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Dokumentenidentifikation DE69027714T2 07.11.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0398840
Titel Hubschrauber mit Erhöhung der Rotorgeschwindigkeit bei Hochbelastung
Anmelder United Technologies Corp., Hartford, Conn., US
Erfinder Walsh, David M., Jupiter, Florida 33458, US;
Lappos, Nicholas D., Orange, Connecticut 06477, US;
Greenberg, Charles E., Jupiter, Florida 33478, US;
Sweet, David H., Tequesta, Florida 33469, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69027714
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 17.05.1990
EP-Aktenzeichen 906301080
EP-Offenlegungsdatum 22.11.1990
EP date of grant 10.07.1996
Veröffentlichungstag der Übersetzung europäischer Ansprüche 28.02.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.11.1996
IPC-Hauptklasse G05D 1/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschrauberbrennstoffregler und, mehr insbesondere, auf das Erzeugen einer erhöhten Triebwerksgeschwindigkeit während Manövern mit starker Rotorbelastung.

In dem UK-Patent 2 144 244 B wird eine positive longitudinale Nickgeschwindigkeit benutzt, um hohe Rotorbelastungsfaktoren anzuzeigen, z.B. während Kurven mit starker Querneigung bei hoher Geschwindigkeit. Bei hoher Geschwindigkeit erfolgt eine gewisse Formung der Nickgeschwindigkeit, um ein Signal zu erzeugen, das zu dem normalen Triebwerksreferenzgeschwindigkeitssignal addiert wird, so daß eine höhere Triebwerksgeschwindigkeit eingesteut wird. In diesem Patent wird außerdem vorgeschlagen, daß ein Signal, daß durch Formung des Ausgangssignals eines Beschleunigungsmessers für eine vertikale Rumpfachse gewonnen wird, ebenfalls benutzt werden könnte, um die Triebwerksgeschwindigkeit während Manövern mit starker Rotorbelastung zu erhönen, und zwar entweder allein oder in Verbindung mit dem geformten Nickgeschwindigkeitssignal. In diesem Patent ist angegeben, daß sich durch das Erhöhen des Triebwerksreferenzgeschwindigkeitssignals ein höherer Rotorschub ergibt, während die Rotorströmungsabriß- und -regelungsspielräume während Manövern mit hoher Rotorbelastung erhalten bleiben.

Es ist festgestellt worden, daß die Verwendung eines geformten Signals des bewußten Ereignisses dazu tendiert, die Triebwerksgeschwindigkeit in der Nähe des Endes des Manövers mit hoher Rotorbelastung abrupt zu reduzieren, wodurch transiente Gierbewegungen hervorgerufen werden, die genau an dem Punkt, wo Stabilität erwünscht ist, äußerst unerwünscht sind, da sie die Arbeitsbelastung des Piloten beträchtlich erhöhen. Weiter, die Verwendung eines solchen geformten Signals tendiert dazu, das Triebwerk zu veranlassen, unter starker Belastung Geschwindigkeiten anzunehmen, die über den Referenzgeschwindigkeiten liegen, also eine Tendenz zum Überschreiten des maximal zulässigen Drehmoments in dem Triebwerk hervorzurufen. Jeder Vorteil, der bei der Arbeitsbelastung des Piloten wegen der Geschwindigkeitserhöhung erzielt werden kann, wird durch die Notwendigkeit verringert, ständig das Drehmoment zu überwachen, die Belastung verringernde Eingaben in die Blatteinstellwinkelsteuereinrichtungen zu machen oder die Geschwindigkeit während des Manövers mit dem Beeper-Schalter zu drosseln. Alles das tendiert dazu, die Instabilität zu vergrößern und die Arbeitsbelastung des Piloten zu erhöhen, und ist deshalb ungünstig.

Die Aufgabe der Erfindung beinhaltet die Triebwerksgeschwindigkeitserhöhung während Manövern eines Hubschraubers mit starker Rotorbelastung bei gleichzeitig minimalen transienten Gierbewegungen am Manöverende, reduzierter Pilotenarbeitsbelastung und Halten des Triebwerksdrehmoments unter maximal zulässigen Drehmomentwerten.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch die Steuerung und das Verfahren erreicht, welche in den unnabhängigen Ansprüchen beansprucht sind. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein verbessertes Manövrieren bei hoher Rotorbelastung mit geringer Pilotenarbeitsbelastung und mit beträchtlich reduzierten transienten Gierbewegungen in den Endphasen des Manövrierens. Die Erfindung gestattet Manöver unter hoher Rotorbelastung mit Geschwindigkeitserhöhung bei gleichzeitiger Verringerung der Möglichkeit, die maximal zulässigen Triebwerksdrehmomentwerte zu überschreiten.

Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden ausführlichen Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen derselben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, deutlicher werden, wobei:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Hubschrauberantriebssystems und eines Triebwerksbrennstoffreglers, die erfindungsgemäß aufgebaut sind, ist; und

Fig. 2 ein vereinfachtes logisches Flußdiagramm einer Routine zum Erzielen einer Triebwerksgeschwindigkeitserhöhung gemäß der Erfindung in einem digitalen Brennstoffregler ist.

