluten Wert der Differenz zwischen der Ist-Drosselventilposition (RSA) und der Solldrossel (d.h. Gashebel)-Position (RSAJ). Der absolute Wert der Differenz wird mit einem Begrenzungswert E verglichen. Die Zeile 1A stellt somit fest, ob die Ist-Drosselventilposition innerhalb eines Bereiches E der Sollposition ist. Zeilen 1B und 1C vergleichen die Istdrosselventilposition (RSA) sowohl mit der Vorwärtsleerlaufposition (FWDIDL) als auch mit der Umkehrleerlaufposition (REVIDL), die auch in Fig. 4 angegeben ist.

Wenn die Ergebnisse von allen diesen Abfragen in dem Ballon 1 Ja lauten, was bedeutet, daß die verlangte Drosselventilposition tatsächlich vorhanden ist, zumindest innerhalb der Grenzen E, und daß das Drosselventil nicht auf Leerlauf eingestellt ist, was bedeutet, daß das Flugzeug während des Starts, des Fluges oder mit Umkehrschub betrieben wird, dann setzt ein Block 1c ein Übergangsflag (SWXRSA) auf 0. Eine Bedeutung dieses Wertes 0 ist, daß kein Übergang von Vorwärts- auf Umkehrschub gerade stattfindet und daß deshalb keine Überdrehzahl, die aus flacher Steigung resultiert, bevorsteht. Das Übergangsflag (SWXRSA) bewirkt, daß die Drosselventilposition (RSA) auf einer Leerlaufposition gehalten wird, bis die Triebwerksdrehzahl unter einen sicheren Grenzwert sinkt, was weiter unten in Verbindung mit Fig. 9 erläutert wird.

Ein negatives Ergebnis der Abfrage in dem Ballon 1 bedeutet, daß entweder die Triebwerksdrehzahl (abgeleitet aus der Drosselventilposition RSA) auf Leerlauf ist oder daß sich die Drehzahl ändert. Letzteres würde der Fall sein, wenn die Zeile 1a in dem Ballon 1 anzeigte, daß die Ist- Drosselventilposition (RSA), die aus der Sollposition (RSAJ) gewonnen wird, um mehr als den Grenzwert Eabgewichen ist. Infolgedessen erreicht man den Ballon 2. An diesem punkt sollte eine Definition eingeführt werden. Die Gashebelpositionen, die in Fig. 4 gezeigt sind, können als Positionen längs einer algebraischen Zahlenreihe betrachtet werden, wobei 0 bei der neutralen Leerlaufposition ist. Mit dieser Definition wird ein Gashebel bei Umkehr-Leerlauf so betrachtet, als befinde er sich in "weniger als" der neutralen Leerlaufposition, gerade wie die Zahl -1 kleiner als die Zahl 0 ist. Ebenso wird Vorwärts-Leerlauf so betrachtet, daß es "größer als" die neutrale Leerlaufposition ist. Weiter, die Maximalumkehrschubposition wird so aufgefaßt, daß sie kleiner als die Umkehrleerlaufposition ist, usw.

In dem Ballon 2 wird die Abfrage auf einer Leitung 2a gemacht, ob die verlangte Drossel (d.h. Gashebel)-Position (RSAJ) "größer als" die Umkehrleerlaufposition (REVIDL) ist. In einer Zeile 2b wird die Abfrage gemacht, ob die Istdrosselventilposition (RSA) kleiner als die neutrale Leerlaufposition (RSANID) ist. Eine Zeile 2c fragt, ob das Übergangsflag (SWXRSA) kleiner als 1 ist. Das heißt, Zeile 2b fragt, ob die Ist-Drosselventilposition im Umkehrschubbetrieb liegt, d.h. entweder bei Leerlauf- oder bei Maximalschub. Die Zeile 2a ermittelt, ob die Solldrossel (d.h. Gashebel)-Position größer als die Umkehrleerlaufposition ist. Wenn die Antworten auf alle drei Fragen des Ballons 2 Ja lauten, setzt ein Block 2d das Übergangsflag (SWXRSA) auf -1. Dieser Wert -1 des Übergangsflags zeigt an, daß eine Änderung im verlangten Schub aufgetreten ist, und weiter, daß das Schubverlangen von einem Verlangen nach Umkehrschub auf ein Verlangen nach Vorwärtsschub umgeschaltet worden ist, wie es der SWXRSA-Eintrag in Tabelle 1 zeigt. Diese Übergangsanzeige kann folgendermaßen erläutert werden.

Die Antwort auf die Zeile 2b zeigte, daß die Ist-Drosselventilposition im Umkehrschubgebiet war. Die Antwort auf die Zeile 2a zusammen mit der Antwort auf die Zeile 2b zeigt jedoch, daß der Sollschub von dem Istschub verschieden ist und daß der Sollschub oberhalb des Umkehrleerlaufschubs und vielleicht in dem neutralen oder Vorwärtsgebiet ist. Weiter zeigt die Antwort auf die Zeile 2c, daß es kein kürzliches Verlangen nach einem Schubübergang in der Richtung von Vorwärts- auf Umkehrschub gegeben hat. Deshalb zeigen die drei bejahenden Antworten, die bei den drei Anfragen in dem Ballon 2 erzielt werden, eine starke Wahrscheinlichkeit an, daß ein Schubübergang von Umkehrschub auf Vorwärtsschub verlangt worden ist, weshalb der Block 2d das Übergangsflag entsprechend setzt.

Wenn die Ergebnisse der Anfragen des Ballons 2 negativ sind, ist eine wahrscheinliche Ursache des negativen Ergebnisses, daß es ein kürzliches Verlangen nach einem Schubübergang in der Richtung von Vorwärts- auf Umkehrschub gegeben hat (das heißt SWXRSA = 1) oder daß Umkehrschub verlangt wird (das heißt die Antwort auf die Zeile 2a ist negativ). Deshalb geht die Entscheidung zu dem Ballon 3.

Der Ballon 3 macht in gewissem Sinne die entgegengesetzte Anfrage des Ballons 2, nämlich, ob ein kürzlicher Übergang im verlangten Schub in der Richtung von Vorwärts- auf Umkehrschub vorgekommen ist. Im einzelnen findet diese Anfrage in den Zeilen 3a-3c statt. Die Zeile 3a fragt, ob der Sollschub (RSAJ) kleiner als der Vorwärtsleerlaufschub (FWDIDL) ist. Wenn die Antwort Ja lautet, ist der Sollschub entweder im Neutral-Leerlauf- oder im Umkehrgebiet.

Die Zeile 3b stellt fest, ob die Ist-Drosselventilposition (RSA) größer als die Neutral-Leerlauf-Position (RSAIMD) ist. Wenn ja, wird daraus geschlossen, daß Vorwärtsschub geliefert wird.

Die Zeile 3c stellt fest, ob ein kürzlicher Schubübergang in der Richtung von Umkehrschub auf Vorwärtsschub vorgekommen ist. Wenn die Antwort auf die Zeile 3c ja ist, dann ist wegen der Formulierung dieser Anfrage kein solcher kürzlicher Übergang vorgekommen. (Ein SWXRSA-Wert von -1 zeigt ein kürzliches Verlangen nach einer Umschaltung von Umkehrschub auf Vorwärtsschub an. Die Antwort "Ja" bedeutet, daß der Wert -1 übersteigt und daher nicht gleich -1 ist. Ähnliche Überlegungen gelten für die Anfrage der Zeile 2c.) Drei bejahende Antworten auf die drei Anfragen in dem Ballon 3 leiten den Entscheidungsweg zu dem Block 3d, wo das Übergangsflag (SWXRSA) auf +1 gesetzt wird, was bedeutet, daß ein kürzlicher Übergang im verlangten Schub aufgetreten ist und daß der Übergang in der Richtung von Vorwärts- zu Rückwärtsschub erfolgte. Anders ausgedrückt, der Gashebel ist in einer Vorwärtsschubposition, es wird aber nun Umkehrschub verlangt.

Wenn eine der drei Anfragen in dem Ballon 3 negativ ist, so ist ein wahrscheinlicher Grund, daß entweder ein kürzlicher Übergang im Verlangen in der Richtung von Umkehr- zu Vorwärtsschub aufgetreten ist (d.h. SWXRSA in Zeile 3c ist tatsächlich gleich -1) oder daß die Zeile 3a angezeigt hat, daß Vorwärtsschub verlangt wird. Eine solche negative Entscheidung führt zum Ballon 4. An diesem Punkt führen alle Wege, ungeachtet dessen, ob sie von den Blöcken 1c, 2d, 3d oder dem Ballon 3 ausgehen, zu dem Ballon 4 in Fig. 8. Weiter, das Übergangsflag (SWXRSA) hat nun einen Wert, der angibt, ob ein Übergang bevorsteht, und wenn dem so ist, den Typ des erwarteten Übergangs.

