DE69200584T2

DE69200584T2 - Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Flugzeugtriebwerkes.

Info

Publication number: DE69200584T2
Application number: DE69200584T
Authority: DE
Inventors: Bernard Bissey; Claude Maffre
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2012-08-05
Also published as: EP0532374B1; FR2680386B1; FR2680386A1; US5277024A; EP0532374A1; DE69200584D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Drehzahlsteuerung der Triebwerke eines Luftfahrzeugs.
Es ist bekannt, daß die Steuerung der Triebwerke (oder Strahltriebwerke) eines Luftfahrzeugs entsprechend den Umständen von Hand oder automatisch erfolgen kann. Vereinfachend kann die Steuerung eines Triebwerks folgendermaßen beschrieben werden. Im ersten Fall bewegt der Pilot von Hand einen Gashebel, dessen Stellungsänderung sich in Änderungen der vom Triebwerk abgegebenen Leistung (Schub) äußert. Im zweiten Fall werden die Einstellungen des Triebwerks nicht von Hand durch den Piloten, sondern von einer Automatik entsprechend den vom Piloten erhaltenen Befehlen ausgeführt. Je nach Lage des Falls betätigt diese Automatik:
- über ihren Servomotor direkt den Gashebel, der sich dadurch, ohne vom Piloten bewegt zu werden, verschiebt. Der Gashebel kann mechanisch mit dem Regler für die Treibstoffzufuhr des entsprechenden Triebwerks oder mit einem elektrischen Stellungsgeber verbunden sein, der Informationen an den Steuerrechner des Triebwerks gibt;
- direkt, wie in Patent FR-2 580 034 ohne Verschiebung des Gashebels den Steuerrechner des Triebwerks.
Die Nachteile der obigen Lösungen sind folgende:
- bei einer die Gashebel betätigenden Automatik unterliegen die Leistungen den Fehlern aller in die Drehzahlsteuerung der Triebwerke einbezogenen mechanischen Elemente (vor allem Schwelle, Hysterese, Trägheit). Eine gleiche Drehzahlsteuerung für alle Triebwerke ist im übrigen schwierig;
- bei einer Automatik ohne Betätigung der Gashebel wird durch deren Stellung nicht die von der Vorrichtung gesteuerte Triebwerksdrehzahl dargestellt.
Ziel dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
Dazu umfaßt die Vorrichtung zur Drehzahlsteuerung des Triebwerks eines Luftfahrzeugs, das mit einer Kontrollvorrichtung versehen ist und von einem Piloten gesteuert werden kann:
- einen Gashebel, der einerseits mit einem Stellungsgeber und andererseits über eine mechanische Kraftübertragung mit einem Servomotor mit Steuerung verbunden ist, wobei
- die Kontrollvorrichtung, durch die der Pilot den Flugmodus wählen kann, einerseits mit einem ersten Rechner zur Berechnung der zu erzielenden Triebwerksdrehzahl X OBJ und andererseits mit Schaltmitteln verbunden ist, die zwei Schaltstellungen entsprechend für die Steuerung von Hand und für die automatische Steuerung und zwei Eingänge "Hand" und "Automatik" haben,
- der erste Rechner außerdem Informationen über triebwerksexterne Parameter erhält und ein erstes Signal, das für die zu erzielende Triebwerksdrehzahl X OBJ repräsentativ ist, an den Eingang eines zweiten Rechners gibt, der die zu erzielende Drehzahl X OBJ mit der Grenzdrehzahl des Triebwerks X LIM vergleicht und an seinem Ausgang ein zweites Signal abgibt, das für die Solldrehzahl des Triebwerks X CONS repräsentativ ist, so daß
1) wenn X OBJ < X LIM, X CONS = X OBJ und
2) wenn X OBJ ≥ X LIM, X CONS = X LIM,
- der Stellungsgeber mit dem Eingang eines dritten Rechners verbunden ist, der an seinem Ausgang ein drittes Signal abgibt, das für die Drehzahl des Triebwerks entsprechend der Gashebelstellung X(TLA) repräsentativ ist, und mit dem Eingang "Hand" der Schaltmittel verbunden ist,
- das zweite und dritte Signal an die Eingänge eines Komparators gegeben werden, dessen Ausgang mit der Steuerung des Servomotors verbunden ist, und
- der zweite Rechner mit dem Eingang "Automatik" der Schaltmittel verbunden ist,
- die mechanische Kraftübertragung zwischen dem Servomotor und dem Gashebel durch eine Kupplung erfolgt, die bei Betätigung des Gashebels durch den Piloten von Hand überfahren werden kann,
- der zweite Rechner mit den Schaltmitteln über einen vierten Rechner verbunden ist, der außerdem mit dem dritten Rechner verbunden ist und ausgehend vom zweiten und dritten Signal ein viertes Signal abgibt, das für die gesteuerte Triebwerksdrehzahl X COM repräsentativ ist, so daß:
a) wenn die Beziehung
X(TLA) - Δ ≤ X CONS ≤ X(TLA) + Δ (1)
(wobei Δ eine bestimmte Abweichung oder Toleranz darstellt) erfüllt ist, X COM = X CONS und
b) wenn die Beziehung (1) nicht erfüllt ist,
X COM = X(TLA) - Δ, wenn X CONS < X(TLA) - Δ, und
X COM = X(TLA) + Δ, wenn X CONS > X(TLA) + Δ.
Durch die oben beschriebene Steuervorrichtung gibt die Stellung der Gashebel somit immer die von der Vorrichtung gesteuerte Triebwerksdrehzahl wieder. Andererseits sind die Leistungen von den Fehlern der an der Steuerung der Triebwerksdrehzahl beteiligten mechanischen Elemente unabhängig, und die Vorrichtung kann durch Betätigung des Gashebels überfahren werden, während die Triebwerksdrehzahl die der betrachteten Flugphase entsprechende Drehzahlgrenze nicht überschreitet.