Gemäß Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Hauptrotor 10 über eine Welle 12 mit einem Getriebe 13 verbunden, das durch eine Welle 14 über eine Überholkupplung 16 angetrieben wird, welche mit einer Abtriebswelle 18 eines Triebwerks 20 in Eingriff ist, wenn die Triebwerksgeschwindigkeit gleich der Rotorgeschwindigkeit ist oder diese übersteigt. Das Getriebe 13 treibt außerdem einen Heckrotor 22 über eine Welle 24 an, so daß der Hauptrotor 10 und der Heckrotor 22 immer mit Geschwindigkeiten angetrieben werden, die eine feste Beziehung zueinander haben, so daß sich der Heckrotor z.B. etwa fünfmal schneller als der Hauptrotor dreht.

Das Triebwerk 20 kann üblicherweise ein Gasturbinentriebwerk mit einer Freifahrturbine 40 sein, bei dem die Abtriebswelle 18 durch die Freifahrturbine 40 angetrieben wird, welche ihrerseits durch Gase aus einem Gasgenerator angetrieben wird, der einen Turboverdichter umfaßt, welcher einen Verdichter 42 aufweist, der durch eine Welle 44 mit einer Verdichterantriebsturbine 46 verbunden ist, und einen Brennerabschnitt 47, dem der Brennstoff über Brennstoffleitungen 50 aus einem Brennstoffregler 52 zugeführt wird. Der Brennstoffregler 52 versucht üblicherweise, die korrekte Brennstoffzufuhr (WF) in den Brennstoffeinlaßleitungen 50 zu erzeugen, so daß eine gewünschte Triebwerksgeschwindigkeit (NF) aufrechterhalten wird, was durch einen Tachometer 54 bestimmt wird, der die Geschwindigkeit der Freifahrturbine 40 mißt (Z.B. an der Abtriebswelle 18), um ein die Turbinengeschwindigkeit anzeigendes Signal auf einer Leitung 56 an einen Summierpunkt 60 anzulegen. Die anderen Eingangssignale an dem Summierpunkt 60 umfassen die Referenzgeschwindigkeit, die üblicherweise ein Referenzwert ist, welcher 100% Nenngeschwindigkeit, entnommen aus einer Quelle 62, zusammen mit irgendeiner vom Piloten gewünschten Variante darin anzeigt, die durch ein Signal aus dem Triebwerksgeschwindigkeits- Beeper-Schalter 64 des Piloten bestimmt wird. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 60 ist ein Geschwindigkeitsfehlersignal auf einer Leitung 66, das an den Regelteil 68 des Brennstoff-reglers angelegt wird, dessen Ausgangssignal eine eingestellte Brennstoffzufuhr (WFCMND) auf einer Leitung 70 ist. Dieses Signal wird an ein Zumeßventil 72 angelegt, um so zu bewirken, daß die korrekte Brennstoffmenge von einer Brennstoffpumpe 74 an die Brennstoffeinlaßleitungen 50 abgegeben wird, was alles auf gut bekannte Art und Weise erfolgt. Innerhalb des Regelteils 68 kann ein Signal, das die Gasgeneratorgeschwindigkeit (NG) auf einer Leitung 76 anzeigt, einem Tachometer 78 entnommen werden, der auf den Gasgeneratorläufer anspricht, welcher den Verdichter 42, die Welle 44 und die Turbine 46 umfaßt.

Alles, was bis hierher beschrieben worden ist, liegt im Rahmen fachmännischen Könnens und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Gemäß der Erfindung beinhaltet die Gesamtreferenzgeschwindigkeit, von welcher die Freifahrturbinengeschwindigkeit (NF) subtrahiert wird, so daß das Geschwindigkeitsfehlersignal NERR erzeugt wird, ein Inkrement, das auf einer Leitung 77 durch einen Belastungsfaktorerhöhungsteil 78 des elektronischen Brennstoffreglers geliefert wird. Der Belastungsfaktorerhöhungsteil 78 spricht auf Signale auf Leitungen 79 und 80 an, welche die Vertikalbeschleunigung, die von einem Vertikalbeschleunigungsmesser 81 bestimmt wird, bzw. die Fluggeschwindigkeit, die durch einen Fluggeschwindigkeitssensor 82 geliefert wird, anzeigen. Der Belastungsfaktorerhöhungsteil 78 spricht außerdem auf ein Drehmomentsignal auf einer Leitung 84 aus einem bekannten Standarddrehmomentsensor 85 an, welches das Drehmoment anzeigt, das den Rotoren durch das Triebwerk geliefert wird. Der Belastungsfaktorerhöhungsteil 78 besteht beispielsweise aus Software, die erforderlich ist, um die Belastungsfaktorerhöhungsfunktion ge-

mäß der vorliegenden Erfindung bei einem Brennstoffregler zu erfüllen, bei dem die Berechnungen digital ausgeführt werden, wie z.B. in dem gesamten Teil des Brennstoffreglers 52, der links von der gestrichelten Linie 83 gezeigt ist.