Entscheiden, ob eine Arretierung erforderlich sein kann

Die Prozedur in Fig. 8 ermittelt, ob das Drosselventil so wie verlangt eingestellt oder begrenzt werden sollte, beispielsweise durch einen Anschlag oder eine Arretierung. Der Ballon 4 stellt fest, ob eine Drosselarretierung zu aktivieren ist oder nicht. Mit "Drosselarretierung" ist ein weiter unten erläutertes System gemeint, welches die Drosselventilposition entweder bei Vorwärts-Leerlauf (FWDIDL) oder bei Umkehr-Leerlauf (REVIDL), je nach Bedarf, arretiert, bis die Triebwerksdrehzahl (d.h. die Triebwerksleistung) unter einen vorbestimmten Grenzwert XNL sinkt. Dann, wenn die Triebwerksdrehzahl unter den Grenzwert sinkt (mit einer Ausnahme, die weiter unten erläutert ist), wird die Arretierung des Drosselventils beendet, wie weiter unten erläutert. (Der Begriff Triebwerksdrehzahl XN bezieht sich auf die Drehzahl des Gasgenerators, welcher den Gasstrom 118 in Fig. 5 erzeugt. Die Triebwerksdrehzahl sollte nicht mit der Drehzahl der Propeller 117 verwechselt werden.) Es wird nun die Erläuterung des Ballons 4 fortgesetzt. Die Zeilen 4a und 4b fragen, ob die verlangte Drossel (d.h. Gashebel)-Position außerhalb des Leerlaufbereiches entweder im Vorwärtsschub- oder im Umkehrschubbereich ist. In gewissem Sinn stellen die Zeilen 4a und 4b fest, ob entweder hoher Vorwärts- oder hoher Umkehrschub verlangt wird.

Die Zeile 4c fragt, ob das Übergangsflag (SWXRSA) abgeschaltet ist. Wenn es abgeschaltet ist (d.h. gleich Null ist), ist ein kürzlicher Übergang im verlangten Schub vorgekommen.

Wenn die Antworten auf beide Anfragen in dem Ballon 4 bejahend sind, erreicht der Entscheidungsweg den Ballon 5. An diesem Punkt ist die Schubarretierung inaktiv, weil die Schubarretierung in Fig. 9 auf den Wegen zwischen Kreisen B und D erfolgt und diese Wege noch nicht erreicht worden sind. Wenn die Schubarretierung inaktiv ist, arbeitet die Logik, welche dem Ballon 5 zugeordnet ist, folgendermaßen. (Wenn die Arretierung aktiv wäre, würde SWXRSA nicht gleich null sein, und daher würde der Ballon 5 nicht erreicht werden.) Der Ballon 5 fragt, ob der Sollschub (RSAJ) den Neutralleerlaufschub (RSAMID) übersteigt. Wenn ja, was bedeutet, daß ein Vorwärtsschub verlangt wird, führt der Entscheidungsweg zu dem Ballon 6.

Der Ballon 6 macht eine Anfrage über die Größe des verlangten Vorwärtsschubes, um festzustellen, ob dieser größer oder kleiner als der Vorwärtsleerlaufschub (FWDIDL) ist. Wenn der Neutralleerlauf- oder ein Umkehrschub verlangt wird, erreicht der Entscheidungsweg einen Block 6a, in welchem die Drosselventilposition (RSA) auf die letzte zuvor gemessene Gashebelposition (RSAP) eingestellt wird.

Wenn in dem Ballon 6 der Sollschub (RSAJ) größer als der Vorwärtsschub (FWDIDL) ist, was anzeigt, daß ein großer Vorwärtsschub verlangt wird, führt der Entscheidungsweg zu einem Block 6b, wo die Drosselventilposition (RSA) auf eine verlangte Gashebelposition (RSAJ) eingestellt wird.

Wenn die Anfrage des Ballons 5 angibt, daß der Sollschub (RSAJ) nicht größer ist als der Neutralleerlaufschub (RSA- MID), was anzeigt, daß entweder ein Umkehrschub oder ein Neutralleerlaufschub verlangt wurde, führt der Entscheidungsweg zu einem Ballon 7.

Der Ballon 7 ermittelt ähnlich wie der Ballon 6 die Größe des Umkehrschubes. Wenn der verlangte Schub (RSAJ) größer als der Umkehrleerlaufschub (REVIDL) ist, was anzeigt, daß ein Neutralleerlaufschub oder ein Vorwärtsschub verlangt wird, führt der Entscheidungsweg zu dem Block 6a, und in dem Block 6a wird die Ist-Drosselventilposition (RSA) auf RSAP eingestellt, was weiter unten erläutert ist.

Wenn der Ballon 7 zeigt, daß der verlangte Schub (RSAJ) nicht größer als der Umkehrleerlaufschub (REVIDL) ist, was anzeigt, daß ein großer Umkehrschub verlangt wird, dann führt der Entscheidungsweg zu dem Block 6b, wo die Ist- Drosselventilposition (RSA) auf die Sollgashebelposition (RSAJ) eingestellt wird.

Wie durch den Ballon 4 bestimmt, werden die Entscheidungswege zwischen dem Ballon 5 und dem Kreis c unten in Fig. 8 nur erreicht, wenn (1) das Schubübergangsflag (SWXRSA) abgeschaltet ist, das heißt auf 0 ist, und (2) die Zeilen 4a und 4b (in dem Ballon 4) anzeigen, daß ein großer Schub, entweder Vorwärts- oder Umkehrschub, verlangt wird.

Weiter, die Ballons 6 und 7 haben folgenden Effekt: wenn die verlangte Drosselventilposition (RSAJ) außerhalb des Leerlaufbereiches entweder im Vorwärts- oder im Umkehrschubbereich ist, denn stellt der Block 6b das Drosselventil (RSA) wie verlangt ein. Wenn jedoch der Gashebel zwischen den Positionen Vorwärtsleerlaufschub und Umkehrleerlaufschub in Fig. 4 ist, stellt der Block 6a das Drosselventil (RSA) auf den letzten vorherigen Wert RSAP ein. Wegen der Struktur der benutzten Computercodierung wird an diesem Punkt RSAP tatsächlich entweder gleich REVIDL oder gleich FWDIDL sein. Deshalb kann der Block 6a durch die gestrichelten Blöcke 6c und 6d ersetzt werden.

Anders erläutert, der Block 6a flacht die Triebwerksleistungs-Gashebelpositionskurve in Fig. 12A ab. Der Block 6a in Fig. 8 schneidet das gestrichelte Gebiet R in Fig. 12A ab und ersetzt es durch das mit ausgezogener Linie dargestellte, gerade Gebiet S. Demgemäß bewirkt eine Änderung in der verlangten Drosselposition RSAJ, beispielsweise von RSAMID auf FWDIDL, keine Änderung im Triebwerksleistungswert: der Triebwerksleistungswert bleibt auf der Linie S konstant. Fig. 12A kann so betrachtet werden, daß sie einen Typ von Hysterese veranschaulicht, in dem Sinn, daß sich die Triebwerksleistung erst ändert, wenn die Punkte E erreicht werden. Das heißt, es wird eine tote Zone DB erzeugt.

Drosselarretierung

Wenn der Sollschub in dem Leerlaufgebiet ist, entweder als Vorwärts- oder als Umkehrschub, und wenn das Schubübergangsflag (SWXRSA) entweder auf +1 oder -1 gesetzt ist, dann führt der Entscheidungsweg zu dem Kreis b. Der Kreis b ist auch in Fig. 9 oberhalb des Ballons 8 gezeigt. Fig. 9 beschreibt die Drosselarretierung, die Steigungsgrenzwerte und die Inversion des Drehzahlfehlersignals, was nun erläutert wird. Der Ballon 8 leitet den logischen Weg zu dem Block 8a, wenn das Übergangsflag (SWXRSA) auf +1 gesetzt ist, was anzeigt, daß ein verlangter Übergang kürzlich in der Richtung von Vorwärts- zu Umkehrschub aufgetreten ist. Dieser Block 8a stellt die Ist-Gashebelposition (RSA) auf Vorwärtsleerlauf (FWDIDL) ein. Das Drosselventil wird auf Vorwärtsleerlauf bleiben, sofern nicht die Ballons 9 und 10a entwas anderes bestimmen.

Die Drosselposition (RSA) wird durch den Block 8a auf Vorwärtsleerlauf gehalten, bis (1) die Triebwerksdrehzahl unter einen Grenzwert (XNL) sinkt, (2) die verlangte Drosselventilstellung (RSAJ) tatsächlich ein Verlangen nach Umkehrschub erreicht, und (3) die Blattsteigung einen vorbestimmten Wert in der umgekehrten Steigung erreicht. Für diese Arretierung gibt es mehrere Gründe. Erstens, bis die Triebwerksdrehzahl unter den Grenzwert sinkt, kann eine Propellerüberdrehzahl auftreten, wobei der Propeller einen Wert feiner Steigung durchläuft: eine hohe Triebwerksdrehzahl bewirkt, daß ein Gasstrom 118 hoher Energie in Fig. 5 in die Turbinen 119 und 120 gelangt, wogegen gleichzeitig ein auf feine Steigung eingestellter Propeller 117 nur eine geringe Belastung darstellt. Der Propeller kann beschleunigen.

Es sei angemerkt, daß lediglich das Einstellen des Drosselventils (RSA) auf Vorwärtsleerlaufschub in dem Block 8a nicht sofort die Energie in dem Gasstrom 118 in Fig. 5 reduziert. Die Trägheit der umlaufenden Bauteile in dem Gasgenerator zusammen, wenn auch in geringerem Ausmaß, mit der restlichen Hitze, die in den heißen Triebwerksteilen verbleibt, bewirkt, daß der Luftstrom 118 nennenswerte Energie der Turbine zuführt, bis die Triebwerksdrehzahl (XN) unter den Grenzwert (XNL) sinkt. Zu dieser Zeit wird die Energie in dem Luftstrom 118 als ausreichend gering angesehen, um eine Überdrehzahl nicht auftreten zu lassen.