Vorteilhafterweise erfolgt die mechanische Kraftübertragung zwischen dem Servomotor und dem Gashebel durch eine Reibkupplung, die mit einer elektromagnetischen Kupplung verbunden ist.
Außerdem kann die Vorrichtung einen Hilfsrechner für die Triebwerksgrenzdrehzahl X LIM und/oder eine Vorrichtung zur Verarbeitung der Informationen der triebwerksexternen und gegebenenfalls der triebwerksinternen Informationen haben, die mit dem ersten Rechner verbunden ist.
Diese Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl der Triebwerke eines Luftfahrzeugs, wobei das Luftfahrzeug eine Vielzahl von Triebwerken und eine Kontrollvorrichtung hat und von einem Piloten gesteuert werden kann, derart, daß sie umfaßt:
- eine Vielzahl von Gashebeln, wobei jeder Gashebel einem Triebwerk zugeordnet ist und einerseits mit einem Stellungsgeber und andererseits über eine mechanische Kraftübertragung mit einem Servomotor mit Steuerung verbunden ist, wobei
- die Kontrollvorrichtung, durch die der Pilot den Flugmodus wählen kann, einerseits mit einem ersten Rechner zur Berechnung der zur erzielenden Drehzahl der Triebwerke X OBJ und andererseits für jedes Triebwerk mit Schaltmitteln verbunden ist, die zwei Schaltstellungen entsprechend für die Handsteuerung und die automatische Steuerung und zwei Eingänge "Hand" und "Automatik" haben,
- der erste Rechner außerdem Informationen über triebwerksexterne Parameter erhält und ein erstes Signal, das für die zu erzielende Triebwerksdrehzahl X OBJ repräsentativ ist, an den Eingang zweiter Rechner gibt, wobei jeder zweite Rechner einem Triebwerk zugeordnet ist und die zu erzielende Drehzahl X OBJ mit der Grenzdrehzahl des entsprechenden Triebwerks X LIM vergleicht und an seinem Ausgang ein zweites Signal abgibt, das für die Solldrehzahl des entsprechenden Triebwerks X CONS repräsentativ ist, so daß
1) wenn X OBJ < X LIM, X CONS = X OBJ und
2) wenn X OBJ ≥ X LIM, X CONS = X LIM,
- die Stellungsgeber mit dem Eingang dritter Rechner verbunden sind, wobei jeder dritte Rechner einem Triebwerk zugeordnet ist und an seinem Ausgang ein drittes Signal abgibt, das für die Drehzahl des jeweiligen Triebwerks entsprechend der Stellung des dem Triebwerk zugeordneten Gashebels X(TLA) repräsentativ ist, und mit dem Eingang "Hand" der Schaltmittel verbunden ist,
- das zweite und dritte Signal an die Eingänge von Komparatoren gegeben werden, die jeweils einem Triebwerk zugeordnet sind und deren Ausgang jeweils mit der Steuerung des Servomotors verbunden ist, und
- jeder zweite Rechner mit dem Eingang "Automatik" der Schaltmittel verbunden ist,
- alle Gashebel von einem einzigen Servomotor mit einer einzigen Steuerung gesteuert werden, die mit dem Ausgang der Komparatoren über eine Logik verbunden ist, durch die aus der Vielzahl der von den Komparatoren erhaltenen Werte ein bestimmter Wert ausgewählt werden kann,
- die mechanische Kraftübertragung zwischen dem Servomotor und jedem Gashebel durch eine Kupplung erfolgt, die bei Betätigung des Gashebels durch den Piloten von Hand überfahren werden kann,
- jeder zweite Rechner mit den Schaltmitteln über einen vierten Rechner verbunden ist, der außerdem mit dem dritten Rechner verbunden ist und ausgehend vom zweiten und dritten Signal ein viertes Signal abgibt, das für die gesteuerte Drehzahl des entsprechenden Triebwerks X COM repräsentativ ist, so daß:
a) wenn die Beziehung
X(TLA) - Δ ≤ X CONS ≤ X(TLA) + Δ (1)
(wobei Δ eine bestimmte Abweichung oder Toleranz darstellt) erfüllt ist, X COM = X CONS und
b) wenn die Beziehung (1) nicht erfüllt ist,
X COM = X(TLA) - Δ, wenn X CONS < X(TLA) - Δ, und
X COM = X(TLA) + Δ, wenn X CONS > X(TLA) + Δ.
In diesem Fall bleiben bei einer Vielzahl von Triebwerken die obigen Vorteile erhalten, und die Drehzahlen der Triebwerke sind andererseits trotz einer eventuell unterschiedlichen Stellung der Gashebel, die kleiner als ein gegebener Wert ist, identisch.
Vor allem kann die Logik aus der Vielzahl der von den Komparatoren erhaltenen Werte den kleinsten Wert oder den größten Wert auswählen.
Vorteilhafterweise kann mit Hilfe von Schaltmitteln, die durch die Kontrollvorrichtung gesteuert werden können, anstelle des kleinsten Wertes der größte Wert und umgekehrt ausgewählt werden.
Vorzugsweise erfolgt die mechanische Kraftübertragung zwischen dem Servomotor und jedem Gashebel durch eine Reibkupplung, die einer elektromagnetischen Kupplung zugeordnet ist.
Im übrigen kann die Steuervorrichtung der Erfindung einen Hilfsrechner für die Grenzdrehzahl jedes Triebwerks und/oder eine vorrichtung zur Verarbeitung der Informationen der triebwerksexternen und gegebenenfalls der triebwerksinternen Parameter jedes Triebwerks haben, wobei die Vorrichtung mit dem ersten Rechner verbunden ist.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. Auf diesen Figuren werden ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet, und der für die Triebwerksdrehzahl verwendete allgemeine Parameter X nimmt die von einigen Triebwerksherstellern bevorzugte spezielle Parameterform N1 an.