Gemäß Fig. 2, auf die nun Bezug genommen wird, erfolgt ein Eintritt in eine Belastungsfaktorroutine über einen Eintrittspunkt 100, und in einem ersten Test 101 wird festgestellt, ob eine Belastungsfaktorerhöhung vonstatten geht oder nicht. Wenn nicht, wird ein Belastungsfaktorflag nicht gesetzt worden sein, und ein negatives Ergebnis des Tests 101 führt zu einem Test 102, in welchem festgestellt wird, ob ein Belastungsfaktorfreigabeschalter (auf der Konsole des Piloten) gesetzt worden ist oder nicht. Wenn nicht, wird durch ein negatives Ergebnis des Tests 102 ein Schritt 103 erreicht, in welchem ein Inkrement (wie es ausführlicher im folgenden beschrieben ist) als eine Funktion der Fluggeschwindigkeit (wie im folgenden beschrieben) hei Bedarf modifiziert werden kann, gefolgt von einem Schritt 104, in welchem ein akkumuliertes Inkrement für den laufenden Zyklus (INKR) höher gestuft wird, indem ein Inkrement INKR zu dem akkumulierten Inkrement des nächst vorhergehenden Zyklus (INKR)m addiert wird. Dann erfolgt in einem Schritt 60a die Summierung, gezeigt durch den Summierblock 60 in Fig. 1, und das akkumulierte Inkrement wird in einem Schritt 105 höher gestuft. Und dann können andere Teile der Brennstoffregelungsberechnungen über einen Rückkehrpunkt 104 erreicht werden.

Andererseits, wenn die Belastungsfaktorerhöhung freigegeben worden ist, aber nicht vönstatten geht, wird durch ein positives Ergebnis des Tests 102 ein Test 108 erreicht, in dem festgestellt wird, ob die vertikale Beschleunigung gleich dem 1,4- fachen oder größer als das 1,4-fache der Schwerkraft ist. Wenn nicht, zeigt das an, daß ein Manöver mit exzessiver Belastung, die ausreichend groß ist, um eine Belastungsfaktorerhöhung der Triebwerksgeschwindigkeit zu rechtfertigen, nicht ausgeführt wird, so daß das Programm wie zuvor verlassen wird. Wenn jedoch ein Manöver mit starker Rotorbelastung ausgeführt wird (wie z.B. eine Steilkurve) und wenn die vertikale Beschleunigung in dem Zellenreferenzsignal, welches diejenige ist, deren Richtung zu der Welle des Hauptrotors parallel ist, gleich dem 1,4-fachen oder größer als das 1,4-fache der Schwerkraft ist, dann wird ein bejahendes Ergebnis des Tests 108 zu einem Schritt 109 führen, welcher ein Belastungsfaktorflag setzt, welches anzeigt, daß die Belastungsfaktorerhöhung der Triebwerksgeschwindigkeit vonstatten geht, und eine Serie von Schritten 110-112, in welchen gewisse Faktoren auf null initialisiert werden. In dem Schritt 110 wird ein Belastungsfaktorzähler, der die Anfangszeitperiode jeder Belastungsfaktorerhöhungsbetriebsart festhält, auf null initialisiert; in dem Schritt 111 wird ein akkumulierter Wert von Inkrementen zur Verwendung bei der laufenden Iteration des Programms (INKR)n auf Null initialisiert. In einem Schritt 112 wird der akkumulierte Wert von Inkrementen in dem vorherigen Zyklus (INKR)m auf null initialisiert. Dann wird in einem Schritt 113 das Anfangsinkrement auf 1% Nenngeschwindigkeit eingestellt. Das Einstellen des Inkrements auf einen Wert von 1% Nenngeschwindigkeit wird zur Folge haben, daß das akkumulierte Inkrement in jedem Zyklus um 1% erhöht wird, so daß bei einer Maschine, welche ihren Zyklus alle 200 Millisekunden iterativ einmal wiederholt, bewirkt wird, daß das Geschwindigkeitsinkrement mit einer Geschwindigkeit von 5% pro Sekunde während Manövern mit exzessiver Belastung erhöht wird. Anschließend an den Schritt 113 wird ein Test 114 durchgeführt, um festzustellen, ob die Triebwerksgeschwindigkeit eine maximale Geschwindigkeit von 107% oder mehr erreicht hat. Wenn das der Fall ist, wird ein Schritt 115 bewirken, daß das Inkrement auf null rückgesetzt wird, so daß keine weitere Erhöhung in den akkumulierten Inkrementen in sukzessiven Zyklen vorkommen wird. Dadurch wird die eingestellte Geschwindigkeit auf 107% oder auf einem etwas höheren Wert gehalten, wenn sie eingeleitet wurde, als sie nicht exakt auf 100% war (wenn angenommen wird, daß der Pilot nicht mit seinem Beeper-Schalter eine etwas andere Einstellung vornimmt). Andererseits wird in den anfänglichen Durchläufen durch das Programm die Triebwerksgeschwindigkeit 107% nicht erreicht haben, so daß ein negatives Ergebnis des Tests 114 zu der Serie von Schritten 103 - 105 führen wird.