Ein zweiter Grund für die Drosselarretierung ist es, zu verhindern, daß die bloße Einleitung eines Verlangens nach Schubumkehr ausreicht oder selbst ausreichend ist, um die Schubumkehr tatsächlich zu bewirken. Der Ballon 10 verhindert das, indem er verlangt, daß die Solldrosselventilposition (RSAJ) tatsächlich die Position Neutralleerlaufschub passiert und ein Verlangen nach Schubumkehr anzeigt. Der Ballon 10 führt so eine Art von Hysterese ein, ähnlich der oben in Verbindung mit Fig. 12A erläuterten. Das Drosselventil (RSA) bleibt in der Vorwärtsleerlaufposition, die durch den Block 8a eingestellt worden ist, bis die Solldrosselventilposition (RSAJ) die Position Neutralleerlauf (RSAMID) passiert. Dann stellt der Block 10a das Drosselventil (RSA) auf die Umkehrleerlaufposition (REVIDL) oder auf die Solldrosselventilposition (RSAJ) ein, je nachdem, welche niedriger ist. Wie in Fig. 12A ist ein Triebwerksleistungswert, welcher der gestrichelten Linie R entspricht, nicht erreichbar: nur die Werte auf der ausgezogenen Linie S können erreicht werden.

Ein dritter Grund für die Drosselarretierung ist es, zu verhindern, daß Triebwerksleistung (zum Beispiel in Form des Gasstroms 118 in Fig. 4) an die Propeller abgegeben wird, bis diese eine Steigungsposition im Umkehrschubsteigungsbereich erreicht haben, welche eine ausreichende Belastung mit sich bringt, so daß eine Überdrehzahl verhindert wird. Eine solche Steigungsposition ist in der bevorzugten Ausführungsform ein Wert von -5° und stellt die niedrigste Propellerbelastung dar, die zulässig ist, während mit Umkehrschub gearbeitet wird, wie es in dem Block 9a angegeben ist. Die Ballons 9, 10 und 10c, die in den drei unmittelbar vorstehend angegebenen Gründen erläutert worden sind, werden nun ausführlich beschrieben.

Wie oben erläutert wird die Drosselarretierung in dem Block 10a beendet. Um jedoch den Block 10a zu erreichen, muß der JA-Weg von sämtlichen Ballons 9, 10 und 10c aus genommen werden. In dem Ballon 9 zeigt der JA-Weg an, daß die Triebwerksdrehzahl (XN) ausreichend niedrig ist (unter XNL), daß keine Propellerüberdrehzahl droht. Dann setzt der Block 9adas Übergangsflag (SWXRSA) auf 0, weil der bevorstehende Übergang von Vorwärts- auf Umkehrschub als verschwunden angesehen wird. Das heißt, der Übergang steht nicht mehr bevor: er geht nun vonstatten. Die Notwendigkeit eines Übergangsflags ist verschwunden. Anders ausgedrückt, das Übergangsflag (SWXRSA) dient hauptsächlich dem Zweck, den Logikweg zu dem Block 8a (oder 11a) zu bringen. Nachdem das getan worden ist, besteht keine weitere Notwendigkeit für das Übergangsflag.

Der Block 9b stellt den Umkehrschubsteigungsgrenzwert ein, der oben beschrieben worden ist. Dieser Grenzwert hat drei bedeutsame Merkmale. Erstens, bei negativen fünf Grad stellt der Propeller eine leichte, jedoch bedeutende Belastung dar und reduziert so die Gefahr einer Überdrehzahl. Zweitens, während dieser Grenzwert andauert, kann die Propellersteigung irgendeinen Wert unterhalb des Grenzwertes erreichen, beispielsweise -10°, braucht aber den Grenzwert nicht zu überschreiten, indem sie einen Wert von beispielsweise -3° erreicht. Drittens, während des Einstellens des Grenzwertes wird die Schleife in der Steuerung, welche die Drehzahl steuert, durch Ändern der Steigung geöffnet. Das heißt, ungeachtet der Steigung, welche durch die Steuerung 123 in Fig. 4 verlangt wird, bewirkt der Block 9a, daß das Steigungsbedarfssignal eine Steigung von -5° verlangt, was der Grenzwert ist.

Der Ballon 10c fragt, ob die Steigung den Grenzwert erreicht hat. Wenn dem so ist, wird der Drosselventilposition gestattet, gleich der Solldrosselposition (d.h. gleich der Gashebelposition) in dem Block 10a zu werden, wie es oben erläutert worden ist. Das bedeutet, die Arretierung wird beendet.

Der Block 10d, der sich auf eine Inversion des Vorzeichens des Drehzahlfehlers bezieht, wird nun erläutert. Diese Erläuterung wird in drei Teile unterteilt. (1) Eine Beschreibung einer Propellerregelung, welche die Drehzahl durch Ändern der Steigung regelt, (2) eine Erläuterung des Versagens der Regelung im Umkehrschubbereich zu arbeiten, und (3) eine Erläuterung einer korrektiven Prozedur sind im folgenden angegeben.

Propellerdrehzahlregelung

Fig. 11 veranschaulicht eine Regelung zum Regeln der Drehzahl des Propellers 103 durch Steuern der Steigung der Propellerblätter. Die Regelung enthält zwei Regelschleifen. Eine erste Schleife 160 mißt die Propellerdrehzahl und subtrahiert die Drehzahl XNS von der Sollpropellerdrehzahl XND (durch den Piloten geliefert) in einem Summierer 161, der ein Drehzahlfehlersignal XNER erzeugt. Ein Drehzahlregelungsdynamikblock 164 wandelt den Drehzahlfehler XNER in eine Sollsteigung BD um. Ein Grund für die Notwendigkeit des Blockes 164 ist, daß die Einheiten des Drehzahlfehlers XNER U/min sind, wogegen die Einheiten der Sollsteigung BD Grad sind. Der Block 164 wandelt U/min in Grad um. Der Block 164 enthält außerdem geeignete dynamische Einrichtungen (d.h. Gleichungen und einen Computercode) zum Erzielen einer stabilen Drehzahlregelung.

Die zweite Schleife 166 subtrahiert die gemessene Steigung BS von der Sollsteigung BD, um ein Steigungsfehlersignal BER zu bilden. Ein Integrator 168 liefert die tatsächliche Steigung B auf der Basis des Steigungsfehlers BER. Der Integrator 168 ist tatsächlich ein hydraulischer Kolben oder eine andere Vorrichtung mit einer Ausgangsgröße (z.B. der Kolbenverlagerung), welche ein Zeitintegral des Eingangssignals (z.B. des Fluiddrucks) ist. Beispielsweise führt das Ausüben eines Drucks von 6,9 bar (100 psi) für zwei Sekunden zu einer Verlagerung von 102 mm (4 Zoll). Derselbe Druck, der für vier Sekunden ausgeübt wird, führt zu einer Verlagerung von 204 mm (8 Zoll), usw.

Ein Beispiel wird die Arbeitsweise der Regelung veranschaulichen. Es sei angenommen, daß die gegenwärtige Drehzahl 800 U/min beträgt, daß aber die Solldrehzahl 900 U/min beträgt. Ein Fehlersignal von +100 U/min wird durch den Summierer 161 erzeugt. Der Block 164 wandelt diesen Drehzahlfehler von 100 U/min in ein Verlangen nach einer Steigung um, die 15 Grad betragen kann, welches das Eingangssignal für den Summierer 165 ist. Die Iststeigerung kann 20 Grad betragen, was ein Steigungsfehlersignal BER von -5 Grad ergibt. Das negative Steigungsfehlersignal zeigt an, daß die Steigung reduziert werden muß. Beim Reduzieren der Steigung wird die auf den Propeller ausgeübte Belastung reduziert, was getattet, den Propeller zu beschleunigen und das Drehzahlfehlersignal XNER zu eliminieren. In Fig. 12 kann die Änderung in der Steigung als ein Sprung von dem Punkt 170 auf den Punkt 175 betrachtet werden: die Blätter verschieben sich von einem höheren Belastungspunkt (170) auf einen niedrigeren Belastungspunkt (175).

Unmöglichkeit des Arbeitens bei Umkehrschub

Das Arbeiten der in Fig. 11 gezeigten Regelung bei Vorwärtsschub ist beschrieben worden. Es wird nun gezeigt, daß eine solche Regelung bei Umkehrschub nicht richtig arbeiten wird.

Fig. 12 zeigt, daß sich die Steigung der Belastungs-Steigungskurve ändert, wenn sie den Steigungswert Null durchquert. Wenn man einfach die Steigung auf Umkehrschub einstellen würde, beispielsweise durch Einstellen der Steigung in dem Punkt 183, und dann eine Propellerdrehzahl verlangen würde, indem ein Signal XND angelegt wird, würde infolgendessen die Regelung nach Fig. 11 nicht die richtige Drehzahl liefern, was nun erläutert wird.