Figur 1 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Triebwerks eines Luftfahrzeugs.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Drehzahl der n Triebwerke eines Luftfahrzeugs.
Die Figuren 3a,b, 4a,b, 5a,b und 6a,b zeigen mehrere Ahwendungsbeispiele der Vorrichtung von Figur 2.
Wie Figur 1 zeigt, hat die Vorrichtung 1 zur Steuerung der Drehzahl eines Triebwerks 2 eines Luftfahrzeugs, wobei dieses (nicht dargestellt) eine Kontrollvorrichtung 3 hat und von einem Piloten gesteuert werden kann, einen Gashebel 4, der einerseits mit einem Stellungsgeber 5 und andererseits über eine mechanische Kraftübertragung 8 mit einem Servomotor 6 mit einer Steuerung 7 verbunden ist.
Im übrigen ist die Kontrollvorrichtung 3, durch die der Pilot insbesondere den Flugmodus (d.h. vor allem konstante Geschwindigkeit, konstante Machzahl oder konstanten Schub) wählen kann, einerseits über eine Verbindung 10 mit einem ersten Rechner 9, wobei der Rechner die zu erzielende Triebwerksdrehzahl (oder "Ziel"-Drehzahl) N1 OBJ errechnet, und andererseits über eine Verbindung 12 mit einem Schalter 11 verbunden, wobei der Schalter 11 zwei Stellungen entsprechend für Handsteuerung und für automatische Steuerung haben kann und dazu einen Eingang "Hand" 11A und einen Eingang "Automatik" 11B hat. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels wurde als charakteristischer Parameter für die Drehzahlführung der Triebwerke die Drehzahl von Laufrad N1 gewählt. Das stellt natürlich keine Einschränkung dar, und es hätte ebensogut ein anderer Parameter (oben mit "X" bezeichnet), wie beispielsweise die Drehzahl eines anderen Laufrades oder das Strömungsdruckverhältnis, gewählt werden können.
Außerdem kann der erste Rechner 9 über eine Verbindung 14 von einer Datenverarbeitungsvorrichtung 13 Informationen über triebwerksinterne (Verbindung 15) und vor allem triebwerksexterne (Verbindung 16) Parameter erhalten. Diese von einer vielzahl von Gebern (nicht dargestellt) kommenden Parameter können sowohl triebwerksinterne Parameter (Temperaturen, Drücke, Drehgeschwindigkeit des oder der Laufräder usw.) als auch Parameter sein, die sich auf die Umgebung des Luftfahrzeugs beziehen (Temperaturen, Drücke, Höhe, Geschwindigkeit der umgebenden Luft, relative Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs gegenüber der Luft, Beschleunigung des Luftfahrzeugs usw.). Andererseits gibt der erste Rechner 9 über eine Verbindung 17 ein erstes, für die zu erzielende Triebwerksdrehzahl N1 OBJ repräsentatives Signal an den Eingang eines zweiten Rechners 18, der die zu erzielende Drehzahl N1 OBJ mit der über Verbindung 20 von einem Hilfsrechner 19 kommenden Triebwerks- Grenzdrehzahl N1 LIM vergleicht. Der zweite Rechner 18 gibt an seinem Ausgang ein zweites Signal ab, das für die Triebwerks-Solldrehzahl N1 CONS repräsentativ ist, so daß
1) wenn N1 OBJ < N1 LIM, N1 CONS = N1 OBJ und
2) wenn N1 OBJ ≥ N1 LIM, N1 CONS = N1 LIM.
Außerdem ist der Stellungsgeber 5 durch Verbindung 21 mit dem Eingang eines dritten Rechners 22, der an seinem Ausgang ein drittes Signal abgibt, das für die Triebwerks-Drehzahl entsprechend der Gashebelstellung N1(TLA) repräsentativ ist, und durch Verbindung 23 mit dem Eingang "Hand" 11A von Schalter 11 verbunden.
Wie auch in Figur 1 zu sehen ist, gelangen das zweite und dritte Signal über die entsprechenden Verbindungen 24 und 25 an die Eingänge eines Komparators 26, dessen Ausgang durch Verbindung 27 mit der Steuerung 7 von Servomotor 6 verbunden ist und als Signal die Differenz aus dem zweiten und dritten Signal abgibt.
Ganz besonders erfolgt entsprechend der Erfindung die mechanische Kraftübertragung 8 zwischen Servomotor 6 und Gashebel 4 durch eine Kupplung, die durch Betätigung von Gashebel 4 durch den Piloten überfahren werden kann, beispielsweise eine Reibkupplung 8A, die einer elektromagnetischen Kupplung 8B (mit der Kontrollvorrichtung 3 durch Verbindung 12 verbunden) zugeordnet ist, und ist der zweite Rechner 18 mit dem Schalter 11 (über eine Verbindung 29) mit Hilfe eines vierten Rechners 28 verbunden, der außerdem durch Verbindung 30 mit dem dritten Rechner 22 verbunden ist und ausgehend vom zweiten und dritten Signal ein viertes Signal abgibt, das für die gesteuerte Triebwerks-Drehzahl N1 COM repräsentativ ist, so daß:
a) wenn die Beziehung
N1(TLA) - Δ ≤ N1 CONS ≤ N1(TLA) + Δ (1)
(wobei Δ eine bestimmte Abweichung oder Toleranz darstellt) erfüllt ist, N1 COM = N1 CONS und
b) wenn die Beziehung (1) nicht erfüllt ist,
N1 COM = N1(TLA) - Δ, wenn N1 CONS < N1(TLA) - Δ und
N1 COM = N1(TLA) + Δ, wenn N1 CONS > N1(TLA) + Δ.
