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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Gasturbinentriebwerke
für Flugzeuge,
und insbesondere vektorierende Auslaßdüsen dafür.
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Ein
typisches Hochleistungsgasturbinentriebwerk mit Nachbrenner enthält eine
konvergierende/divergierende Auslaßdüse mit variabler Fläche, welche
um eine Längs-
oder axiale Mittellinie achsensymmetrisch ist. Die Düse enthält mehrere
auf dem Umfang herum aneinanderliegender primärer Auslaßklappen, die wiederum mit
mehreren auf dem Umfang herum aneinanderliegender sekundärer Auslaßklappen
verbunden sind. Die sekundären
Klappen sind mit entsprechenden äußeren Druckverbindungsgliedern
mit einem gemeinsamen feststehenden Gehäuse, welche auch die primären Klappen
lagert, verbunden.
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Diese
Anordnung ist in der Form eines Viergelenkmechanismus aufgebaut,
um eine mit A8 bezeichnete Auslaßströmungsfläche an dem Düsenhals
zwischen den primären
und sekundären
Klappen zu verändern,
und um die Strömungsfläche an dem
mit A9 bezeichneten Düsenauslaß an dem
abstromseitigen Ende der sekundären
Klappen zu verändern.
Geeignete lineare Stellglieder, wie z.B. hydraulische Stellglieder,
sind auf dem Umfang im Abstand um das Gehäuse herum angeordnet und weisen
entsprechende Ausgangsstäbe
auf, die mit der Düse
verbunden sind, um die primären
Klappen zu schwenken, um die Halsfläche und dadurch das Auslaß/Hals-Flächenverhältnis zu
Regeln.
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Um
die Manövrierbarkeit
eines mit Nachbrennergasturbinentriebwerken angetriebenen Flugzeugs
zu steigern, werden derzeit vektorisierende Auslaßdüsen entwickelt.
In dem der vorliegenden Anmelderin erteilten US Patent 4,994,660
ist eine achsensymmetrische vektorierende Auslaßdüse (AVEN®-Axisymmetric
Vectoring Exhaust Nozzle) offenbart. In diesem Düsentyp umgibt ein primärer Betätigungsring
entsprechende Nockenflächen
auf den Außenoberflächen der
primären
Klappen und ist operativ mit mehreren primären linearen Stellgliedern verbunden,
welche deren axiale Position senkrecht zu der axialen Mittellinienachse
der Düse
regeln. Die äußeren Verbindungsglieder
in dieser Düse
sind mit einem sekundären
Betätigungsring
verbunden, welcher wiederum mit mehreren auf dem Gehäuse montierten
sekundären
linearen Stellgliedern verbunden ist.
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Während des
Betriebs regelt ein axiales Bewegen oder Gleiten des primären Rings
das Schwenken der primären
Klappen und dadurch der Fläche des
Düsenhalses.
Der zweite Ring kann ebenfalls axial verschoben werden, um unabhängig ein Schwenken
der sekundären
Klappen zu regeln, und dadurch sowohl die Auslaßfläche als auch das Flächenverhältnis zu
regeln. Ferner kann der sekundäre Ring
im Raum gekippt werden, um eine Höhenanstellung (pitch) oder
Seitenanstellung (yaw) oder beides in den sekundären Klappen zu bewirken, um
eine Düsenvektorierung
zu bewirken, in welcher das Triebwerksabgas in einem leichten Winkel
zu der Triebwerklinienachse statt koaxial dazu wie bei herkömmlichen
nicht vektorierenden Auslaßdüsen ausgegeben
wird.
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Da
die sekundären
Klappen vektorisierbar sind, erhöhen
sie erheblich die Komplexität
der Düsenkonstruktion
und deren Implementation. Aus diesem Grunde wurden viele zusätzliche
Patente bezüglich
verschiedener Merkmale der AVEN®-Auslaßdüse zugunsten
der vorliegenden Anmelderin erteilt. Diese Patente betreffen sowohl
die mechanischen Details der Düse
als auch die Regelungssysteme dafür.