In dem Schritt. 103, der benutzt wird oder nicht benutzt wird, je nach Bedarf, sind Vorkehrungen getroffen, um das Inkrement auf irgendeine Weise als eine Funktion der Fluggeschwindigkeit zu verändern. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 kann das Inkrement null sein, wenn K gleich null ist, oder es kann irgendeine positive oder negative Funktion der Fluggeschwindigkeit sein, die mit dem Inkrement multipliziert werden kann, so daß das Inkrement eingestellt wird. Andererseits könnte der in dem Schritt 103 in Klammern gesetzte Faktor zu dem Inkrement addiert werden. Es kann so für Flexibilitt gesorgt werden, um die Geschwindigkeit des Erhöhens oder Verringerns der Referenzgeschwindigkeit während Manövern mit hoher Belastung auf eine Weise zu veranlassen, die so gewählt werden kann, daß sie eine Vielfalt von Funktionen der Fluggeschwindigkeit ist. In einem typischen Fall kann K null sein, so daß der Schritt 103 in diesem Fall ignoriert werden kann.

In dem Schritt 104 wird der laufende Wert eines Faktors des akkumulierten Inkrements, der zu der Sollgeschwindigkeit addiert werden soll, bestimmt, indem der Faktor des akkumulierten Inkrements des vorherigen Zyklus der Iteration zu dem laufenden Wert des Inkrements addiert wird, der entweder in dem Schritt 113 oder in dem Schritt 115 gebildet wird. Dann wird in dem Schritt 60a das Geschwindigkeitsfehlersignal (NERR) als die Summe der Referenzgeschwindigkeit (aus 62 in Fig. -1), irgendeines mit dem Beeper-Schalter durch den Piloten eingestellten Inkrements (64 in Fig. 1), des akkumulierten Inkrementwerts für diesen Zyklus, der in dem Schritt 104 gebildet wird, minus der Triebwerksgeschwindigkeit (NF), die auf der Leitung 56 in Fig. 1 geliefert wird, gebildet. Jegliches Formen oder Filtern der Signale, die in dem Schritt 60a benutzt werden, kann beispielsweise in anderen, bekannten Unterroutinen oder durch irgendwelche anderen geeigneten Maßnahmen erfolgen. In dem Schritt 105 wird der akkumulierte Inkrementwert aus dem vorherigen Zyklus aktualisiert, um ihn gleich dem für diesen Zyklus zu machen, und dann wird die Routine über den Rückkehrpunkt 106 verlassen.

Der Prozeß, der mit Bezug auf die Schritte 109 :113 beschrieben worden ist, spielt sich nur während des ersten Zyklus der Belastungsfaktorerhöhung ab. In dem zweiten und in den folgenden Zyklen erfolgt der Eintritt in die Belastungsfaktorroutine über den Eintrittspunkt 100, und der Test 101 wird nun ein bejahendes Ergebnis erbringen, wobei ein Schritt 116 erreicht wird, in welchem der Belastungsfaktorzähler inkrementiert wird. Dem Belastungsfaktorzähler wird gestattet, vorwärts bis auf 50 zu zählen, was in einer 200-Millisekunden-Maschine gleich 10 Sekunden ist, wie es im folgenden beschrieben ist. Das ergibt eine minimale Zeitspanne von 10 Sekunden, in welcher die Belastungsfaktorerhöhung fortgesetzt wird, bevor Tests ausgeführt werden, um festzustellen, ob sie unterbrochen werden sollte. Um jedoch die Notwendigkeit zu vermeiden, daß der Pilot visuell überprüfen muß, ob das Drehmoment maximal zulässige Drehmomentwerte übersteigt, wie z.B. 111% Nenndrehmoment, wird in einem Test 117 in jedem Zyklus ständig getestet, ob das Drehmoment das maximale Drehmoment überschritten hat oder nicht. Für den vorliegenden Zeitpunkt sei angenommen, daß das nicht der Fäll ist. Daher wird durch ein negatives Ergebnis des Tests 117 ein Test 118 erreicht, in welchem der Belastungsfaktorzähler getestet wird, um festzustellen, ob er 50 erreicht hat oder nicht. Bei den anfänglichen Durchläufen durch die Unterroutine wird durch ein negatives Ergebnis des Tests 118 der Test 114 erreicht, um festzustellen, ob die Triebwerksgeschwindigkeit 107% der Nenngeschwindigkeit erreicht hat oder nicht. Bei den ersten wenigen Durchläufen wird das nicht der Fall sein, so daß durch ein negatives Ergebnis des Tests 114 die Schritte 103 - 105 erreicht werden, wo das akkumulierte Inkrement aktualisiert wird, der Geschwindigkeitsfehler berechnet wird und dann das Programm verlassen wird, wie es oben beschrieben worden ist. Bei dem dritten und den danach folgenden Durchläufen wird allgemein ein bejahendes Ergebnis des Tests 101 bewirken, daß der Zähler in dem Schritt 116 inkrementiert wird; durch ein negatives Ergebnis des Tests 117 wird der Test 118 erreicht, bei dem das Ergebnis negativ sein wird; durch ein negatives Ergebnis des Tests 114 werden die Schritte 103 - 105 erreicht, um die Sollgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, wie es oben beschrieben worden ist. Auf diese Weise wird das Belastungsfaktorerhöhungsinkrement zu der eingestellten Geschwindigkeit erhöht (5%/Sek.).