Es sei angenommen, ähnlich wie bei dem letzten Beispiel, daß die Propellerdrehzahl 800 U/min beträgt, daß aber die Solldrehzahl XND in Fig. 11 900 U/min beträgt. Daher ist ein Fehlersignal von +100 U/min vorhanden. Wenn der Steigungswinkel -20 Grad beträgt (nicht +20 Grad wie in dem obigen Beispiel), dann arbeitet die Regelung so, wie es in dem obigen Beispiel beschrieben worden ist: die Regelung verkleinert die Steigung um fünf Grad und bringt die Steigung auf -25 Grad. Wie jedoch Fig. 12 zeigt, hat eine solche Steigung eine höhere Belastung zur Folge, wie es der Punkt 183A im Vergleich zu dem Punkt 183 zeigt. Der Propeller wird langsamer statt, wie verlangt, zu beschleunigen.

Korrektive Prozedur

Die Lösung des Erfinders für dieses Problem ist in Fig. 9 gezeigt, in welcher ein Block 10d das algebraische Vorzeichen des Drehzahlfehlers umkehrt, wenn die Steigung in den Umkehrbereich geht (insbesonders wenn die Blätter den Luftbelastungsdurchgangspunkt 216 in Fig. 13 erreichen, was ausführlicher in dem Beispiel 6 unten beschrieben wird). Durch diese Umkehrung wird XNER, das Fehlersignal in Fig. 11, mit -1 multipliziert.

Mehrere bedeutsame Merkmale der Erfindung werden nun erläutert.

1) Die Regelung nach Fig. 11 kann so umgezeichnet werden, wie es in Fig. 11A gezeigt ist in welcher ein Block P(s) das Steigungsregelsystem ersetzt und ein Block E(s) das Triebwerk darstellt, welches den Propeller antreibt. Bei der Erfindung repräsentiert E(s) den Gasgenerator, der den Gasstrom 118 in Fig. 5 liefert. Ein Verstärkungsblock K ist ebenfalls vorgesehen.

Im Sinne eines Regelsystems haben der Verstärkungsblock K und der Triebwerksblock E(s) eine ähnliche mathematische Eigenschaft: jeder ist in dem Ausdruck [K ] [P(s) ] [E(s) ] enthalten, welches die Übergangsfunktion zwischen dem Punkt 171A und dem Punkt 172A ist. Infolgedessen beeinflußt das algebraische Vorzeichen von jedem das Vorzeichen des Ausdrucks.

Während umgekehrter Steigung, wie es in dem soeben angegebenen Beispiel gezeigt ist, verhält sich das Triebwerk entgegengesetzt zu seinem Verhalten bei Vorwärtssteigung. In dem Beispiel wurde ein Verlangen nach erhöhter Drehzahl bei Vorwärtsschub durch eine Verringerung der Propellersteigung erfüllt, was eine Verringerung der Belastung bewirkt und daher eine Drehzahlerhöhung ergibt. Bei Umkehrschub wurde jedoch ein Verlangen nach erhöhter Drehzahl mit einer Verkleinerung der Steigung und einer Verkleinerung der Drehzahl erfüllt.

Deshalb erhält, in mathematischem Sinn, der Block E(s) ein negatives Vorzeichen, wenn die Steigung umgekehrt wird. Wenn man, wie es die Anmelderin in dem Block 10d in Fig. 9 tut, die Verstärkung von K in Fig. 11A umkehrt, was durch Multiplikation mit (-1) erreicht wird, dann beseitigt man das negative Vorzeichen von E(s): (-1)×(-1)=+1.

Ein wichtiges Merkmal dieser Beseitigung des negativen Vorzeichens wird verständlich, wenn ein Vergleich mit einer weiteren möglichen Lösung angestellt wird, nämlich mit der des Umkehrens des anderen Fehlersignals in Fig. 11, nämlich BER, welches das Steigungsfehlersignal ist. Diese Umkehrung ist nicht erwünscht, weil sie bewirkt, daß die Regelschleife instabil wird, was nun gezeigt wird.

Die Steigungsschleife ist diejenige, die in dem gestrichelten Block 166A in Fig. 11 enthalten ist. Das Verhältnis B/BD (d.h. die Verstärkung) ist gegeben durch den Ausdruck [KBG/s]/[1+KBGKBF/s], welcher gleich [KBG/[s+KBGKBF] ist. Wenn KBG negativ gemacht wird (wodurch effektiv BER negativ gemacht wird, wie oben vorgeschlagen), während alles sonst in dem Ausdruck beibehalten wird, wird die Steigungsregelschleife instabil, was bedeutet, daß die Steigung keinen stetigen Wert behält. Die Tatsache der Instabilität ist durch das Vorhandensein eines positiven Pols gezeigt. (Ein Pol ist ein Wert von s, der den Nenner, s+KBGKBF, gleich null setzt. Wenn KBG negativ ist, ist der Pol eindeutig positiv, was durch ein herkömmliches Stabilitätskriterium zeigt, daß die Schleife instabil ist.) Deshalb ist das Umkehren des Steigungsfehlers BER keine gangbare Lösung zum Verwenden der Steigung zum Regeln der Propellerdrehzahl bei Umkehrschub.

Die Erfinder weisen darauf hin, daß die Multiplikation mit negativ Eins an irgendeinem Punkt zwischen den Punkten 171A und 172A in Fig. 11A dazu dient, die Inversion von E(s) zu beseitigen. Weiter, die Multiplikation braucht nicht die Form einer Inversion von XNER in Fig. 9 anzunehmen: Es sei angemerkt, daß die Inversion von XNER nur ein Weg zum Aufheben der Inversion von E(s) ist.

Die vorstehende Erläuterung hat die Entscheidungsschritte beschrieben, welche eine Drosselarretierung (eingestellt in dem Block 8A) erzeugen, wenn däs Übergangsflag (SWXRSA) einen Wert von +1 hat, was anzeigt, daß ein Übergang von Vorwärts- auf Umkehrschub kürzlich verlangt worden ist. Andererseits, wenn das Übergangsflag einen Wert von -1 hat, wird der Ballon 8 in Fig. 9 umgangen, und der Entscheidungsweg geht zu dem Ballon 11. Wenn ein kürzliches Verlangen nach einem Übergang von Umkehrschub auf Vorwärtsschub vorgekommen ist (d.h. SWXRSA = -1), erreicht der Entscheidungsweg den Block 11A, in welchem die tatsächliche Drosselventilposition RSA auf die Umkehrleerlaufposition (RE- VIDL) eingestellt wird.

Mit der Ausnahme, daß nun der Schub sich von Umkehrschub auf Vorwärtsschub ändert, gelten die obigen Erläuterungen hinsichtlich des Blockes 8A, des Ballons 9, des Blocks 9A, des Ballons 10 und des Blocks 10A für den Block 11A, den Ballon 12, den Block 12A, den Ballon 13 bzw. den Block 13A.

Nachdem das Drosselventil (RSA) entweder in dem Block 10A oder in dem Block 13A eingestellt worden ist, hebt der Block 10E den Steigungsgrenzwert auf, der entweder in dem Block 9b oder in dem Block 12b eingestellt wird. Bei aufgehobenem Steigungsgrenzwert wird die Drehzahlregelung des Propellers durch Ändern der Steigung durch die Drehzahlregelung wieder aufgenommen.

Der Kreis C (unten in Fig. 8) und der Kreis D (Fig. 9) sind in dem Block 13d in Fig. 10 miteinander verbunden. Der Block 13d zeigt, daß eine Variable HMUPLA (noch nicht erläutert) als eine Funktion von RSA festgelegt wird. Das bedeutet, daß für jeden Wert von RSA, wie zum Beispiel den Wert rsa1, ein besonderer Wert von HMUPLA festgelegt wird, in diesem Fall der Wert hmupla1. HMUPLA ist ein Signal, welches die dem Triebwerk zugeführte Brennstoffdurchflußmenge in Pfund pro Stunde durch Steuern der Position des Drosselventils 127 in Fig. 4 regelt. Das heißt, HMUPLA ist ein Drosselventilpositionssignal. Weiter oben in der Beschreibung ist jedoch RSA bereits als Drosselventilposition bezeichnet worden. Dieser offensichtliche Widerspruch wird folgendermaßen beseitigt.

Die obige Beschreibung ist im Zusammenhang mit einer digitalen elektronischen Steuerung angegeben worden, welche als ein Ausgangssignal (z.B. auf der Leitung 126 in Fig. 4) ein Mehrbitdigitalsignal liefert. Bei einem Typ von Triebwerk, bei dem die Erfindung benutzt worden ist, war jedoch das Drosselventil 127 in Fig. 4 Teil eines hydromechanischen Gasturbinentriebwerkssteuersystems bekannter Art und nicht ohne weiteres mit einem Digitalsignalbus verbindbar. Demgemäß repräsentiert der Block 13d eine Umwandlung des Digitalsignals RSA, welches die Drosselventilposition ist, die beispielsweise durch den Block 11A in Fig. 9 bestimmt wird, in die Variable HMUPLA. Die Umwandlung, die in dem Block 13d in Fig. 10 erfolgt, wäre dem Fachmann bekannt, wenn er ein elektrisches Digitalsignal RSA in ein Signal HMUPLA umwandelt, das durch bekannte Vorrichtungen benutzt werden kann, um einen bekannten hydromechanischen Brennstoffregler zu veranlassen, Brennstoff in der Menge zu liefern, die durch RSA verlangt wird.