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Da
mehrere auf den Umfang herum aneinanderangrenzende sekundäre Klappen
in der Düse
verwendet werden, müssen
auch geeignete Zwischenklappendichtungen vorgesehen werden, um einen Strömungsaustritt
zwischen den Klappen zu verhindern, da die Klappen über einen
geeigneten Vektorierungsbereich positioniert werden. Dieser Bereich
ist jedoch beschränkt,
um einen Zwischenklappenströmungsaustritt
oder unerwünschte
Störungen
der verschiedenen Komponenten zu verhindern.
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Ferner
ist das Regelungssystem für
die vektorierbare Düse
für eine
digital programmierbare Regelung entwickelt, um die Stellglieder
in geschlossenen Regelschleifen zu regeln. Die Düsenregelung enthält typischerweise
Grenzwerte, um eine übermäßige Vektorierung
der Düse
innerhalb der mechanischen Fähigkeiten
der Düsenkomponenten
zu verhindern. Außerdem
muss die Düsenregelung
ausreichend schnell sein, um die erfaßten Daten in Echtzeit für die extrem
schnelle Manövrierung
der Düse
und des damit angetriebenen Flugzeugs zu verarbeiten.
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Die
Komplexität
der Düse
wird weiter durch die Verwendung von mehr als drei Stellgliedern
für den
sekundären
Betätigungsring
für die
Bereitstellung einer Redundanz vergrößert. Die redundante Hardware
erfordert eine genaue Regelung des vierten oder noch mehreren Stellglieder,
um eine entgegengesetzte Wirkung zu den ursprünglichen drei Stellgliedern
zu verhindern, welche die Ebene des sekundären Ringes definieren. In einigen
Konstruktionen kann es erwünscht
sein, zwei redundante sekundäre
Stellgliedersysteme zu verwenden, wobei jedes System drei Stellglieder
besitzt. Die sechs Stellglieder müssen daher einheitlich geregelt
werden, um eine Gegenwirkungsbelastung dazwischen zu verhindern,
und um sicherzustellen, daß alle
Stellglieder synchron arbeiten.
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Ein
synchroner Betrieb der vielen Stellglieder wird außerdem in
Hinblick auf die darin eingebauten redundanten Positionssensoren
oder Detektoren verkompliziert. Eine typische Rückkopplungsregelung erfordert
die Messung des Ausgangshubs der einzelnen Stellglieder, welcher
in der Regelung mit dem entsprechenden Sollsignal dafür verglichen
wird, wobei der Unterschied zwischen den Sollhüben und gemessenen Hüben auf
einen minimalen oder Nullwert in einer geschlossenen Regelschleife
gesteuert wird. Eine genaue Rückkopplungsmessung
ist daher für den
koordinierten Betrieb der verschiedenen Stellglieder wichtig.
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Insbesondere
ist ein erheblicher Aufwand und eine Anfangskalibrierung bei der
Herstellung der einzelnen Stellglieder erforderlich, um sicherzustellen,
daß die
redundanten Positionsdetektoren darin nicht nur ein gleiches Ausgangssignal
untereinander erzeugen, sondern auch ein gleiches Ausgangssignal
mit den die Schubvektorisierung regelnden zusammenwirkenden Stellgliedern.
Ein typischer Positionsdetektor liegt in der Form eines linearen
variablen Differentialtransformators (LVDT – Linear Variable Differential
Transformer) vor, welcher typischerweise eine langgestreckte Spule
mit einer Ausgangsspannung enthält,
welche linear als Antwort auf den axialen Hub des Ausgangsstabs
des Stellgliedes variiert. Während
der anfänglichen
Fertigung müssen daher
die LVDTs sorgfältig
in den einzelnen Stellgliedern abgeglichen werden, um eine gleiche
lineare Antwort daraus zwischen minimalen und maximalen Werten während des
Betriebs zu erhalten.