Der Ausgang des vierten Rechners 28 ist über Verbindung 31 mit dem Eingang "Automatik" 11B von Schalter 11 verbunden, dessen Ausgang über Verbindung 32 und mit Hilfe einer geeigneten Schnittstelle mit Triebwerk 2 verbunden ist.
Die Funktion der oben beschriebenen Vorrichtung ist folgende:
Wenn das Triebwerk von Hand gecheckt wird (Schalter 11 in Stellung "Hand" 11A), sind Gashebel 4 und Servomotor 6 ausgekoppelt (elektromagnetische Kupplung 8B ist nicht erregt), und die Drehzahl von Triebwerk 2 ist direkt von der Stellung von Gashebel 4 über Rechner 22 abhängig, der die Beziehung:
N1 COM = N1(TLA)
herstellt, in der, wie bereits angegeben:
- N1 COM die gesteuerte Triebwerks-Drehzahl und
- N1(TLA) die entsprechend der Winkelstellung des Gashebels berechnete Triebwerks-Drehzahl
sind.
Bei automatischem Betrieb ist Gashebel 4 mit Servomotor 6 verbunden, und zwar durch:
- die elektromagnetische Kupplung 8B, die erregt ist, wenn die automatische Schubsteuerung aktiviert ist (Schalter 11 in Stellung "Automatik" 11B) und
- das bei Betätigung des Gashebels durch den Piloten überfahrbare Reibkupplungselement 8A.
Entsprechend den vom Piloten angegebenen Sollwerten und triebwerksexternen und gegebenenfalls triebwerksinternen Parametern errechnet der Rechner 9 die zu erzielende Triebwerksdrehzahl ("Ziel"-Triebwerksdrehzahl) N1 OBJ. Andererseits errechnet Rechner 19 in Abhängigkeit von der Flugphase aus der Fluggeschwindigkeit, der Umgebungstemperatur usw. eine für das Triebwerk größtzulässige Drehzahl N1 LIM (N1 Grenzwert).
Die Drehzahl N1 OBJ wird zusammen mit der Drehzahl N1 LIM an Rechner 18 gegeben, der an seinem Ausgang den niedrigsten der beiden Werte N1 OBJ und N1 LIM abgibt, der zu N1 CONS (N1 Sollwert) für die Triebwerkssteuerung wird.
Mit anderen Worten:
wenn N1 OBJ < N1 LIM, ist N1 CONS = N1 OBJ und
wenn N1 OBJ ≥ N1 LIM, ist N1 CONS = N1 LIM.
Der Befehl N1 CONS bildet den Beginn eines Regelungsvorgangs, dessen Ziel die Bewegungssteuerung des Gashebels durch den Servomotor ist, so daß die Triebwerksdrehzahl entsprechend der Gashebelstellung N1(TLA) gleich N1 CONS ist. Diese Regelung kann zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl des Servomotors erfolgen.
Wenn der Pilot am Gashebel eine Kraft ausübt und diesen verschiebt, weicht N1(TLA) von N1 CONS ab, und es ergeben sich die im weiteren untersuchten Auswirkungen. Es ist jedoch festzustellen, daß der Servomotor, wenn die Automatik auf diese Weise überfahren wird, während der Betätigung des Gashebels weiter läuft und daß der Gashebel, sobald diese Betätigung eingestellt ist, in die N1 CONS entsprechende Stellung zurückkehrt.
Andererseits werden von Rechner 28, an den die unabhängig von den Gegebenheiten immer errechnete Information N1(TLA) gelangt, die Grenzwerte:
N1(TLA) + Δ (oberer Grenzwert)
N1(TLA) - Δ (unterer Grenzwert)
errechnet (wobei Δ eine vorbestimmte Abweichung oder Toleranz ist).
Rechner 28, an den außerdem von Rechner 18 das Signal N1 CONS gelangt, stellt die Beziehung:
N1(TLA) - ≤ N1 CONS ≤ N1(TLA) + Δ (1)
her. Wenn die Beziehung (1) erfüllt ist, übermittelt Rechner 28 an Triebwerk 2 das Signal N1 CONS. In diesem Fall ist:
N1 COM = N1 CONS.
Wenn die Beziehung (1) dagegen nicht erfüllt ist, läßt Rechner 28 N1 CONS unberücksichtigt und bestimmt:
N1 COM = N1(TLA) - Δ, wenn N1 CONS < N1(TLA) - Δ,
N1 COM = N1(TLA) + Δ, wenn N1 CONS > N1(TLA) + Δ.
Die beschriebene Steuervorrichtung hat folgende Vorteile:
a) Die Stellung des Gashebels gibt die gesteuerte Triebwerksdrehzahl (mit einer Toleranz gleich Δ) wieder. Abgesehen von einer Störung oder vom Überfahren der Automatik durch Betätigung des Gashebels ist
N1(TLA) = N1 CONS (Regelung),
so daß
N1(TLA) - Δ ≤ N1 CONS ≤ N1 (TLA) + Δ
und folglich:
N1 COM = N1 CONS.
Demzufolge ist:
N1(TLA) = N1 COM.
b) Die Automatik kann durch Bewegen des Gashebels überfahren werden.
Bei Überfahren der Automatik übt der Pilot am Gashebel eine Kraft aus und verschiebt diesen infolge der Reibungskupplung trotz der Reaktion des Servomotors.
In diesem Augenblick ist:
N1(TLA) ≠ N1 CONS,
und durch Rechner 28 wird eine der beiden folgenden (bereits oben genannten) Beziehungen hergestellt:
N1 COM = N1(TLA) - Δ, wenn N1 CONS < N1(TLA) - Δ
N1 COM = N1(TLA) + Δ, wenn N1 CONS > N1(TLA) + Δ.
c) Die von der Automatik gesteuerte Triebwerksdrehzahl überschreitet nicht die für das Triebwerk zulässige größte Drehzahl:
N1 COM ≤ N1 LIM.
Andererseits haben die mit der Steuerung des Gashebels verbundenen mechanischen Fehler (Reibung, Spiel, Hysterese) keinerlei Auswirkung auf die Leistungen der automatischen Triebwerkssteuerung, zumindest solange die mit diesen Fehlern verbundenen Abweichungen der Triebwerksdrehzahl kleiner als Δ sind.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Drehzahlsteuerung der Triebwerke eines Luftfahrzeugs mit einer Vielzahl von Triebwerken 2.1, ..., 2.n. Es ist klar, daß n eine ganze Zahl ist, die gleich 2, 3, 4 oder darüber sein kann.