Wenn angenommen wird, daß alles richtig abläuft, indem das akkumulierte Inkrement in jedem Zyklus der Routine nach Fig. 2 um ein Prozent erhöht wird, so sollte das Inkrement nach 7 Zyklen auf sieben Prozent der Nenngeschwindigkeit akkumuliert worden sein. Das unterliegt aber einer Systemverzögerung. Mit dem 8en oder 9ten Zyklus wird die Triebwerksgeschwindigkeit wahrscheinlich 107% erreicht haben, sofern das Triebwerk nicht übermäßig belastet ist. Es kann angenommen werden, daß die Triebwerksgeschwindigkeit 107% in einem gewissen Zeitpunkt erreichen wird, wobei in diesem Fall durch ein bejahendes Ergebnis des Tests 114 der Schritt 115 erreicht wird, um zu veranlassen, daß das Inkrement auf null gestellt wird. Somit wird in dem Schritt 104 das laufende Inkrement (INCR)n gleich dem früheren Inkrement (INCR)m gemacht, weil der Inkrementwert (INCR) null ist. Das würde bedeuten, daß unter idealen, stationären Bedingungen (die wahrscheinlich nicht vorliegen werden) das Fehlersignal, das in dem Schritt 60a festgelegt wird, Zyklus um Zyklus dasselbe sein könnte, nachdem das Triebwerk 107% der Nenngeschwindigkeit erreicht hat.

Nach 50 Zyklen wird durch ein bejahendes Ergebnis des Tests 118 ein Test 119 erreicht werden, in welchem festgestellt wird, ob die vertikale Beschleunigung etwas abgenommen hat auf das 1,2- fache der Erdbeschleunigung. Wenn das Manöver dem Ende zugeht, wird die Belastung reduziert, und in dem Schritt 119 wird festgestellt, wann die Belastung beginnt, reduziert zu werden. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die Belastungsfaktorerhöhung der Triebwerksgeschwindigkeit an dem Ende eines Manövers mit hoher Belastung langsam verringert wird; das wird durch ein bejahendes Ergebnis des Tests 119 erreicht, durch das ein Schritt 120 erreicht wird, in welchem das Inkrement auf minus ein Zehntel eines Prozents eingestellt wird, was eine Verringerungsgeschwindigkeit von drei Zehnteln eines Prozents (0,3%) der Nenntriebwerksgeschwindigkeit pro Sekunde (bei einer 200-Millisekunden-Maschine) ergeben wird. Dann wird in einem Test 121 (der das Komplement des Tests 114 ist) festgestellt, ob die Triebwerksgeschwindigkeit auf die Nenntriebwerksgeschwindigkeit reduziert worden ist oder nicht. Wenn das nicht der Fall ist, werden durch ein negatives Ergebnis des Tests 121 die Schritte 103 - 105 erreicht, bei welchen die Operation wie zuvor abläuft, mit der Ausnahme, daß der Schritt 104 nun zu einer Verringerung des akkumulierten Inkrements für den laufenden Zyklus führen wird, weil der Inkrementfaktor nun negativ ist. Während der Verringerung wird das Fortschreiten üblicherweise ein positives Ergebnis aus dem Schritt 101 sein, was zu einem negativen Ergebnis des Tests 117 führt, zu einem positiven Ergebnis des Tests 118 und zu einem positiven Ergebnis des Tests 119, zu einer redundanten Ausführung des Schrittes 120 und zu einem negativen Ergebnis des Tests 121. Bei einer normalen Verringerung wird die Triebwerksgeschwindigkeit schließlich auf Nenngeschwindigkeit reduziert, so daß das Ergebnis des Tests 121 positiv sein wird, was zu einem Schritt 122 führt, in welchem das Inkrement auf null eingestellt wird (das Komplement des Schrittes 115), und zu einem Schritt 123, in welchem das Belastungsfaktorflag rückgesetzt wird, was anzeigt, daß der Vorgang der Belastungsfaktorerhöhung der Triebwerksgeschwindigkeit während dieses besonderen Manövers mit hoher Belastung geendet hat.