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Ferner
sind auch erhebliche Zeit und Aufwand erforderlich, um die einzelnen
Stellglieder an dem entsprechenden Vektorierungsring anzubringen,
um am Anfang den Ring quadratisch oder senkrecht zu der Mittellinienachse
der Düse
zu positionieren, so daß eine
rein axiale Versetzung des Rings und dessen Kippen zum Bewirken
sowohl einer Höhen
als auch Seitenanstellung des Rings genau durch den koordinierten
Hub der einzelnen damit verbundenen Stellglieder erreicht werden
kann.
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Die
Präzisionsfertigung
und Montage der verschiedenen sekundären Stellglieder, die an dem sekundären Betätigungsring
angebracht sind, ist im Hinblick auf die vorbestimmten und festen
Regelalgorithmen erforderlich, die in der Düsenregelung gespeichert sind,
welche den Betrieb der Düse
regelt. Abweichungen in der Anfangskalibrierung der LVDTs in den
verschiedenen Stellgliedern und Abweichungen in der Montage der
Stellglieder an dem sekundären
Betätigungsring
bewirken daher Veränderungen im
Verhalten der Vektorisierungsdüse,
welche schwierig, wenn nicht unmöglich,
in der Regelung selbst zu korrigieren sind.
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Demzufolge
ist es erwünscht,
ein verbessertes Regelungssystem für die Vektorierungsstellglieder
in einer Auslaßdüse bereitzustellen,
welches automatisch unkalibrierte oder fehlkalibrierte Stellglieder
in dem zusammengebauten Düsenbetätigungssystem
kalibriert.
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Eine
vektorisierbare Auslaßdüse mit Stellgliedern
mit Positionsdetektoren ist aus US-A-5 351 888 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Verfahren und ein System werden zum Kalibrieren mehrerer Stellglieder
verwendet, die mit einem Betätigungsring
in einem Regelungssystem zum Vektorieren von Auslaßklappen
in einer Vekto rierungsdüse
verbunden sind. Die Stellglieder enthalten Ausgangsstäbe, welche
gemäß entsprechenden ersten
Positionen positioniert werden, bei welchen ein Ausgangshub gemessen
wird. Die Stellglieder werden auf unterschiedliche zweite Positionen
neu positioniert, und deren Ausgangshub wird noch einmal gemessen.
Die Hubmessung für
jedes der Stellglieder wird kalibriert, um eine gemeinsame lineare Antwort
zwischen den ersten und zweiten Meßpositionen zu bewirken. Die
kalibrierten Stellglieder stellen deren koordinierte lineare Betätigung sicher,
wenn die Ausgangsstäbe
zwischen ihren minimalen und maximalen Auslenkungen positioniert
werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird anhand bevorzugter und exemplarischer Ausführungsformen
zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen davon insbesondere
in der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
isometrische, Teilschnittansicht einer achsensymmetrischen Vektorierungsauslaßdüse eines
Gasturbinentriebwerks gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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2 eine
Aufriß-Teilschnittansicht
der in 1 dargestellten Auslaßdüse ist, die eines von den mehreren
sekundären
Stellgliedern darstellt, das mit einem sekundären Betätigungsring für die Vektorierung
der Auslaßdüse verbunden
ist.
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3 eine
schematische Darstellung von zwei redundanten Antriebssystemen mit
jeweils drei Stellgliedern ist, die mit dem in den 1 und 2 dargestellten
sekundären
Betätigungsring
verbunden sind, und eines Regelungssystems dafür, um die Stellglieder in geschlossenen
Rückkopplungsschleifen
zu betreiben.
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4 eine
schematische Darstellung von einem der in 3 dargestellten
sekundären
Stellglieder ist, welches ein redundantes Paar von Ausgangspositionsdetektoren
enthält.
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5 eine
exemplarische grafische Darstellung ist, welche eine lineare Ausgangsantwort
der Stellgliedpositionsdetektoren in Antwort auf einen Ausgangsstabhub
darstellt.