Jedem Triebwerk 2.1, ..., 2.n ist ein entsprechender Gashebel 4.1, ..., 4.n zugeordnet, der einerseits mit einem Geber 5.1, ..., 5.n für dessen Stellung und andererseits über eine mechanische Kraftübertragung 8.1, ..., 8.n mit einem allen Gashebeln gemeinsamen Servomotor 6 verbunden ist, der mit einer ebenfalls einzigen Steuerung 7 versehen ist. Jede mechanische Kraftübertragung 8.1, ..., 8.n hat wie in Figur 1 eine Kupplung, die durch Betätigung des entsprechenden Gashebels durch den Piloten überfahren werden kann, beispielsweise eine Reibkupplung 8A.1, ..., 8A.n, die einer elektromagnetischen Kupplung 8B.1, ..., 8B.n zugeordnet ist.
Wie oben ist eine Kontrollvorichtung 3, an der der Pilot den Flugmodus wählen kann, einerseits mit einem ersten Rechner 9 (über Verbindung 10) zur Berechnung der zu erzielenden Triebwerksdrehzahl N1 OBJ und andererseits durch Verbindungen 12.1., ..., 12.n mit Schaltern 11.1, ..., 11.n (wobei ein solcher Schalter für jedes Triebwerk vorgesehen werden kann) mit zwei Schaltstellungen für Handsteuerung und automatische Steuerung verbunden, die zwei Eingänge "Hand" 11A.1, ..., 11A.n und "Automatik" 11B.1, ..., 11B.n haben.
Der erste Rechner 9 erhält außerdem von der Datenverarbeitungsvorrichtung 13 über eine Verbindung 14 Informationen zu triebwerksinternen (Verbindung 15.1, ..., 15.n) und vor allem triebwerksexternen (Verbindung 16) Parametern der Triebwerke 2.1, ..., 2.n. Außerdem gibt der erste Rechner 9 über Verbindung 17 an die identischen Recheneinheiten 100.1, ..., 100.n, die jeweils einem Triebwerk 2.1, ..., 2.n zugeordnet sind, ein erstes Signal, das für die zu erzielende Drehzahl der Triebwerke N1 OBJ repräsentativ ist, an den Eingang zweiter Rechner 18.1, ..., 18.n, die jeweils jeder Recheneinheit 100.1, ..., 100.n zugeordnet sind und die die zu erzielende Drehzahl mit der Grenzdrehzahl des entsprechenden Triebwerks N1 LIM vergleichen, die von Hilfsrechner 19 über die entsprechenden Verbindungen 20.1, ..., 20.n bereitgestellt wurde. Jeder zweite Rechner 18.1, ..., 18.n gibt an seinem Ausgang ein zweites Signal ab, das für die Solldrehzahl des entsprechenden Triebwerks N1 CONS repräsentativ ist, so daß:
1) wenn N1 OBJ < N1 LIM, N1 CONS = N1 OBJ und
2) wenn N1 OBJ ≥ N1 LIM, N1 CONS = N1 LIM.
Außerdem ist jeder Stellungsgeber 5.1, ..., 5.n über Verbindung 21.1, ..., 21.n mit dem Eingang eines dritten Rechners 22.1, 22.n (gehört zur entsprechenden Recheneinheit 100.1, ..., 100.n), der an seinem Ausgang ein drittes Signal abgibt, das für die Drehzahl des betrachteten Triebwerks entsprechend der Stellung des jeweiligen Gashebels N1(TLA) repräsentativ ist, und über Verbindung 23.1, ..., 23.n mit dem Eingang "Hand" 11A.1, ..., 11A.n von Schalter 11.1, ..., 11.n verbunden.
In jeder Recheneinheit 100.1, ..., 100.n werden das zweite und dritte Signal durch die entsprechenden Verbindungen 24.1, ..., 24.n und 25.1, ..., 25.n an die Eingänge eines Komparators 26.1, ..., 26.n gegeben, dessen Ausgang über Verbindung 27.1, ..., 27.n mit einer Logik 40 verbunden ist, mit der aus der Vielzahl der Ausgangswerte der Komparatoren 26.1, ..., 26.n (Differenz zwischen dem zweiten und dritten Signal) der kleinste Wert oder der größte Wert ausgewählt werden kann. Mit einem Schalter 41, der durch die Kontrollvorrichtung 3 (Verbindung 42) gesteuert werden kann, kann vom kleinsten Wert auf den größten Wert und umgekehrt geschaltet werden. Der Ausgang von Schalter 41 ist mit der Steuerung 7 von Servomotor 6 über eine Verbindung 43 verbunden.
Andererseits ist in jeder Recheneinheit 100.1, ..., 100.n der zweite Rechner 18.1, ..., 18.n mit dem Schalter 11.1, ..., 11.n durch einen vierten Rechner 28.1, ..., 28.n (über eine Verbindung 29.1, ..., 29.n) verbunden, der außerdem mit dem dritten Rechner 22.1, ..., 22.n durch die Verbindung 30.1, ..., 30.n verbunden ist und ausgehend vom zweiten und dritten Signal ein viertes Signal abgibt, das für die gesteuerte Drehzahl des entsprechenden Triebwerks N1 COM repräsentativ ist, so daß:
a) wenn die Beziehung
N1(TLA) - ≤ N1 CONS ≤ N1(TLA) + Δ (1)
(wobei Δ eine bestimmte Abweichung oder Toleranz darstellt) erfüllt ist, N1 COM = N1 CONS und
b) wenn die Beziehung (1) nicht erfüllt ist,
N1 COM = N1(TLA) - Δ, wenn N1 CONS < N1(TLA) - Δ und
N1 COM = N1(TLA) + Δ, wenn N1 CONS > N1(TLA) + Δ.
Der Ausgang des vierten Rechners 28.1, ..., 28.n ist über die Verbindung 31.1, ..., 31.n mit dem Eingang "Automatik" 11B.1, ..., 11B.n von Schalter 11.1, ..., 11.n verbunden, dessen Ausgang mit Hilfe einer geeigneten Schnittstelle über Verbindung 32.1, ..., 32.n mit dem entsprechenden Triebwerk 2.1, ..., 2.n verbunden ist.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Funktion der Vorrichtung von Figur 2. Es ist zu bemerken, daß in den Figuren 3a,3b, 4a,4b, 5a,5b und 6a,6b die Stellungen der Gashebel 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 aus Gründen der Übersichtlichkeit mit den entsprechenden Drehzahlen N1(TLA)1,2,3,4 zusammenfallen.