Nachdem das Belastungsfaktorflag gesetzt worden ist, ob während des Vergrößerns, während der stationären Anwendung von 107% der Nenngeschwindigkeit oder während des Verringerns, wird durch jeden Durchlauf durch die Routine nach Fig. 2 der Test 117 erreicht, um festzustellen, ob das Triebwerksdrehmoment das maximale Drehmoment erreicht hat, wie z.B. 111% Nenndrehmoment. Wenn das der Fall ist, dann wird ein bejahendes Ergebnis des Schrittes 117 gewährleisten, daß das Inkrement in dem Schritt 120 auf einen negativen Wert eingestellt wird, so daß die Erhöhung verringert wird, und zwar ungeachtet dessen, ob eine Vergrößerung oder ein stationärer Zustand mit 107% oder eine Verringerung zuvor vonstatten gegangen ist. Es kann angenommen werden, daß mehrere Durchläufe gemacht werden können, bevor das Triebwerksdrehmoment auf unter 111% gebracht wird, woran anschließend durch ein negatives Ergebnis des Schrittes 117 die Tests 118 und entweder 119, 114 und/oder 121 während des Vergrößerns, während des stationären Betriebes mit 107% Nenngeschwindigkeit oder während des Verringerns erreicht werden können. Wenn dieser fortgesetzte Vorgang des Vergrößerns oder stationären Zustands wieder bewirkt, daß das Drehmoment das maximale Drehmoment überschreitet, dann wird der Test 117 wieder ein bejahendes Ergebnis erbringen, und es wird automatisch mit dem Verringern begonnen. Der Test 117 und das resultierende Verringern entheben einen Piloten der Notwendigkeit, sich selbst mit dem Überschreiten des maximalen Drehmoments während eines Manövers mit hoher Belastung zu befassen, bei welchem die Belastungsfaktorerhöhung der Triebwerksgeschwindigkeit benutzt wird. Das ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung. Selbstverständlich verhindert der Regelteil 68 des Brennstoffreglers eine Übergeschwindigkeit und einen Betrieb mit exzessiven Temperaturen, wie es an sich gut bekannt ist. Bei Bedarf könnte durch ein bejahendes Ergebnis des Tests 117, das das maximale Drehmoment anzeigt, ein anderes negatives Inkrement eingestellt werden, um die Verringerung in einem Schritt parallel zu dem Schritt 120 schneller vorzunehmen; in diesem Fall würde der Schritt 120 nur von dem Test 119 aus erreicht werden.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß, statt daß sie eine geformte Funktion von irgendeiner Erscheinung (positive longitudinale Nickgeschwindigkeit, vertikale Beschleunigung) verwendet, die vorliegende Erfindung auf hohe Belastungsfaktoren anspricht, indem sie schnell eine Vergrößerung auf eine maximale Triebwerksgeschwindigkeit vornimmt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Aufrechterhaltung der erhöhten Triebwerksgeschwindigkeit für eine Schwellenzeitspanne, um zu gewährleisten, daß Manöver vollendet werden können, bevor dem Triebwerk gestattet wird, seine Geschwindigkeit zu verringern.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer relativ langsamen Verringerung, wenn das Manöver vollendet wird, was durch eine Reduktion in dem Belastungsfaktor angezeigt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sind das konstante Überwachen auf exzessives Drehmoment und das automatische Verringern der Triebwerksgeschwindigkeit auf ein hohes Triebwerksdrehmoment hin.

Die exemplarische Ausführungsform ist hier am Beispiel einer Realisierung innerhalb eines Programms eines digitalen Brennstoffreglers beschrieben worden. Die besonderen Merkmale des Brennstoffreglers sind irrelevant, solange er von dem Typ ist, bei dem eine Turbinenreferenzgeschwindigkeit benutzt wird, um die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk zu regeln. Andererseits, wenn eine andere Art von grundlegendem Referenzwert für das Triebwerk des Hubschraubers benutzt werden würde, könnten die Lehren der vorliegenden Erfindung ohne weiteres daran angepaßt werden. Die Art und Weise, auf die der Brennstoffregler die Brennstoffzufuhr steuert, ist für die vorliegende Erfindung irrelevant. Die Erfindung ist in einem existierenden digitalen Brennstoffregler ohne weiteres realisierbar, der in der Lage ist, die Algorithmen der Erfindung und die übrigen Algorithmen des oben erwähnten Patents auszuführen. Die Erfindung läßt sich zur Verwendung bei irgendeinem Brennstoffregler ohne weiteres implementieren, da durch die Erfindung nur die NF-Einstellfunktion desselben verändert wird. Sie kann in zweckbestimmter digitaler Hardware oder in analoger Hardware, je nach Bedarf, ausgeführt werden. In einem solchen Fall kann sie auf andere Art und Weise, als es hier beschrieben worden ist, gemäß der allgemeinen Äguivalenz zwischen der hier gezeigten Software und zweckbestimmter digitaler Hardware und Software realisiert werden, wobei diese Äguivalenz in dem US-Patent Nr. 4 294 162 (in einem unterschiedlichen Beispiel) beschrieben ist. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung innerhalb eines digitalen automatischen Flugsteuersystemcomputers realisiert werden, wie er in dem US-patent Nr. 4 270 168 gezeigt ist, oder auf andere Weise, wobei in diesem Fall die Brennstoffsteuersignalverarbeitungseinrichtung nach der Erfindung einen Teil des Flugsteuersystems umfassen würde. Die Zykluszeiten, die Zählungen und dgl. können alle selbstverständlich so eingestellt werden, daß sie irgendeiner Realisierung und Verwendung der Erfindung angepaßt sind. Alles Vorstehende ist für die Erfindung irrelevant. Es genügt, die Aspekte derselben auszuwählen, die benutzt werden sollen, und eine geeignete Signalverarbeitung vorzusehen, um das gewünschte Ergebnis gemäß der Erfindung auf eine Art und Weise zu erzielen, die für die beabsichtigte Realisierung oder für den Gebrauch bei Flugzeugen geeignet ist.