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6 ein
Flußdiagramm
eines exemplarischen Verfahrens zum Kalibrieren des in 3 dargestellten
Regelungssystems ist, um eine gemeinsame lineare Antwort von dessen
in 5 dargestellten Stellgliedern zu erhalten.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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In
den 1 und 2 ist eine exemplarische achsensymmetrische
Vektorierungsauslaßdüse 10 dargestellt,
welche die Verbrennungsabgase 12 aus einem (nicht dargestellten)
Turbofangasturbinentriebwerk mit Nachbrenner aufnimmt, um einen Schub
für den
Antrieb eines (nicht dargestellten) Flugzeugs im Flug zu erzeugen.
Die Düse 10 ist
bezüglich
einer Längs-
oder axialen Mittellinienachse 14 achsensymmetrisch und
enthält
ein festes oder stationäres
ringförmiges
Gehäuse 16,
welches in geeigneter Weise mit dem (nicht dargestellten) Auslaßkanal des
Gasturbinentriebwerks für
die Aufnahme des Abgases 12 daraus verbunden ist.
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Wie
es am besten in 2 dargestellt ist, enthält die Düse 10 mehrere
um den Umfang herum angrenzende primäre Auslaßklappen 18, welche schwenkbar
an ihrem vorderen Ende mit dem Gehäuse 18 verbunden sind.
Mehrere um den Umfang herum aneinandergrenzende sekundäre Auslaßklappen 20 sind
schwenkbar an ihren vorderen Enden mit den hinteren Enden der entsprechenden
primären Klappen 18 verbunden,
um einen mit A8 bezeichneten Hals 22 mit minimaler Strömungsfläche zu definieren.
Die hinteren oder abstromseitigen Enden der sekundären Klappen 20 definieren
einen Düsenauslaß 24 mit
einer als A9 bezeichneten Strömungsfläche.
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Die
hinteren Enden der sekundären
Klappen 20 sind schwenkbar mit entsprechenden um den Umfang
herum verteilten äußeren Druckverbindungsgliedern 26 mit
vorderen Enden, die schwenkbar mit dem gemeinsamen sekundären Betätigungsring 28 verbunden
sind, verbunden. Wenigstens drei um den Umfang herum in Abstand
angeordnete sekundäre Stellglieder 30 sind
schwenkbar an entsprechenden Punkten 32 an dem gemeinsamen
sekundären
Ring 28 angebracht. Die sekundären Stellglieder 30 sind
lineare Stellglieder, wie z.B. hydraulische Stellglieder, mit entsprechenden
Ausgangsstäben 30a,
welche selektiv ausgefahren oder eingezogen werden können, um
dementsprechend den sekundären
Ring 28 an den entsprechenden Verbindungen 32 zu
verschieben.
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Da
die sekundären
Klappen 20 an ihren hinteren Enden mit den entsprechenden äußeren Verbindungsgliedern 26 verbunden
sind, welche wiederum mit dem sekundären Ring 28 verbunden
sind, kann die Versetzung des sekundären Rings 28 dazu genutzt
werden, um die Strömungsfläche A9 an
dem Auslaß 24 und
das entsprechende Auslaß/Hals-Flächenverhältnis A9/A8
zu regeln.
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Um
die Strömungsfläche A8 des
Halses 2 zu regeln, besitzt jede von den primären Klappen 18 eine
entsprechende Nockenfläche
auf ihrer Außenseite,
die mit entsprechenden Rollen in Eingriff steht, die in einem primären Betätigungsring 34 montiert sind,
welcher die primären
Klappen 18 umgibt. Gemäß Darstellung
in 1 sind mehrere primäre Stellglieder 36,
drei beispielsweise, schwenkbar an ihren vorderen Enden mit dem
Gehäuse 16 verbunden
und besitzen entsprechende Ausgangsstäbe, welche schwenkbar mit dem
primären
Ring 34 verbunden sind.
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Da
die primären
Klappen 18 schwenkbar an ihren vorderen Enden mit dem Gehäuse 16 verbunden
sind, drückt
der Druck des Abgases 12 während der Betriebs die primären Klappen
radial nach außen, so
daß sie
mit dem primären
Ring 34 in Eingriff stehen, welcher die Größe des Halses 22 regelt.
