DE102008022620A1

DE102008022620A1 - Triebwerkregelungssystem und Verfahren zur Qualifizierung der Komponenten des Triebwerksregelungssystems

Info

Publication number: DE102008022620A1
Application number: DE102008022620A
Authority: DE
Inventors: Armin Geissler; Thomas Göler; Werner Riebesel
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2009-11-05
Also published as: US20090276139A1; US7912619B2

Abstract

Gezeigt wird ein Triebwerkregelungssystem mit einer Regelungseinheit und einem Überwachungsmodul, das mit der Regelungseinheit eine bauliche Einheit bildet, und als demontierbares Modul mit einer unabhängigen elektromagnetischen Abschirmung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Triebwerkregelungssystem mit einer Regelungseinheit und einem Überwachungsmodul und darüber hinaus auf ein Verfahren zur Qualifizierung der Komponenten des Systems.
Triebwerkregelungssysteme sind bekannt. Diesbezüglich wird auf die verwiesen.
Triebwerkregelungssysteme übernehmen die Regelung der Betriebsparameter des Triebwerkes und schützen dasselbe vor Schäden. Entsprechend dem Einsatzort ist das Triebwerkregelungssystem umfangreich zu Qualifizieren, was zumindest einen Test auf EMV-Verträglichkeit und einen Vibrationstest umfasst.
Triebwerkregelungssysteme umfassen eine Regelungseinheit und ein Überwachungsmodul, wobei die Regelungseinheit selbst einen ersten und zweiten Regler umfassen kann. Diese redundante Auslegung dient zur Erhöhung der Betriebssicherheit.
Bei einem solchen System ist stets das Gesamtsystem zu Qualifizieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass abhängig von dem Einsatzort häufig zwar dieselbe Regelungseinheit aber unterschiedliche Überwachungsmodule benötigt werden. Für jedes individuelle Überwachungsmodul wird daher ein Qualifizierungsvorgang für das Gesamtsystem erforderlich, der verhältnismäßig geld- und zeitaufwendig ist.
Es wurde daher bereits daran gedacht, die Regelungseinheit und das Überwachungsmodul als separate Geräte zu realisieren, so dass dann bei einer Änderung des Überwachungsmoduls nur noch das separate Überwachungsmodul qualifiziert werden muss.
Die Separierung des Überwachungsmoduls von der Regelungseinheit zieht jedoch wiederum höhere Kosten sowie auch ein höheres Gewicht und ein höheres Volumen der Gesamteinheit nach sich. Auch ist zumindest der Vibrationstest für jede veränderte Version des Überwachungsmoduls erneut erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grund, ein hinsichtlich dieser Probleme verbessertes Triebwerkregelungssystem anzugeben. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Qualifizierungsverfahren angegeben werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Triebwerkregelungssystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bezüglich eines Überwachungsmoduls für das Triebwerkregelungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Ein entsprechendes Qualifizierungsverfahren wird im Patentanspruch 17 angegeben. Darüber hinaus werden für dieses System bzw. für dieses Verfahren ein entsprechendes Dummy-Überwachungssystem gemäß dem Patentanspruch 8 und eine Dummy-Regelungseinheit gemäß dem Patentanspruch 12 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Triebwerkregelungssystem gemäß Anspruch 1 umfasst eine Regelungseinheit und ein Überwachungsmodul, das mit der Regelungseinheit eine bauliche Einheit bildet und als demontierbares Modul mit einer unabhängigen elektromagnetischen Abschirmung ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, das Überwachungsmodul anwendungsspezifisch zu ändern, ohne dass das Gesamtsystem neu qualifiziert werden muss.
Bei dem Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 2 sind das Überwachungsmodul und die Regelungseinheit über eine Kommunikationsschnittstelle miteinander verbunden, die eine galvanische Trennung umfasst.
Hierdurch können Kommunikationssignale ohne Potentialfehler weitergegeben und die Übertragung elektromagnetischer Störsignale von der Überwachungseinheit zur Regelungseinheit wirkungsvoll unterbunden werden.
Bei dem Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 3 sind das Überwachungsmodul und die Regelungseinheit über eine analoge Schnittstelle miteinander verbunden, die vorteilhafter Weise bidirektional ausgeführt ist. Ein aus passiven elektrischen Schaltungselementen bestehender Zusatz verhindert wirkungsvoll die Übertragung elektromagnetischer Störsignale von der Überwachungseinheit zur Regelungseinheit.