Anspruch[de]

1. Steuerung fur ein Hubschraubertriebwerk (20), das eine Freifahrturbine (40) zum normalen Antreiben der Hubschrauberrotoren (10, 22) mit einer Nenngeschwindigkeit hat, mit:

einer Einrichtung (54) zum Liefern eines Istgeschwindigkeitssignals (56), das die Drehgeschwindigkeit der Freifahrturbine (40) angibt;

einer Brennstoffventileinrichtung (72) zum Zumessen von Brennstoff zu dem Triebwerk (20) in einer Menge, die durch ein Brennstoffstellsignal (70) bestimmt wird, das an sie angelegt wird; und

einer Brennstoffsteuersignalverarbeitungseinrichtung (52), die so angeschlossen ist, daß sie auf das Istgeschwindigkeitssignal (56) anspricht, die ein Referenzgeschwindigkeitssignal (62) liefert, das die Solldrehgeschwindigkeit der Freifahrturbine (40) angibt und normalerweise die Nenngeschwindigkeit anzeigt und eine Geschwindigkeit, die größer als die Referenzgeschwindigkeit ist, bei Manövern mit hoher Rotorbelastung anzeigt, die auf das Istgeschwindigkeitssignal (56) und auf das Referenzgeschwindigkeitssignal (62) hin ein Geschwindigkeitsfehlersignal (66) liefert, welches die Differenz in der Turbinengeschwindigkeit, die durch das Istgeschwindigkeitssignal angezeigt wird, und dem Referenzgeschwindigkeitssignal anzeigt, und die das Brennstoffstellsignal (70) an die Brennstoffventileinrichtung (72) anlegt, das eine Sollbrennstoffzufuhr als eine Funktion des Geschwindigkeitsfehlersignals (66) angibt, und einem Vertikalbeschleunigungsmesser (81) zum Liefern eines Vertikalbeschleunigungssignals (79), das die Beschleunigung des Hubschraubers in einer Richtung angibt, die zu der Drehachse des Hauptrotors (10) im wesentlichen parallel ist; dadurch gekennzeichnet, daß:

die Brennstoffsteuersignalverarbeitungseinrichtung (52) eine Einrichtung (78) aufweist, die auf das Vertikalbeschleunigungssignal (79) hin, welches eine positive Vertikalbeschleunigung anzeigt, die einen Schwellenwert übersteigt, sukzessive größere Geschwindigkeitserhöhungsinkremente (77) dem Referenzgeschwindigkeitssignal (62) gibt, damit ein vorbestimmtes Referenzgeschwindigkeitssignal erreicht wird, das eine Referenzgeschwindigkeit anzeigt, die die Nenngeschwindigkeit übersteigt, um das vorbestimmte Referenzgeschwindigkeitssignal für wenigstens eine vorbestimmte Zeitspanne zu liefern, und auf das Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne hin und auf das Vertikalbeschleunigungssignal (79) hin, welches eine positive Vertikalbeschleunigung anzeigt, die um eine bestimmte endliche Größe kleiner als der Schwellenwert ist, sukzessive größere Geschwindigkeitsverringerungsinkremente (77) für das Referenzgeschwindigkeitssignal (62) liefert, damit ein Referenzgeschwindigkeitssignal erreicht wird, das die Nenngeschwindigkeit anzeigt.

2. Steuerung für ein Hubschraubertriebwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine Drehmomenterfassungseinrichtung (85) zum Erfassen des Drehmoments, das durch die Turbine auf die Rotoren ausgeübt wird, und zum Liefern eines Drehmomentsignais (84), welches dasselbe angibt; und

eine Einrichtung (78), die auf das Vertikalbeschleunigungssignal anspricht und außerdem alternativ auf das Vertikalbeschleunigungssignal (79) anspricht, welches eine positive Vertikalbeschleunigung anzeigt, die kleiner als der Schwellenwert ist, oder auf das Drehmomentsignal (84) anspricht, welches anzeigt, daß sich das Drehmoment dem maximal zulässigen Turbinendrehmoment nähert, um sukzessive größere Geschwindigkeitsverringerungsinkremente (77) für das Referenzgeschwindigkeitssignal (62) zu liefern, damit ein Referenzgeschwindigkeitssignal erreicht wird, das-die Nenngeschwindigkeit anzeigt.