Durch axiales Verschieben des primären Ringes 34 in der Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung
regelt das Nockenprofil auf den Rückseiten der primären Klappen 34 die
Schwenkbewegung der Klappen und die entsprechende Fläche des
Halses 22.
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Auf
diese Weise sind die primären
und sekundären
Klappen unabhängig
durch ihre entsprechenden Stellglieder und Ringe für die Regelung
der Flächen
des Halses 22 und des Auslasses 24 und dessen
Flächenverhältnis A9/A8
regelbar. Ferner können
durch zusätzliches
Kippen des sekundären Ringes 28 die
sekundären
Klappen 20 bezüglich
der Mittellinienachse 14 für eine effektive Schubvektorierung
schräg
gestellt oder vektoriert werden.
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Die
vorstehend beschriebene Auslaßdüse 10 ist
insgesamt in ihrer Konfiguration mit Ausnahme bestimmter Details
der sekundären
Stellglieder 30, welche den sekundären Ring 28 antreiben
und des Regelungssystem dafür
herkömmlich.
Zusätzliche Details
dieser Düse
kann man in dem im Kapitel Hintergrund eingeführten US Patent 4,993,660 finden.
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In 3 ist
ein verbessertes Regelungssystem 38 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zum Regeln des Hubs der sekundären Stellglieder 30 dargestellt,
die an dem zweiten Ring 28 befestigt ist, welcher wiederum
mit den äußeren Gliedern 26 der
sekundären Klappen 20 verbunden
ist, wie es in 2 dargestellt ist, um den Schub
in der Auslaßdüse zu vektorieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind zwei Sätze
von drei sekundären
Stellgliedern 30 getrennt mit dem sekundären Ring 28 für eine Bereitstellung
einer redundanten Bewegung dieses verbunden, wobei alle von den
sekundären
Stellgliedern 30 koordinierte Ausgangshübe dazwischen erfordern, um
ein Kräftemessen
zwischen diesen und eine unerwünschte
Spannung oder Verwerfung in dem sekundären Ring 28 zu verhindern.
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Eine
koordinierte Bewegung der sekundären Stellglieder 30,
sowie der primären
Stellglieder 36, wird in einer Düsenregelung 40 bewirkt,
welche operativ mit jedem der Stellglieder 30, 36 in
typischen geschlossenen Rückkopplungsschleifen
zum unabhängigen
Regeln des Hubs der verschiedenen Stellglieder als Antwort auf geeignete
Befehle oder Sollsignale verbunden ist. 3 stellt
beispielsweise vier typische Regelungssollsignale dar, welche die
Halsfläche
A9, das Flächenverhältnis A9/A8,
die Höhenanstellung
und Seitenanstellung umfassen. Wie es vorstehend dargestellt wurde,
regelt die axiale Position des Primärringes 34 die Halsfläche A8 durch
Positionieren der primären
Klappen 18. Und die axiale und gekippte Position des Sekundärrings 28 steuert
das Flächenverhältnis A9/A8,
die Höhen-
und Seitenanstellung durch entsprechende Positionierung der sekundären Klappen 20.
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Die
Düsenregelung 40 liegt
bevorzugt in der Form eines digital programmierbaren Computers, wie
z.B. eines elektronischen Vektorregelungs-(VEC – Vector Electronic Control)-Prozessors
vor, welcher in geeigneter Weise mit Regelalgorithmen oder Software
programmiert werden kann, um die gewünschte Rückkopplungsregelung der Auslaßdüse zu implementieren.
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Eine
Rückkopplungsregelschleife
erfordert die Messung des Hubs der einzelnen Ausgangsstäbe 30a der
mehreren sekundären
Stellglieder 30. 4 stellt
ein repräsentatives
von den sekundären
Stellgliedern 30 detaillierter dar, das den Ausgangsstab 30a enthält, dessen
axiale Position herkömmlicher weise
hydraulisch geregelt wird. Eine geeignete hydraulische Regelung 42 ist
jedem der sekundären Stellglieder 30 zur
Lieferung von hydraulischem Fluid unter Druck zum Positionieren
des Ausgangsstabes 30a zwischen einer minimalen zurückgezogenen
Position und einer maximalen ausgefahrenen Position zugeordnet.