Darüber hinaus repräsentiert HMUPLA die Position des Drosselventils des Gasgenerators, welcher den Luftstrom 118 in Fig. 5 liefert. Der Gasgenerator ist eine umlaufende Strömungsmaschine, welche in nur einer Richtung umläuft und deren Drehzahl durch das Drosselventil gesteuert wird. Es macht keinen Sinn, die Drehzahl entweder des Gasgenerators oder seines Drosselventils umzukehren wie bei dem Propeller 104 in Fig. 1. RSA ist jedoch eine Variable, die bei der Erfindung benutzt wird, welche eine Vorwärtsrichtung und eine umgekehrte Richtung hat. RSA muß in HMUPLA umgewandelt werden, wenn RSA den Gasgenerator steuern soll.

Anschließend an das Festlegen von HMUPLA aktualisiert der Block 14A den Wert von RSAP, indem er ihn gleich der vorhandenen Drosselventileinstellung RSA macht.

Mehrere wichtige Aspekte der Erfindung sind folgende.

  • 1. Die Erfindung kann in Verbindung mit einer Drehzahlregelung für einen Propeller benutzt werden. Ein Typ einer Regelung bildet den Gegenstand einer weiteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin, für die die Priorität der US- Patentanmeldung, Serial No. 0 96 283, vom 14. September 1987 in Anspruch genommen worden ist. Auf diese weitere deutsche Anmeldung wird bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen. Bei einer Drehzahlregelung wird eine bestimmte Propellerdrehzahl verlangt, und eine Steigungssteuervorrichtung stellt die Blattsteigung so ein, daß die aerodynamische Blattbelastung ausreicht, um die verlangte Drehzahl aufrechtzuerhalten. Weiter, bei der Erfindung geht, mit Ausnahme der Steigungsgrenzwerte, welche durch die Blöcke 9b und 12b in Fig. 7 vorgeschrieben werden (die durch den Block 10e freigegeben werden), die Drehzahlregelung weiter, um bei der Erfindung sowohl bei Vorwärts- als auch bei Umkehrschub zu arbeiten.
  • 2. Die obige Beschreibung ist zwar im Zusammenhang mit einem Paar gegenläufiger Propeller angegeben worden, das in Fig. 5 gezeigt ist und direkt durch gegenläufige Turbinen angetrieben wird, die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Verwendung bei solchen Propellern. Die Erfindung kann bei herkömmlichen Turboprop-Triebwerken mit einer Drehrichtung und bei über Getriebe angetriebenen gegenläufigen Propellersystemen benutzt werden. In einem über Getriebe angetriebenen System wird jeder Propeller nicht direkt durch eine Turbine angetrieben, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, sondern durch eine oder mehrere, möglicherweise gegenläufige, Hochgeschwindigkeitsturbinen, deren Drehzahl durch ein Getriebe untersetzt wird, um eine korrekte Wellendrehzahl für die Propeller zu erreichen.
  • 3. Die Position des Gashebels 120 in Fig. 4 kann eine Vorwärtsposition, eine Umkehrposition und in Punkten dazwischen eine Zwischenposition sein. Die Position des Drosselventils 127 kann jedoch geschlossen, vollständig offen und in Punkten dazwischen sein. Es gibt keine Vorwärtsrichtung oder Umkehrrichtung bei dem Drosselventil. Ein Grund ist, daß die Vorwärts- und Umkehrrichtung, die dem Gashebel zugeordnet ist, die notwendige Information für die Koordinierung der Brennstoffregelung 123 in Fig. 4 (welche das Drosselventil steuert) mit (1) der Steigungsregelung und (2) den Steuerstrategien, welche während der Schubumkehr benutzt werden, liefert.
  • 4. In dem Abschnitt mit dem Titel "Entscheidung, ob eine Arretierung erforderlich sein kann", wurde die Notwendigkeit für eine Drosselarretierung aus der Gasgeneratordrehzahl XN abgeleitet. Die Erfinder weisen jedoch darauf hin, daß XN den Wert der Ausgangsleistung des Gasgenerators anzeigt und durch andere Parameter, die das anzeigen, ersetzt werden kann. Beispielsweise kann als ein solcher Parameter das Gasgeneratordruckverhältnis benutzt werden, welches das Verhältnis des Gesamtdruckes des Gasstroms 118 in Fig. 5 zu dem Gasgeneratoreinlaßdruck ist.
  • Weiter, die Propellerdrehzahl zeigt, wenn die Steigung bekannt ist, den Schub an, der erzeugt wird. Der Schub gibt die Gasgeneratorleistung an und kann ebenfalls benutzt werden.
  • 5. Der Ausdruck "Drosselventil" ist in der obigen Beschreibung benutzt worden. Es ist jedoch klar, daß die Regelung der Brennstoffzufuhr durch andere Einrichtungen als ein Drosselventil erreicht werden kann.
  • 6. Fig. 9 zeigt die Logik, mit der die Drosselarretierung und die Steigungsgrenzwerte während Schubübergängen realisiert werden. Das im folgenden erläuterte Beispiel 6 beschreibt diese Logik ausführlicher. Fig. 9 zeigt, daß eine ähnliche Drosselarretierung während Übergängen von Vorwärts- auf Umkehrschub sowie bei Übergängen von Umkehr- auf Vorwärtsschub auftritt. (Die Logikwege im Anschluß an die JA-Wege von den Ballons 8 und 11 aus sind sehr ähnlich.) Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, daß es manchmal vorzuziehen ist, die Arretierung und die Steigungsgrenzwerte während Übergängen von Umkehr- auf Vorwärtsschub zu eliminieren, d.h. wenn die Logik von dem Ballon 11 aus den JA-Weg nimmt. Eine Situation, in welcher diese Eliminierung erwünscht sein kann, ergibt sich bei dem Testen eines neu konstruierten Flugzeugtriebwerks. Während des Starts, wenn der JA-Weg im Anschluß an den Ballon 11 manchmal genommen werden kann, kann es unerwünscht sein, daß die Drossel auf einem unerwünschten Wert zu einer Zeit gehalten wird, zu der voller Schub verlangt wird. Die Steigungsgrenzwerte können beim Start ebenfalls unerwünscht sein. Deshalb ist bei einer Ausführungsform der Erfindung der Ballon 11 eliminiert, so daß der NEIN-Weg von dem Ballon 8 aus direkt zu dem Kreis D unten in Fig. 9 führt.
  • 7. Der Block 13e in den Fig. 9 und 9A dient zum Sicherstellen, daß der Drehzahlfehler XNER in Fig. 11 nicht negativ ist, wenn die Propeller im Vorwärtsschubbetrieb arbeiten.
  • 8. Die Drosselarretierung wird nicht durch eine physikalische Blockierung erreicht, die entweder in den Gashebel oder in das Drosselventil eingebaut ist, sondern ist ein Grenzwert, der für den Wert vorgesehen wird, den die Variable RSA erreichen kann. RSA steuert die Drosselventilposition.


Es werden nun einige Beispiele für die Arbeitsweise der Erfindung unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme angegeben, die in den Fig. 7-10 und 7A-10A enthalten sind. Die Beispiele werden folgendes beinhalten: (1) Betrieb der Erfindung während Reiseflugbedingungen in großer Höhe. (2) Betrieb der Erfindung während des Zurückdrehens des Drosselventils, was während eines Sinkfluges der Fall ist. (3) Betrieb, wenn der Pilot Umkehrschub verlangt, zm Beispiel unmittelbar nach dem Aufsetzen beim Landen. (4) Betrieb, wenn der Pilot nach dem Landen von Umkehrschub zurückschaltet und einen kleinen Vorwärtsschub zum Rollen auf dem Flugplatz verlangt. (5) Betrieb während des Starts. (6) Betrieb eines Teils der Erfindung während eines abgebrochenen Starts.

In dem Beispiel (1) wird während des Reiseflugs der JA-Weg ab dem Ballon 1 in Fig. 7A genommen. Der Block 1C schaltet das Schubübergangsflag SWXRSA ab. Ab dem Ballon 4 in Fig. 8A wird der JA-Weg genommen, der zu dem Ballon 6 führt, von wo aus der NEIN-Weg zu dem Block 6b führt, welcher das Drosselventil 127 in Fig. 4 so einstellt, wie es durch den Gashebel 120 verlangt wird. Ab dem Block 6b wird der Kreis C in Fig. 10 erreicht, weil keine Flags gesetzt sind. Der Logikweg macht dann eine Exkursion über Fig. 10A und kehrt, wie angegeben, über den RÜCKKEHR-Block 15 zurück. Deshalb hat, wie dieses Beispiel zeigt, die Erfindung keine nennenswerte Auswirkung während des Reisefluges, abgesehen von dem Aktualisieren der vorherigen Drosselposition in dem Block 14A in Fig. 10A.

In dem Beispiel (2) wird während einer Verringerung der Solldrosselventilposition (zum Beispiel eine Verringerung von Maximalvorwärtsschub in Fig. 4 auf eine Position etwas oberhalb Vorwärtsleerlaufschub) der NEIN-Weg ab dem Ballon 1 in Fig. 7A genommen, weil der Schub nicht so ist, wie es verlangt wird. Ab dem Ballon 2 wird der NEIN-Weg genommen, weil das Drosselventil nicht auf Umkehrschub eingestellt ist. Ab dem Ballon 3 wird der NEIN-Weg genommen, weil der Bedarf keinen Nichtvorwärtsschub verlangt. An diesem Punkt wird infolge der Ballons 2 und 3 kein Schubübergangsflag gesetzt, und das Schubübergangsflag behält seinen Wert 0. (Der Wert 0 wird bei dem Anfahren des Systems initialisiert.) Ab dem Ballon 4 in Fig. 8 wird der JA-Weg zu dem Ballon 5 genommen, und dann führt der Logikweg zu dem Block 6b. Der JA-Weg wird ab dem Ballon 4 genommen, weil die verlangte Drosselstellung (RSAJ) die Vorwärtsleer-laufposition (FWDIDL) übersteigt. In dem Block 6b wird das Drosselventil 127 in Fig. 4 so eingestellt, wie es der Gashebel 120 verlangt. Dann wird der Kreis C in Fig. 8 erreicht, gefolgt von dem Block 15, der den Logikweg über Fig. 7 leitet.