Logik 1: Wahl des kleinsten Wertes

Diese Wahl entspricht den meisten Anwendungsfällen. Die drei in den Figuren 3a,3b, 4a,4b und 5a,5b veranschaulichten Beispiele zeigen unter Berücksichtigung der Streuungen der Grenzdrehzahlen und der Stellungen der Gashebel die Funktion dieser Wahllogik und geben den Wert N1 COM der gesteuerten Drehzahl für jedes Triebwerk an. In diesen Beispielen wurde aus Gründen der Klarheit und der Vereinfachung die Anzahl der Triebwerke des Luftfahrzeugs auf vier begrenzt.

Beispiel 1 (Figur 3a und 3b)

In Figur 3a wurde die Stellung der Gashebel 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, die jeweils einer Drehzahl N1(TLA)1,2,3,4 entspricht, vor der Reaktion des Servomotors und in Figur 3b nach der Reaktion des Servomotors dargestellt. Wie in Figur 3a zu sehen ist, sind die Gashebel anfangs leicht versetzt, und die Drehzahl N1 OBJ liegt vor der Reaktion des Servomotors unterhalb der Grenzdrehzahl jedes Triebwerks. Die von der Logik berücksichtigte Abweichung E ist dann der kleinste Wert (N1 OBJ - N1(TLA)4) für Gashebel 4.4. Nach der Reaktion des Servomotors (Figur 3b) ist die gesteuerte Drehzahl, sofern die Versetzung zwischen N1(TLA)1,2,3,4 kleiner als Δ ist, für jedes Triebwerk identisch und gleich N1 OBJ.

Beispiel 2 (Figur 4a und 4b)

Die Gashebel 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 befinden sich anfangs in gleicher Stellung (Figur 4a), und die Drehzahl N1 OBJ überschreitet vor der Reaktion des Servomotors die Grenzdrehzahl des dritten Triebwerks. Die von der Logik berücksichtigte Abweichung E liegt dann zwischen N1 LIM3 und N1(TLA)3. Nach der Reaktion des Servomotors (Figur 4b) befinden sich die Gashebel 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 in gleicher Stellung entsprechend N1 LIM3. Kein Triebwerk läuft übertourig, und der unterschied zwischen den gesteuerten Drehzahlen ist höchstens gleich Δ.

Beispiel 3 (Figur 5a und 5b)

In diesem Beispiel wird der Gashebel 4.3 ausgehend von der in Figur 5a veranschaulichten Anfangsbedingung heruntergeschaltet und dann ausgekuppelt. Die gesteuerte Drehzahl der Triebwerke Nr. 1, 2 und 4 ist unverändert gleich N1 OBJ. Die gesteuerte Drehzahl von Triebwerk Nr. 3 (N1 COM3) ist, solange die Automatik überfahren wird (links in Figur 5b), gleich N1(TLA)3 + Δ. Nach dem Auskuppeln von Gashebel 4.3 kann der Pilot seine Betätigung dieses Gashebels einstellen. Die Drehzahl ist dann gleich N1(TLA)3 (rechts in Figur 5b) und nicht mehr von der Automatik abhängig.

Logik 2: Wahl des größten Wertes

Diese Wahl entspricht der Inbetriebnahme von Schutzvorrichtungen des Luftfahrzeugs, bei denen der Grenzstartschub der vier Triebwerke unabhängig von der anfänglichen Versetzung der Gashebel zur Verfügung stehen muß. Die Startdrehzahl entspricht der Stellung der Gashebel am Anschlag.