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Jedes
von den sekundären
Stellgliedern 30 enthält,
wie es in 4 dargestellt ist, bevorzugt
ein redundantes Paar von Positionsdetektoren 44 zum Messen
des Hubs der entsprechenden Stellglieder 30 zur Verwendung
in dem Rückkopplungsregelungssystem.
Die Detektoren 44 sind operativ über elektrische Leitungen mit
der Düsenregelung 40 in geschlossenen
Rückkopplungsschleifen
zum unabhängigen
Regeln des Hubs der Stellglieder 30 als Antwort auf die
Sollsignale und gemessenen Rückkopplungssignale
verbunden.
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Die
einzelnen sekundären
Stellglieder 30 und Positionsdetektoren 44 können jede
herkömmliche
Form, wie z.B. ein hydraulisches lineares Stellglied mit linear
variablen Differentialtransformator (LVDT) Detektoren 44 annehmen.
Die LVDTs 44 liegen typischerweise in der Form langgestreckter
Spulen vor, welche elektrisch mit der Regelung 40 verbunden
sind und bei einer geeigneten Spannung mit Energie versorgt werden.
Die LVDTs 44 arbeiten mit dem Ausgangsstab 30a in
jedem Stellglied so zusammen, daß ein Ausfahren oder Zurückziehen
des Ausgangsstabes eine entsprechende Ausgangsspannung aus den Detektoren 44 bewirkt,
welche als Antwort auf den Hub der Ausgangsstab linear ist.
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Typischerweise
erzeugt die minimale oder vollständig
eingezogene Position des Ausgangsstabes 30a eine entsprechende
minimale Ausgangsspannung, und die voll ausgefahrene oder maximale Position
des Ausgangsstabes erzeugt eine maximale Ausgangsspannung, wobei
Zwischenpositionen dazwischen einer linearen Antwortlinie mit einer
Steigung dazwischen folgen. Der Ausgangshub der Stellglieder 30 kann
daher unabhängig
durch das entsprechende Paar der Detektoren 44 gemessen
werden, welche gemessene Rückkopplungssignale
F erzeugen, die den gemessenen Hub der Ausgangsstäbe 30a repräsentieren.
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Die
Regelung 40 liefert ein Hubsollsignal S für jedes
von den sekundären
Stellgliedern 30, welches in den entsprechenden hydraulischen
Regelungen 42 verwendet wird, um die Ausgangsstäbe 30a als
Antwort darauf zu positionieren. In einer Rückkopplungsschleife wird der
gemessene Hub F mit dem Sollhub S verglichen, um ein Differenzsignal
zu erzeugen, welches auf einen minimalen Wert oder Nullwert gebracht
wird, wenn der Ausgangsstab korrekt als Antwort auf den Sollwert
positioniert ist.