In dem Beispiel (3) wird nach dem Landen, wenn der Pilot den Gashebel 120 in Fig. 4 aus einer Position nahe Vorwärtsleerlaufschub auf maximalen Umkehrschub verstellt, der NEIN-Weg ab dem Ballon 1 genommen, weil der Schub nicht so ist, wie es verlangt wird. Ab dem Ballon 2 wird der NEIN- Weg genommen, weil Umkehrschub verlangt wird, was kein Nichtumkehrschub ist. An dem Ballon 3 wird jedoch der JA- Weg genommen, weil alle Bedingungen erfüllt sind. Demgemäß wird das Flag für den Übergang von Vorwärts- auf Umkehrschub gesetzt (d.h. SWXRSA wird auf +1 gesetzt). Ab dem Ballon 4 wird der NEIN-Weg genommen, weil die Flags nicht abgeschaltet sind: das Flag für den Übergang von Vorwärtsauf Umkehrschub wird gesetzt.

Ab dem Ballon 8 wird der JA-Weg genommen, der zu der Drosselarretierung führt. Der Block 8a begrenzt das Drosselventil (das heißt, die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk wird gedrosselt). Der Ballon 9 mißt, ob die Triebwerksdrehzahl unter einem Grenzwert ist, was anzeigt, daß die Drehzahl sicher genug ist, so daß die Drosselbegrenzung des Blockes 8a beendigt werden kann. Wenn die Drehzahl nicht sicher ist, wird der NElN-Weg ab dem Ballon 9 genommen, gefolgt von einer Exkursion über die Wege in Fig. 10A und dann zurück zu dem Ballon 1. Ab dem Ballon 1 kehrt der Weg zu dem Ballon 9 in Fig. 9A zurück. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis die Triebwerksdrehzahl unter den Grenzwert XNL sinkt. Zu dieser Zeit wird der JA-Weg ab dem Ballon 9 genommen, welcher das Schubübergangsflag in dem Block 9A abschaltet. Dann fragt der Block 10, ob der Gashebel 120 in Fig. 4 die Neutralleerlaufposition in eine Umkehrposition passiert hat. Wenn dem so ist, wird der JA-Weg genommen, der zu dem Block 9b führt, in welchem ein Steigungsgrenzwert für den Propeller festgelegt und das Drosselventil 127 in Fig. 4 auf Umkehrleerlaufschub (REVIDL) eingestellt wird. Die Angabe "Setze Mindestbelastungsgrenzwert für Umkehrschub fest" in dem Block 9b ist eine Abkürzung für den vollständigen Satz "Setze einen Grenzwert für die Steigung so fest, daß, wenn die Steigung im Umkehrbereich und an dem Grenzwert ist, eine minimale zulässige Belastung auf den Propeller ausgeübt wird". Die minimale Belastung verhindert eine Überdrehzahl.

Die Minimalpropellerbelastung, die durch den Block 9b verlangt wird, bleibt vorhanden, bis sie durch den Block 10e freigegeben wird. Der Block 10e wird jedoch sehr bald erreicht, nachdem der Grenzwert erreicht worden ist: die Länge der Zeit, die benötigt wird, um den Logikweg von dem Ballon 10c zu dem Block 10e zurückzulegen, wird durch die Geschwindigkeit des Computers bestimmt, der die Berechnungen ausführt. Das Erreichen des Grenzwertes wird durch den Ballon 10c ermittelt.

Ein bedeutsamer Effekt der Erfindung unter diesen Bedingungen ist die Verzögerung, die sich durch den Durchlauf ergibt, der mit dem Ballon 9 verbunden ist. Das heißt beispielsweise, bis die Triebwerksdrehzahl unter dem Grenzwert XNL ist, wird der NEIN-Weg ab dem Ballon 9 genommen, und der Block 9A wird nicht erreicht. Das Flag bleibt gesetzt, bis die Triebwerksdrehzahl unter den Grenzwert XNL sinkt.

Darüber hinaus hindert der Ballon 10 den Block 10A am Arbeiten in dem Fall, in welchem der Pilot den Übergang in den Umkehrschub abbricht, nachdem er den Schub von Maximalvorwärtsschub auf Vorwärtsleerlaufschub reduziert hat. In einem solchen Fall wird ab dem Ballon 10 der NEIN-Weg genommen, gefolgt von dem Durchlauf, der zu dem Ballon 10 zurückführt. Es werden jedoch ab den Ballons 8 und 11 keine NEIN-Wege genommen, so daß zu dieser Zeit der Durchlauf ähnlich dem ist, der in Verbindung mit dem ersten Beispiel beschrieben worden ist.

Im Beispiel (4) welches ein Umschalten von Umkehrschub auf Vorwärtsleerlaufschub wie beispielsweise während des Rollens auf dem Flugplatz nach dem Landen beinhaltet, wird der NEIN-Weg ab dem Ballon 1 genommen. Der JA-Weg wird ab dem Ballon 2 genommen, weil alle Bedingungen erfüllt sind. Der Block 2d setzt das Schubübergangsflag auf -1, weil ein Übergang von Umkehrschub auf Vorwärtsschub erfolgt ist. Bei dem Ballon 4 wird der NEIN-Weg genommen, weil weder der Bedarf hoch ist noch Flags abgeschaltet sind. Der NEIN-Weg wird ab dem Ballon 8 genommen, weil das Flag für den Übergang von Umkehrschub auf Vorwärtsschub eingeschaltet ist, was bewirkt, daß der JA-Weg ab dem Ballon 11 genommen wird. Wie in dem dritten Beispiel wird die Drosselarretierung aktiv bei auf Umkehrleerlaufleistung (REVIDL) in dem Block 11a geschaltetem Drosselventil. Es sei angemerkt, daß die "Umkehrleerlauf"-Drosselventilposition nun der Drosselgrenzwert ist, obgleich der verlangte Drosselwert "Vorwärtsleerlauf" ist: Die Drosselarretierung ist aktiv. Bei dem Ballon 12 wird der NEIN-Weg genommen, bis die Triebwerksdrehzahl unter den sicheren Grenzwert sinkt. Zu dieser Zeit wird der JA-Weg genommen, was bewirkt, daß das Schubübergangsflag in dem Block 12a aufhört. Der JA-Weg wird ab dem Ballon 13 genommen, was dem Drosselventil gestattet, den verlangten Schub zu liefern, wie durch den Block 13a gestattet. Ein bedeutsames Merkmal der Erfindung in diesem Beispiel ist die in Fig. 9A beschriebene Drosselarretierung, welche erfolgt, bis die Triebwerksdrehzahl unter dem Grenzwert XNL ist.

In dem Beispiel 5, beim Start, wird der verlangte Schub von Vorwärtsleerlaufschub auf maximalen Vorwärtsschub umgeschaltet. Demgemäß wird ab dem Ballon 1 der NEIN-Weg genommen. Der NEIN-Weg wird ab den Ballons 2 und 3 genommen. Der JA-Weg wird ab dem Ballon 4 genommen und führt zu dem Ballon 5. Der JA-Weg wird ab dem Ballon 5 genommen, gefolgt von dem NEIN-Weg ab dem Ballon 6, der zu dem Block 6b führt, welcher das Drosselventil wie verlangt einstellt. Der Logikweg unternimmt dann eine Exkursion über Fig. 10A, wie es oben erläutert worden ist, und kehrt zu dem Ballon 1 zurück. Ein bedeutsames Merkmal dieses Beispiels ist, daß keine Schubübergangsflags gesetzt werden und daß keine Drosselarretierung erfolgt.

In dem Beispiel (6), welches einen abgebrochenen Start betrifft, veranschaulicht Fig. 13 die Wirkungsweise der Drosselarretierung und der Steigungsgrenzwerte. Fig. 13 ist in drei Gebiete unterteilt: oben, Mitte und und unten. Wenn ein Übergang von Vorwärts- auf Umkehrschub verlangt wird (nahe dem Punkt 233 in dem unteren Gebiet), wenn der Pilot wünscht, daß Flugzeug abzubremsen, wenn es nach einem abgebrochenen Start rollt, folgt die Drosselventilposition RSA (in Abhängigkeit von Faktoren wie der Regelgesetzdynamik in dem Brennstoffregelsystem) der Gashebelposition RSAJ, bis der Punkt 223 erreicht wird. Zu dieser Zeit sinkt die Gashebelposition RSAJ unter die Position für Vorwärtsleerlaufschub FWDIDL, und der Ballon 3 in Fig. 7 bewirkt, daß der Block 3d das Schubübergangsflag SWXRSA auf 1 setzt.