Beispiel 4 (Figur 6a und 6b)

Die Gashebel 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 haben anfangs eine unterschiedliche Stellung (Figur 6a). N1 OBJ ist gleich der maximalen Drehzahl der Triebwerke, bei der sich die Gashebel am Anschlag befinden. Die von der Logik berücksichtigte Abweichung E entspricht dem höchsten Wert der vier Abweichungen (Gashebel 4.4). Dadurch können infolge der Reibkupplung die vier Gashebel nach der Reaktion des Servomotors an den Anschlag gestellt werden (Figur 6b), so daß sich für die vier Triebwerke eine gesteuerte Drehzahl gleich der maximalen Startdrehzahl ergibt.
Zusammengefaßt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende Vorteile auf:
1) Sofern die unterschiedliche Stellung der Gashebel keine Drehzahlabweichung größer als Δ ausdrückt, sind die Drehzahlen der Triebwerke auch bei einer eventuellen unterschiedlichen Stellung der Gashebel gleich. Der Wert Δ ist ein Kompromiß zwischen:
- der größtzulässigen Stellungsabweichung der Gashebel, bei der die Vorrichtung für alle Triebwerke einen identischen Schub steuert,
- der maximalen annehmbaren Schubänderung bei Außerkraftsetzung der Automatik.
2) Die Leistungen werden durch die Fehler der mechanischen Elemente, wie Reibungen, Schwellen und Hysterese, nicht beeinträchtigt.
3) Durch die Vorrichtungen werden die Gashebel so gesteuert, daß ihre Stellung den Schub des entsprechenden Triebwerks ausdrückt. Außerdem wird jede Überschreitung der Grenzdrehzahlen vermieden, ein Überfahren durch Handsteuerung durch den Piloten jedoch ermöglicht.

Claims

1. Vorrichtung zur Drehzahlsteuerung des Triebwerks eines Luftfahrzeugs, wobei das Luftfahrzeug eine Kontrollvorrichtung hat und von einem Piloten gesteuert werden kann, derart, daß sie umfaßt:

- einen Gashebel (4), der einerseits mit einem Geber (5) seiner Stellung und andererseits über eine mechanische Kraftübertragung (8) mit einem Servomotor (6) mit einer Steuerung (7) verbunden ist, wobei

- die Kontrollvorrichtung (3), durch die der Pilot den Flugmodus wählen kann, einerseits mit einem ersten Rechner (9) zur Berechnung der zu erzielenden Triebwerksdrehzahl X OBJ und andererseits mit Schaltmitteln (11) verbunden ist, die zwei Schaltstellungen entsprechend für die Steuerung von Hand und für die automatische Steuerung und zwei Eingänge "Hand" (11A) und "Automatik" (11B) haben,

- der erste Rechner (9) außerdem Informationen über triebwerksexterne Parameter erhält und ein erstes Signal, das für die zu erzielende Triebwerksdrehzahl X OBJ repräsentativ ist, an den Eingang eines zweiten Rechners (18) gibt, der die zu erzielende Drehzahl X OBJ mit der Grenzdrehzahl des Triebwerks X LIM vergleicht und an seinem Ausgang ein zweites Signal abgibt, das für die Solldrehzahl des Triebwerks X CONS repräsentativ ist, so daß

1) wenn X OBJ < X LIM, X CONS = X OBJ und

2) wenn X OBJ ≥ X LIM, X CONS = X LIM,

- der Stellungsgeber (5) mit dem Eingang eines dritten Rechners (22) verbunden ist, der an seinem Ausgang ein drittes Signal abgibt, das für die Drehzahl des Triebwerks entsprechend der Gashebelstellung X(TLA) repräsentativ ist, und mit dem Eingang "Hand" (11A) der Schaltmittel (11) verbunden ist,

- das zweite und dritte Signal an die Eingänge eines Komparators (26) gegeben werden, dessen Ausgang mit der Steuerung (7) des Servomotors (6) verbunden ist, und

- der zweite Rechner (18) mit dem Eingang "Automatik" (11B) der Schaltmittel (11) verbunden ist,

- die mechanische Kraftübertragung (8) zwischen dem Servomotor (6) und dem Gashebel (4) durch eine Kupplung erfolgt, die bei Betätigung des Gashebels durch den Piloten von Hand überfahren werden kann,

- der zweite Rechner (18) mit den Schaltmitteln (11) über einen vierten Rechner (28) verbunden ist, der außerdem mit dem dritten Rechner (22) verbunden ist und ausgehend vom zweiten und dritten Signal ein viertes Signal abgibt, das für die gesteuerte Triebwerksdrehzahl X COM repräsentativ ist, so daß:

a) wenn die Beziehung

X(TLA) - Δ ≤ X CONS ≤ X(TLA) + Δ (1)

(wobei Δ eine bestimmte Abweichung oder Toleranz darstellt) erfüllt ist, X COM = X CONS und

b) wenn die Beziehung (1) nicht erfüllt ist,

X COM = X(TLA) - Δ, wenn X CONS < X(TLA) - Δ, und

X COM = X(TLA) + Δ, wenn X CONS > X(TLA) + Δ.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraftübertragung (8) zwischen dem Servomotor (6) und dem Gashebel (4) aus einer Reibkupplung (8A) besteht, die einer elektromagnetischen Kupplung (8B) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Hilfsrechner (19) für die Grenzdrehzahl des Triebwerks X LIM umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (13) zur Informationsverarbeitung der externen und eventuell internen Parameter des Triebwerks (2) hat, wobei die Vorrichtung mit dem ersten Rechner (9) verbunden ist.