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Wie
es vorstehend dargestellt wurde, sind die einzelnen sekundären Stellglieder 30 und
die redundanten Positionsdetektoren 44 darin bis auf die Ausnahme
herkömmlich,
daß die
Detektoren 44 nicht zu Beginn genau kalibriert sein müssen, wie
es bisher geschah. Die Detektoren 44 können daher unkalibriert geliefert
werden, was deren Kosten wesentlich reduziert. Da jedoch die Stellglieder 30 unkalibrierte Detektoren 44 zum
Reduzieren der Kosten verwenden können, werden die einzelnen
Detektoren 44 darin wahrscheinliche unterschiedliche lineare
Antworten nicht nur in jedem von den verschiedenen sekun dären Stellgliedern 20,
sondern auch zwischen jedem von den sekundären Stellgliedern 30 aufweisen. Beispielsweise
besitzen die sechs Stellglieder 30 zusammengenommen zwölf Detektoren 44,
wobei jeder Detektor 44 wahrscheinlich eine etwas unterschiedliche
lineare Antwort besitzt, wenn die entsprechenden Ausgangsstäbe 30a zwischen
ihren minimalen und maximalen Positionen bewegt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält die
Düsenregelung 40 Mittel
zum automatischen Kalibrieren der verschiedenen Detektoren 44 an
zwei Positionen der Ausgangsstäbe,
um eine gemeinsame lineare Antwort zwischen diesen zu bewirken. Insbesondere
stellt 5 einen exemplarischen Graphen der Detektoren 44 dar,
in welchem der Hub der Ausgangsstäbe zwischen ihren minimalen
und maximalen Positionen dementsprechend minimale und maximale Ausgangssignale
ausgedrückt
in Volt/Volt erzeugt. Um am effektivsten die Ausgangshübe der mehreren
sekundären
Stellglieder 30 zu koordinieren, wird es bevorzugt, daß die verschiedenen
Detektoren 44 daher eine gemeinsame lineare Antwort 46 nutzen,
welche durch eine in 5 dargestellte durchgezogene
Gerade dargestellt wird, welche von einem minimalen Ausgangswert
bei der minimalen Position auf einen maximalen Ausgangswert bei
der maximalen Hubposition ansteigt.
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Jedoch
wird in Anbetracht der unkalibrierten Natur der einzelnen Detektoren 44 jeder
Detektor 44 höchst
wahrscheinlich eine unterschiedliche unkalibrierte lineare Antwort 48 aufweisen,
welche durch die in 5 dargestellte
Strichlinie repräsentiert
wird. Die tatsächliche
unkalibrierte Antwort 48 für jeden der Detektoren 44 wird
zufällig
variieren, kann jedoch durch eine Ausgangsversetzungskonstante A
und eine den Unterschied in der Steigung von der gemeinsamen linearen
Antwort 46 repräsentierende Konstante
B identifiziert werden.
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Der
Graph in 5 zeigt an, daß unabhängig von
der unkalibrierten Anfangsantwort 48 der einzelnen Detektoren 44 diese
einfach auf die gemeinsame lineare Antwort 46 kalibriert
werden können, welche
irgendeine beliebige ausgewählte
von den Detektorantworten sein kann, oder eine beliebige gemeinsame
Antwort von diesen. Die Kalibrierung der Hubmessung für jedes
von den sekundären
Stellgliedern 30 kann einfach ausgeführt werden, indem Versetzungs-
und Steigungskonstanten A, B für
jeden der Detektoren 44 erzeugt werden, um die gemeinsame
lineare Antwort 46 zu bewirken.
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Die
Versetzungskonstante A kann an jedem Punkt in dem Hub des Stellgliedes
gewählt
werden, um die Differenz in den Ausgangssignalen aus den Detektoren
zu kompensieren, um im Wesentlichen gleiche Werte an diesem Punkt
zu erzeugen. Die Steigungskonstante wird so gewählt, daß sie die Steigung der unkalibrierten
Antwort 48 anpaßt,
daß sie mit
der Steigung der gemeinsamen Antwort 46 übereinstimmt,
um eine im Wesentlichen gleiche Ausgangssignalantwort für jeden
Detektor für
entsprechende Werte des Hubs zwischen Minimum und Maximum sicherzustellen.
Auf diese Weise müssen
die einzelnen Detektoren 44 nicht während der Herstellung mechanisch
kalibriert werden, sondern werden statt dessen elektrisch unter
Verwendung geeigneter Software in der Düsenregelung kalibriert.
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Insbesondere
ist der Kalibrierungsprozeß im Flußdiagramm
in einer exemplarischen Ausführungsform
in 6 dargestellt. Aus Sicherheitsgründen sollte
die Kalibrierungsprozedur nur zugelassen werden, wenn sich das Flugzeug
nicht im Flug befindet, das Flugzeugtriebwerk nicht über Leerlaufleistung befindet
und eine geeignete Wartungsverriegelung aktiviert worden ist. Die
Kalibrierungsprozedur kann vor der ersten Nutzung der Auslaßdüse ausgeführt werden,
sowie periodisch, wenn es in dem Falle von mechanischen oder Temperaturänderungen,
welche die Düsenregelung
beeinflussen, erwünscht
ist.