3. Steuerung für ein Hubschraubertriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Einrichtung (78), die auf das Vertikalbeschleunigungssignal (79) anspricht, die sukzessive größeren Geschwindigkeitsvergrößerungsinkremente (77) für das Referenzgeschwindigkeitssignal liefert, damit innerhalb einer ersten Zeitspanne ein vorbestimmtes Referenzgeschwindigkeitssignal erreicht wird, das eine Referenzgeschwindigkeit anzeigt, die die Nenngeschwindigkeit übersteigt, und sukzessive größere Geschwindigkeitsverringerungsinkremente (77) für das Referenzgeschwindigkeitssignal (62) liefert, damit ein Referenzgeschwindigkeitssignal, das die Nenngeschwindigkeit anzeigt, innerhalb einer zweiten Zeitspanne, die wenigstens mehrmals größer als die erste Zeitspanne ist, erreicht wird.

4. Verfahren zum Erhöhen der Hubschraubertriebwerksgeschwindigkeit während Manövern mit hoher Rotorbelastung durch Erhöhen der Triebwerksreferenzgeschwindigkeit in einem Triebwerksbrennstoffregler, mit:

einer Einrichtung (54) zum Liefern eines Istgeschwindigkeitssignals (56), das die Drehgeschwindigkeit der Freifahrturbine (40) angibt;

einer Brennstoffventileinrichtung (72) zum Zumessen von Brennstoff zu dem Triebwerk (20) in einer Menge, die durch ein Brennstoffstellsignal (70) bestimmt wird, das an sie angelegt wird; und

einer Brennstoffsteuersignalverarbeitungseinrichtung (52), die so angeschlossen ist, daß sie auf das Istgeschwindigkeitssignal (56) anspricht, die ein Referenzgeschwindigkeitssignal (62) liefert, das die Solldrehgeschwindigkeit der Freifahrturbine (40) angibt und normalerweise die Nenngeschwindigkeit anzeigt und eine Geschwindigkeit, die größer als die Referenzgeschwindigkeit ist, bei Manövern mit hoher Rotorbelastung anzeigt, die auf das Istgeschwindigkeitssignal (56) und auf das Referenzgeschwindigkeitssignal (62) hin ein Geschwindigkeitsfehlersignal (66) liefert, welches die Differenz in der Turbinengeschwindigkeit, die durch das Istgeschwindigkeitssignal angezeigt wird, und dem Referenzgeschwindigkeitssignal anzeigt und die das Brennstoffstellsignal (70) an die Brennstoffventileinrichtung (72) anlegt, das eine Sollbrennstoffzufuhr als eine Funktion des Geschwindigkeitsfehlersignals (66) angibt, und einem Vertikalbeschleunigungsmesser (81) zum Liefern eines Vertikalbeschleunigungssignals (79), das die Beschleunigung des Hubschraubers in einer Richtung angibt, die zu der Drehachse des Hauptrotors (10) im wesentlichen parallel ist; gekennzeichnet durch:

Aufrechterhalten einer Triebwerksreferenzgeschwindigkeit, die die maximale Triebwerksgeschwindigkeit anzeigt, für ein vorbestimmtes Zeitintervall; und

nach dem Verstreichen des vorbestimmten Zeitintervalls, Verringern der Triebwerksreferenzgeschwindigkeit auf die Nenntriebwerksgeschwindigkeit auf eine reduzierte Motorbelastung hin.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch regelmäßiges Überwachen des Triebwerksdrehmoments (84); und Verringern der Triebwerksreferenzgeschwindigkeit (62), wenn sich das Triebwerksdrehmoment dem maximalen Triebwerksdrehmoment nähert.

6. Verfahren nach Anspruch 4, beinhaltend die Schritte: Vergrößern der Referenzgeschwindigkeit von der Nenntriebwerksgeschwindigkeit aus auf die maximale Triebwerksgeschwindigkeit; Halten der Referenzgeschwindigkeit auf der maximalen Triebwerksgeschwindigkeit, bis die Rotorbelastung reduziert wird; und

Verringern der Referenzgeschwindigkeit von der maximalen Triebwerksgeschwindigkeit aus auf die Nenntriebwerksgeschwindigkeit auf eine reduzierte Rotorbelastung hin.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Haltens beinhaltet, die Referenzgeschwindigkeit für wenigstens ein vorbestimmtes Zeitintervall auf der maximalen Triebwerksgeschwindigkeit zu halten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zeitintervall etwa 10 Sekunden beträgt.

99 Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Referenzgeschwindigkeit wenigstens mehrmals schneller vergrößert wird, als sie verringert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Referenzgeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit von etwa 5% der Nenngeschwindigkeit pro Sekunde vergrößert wird und mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,3% der Nenngeschwindigkeit pro Sekunde verringert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 4, beinhaltend die Schritte: Erhöhen des Geschwindigkeitsreferenzsignals von der Nenngeschwindigkeit aus auf die maximal zulässige Turbinengeschwindigkeit, wenn die Rotorbelastung einen ersten Schwellenwert erreicht; und

Verringern des Geschwindigkeitsreferenzsignals von der maximal zulässigen Turbinengeschwindigkeit aus auf die Nenngeschwindigkeit, wenn die Rotorbelastung einen zweiten Wert erreicht, der etwa in der Mitte zwischen dem ersten Wert und der normalen Rotorbelastung liegt.







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