Bei dem Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 4 wird das Überwachungsmodul von der Regelungseinheit über eine Stromschnittstelle mit Strom versorgt, wobei diese Stromversorgung vorteilhafter Weise kurzschluss- und leerlauffest ausgeführt ist. Ein aus passiven elektrischen Schaltungselementen bestehender Zusatz verhindert wirkungsvoll die Übertragung elektromagnetischer Störsignale von der Überwachungseinheit zur Regelungseinheit.
Bei dem Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 5 ist das Überwachungsmodul über eine Steckverbindungseinrichtung mit der Regelungseinheit elektrisch und mechanisch verbunden.
Bei dem Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 6 weist die Regelungseinheit einen ersten Regler und einen zweiten Regler auf, wobei der erste Regler eine erste Kommunikationsschnittstelle, eine erste analoge Schnittstelle und eine erste Stromschnittstelle und der zweite Regler eine zweite Kommunikationsschnittstelle, eine zweite analoge Schnittstelle und eine zweite Stromschnittstelle aufweist.
Das Überwachungsmodul nach Anspruch 7 umfasst ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse zur Dämpfung elektromagnetischer Wellen und eine Steckverbindungseinrichtung zur Verbindung mit einer Regelungseinheit.
Das Dummy-Überwachungsmodul zur Verbindung mit einer Regelungseinheit für ein Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 8 weist dasselbe Gehäuse und dieselbe Steckverbindungseinrichtung wie ein funktionsfähiges Überwachungsmodul auf.
Bei dem Dummy-Überwachungsmodul nach Anspruch 9 ist für eine erste und zweite Stromschnittstelle jeweils ein Widerstand vorgesehen, der den Stromverbrauch des funktionsfähigen Überwachungsmoduls simuliert.
Bei dem Dummy-Überwachungsmodul nach Anspruch 10 ist eine erste Kommunikationsschnittstelle für einen ersten Regler mit einer zweiten Kommunikationsschnittstelle für einen zweiten Regler durchgeschleift.
Bei dem Dummy-Überwachungsmodul nach Anspruch 11 ist eine erste analoge Schnittstelle für einen ersten Regler der Regelungseinheit über eine erste Testschaltung mit einer zweiten analogen Schnittstelle für einen zweiten Regler der Regelungseinheit verbunden.
Die Dummy-Regelungseinheit zur Verbindung mit einem Überwachungsmodul für ein Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 12 weist dasselbe Gehäuse und dieselbe Steckverbindungseinrichtung wie eine funktionsfähige Regelungseinheit auf.
Bei der Dummy-Regelungseinheit nach Anspruch 13 ist eine Stromquelle vorgesehen, die das Überwachungsmodul über die erste Stromschnittstelle und die zweite Stromschnittstelle mit Strom versorgt.
Bei der Dummy-Regelungseinheit nach Anspruch 14 ist eine erste Kommunikationsschnittstelle für einen ersten Regler mit einer zweiten Kommunikationsschnittstelle für einen zweiten Regler durchgeschleift.
Bei der Dummy-Regelungseinheit nach Anspruch 15 ist eine analoge Schnittstelle für einen ersten Regler über eine zweite Testschaltung mit einer zweiten analogen Schnittstelle für einen zweiten Regler verbunden.
Bei der Dummy-Regelungseinheit nach Anspruch 16 sind zur Bestimmung der Mindestdämpfung mittels Messung die erste analoge Schnittstelle, die zweite analoge Schnittstelle, die erste Kommunikationsschnittstelle, die zweite Kommunikationsschnittstelle, die erste Stromschnittstelle und die zweite Stromschnittstelle miteinander verbunden.
Bei dem Verfahren zur Qualifizierung der einzelnen Komponenten eines Triebwerkregelungssystems nach Anspruch 17 werden zu Qualifizierungszwecken die nicht zur Qualifizierung anstehenden Komponenten durch Dummy-Komponenten ersetzt.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 18 simulieren die Dummy-Komponenten die für die jeweilige Qualifizierung notwendigen Funktionen der durch sie ersetzen Komponenten.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Figuren näher beschrieben.
Die 1 zeigt schematisch die Anordnung der Komponenten eines Triebwerkregelungssystems.
Die 2 und 3 zeigen schematisch eine Regelungseinheit, die mit einem Dummy-Überwachungsmodul gekoppelt ist.