Ein solcher Wert von SWXRSA bewirkt, daß die Logik dem JA- Weg ab dem Ballon 8 zu dem Block 8a in Fig. 9 folgt. Demgemäß setzt der Block 8a RSA auf FWDIDL, wodurch RSA auf dem Wert des Punktes 223 unten in Fig. 13 gehalten wird. RSA wird auf der Linie zwischen den Punkten 223 und 227gehalten. Diese Einstellung von RSA bleibt bestehen, bis der Triebwerksleistungsparameter, XN in diesem Beispiel, unter XNL sinkt, was in dem Punkt 205 oben in Fig. 13 erfolgt.

Zu dieser Zeit bewirkt der Ballon 9 in Fig. 9, daß die Logik den Ballon 10 erreicht. Der Ballon 10 ermittelt, ob RSAJ in Fig. 13 unter RSAMID ist. RSAJ durchquert in Fig. 13 RSAMID in dem Punkt 235.

(Es sei angemerkt, daß in den meisten Fällen RSAJ auf einen niedrigen Wert sinken wird, bevor XN, der Triebwerksleistungswert, auf einen niedrigen Wert sinkt, weil RSAJ den Parameter XN steuert. In Fig. 9 wird jedoch der Ballon 10 erst ereicht, nachdem der Ballon 9 angezeigt hat, daß XN unter dem Grenzwert XNL ist. Das erklärt, warum der Punkt 205 oben in Fig. 13 zeitlich später ist als der Punkt 235 unten. Anders ausgedrückt, die Antwort für den Ballon 10 in Fig. 9 wird wahrscheinlich JA lauten, bevor die Antwort bei dem Ballon 9 JA lauten wird, obgleich die Logik den Ballon 9 zuerst erreicht.

Diese Abfragefolge dient als ein redundantes Sicherheitsmerkmal, weil die Logik in Fig. 8 eine ähnliche Abfrage macht: Wenn angenommen wird, daß das Übergangsflag SWXRSA entweder auf plus oder minus Eins gesetzt ist, dann steuert die Frage auf den Leitungen 4A und 4B den Logikweg. Wenn der verlangte Schub hoch ist (z.B. RSAJ > FWDIDL wie in Zeile 4B), dann wird ab dem Ballon 4 der JA-Weg genommen. Wenn der verlangte Schub niedriger ist (z.B. RSAJ < FWDIDL, wie in dem Ballon 4), dann wird ab dem Ballon 4 der NEIN- Weg genommen. Deshalb wird der Kreis B in Fig. 9 erreicht, wenn ein niedriger Schub verlangt wird, und der JA-Weg wird ab dem Ballon 8 genommen, wenn SWXRSA gleich 1 ist, was einen wahrscheinlichen Übergang im Schub anzeigt, der von einem Abfall im Bedarf und daher von einem Abfall in der Triebwerksleistung begleitet sein wird.) Der JA-Weg ab dem Ballon 10 führt zu dem Block 9b, welcher den Umkehrsteigungsgrenzwert 210 in dem mittleren Diagramm von Fig. 13 einstellt. Das Einstellen dieses Grenzwertes hat die Wirkung, daß das Steigungsregelsystem veranlaßt wird, die Steigung so schnell wie möglich auf den Punkt 208 in dem mittleren Diagramm zu treiben. Weiter setzt der Block 9b RSA auf REVIDL, der sich von dem Punkt 227 zu dem Punkt 229 bewegt.

Wenn das Blatt den Grenzwert 210 erreicht, gestattet der Ballon 10c in Fig. 9 dem Vorzeichen des Drehzahlfehlers XNER, in dem Block 10d invertiert zu werden, wie es oben in Verbindung mit den Fig. 11 und 11A erläutert worden ist. Dann bewirkt der Block 10a, daß sich die Drosselventilposition RSA von dem Punkt 238 unten in Fig. 13 zu dem Punkt 237 bewegt.

In diesem Beispiel, wenn die Blattsteigung den Steigungsgrenzwert in dem Punkt 208 in Fig. 13, zentrales Diagramm, erreicht, erlauben die Inversion des Drehzahlfehlersignals, welche in dem Block 10d in Fig. 9 erfolgt, und das Freigeben des Steigungsgrenzwertes, daß die Drehzahlregelung des Propellers bei Umkehrschub erfolgt. Das wird durch die Änderung in der Steigung in dem Punkt 208 in Fig. 13 gezeigt. Nach dem Freigeben des Drehzahlgrenzwertes bewirkt die Drehzahlregelung, daß die Steigung einem Weg wie dem Weg zwischen den Punkten 208 und 215 folgt.