5. Vorrichtung zur Drehzahlsteuerung der Triebwerke eines Luftfahrzeugs, wobei das Luftfahrzeug eine Vielzahl von Triebwerken und eine Kontrollvorrichtung hat und von einem Piloten gesteuert werden kann, derart, daß sie umfaßt:

- eine Vielzahl von Gashebeln (4.1, ..., 4.n), wobei jeder Gashebel einem Triebwerk zugeordnet ist und einerseits mit einem Stellungsgeber (5.1, ..., 5.n) und andererseits über eine mechanische Kraftübertragung (8.1, ..., 8.n) mit einem Servomotor (6) mit Steuerung (7) verbunden ist, wobei

- die Kontrollvorrichtung (3), durch die der Pilot den Flugmodus wählen kann, einerseits mit einem ersten Rechner (9) zur Berechnung der zur erzielenden Drehzahl der Triebwerke X OBJ und andererseits für jedes Triebwerk mit Schaltmitteln (11.1, ..., 11.n) verbunden ist, die zwei Schaltstellungen entsprechend für die Handsteuerung und die automatische Steuerung und zwei Eingänge "Hand" (11A.1, ..., 11A.n) und "Automatik" (11B.1, ..., 11B.n) haben,

- der erste Rechner (9) außerdem Informationen über triebwerksexterne Parameter erhält und ein erstes Signal, das für die zu erzielende Triebwerksdrehzahl X OBJ repräsentativ ist, an den Eingang zweiter Rechner (18.1, ..., 18.n) gibt, wobei jeder zweite Rechner einem Triebwerk zugeordnet ist und die zu erzielende Drehzahl X OBJ mit der Grenzdrehzahl des entsprechenden Triebwerks X LIM vergleicht und an seinem Ausgang ein zweites Signal abgibt, das für die Solldrehzahl des entsprechenden Triebwerks X CONS repräsentativ ist, so daß

1) wenn X OBJ < X LIM, X CONS = X OBJ und

2) wenn X OBJ ≥ X LIM, X CONS = X LIM,

- die Stellungsgeber (5.1, ..., 5.n) mit dem Eingang dritter Rechner (22.1, ..., 22.n) verbunden sind, wobei jeder dritte Rechner einem Triebwerk zugeordnet ist und an seinem Ausgang ein drittes Signal abgibt, das für die Drehzahl des jeweiligen Triebwerks entsprechend der Stellung des dem Triebwerk zugeordneten Gashebels X(TLA) repräsentativ ist, und mit dem Eingang "Hand" (11A.1, ..., 11A.n) der Schaltmittel (11.1, ..., 11.n) verbunden ist,

- das zweite und dritte Signal an die Eingänge von Komparatoren (26.1, ..., 26.n) gegeben werden, die jeweils einem Triebwerk zugeordnet sind und deren Ausgang jeweils mit der Steuerung (7) des Servomotors (6) verbunden ist, und

- jeder zweite Rechner (18.1, ..., 18.n) mit dem Eingang "Automatik" (11B.1, ..., 11B.n) der Schaltmittel (11.1, ..., 11.n) verbunden ist,

- alle Gashebel (4.1, ..., 4.n) von einem einzigen Servomotor (6) mit einer einzigen Steuerung (7) gesteuert werden, die mit dem Ausgang der Komparatoren (26.1, ..., 26.n) über eine Logik (40) verbunden ist, durch die aus der Vielzahl der von den Komparatoren erhaltenen Werte ein bestimmter Wert ausgewählt werden kann,

- die mechanische Kraftübertragung (8.1, ..., 8.n) zwischen dem Servomotor (6) und jedem Gashebel (4.1, ..., 4.n) durch eine Kupplung erfolgt, die bei Betätigung des Gashebels (4.1, ..., 4.n) durch den Piloten von Hand überfahren werden kann,

- jeder zweite Rechner (18.1, ..., 18.n) mit den Schaltmitteln (11.1, ..., 11.n) über einen vierten Rechner (28.1, ..., 28.n) verbunden ist, der außerdem mit dem dritten Rechner (22.1, ..., 22.n) verbunden ist und ausgehend vom zweiten und dritten Signal ein viertes Signal abgibt, das für die gesteuerte Drehzahl des entsprechenden Triebwerks X COM repräsentativ ist, so daß:

a) wenn die Beziehung

X(TLA) - Δ ≤ X CONS ≤ X(TLA) + Δ (1)

b) wenn die Beziehung (1) nicht erfüllt ist,

X COM = X(TLA) - Δ, wenn X CONS < X(TLA) - Δ, und

X COM = X(TLA) + Δ, wenn X CONS > X(TLA) + Δ.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (40) aus der Vielzahl der Werte der Komparatoren (26.1, ..., 26.n) den kleinsten Wert oder den größten Wert auswählt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Schaltmittel (41), die von der Kontrollvorrichtung (3) gesteuert werden können, vom kleinsten Wert auf den größten Wert und umgekehrt geschaltet werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kraftübertragung (8.1, ..., 8.n) zwischen dem Servomotor (6) und jedem Gashebel (4.1, ..., 4.n) aus einer Reibkupplung (8A.1, ..., 8A.n) besteht, die einer elektromagnetischen Kupplung (8B.1, ..., 8B.n) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Hilfsrechner (19) für die Grenzdrehzahl jedes Triebwerks hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (13) zur Informationsverarbeitung der externen und eventuell internen Parameter jedes Triebwerks (2.1, ..., 2.n) hat, wobei die Vorrichtung mit dem ersten Rechner (9) verbunden ist.