Die 4 und 5 zeigen schematisch ein Überwachungsmodul, das mit einer Dummy-Regelungseinheit gekoppelt ist.
Die 6 zeigt schematisch die Bestimmung der Mindestdämpfung nach Anspruch 16.
Die 7 zeigt schematisch und in perspektivischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines Triebwerkregelungssystems. Das Ü berwachungsmodul besitzt eine elektromechanische Separierung zur Regelungseinheit, die aus der Figur nicht ersichtlich ist.
In den Figuren ist mit 1a und 1b eine erste bzw. eine zweite Stromschnittstelle mit 1c die Stromkonsolidierung im Überwachungsmodul, mit 2a und 2b eine erste bzw. eine zweite Kommunikationsschnittstelle und mit 3a und 3b eine erste bzw. zweite analoge Schnittstelle bezeichnet. Desweiteren bezeichnen die Bezugszeichen 5 und 6 einen ersten und einen zweiten Regler, die zusammen die Regelungseinheit 5, 6 bilden, das Bezugszeichen 7 ein Überwachungsmodul und das Bezugszeichen 4 eine elektromechanische Separierung zwischen der Regelungseinheit 5, 6 und dem Überwachungsmodul 7. Darüber hinaus bezeichnen die Bezugszeichen 12a bzw. 12b eine erste bzw. zweite Steckverbindungseinrichtung, die Bezugszeichen 14 und 15 das Gehäuse der Regelungseinheit 5, 6 bzw. des Überwachungsmoduls 7, das Bezugszeichen 16 einen Widerstand und die Bezugszeichen 17 und 19 eine erste und eine zweite Testschaltung. Schließlich bezeichnen noch die Bezugszeichen 18 eine Stromquelle, 20 ein Dummy-Überwachungsmodul und 21 eine Dummy-Regelungseinheit.
In den 1 bis 6 sind die Komponenten des Triebwerkregelungssystems miteinander verbunden, wohingegen sie in der 7 voneinander gelöst dargestellt sind.
Die Regelungseinheit und das Überwachungsmodul können elektromechanisch voneinander getrennt werden.
Die mechanische Verbindung erfolgt über nicht gezeigte Schrauben.
Die elektrische Trennung erfolgt über die Steckverbindungseinrichtung 12a und 12b, die aus der 7 bezüglich der Regelungseinheit 5, 6 ersichtlich ist. Das Überwachungsmodul 7 weist ebenfalls eine entsprechende Steckverbindungseinrichtung auf, die aus der Figur nicht ersichtlich ist, und die in dem Zustand, in dem das Überwachungsmodul 7 mit der Regelungseinheit 5, 6 verbunden ist, sich in elektrischem Kon takt mit der Steckverbindungseinrichtung 12a, 12b der Regelungseinheit 5, 6 befindet.
Die erste Steckverbindungseinrichtung 12a kontaktiert den ersten Regler 5 mit dem Überwachungsmodul 7, wohingegen die zweite Steckverbindungseinrichtung 12b den zweiten Regler 6 mit dem Überwachungsmodul 7 kontaktiert. Die ersten Steckverbindungseinrichtung 12a realisiert dabei die erste Stromschnittstelle 1a, die erste Kommunikationsschnittstelle 2a und die erste analoge Schnittstelle 3a wohingegen die zweite Steckverbindungseinrichtung 12b die zweite Stromschnittstelle 1b, die zweite Kommunikationsschnittstelle 2b und die zweite analoge Schnittstelle 3b realisiert.
Die Stromschnittstellen 1a, 1b führen dem Überwachungsmodul von dem ersten und dem zweiten Regler 5 bzw. 6 Strom zu. Im Überwachungsmodul erfolgt eine Stromkonsolidierung. Die Stromversorgung in dem ersten und dem zweiten Regler 5 bzw. 6 oder die Stromkonsolidierung im Überwachungsmodul ist kurzschluss- und leerlauffest ausgeführt. Dabei erfolgt eine Emissionsblockierung beispielsweise durch die Verwendung von Filtern. Diese Schnittstelle wird durch passive Bauelemente und ohne Logikbausteine realisiert.