In der Praxis wird der Weg wahrscheinlich längs einer Fortsetzung der Linie von dem Punkt 107 zu dem Punkt 208 weitergehen, nämlich längs der Linie von dem Punkt 208 zu dem Punkt 213. Ein Grund ist, daß zu dieser Zeit bei dem Betrieb ein großer Fehler in der Steigung vorhanden sein wird (d.h. die Iststeigung wird stark von der Sollsteigung abweichen, weil der verlangte Schub auf maximalem Umkehrschub in dem Punkt 237 unten in Fig. 13 ist, wogegen die Iststeigung bei dem Grenzwert 210 in dem mittleren Diagramm begrenzt worden ist). Infolgedessen wird bei dem Freigeben des Grenzwertes in dem Punkt 208 die Steigungsregelvorrichtung die Steigung so schnell wie möglich auf eine große Umkehrsteigung einstellen. Da im allgemeinen die vorherige Steigungsänderung von dem Punkt 107 auf den Punkt 208 ebenfalls so schnell wie möglich gemacht worden ist, teilweise um die Verweilzeit in dem Gebiet kleiner Steigungswinkel zu reduzieren, wird die Steigungsänderung jenseits des Punktes 208 wahrscheinlich eine Fortsetzung der Linie zwischen den Punkten 107 und 208 sein. Nachdem die Steigung ungefähr den korrekten Wert nahe dem Punkt 215 erreicht hat, wird die Drehzahlregelung unter Verwendung der Steigungsänderung im Umkehrschubbetrieb wirksam.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Steuern eines Flugzeugpropellers während der Schubumkehr, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. a) Festlegen eines Grenzwertes für die Brennstoffzufuhr, wenn der Pilot eine Schubumkehr verlangt; und
    2. b) Beseitigen des Grenzwertes, wenn gemäß einem vorbestimmten Kriterium eine Überdrehzahl des Propellers nicht wahrscheinlich ist.
  2. 2. Verfahren zum Steuern eines Flugzeugpropellers während einer Schubumkehr, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. a. Feststellen, ob ein Pilot eine Schubumkehr verlangt hat, und, wenn dem so ist, Begrenzen der Propellerdrehzahl sowohl durch Begrenzen der Brennstoffzufuhr als auch durch Begrenzen der Propellersteigung, bis die Drehzahl des Propellers unter einen Schwellenwert sinkt; und
    2. b) Beseitigen der Grenzwerte für die Brennstoffzufuhr und die Propellersteigung, wenn die Drehzahl unter den Schwellenwert sinkt.
  3. 3. Verfahren zum Steuern eines Flugzeugvortriebssystems, das ein Triebwerk aufweist, welches einen Propeller antreibt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. a. Ermitteln des Auftretens eines Übergangs von Vorwärtsschub auf Umkehrschub und entsprechendes Setzen eines Flag;
    2. b. Ermitteln des Status des Flag und, wenn es gesetzt ist, dann
      1. i) Begrenzen der Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk auf eine vorbestimmte Durchflußmenge, bis die Triebwerksleistung unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinkt; und
    3. c. wenn das Flag nicht gesetzt ist, dann
      1. ii) wenn die verlangte Brennstoffzufuhr eine vorbestimmte Durchflußmenge übersteigt, Versorgen des Triebwerks mit der verlangten Brennstoffzufuhr, und
      2. iii) wenn die verlangte Brennstoffzufuhr nicht die vorbestimmte Durchflußmenge übersteigt, Versorgen des Triebwerks mit einer nichtverlangten Brennstoffzufuhr.
  4. 4. Verfahren zum Steuern eines Flugzeugpropellers, der (1) Schubübergänge von Vorwärts- auf Umkehrschub ausführen kann, und (2) welches die Drehzahl des Propellers durch Einstellen der Steigung steuert, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
    1. a. Steuern der Propellerdrehzahl während des Umkehrschubes durch Einstellen der Steigung.
  5. 5. Verfahren zum Steuern eines Flugzeugpropellers, der (1) Schubübergänge von Vorwärts- auf Umkehrschub und von Umkehr- auf Vorwärtsschub ausführen kann und (2) eine Drehzahlregelanordnung aufweist, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
    1. a. Regeln der Drehzahl unter Verwendung der Drehzahlregelung während des Umkehrschubes.
  6. 6. Verfahren zum Steuern eines FLugzeugpropellers, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. a. Ermitteln des logischen Status der folgenden ersten logischen Proposition (LP-1):
      1. (ist die Differenz zwischen der Istdrosselposition und der Solldrosselposition kleiner als ein vorbestimmter Wert) UND (ist die Istdrosselposition gleich einer oder größer als eine vorbestimmte Vorwärtsleerlaufposition ODER ist die Istdrosselposition gleich einer oder kleiner als eine vorbestimmte Umkehrleerlaufposition);
    2. b. wenn LP-1 wahr ist, dann Setzen eines Arretierungsflag auf einen ersten Wert, welcher angibt, daß ein Schubübergang nicht stattfindet,
    3. c. wenn LP-1 FALSCH ist, dann Ermitteln des logischen Status der folgenden zweiten logischen Proposition, LP-2:
      1. (ist die Solldrosselposition größer als eine vorbestimmte Umkehrleerlaufposition) UND (ist die Istdrosselposition kleiner als eine vorbestimmte neutrale Leerlaufposition) UND (zeigt das Arretierungsflag an, daß ein Übergang von Vorwärtsschub auf Umkehrschub nicht vorliegt);
    4. d) wenn LP-2 FALSCH ist, dann Ermitteln des logischen Status der folgenden dritten logischen Proposition, LP-3:
      1. (ist die Solldrosselposition kleiner als eine vorbestimmte Vorwärtsleerlaufposition) UND (ist die Istdrosselposition größer als eine vorbestimmte neutrale Leerlaufposition) UND (zeigt das Arretierungsflag an, daß ein Übergang von Umkehrschub auf Vorwärtsschub nicht erfolgt);
    5. e. wenn LP-2 wahr ist, dann Setzen des Arretierungsflag auf einen zweiten Wert, der anzeigt, daß ein Schubübergang von Umkehrschub auf Vorwärtsschub verlangt wird;
    6. f. wenn LP-3 WAHR ist, dann Setzen des Arretierungsflag auf eine dritte Position, welche anzeigt, daß ein Schubübergang von Vorwärts- auf Umkehrschub verlangt wird;
    7. g. wenn LP-3 FALSCH ist, wird der Status des Arretierungsflag ungeändert gelassen;
    8. h. Ermitteln des logischen Status der folgenden vierten logischen Proposition, LP-4:
      1. (ist die Solldrosselposition gleich der oder kleiner als die vorbestimmte Umkehrleerlaufposition ODER ist die Solldrosselposition gleich der oder größer als die vorbestimmte Vorwärtsleerlaufposition) UND (ist das Arretierungsflag in der ersten Position, was anzeigt, daß ein Schubübergang nicht verlangt wird);
    9. i. wenn LP-4 WAHR ist, dann Ermitteln des logischen Status der folgenden fünften logischen Proposition, LP-5:
      1. (ist der Schub, der verlangt wird, größer als Leerlaufvorwärts- oder Leerlaufrückwärtsschub);
    10. j. wenn LP-4 FALSCH ist, dann für entweder Vorwärts- oder Rückwärtsschub Einstellen der Drosselposition auf einen von zwei vorbestimmten Drosselgrenzwerten, bis ein Parameter, der den verfügbaren Schub anzeigt, unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinkt, und anschließend Beseitigen des Drosselgrenzwertes;
    11. k. wenn LP-5 WAHR ist, dann Einstellen des Drosselventils auf eine vorbestimmte Drosselposition; und
    12. l. wenn LP-5 FALSCH ist, dann Halten des Drosselventils in seiner gegenwärtigen Position.
  7. 7. Anordnung zum Steuern eines durch ein Triebwerk angetriebenen Flugzeugpropellers, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung (122) zum Erfassen eines Umkehrsignals, welches eine Umkehr des Schubs verlangt, und
    2. b. eine Einrichtung (123) zum Festlegen eines Grenzwertes für die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk (135) aufgrund des Umkehrsignals.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch:
    1. c. eine Einrichtung zum Beseitigen des Grenzwertes für die Brennstoffzufuhr, wenn die Drehzahl eines ausgewählten umlaufenden Teils unter einen Schwellenwert sinkt.
  9. 9. Anordnung zum Steuern eines Flugzeugpropellers, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung zum Messen der Propellersteigung; und
    2. b. eine Einrichtung (123, 128) zum Steuern der Steigung, wenn der Propeller (117) Vorwärtsschub liefert und wenn er Umkehrschub liefert.
  10. 10. Steueranordnung für einen Flugzeugpropeller, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung zum Abfühlen des Einsetzens einer Umkehr des Schubes, welcher durch den Propeller (117) erzeugt wird, und
    2. b. eine Einrichtung (123) zum Begrenzen der Drehzahl des Propellers während der Umkehr.
  11. 11. Steueranordnung für einen Flugzeugpropeller, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung zum Abfühlen des Einsetzens einer Umkehr des Schubes, der durch den Propeller (117) erzeugt wird; und
    2. b. eine Einrichtung (123, 128) zum Halten der Propellersteigung oberhalb eines Schwellenwertes, bis die Leistung, die an den Propeller (117) abgegeben wird, unter einen Grenzwert sinkt.
  12. 12. Steueranordnung für einen Flugzeugpropeller, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung (122) zum Abfühlen einer Forderung nach einer Umkehr des Propellerschubes;
    2. b. eine Einrichtung (123, 127) zum Begrenzen des Brennstoffes, welcher dem Triebwerk (135) aufgrund der Forderung zugeführt wird; und
    3. c. eine Einrichtung zum Beendigen der Begrenzung für die Brennstoffzufuhr, wenn ein den Schub anzeigender Parameter unter einen Schwellenwert sinkt.
  13. 13. Steueranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Drehzahl des Propellers (117) anzeigt.
  14. 14. Steueranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der parameter die an den Propeller (117) abgegebene Leistung anzeigt.
  15. 15. Steueranordnung für einen Flugzeugpropeller, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung zum Abfühlen der Drehzahl des Propellers (117);
    2. b. eine Begrenzungseinrichtung (123) zum Begrenzen der Drehzahl während eines Übergangs von Vorwärtsschub auf Umkehrschub; und
    3. c. eine Einrichtung zum Aktivieren und Inaktivieren der Begrenzungseinrichtung bei dem Eintreten von vorbestimmten Ereignissen.
  16. 16. Steueranordnung für einen Flugzeugpropeller, der Umkehrschub liefern kann, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Einrichtung (123) zum Festlegen eines Grenzwertes für die dem Triebwerk (135) zugeführte Brennstoffdurchflußmenge während des Schubübergangs;
    2. b. eine Einrichtung zum Erfassen des Endes des Schubübergangs; und
    3. c. eine Einrichtung zum Ändern des Grenzwerts, nachdem der Schubübergang beendet ist.
  17. 17. Steueranordnung für einen Flugzeugpropeller, der Übergänge von Vorwärtsschub auf Umkehrschub und von Umkehrschub auf Vorwärtsschub ausführen kann, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Abfühleinrichtung zum Abfühlen des Auftretens eines Übergangs, und
    2. b. eine Begrenzungseinrichtung (123) zum Begrenzen der Drehzahl des Propellers während des Übergangs.
  18. 18. Flugzeugvortriebssystem, welches 1) eine Drehzahlregelung (123) aufweist, welche die Drehzahl des Propellers (117) durch Einstellen der Propellersteigung auf einem Sollwert hält, und 2) Übergänge von Vorwärtsschub auf Rückwärtsschub und von Rückwärtsschub auf Vorwärtsschub ausführen kann, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Abfühleinrichtung (122) zum Abfühlen des Auftretens eines Übergangs;
    2. b. eine Begrenzungseinrichtung (123) zum Begrenzen der Drehzahl des Propellers (117) während des Übergangs; und
    3. c. eine Steigungsbegrenzungseinrichtung (123) zum Begrenzen der Propellersteigung, welche die Drehzahlregelanordnung dem Propeller (117) während des Übergangs aufzwingen kann.
  19. 19. Flugzeugvortriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
    1. d. daß die Drehzahlregelanordnung eine Inversionseinrichtung aufweist, welche der Drehzahlregelanordnung anzeigt, daß eine Änderung im algebraischen Vorzeichen der Propellerbelastungs-Propellersteigungsfunktion aufgetreten ist.
  20. 20. Flugzeugvortriebssystem mit einem Propeller (117), der 1) Vorwärtsschub liefert, wenn die Propellerblätter einen Steigungswinkel haben, der einen Referenzwinkel übersteigt, und 2) Umkehrschub liefert, wenn der Steigungswinkel unter dem Referenzwinkel ist, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Abfühleinrichtung zum Abfühlen eines Verlangens nach Umkehrschub;
    2. b. eine Drehzahlregeleinrichtung (123) zum Regeln der Propellerdrehzahl während des Umkehrschubes durch Einstellen der Steigung; und
    3. c. eine Einrichtung, welche der Drehzahlregeleinrichtung anzeigt, daß der Steigungswinkel unter dem Referenzwinkel ist.
  21. 21. Anordnung zum Regeln der Drehzahl eines Flugzeugpropellers durch Einstellen der Steigung aufgrund eines Drehzahlfehlersignals, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Abfühleinrichtung zum Abfühlen des Abgebens von Umkehrschub durch den Propeller (117); und
    2. b. eine Einrichtung zum Modifizieren des algebraischen Vorzeichens des Drehzahlfehlersignals während Umkehrschubes.
  22. 22. Steueranordnung für ein Flugzeugpropellersystem, bei dem Vorwärts- und Umkehrsteigungspositionen erreichbar sind, gekennzeichnet durch:
    1. a. eine Drehzahlsteuereinrichtung (123) zum Verkleinern und Vergrößern der Propellerdrehzahl durch Erhöhen bzw. Verringern der Vorwärtssteigung;
    2. b. eine Übergangseinrichtung zum Erkennen eines Übergangs von Vorwärts- auf Umkehrschub; und
    3. c. eine Inversionseinrichtung, welche die Drehzahlsteuereinrichtung veranlaßt, die Propellerdrehzahl während Umkehrschubes zu verkleinern und zu vergrößern durch Vergrößern bzw. Verkleinern der Umkehrsteigung.






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