Sowohl die erste Kommunikationsschnittstelle 2a als auch die zweite Kommunikationsschnittstelle 2b halten die Regelungseinheit 5, 6 von dem Überwachungsmodul galvanisch getrennt. Auch hier erfolgt eine Emissionsblockierung durch die Verwendung von Filtern. Die Kommunikationsschnittstelle ist mit passiven Bauelementen ohne die Verwendung von Logikbausteinen realisiert.
Die analogen Schnittstellen dienen zum schnellen Austausch von vorbestimmten Betriebsparametern zwischen dem Überwachungsmodul 7 und der Regelungseinheit 5, 6, wie beispielsweise Schwingungs- und Drehzahlsignalen. Auch diese Schnittstellen weisen zur Emissionsblockierung Filter auf und sind ohne Logikbausteine und mit passiven Bauelementen realisiert.
Die 2 und 3 zeigen eine Regelungseinheit 4, 5, die zum Zwecke der Qualifizierung, insbesondere im Hinblick auf die EMV-Verträglichkeit mit einem Dummy-Überwachungsmodul 20 kombiniert ist.
Zur Simulation der Stromkonsolidierungsfunktion weist das Dummy-Überwachungsmodul 20 für jeden Regler 5, 6 einen separaten Widerstand auf, der die Verbrauchseigenschaften des funktionsfähigen Überwachungsmoduls simuliert. Darüber hinaus ist zu Testzwecken die Kommunikationsschnittstelle 2a mit der Kommunikationsschnittstelle 2b durchgeschleift.
In der 3 ist zwischen der ersten analogen Schnittstelle 3a und der zweiten analogen Schnittstelle 3b die erste Testschaltung 17 vorgesehen, mit der festgestellt werden kann, ob vorab klar definierte analoge Signale sich bei dem Test innerhalb vordefinierter Grenzen halten.
In den 4, 5 und 6 ist ein funktionsfähiges Überwachungsmodul 7 zu Testzwecken mit einer Dummy-Regelungseinheit 21 gezeigt.
Dabei übernimmt in 4 die Stromquelle 18 beispielsweise in Form einer Batterie die Stromversorgung des funktionsfähigen Überwachungsmoduls 7. Auch ist die erste Kommunikationsschnittstelle 2a mit der zweiten Kommunikationsschnittstelle 2b durchgeschleift.
In der 5 ist die erste analoge Schnittstelle 3a über eine zweite Testschaltung 19 mit der zweiten analogen Schnittstelle 3b verbunden. Die zweite Testschaltung 19 führt eine vergleichbare Funktion wie die Testschaltung 17 gemäß 3 durch.
Zur Bestimmung der Transferfunktion zwischen Dummy-Regelungseinheit 21 und Überwachungsmodul 7 sind bei der Dummy-Regelungseinheit 21 gemäß 6 und bei dem Überwachungsmodul 7 alle Schnittstellen miteinander verbunden. Dies ermöglicht einem vektoriellen Netzwerkanalysator eine Viertormessung zur Bestimmung der Mindestdämpfung bzw. zur Prüfung ob diese oberhalb von 80 db liegt.
Wie in der 7 gezeigt, sind das Überwachungsmodul 7 mit der Regelungseinheit 5, 6 miteinander verbindbar. Beide Komponenten weisen ein Gehäuse auf, das elektromagnetische Strahlung abhält. Hierzu eignet sich besonders Eisen oder andere leitfähige Materialien.
Im zusammengebauten Zustand ist das Gehäuse vollständig gegenüber elektromagnetischer Strahlung geschlossen. Im demontierten Zustand muss dies nicht der Fall sein.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand der Verwendung einer Regelungseinheit gezeigt, die einen ersten und zweiten Regler aufweist. Die Anzahl der Regler ist aber nicht auf zwei beschränkt. Die Erfindung lässt sich ebenfalls mit einer Regelungseinheit mit einem oder drei oder mehr Reglern realisieren.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand der Verwendung von drei separaten Schnittstellen, nämlich einer Stromschnittstelle, einer Kommunikationsschnittstelle und einer analogen Schnittstelle gezeigt. Die Erfindung ist aber nicht auf die Anzahl dieser Schnittstellen begrenzt. Vielmehr richtet sich die Anzahl der Schnittstellen nach der Funktion des Überwachungsmoduls. Dasselbe gilt für die Anzahl der Steckverbindungseinrichtungen.

Claims

Triebwerkregelungssystem mit einer Regelungseinheit (5, 6) und einem Überwachungsmodul (7), das mit der Regelungseinheit eine bauliche Einheit bildet und als demontierbares Modul mit einer unabhängigen elektromagnetischen Abschirmung ausgebildet ist.
Triebwerkregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsmodul und die Regelungseinheit über eine Kommunikationsschnittstelle (2a, 2b) miteinander verbunden sind, die eine galvanische Trennung umfasst.
Triebwerkregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsmodul und die Regelungseinheit über eine analoge Schnittstelle (3a, 3b) miteinander verbunden sind, die bidirektional ausgeführt ist.
Triebwerkregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsmodul von der Regelungseinheit über eine Stromschnittstelle (1a, 1b) mit Strom versorgt wird, wobei die Stromversorgung in der Regelungseinheit oder die Stromkonsolidierung im Überwachungsmodul kurzschluss- und leerlauffest ausgeführt ist.
Triebwerkregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsmodul über eine Steckverbindungseinrichtung (12a, 12b) mit der Regelungseinheit verbunden ist.
Triebwerkregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit einen ersten Regler (5) und einen zweiten Regler (6) aufweist, wobei der erste Regler eine erste Kommunikationsschnittstelle (2a), eine erste analoge Schnittstelle (3a) und eine erste Stromschnittstelle (1a) und der zweite Reg ler eine zweite Kommunikationsschnittstelle (2b), eine zweite analoge Schnittstelle (3b) und eine zweite Stromschnittstelle (1b) aufweist.
Überwachungsmodul für ein Triebwerkregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse (15) zur Dämpfung elektromagnetischer Wellen und eine Steckverbindungseinrichtung (12a, 12b) zur Verbindung mit einer Regelungseinheit (5, 6).
Dummy-Überwachungsmodul (20) zur Verbindung mit einer Regelungseinheit (5, 6) für ein Triebwerkregelungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, der zu Testzwecken dasselbe Gehäuse und dieselbe Steckverbindungseinrichtung wie ein funktionsfähiges Überwachungsmodul aufweist.
Dummy-Überwachungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine erste und zweite Stromschnittstelle (1a, 1b) jeweils ein Widerstand (16) vorgesehen ist, der den Stromverbrauch des funktionsfähigen Überwachungsmoduls simuliert.
Dummy-Überwachungsmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kommunikationsschnittstelle (3a) für einen ersten Regler (5) mit einer zweiten Kommunikationsschnittstelle (3b) für einen zweiten Regler (6) durchgeschleift ist.
Dummy-Überwachungsmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste analoge Schnittstelle (3a) für einen ersten Regler (5) der Regelungseinheit über eine erste Testschaltung (17) mit einer zweiten analogen Schnittstelle (3b) für einen zweiten Regler (6) der Regelungseinheit verbunden ist.
Dummy-Regelungseinheit (21) zur Verbindung mit einem Überwachungsmodul (7) für ein Triebwerkregelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der zu Testzwecken dasselbe Gehäuse und dieselbe Steckverbin dungseinrichtung wie eine funktionsfähige Regelungseinheit (5, 6) aufweist.
Dummy-Regelungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle (18) vorgesehen ist, die das Überwachungsmodul über die erste Stromschnittstelle (1a) und die zweite Stromschnittstelle (1b) mit Strom versorgt.
Dummy-Regelungseinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kommunikationsschnittstelle (2a) für einen ersten Regler (5) mit einer zweiten Kommunikationsschnittstelle (2b) für einen zweiten Regler (6) durchgeschleift ist.
Dummy-Regelungseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine analoge Schnittstelle (3a) für einen ersten Regler (5) über eine zweite Testschaltung (19) mit einer zweiten analogen Schnittstelle (3b) für einen zweiten Regler (6) verbunden ist.
Dummy-Regelungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Mindestdämpfung die erste analoge Schnittstelle (3a), die zweite analoge Schnittstelle (3b), die erste Kommunikationsschnittstelle (2a), die zweite Kommunikationsschnittstelle (2b), die erste Stromschnittstelle (1a) und die zweite Stromschnittstelle (1b) miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Qualifizierung der einzelnen Komponenten eines Triebwerkregelungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zu Qualifizierungszwecken die nicht zur Qualifizierung anstehenden Komponenten durch Dummy-Komponenten ersetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dummy-Komponenten die für die jeweilige Qualifizierung notwendigen Funktionen der durch sie ersetzen Komponenten simulieren.