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Die
Prozedur wird gestartet, indem die Ausgangsstäbe 30a der sekundären Stellglieder 30 in
mit P1 in 5 bezeichnete erste Positionen
positioniert werden, welche in der Mitte zwischen den minimalen und
maximalen ausgefahrenen Positionen liegen, bevorzugt bei einer fehlersicheren
Position liegen. Die fehlersichere Position ist eine, in welcher
die Ausgangsstäbe 30a automatisch
eine nominale Mittenhubposition im Falle verschiedener Fehlermodi
aufsuchen. In der fehlersicheren Position ist die Düse nicht
vektorisiert, sondern nimmt eine geeignete Position, wie z.B. beim
Gleiten ein, um einen nominalen Ausgabeschub zu erzielen, um einen
fortgesetzten Betrieb des Flugzeugs in herkömmlicher Weise zu ermöglichen.
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Eine
Messung des Hubs der sekundären Stellglieder 30 wird
dann an den ersten Positionen durch Aufzeichnen der Rückkopplungssignale
F in einem geeigneten Speicher in der Regelung 40 ausgeführt. Die
Ausgangsstäbe 30a der
sekundären
Stellglieder 30 werden dann durch Weiterfahren der Stellglieder
in die zweiten Positionen P2 positioniert, welche sich von den ersten
Positionen unterscheiden. Die zweiten Positionen P2 sind in 5 bevorzugt als
die minimalen oder voll eingezogenen Positionen der entsprechenden
Ausgangsstäbe
dargestellt. Obwohl die unterschiedlichen ersten und zweiten Positionen
P1 und P2 anderweitig gewählt
werden können, wird
die fehlersichere erste Position P1 bevorzugt, da diese die Position
der Ausgangsstäbe
während
des fehlersicheren Modus ist, bei welcher eine maximale Genauigkeit
bevorzugt wird.
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Bei
den entsprechenden zweiten Positionen der Ausgangsstäbe, wird
der Hub der sekundären Stellglieder 30 noch
einmal unter Verwendung der entsprechenden Detektoren 44 gemessen,
wobei die gemessenen Hübe
F wiederum in dem Regelungsspeicher aufgezeichnet werden. Aus diesen Zwei-Punkte-Daten für jeden
der sekundären
Stellglieder 30 können
entsprechende sich dazwischen erstreckenden Linien mathematisch
in der Regelung zum Kalibrieren oder Kompensieren der Hubmessung
für jedes
von den Stellgliedern unter Verwendung der gemessenen Hübe an den
ersten und zweiten Positionen ermittelt werden, um eine gemeinsame
lineare Antwort zwischen diesen zu bewirken. Wie es vorstehend unter
Bezugnahme auf 5 dargestellt wurde, können durch
Aufzeichnen des Detektorausgangssignals bei zwei unterschiedlichen Hubpositionen
entsprechende gerade Linien dazwischen definiert und Unterschiede
zwischen den individuellen Antwortlinien und der gemeinsamen linearen
Antwort 46 ermittelt werden, so daß geeignete Versetzungs- und
Steigungskonstanten A, B berechnet werden können. Die Konstanten werden
dann verwendet, um die gemessenen Werte des Rückkopplungshubs F in der Steuerung
zu verändern,
so daß sie
der gemeinsamen linearen Antwort 46 in jeder von den getrennten
Rückkopplungsschleifen
folgen.
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Eine
Kalibrierung wird daher durch Modifizieren der gemessenen Hübe F unabhängig von
dem Mangel an Gleichförmigkeit
der ursprünglichen
Detektoren 44 ausgeführt.
Der so modifizierte gemessene Hub F ist in der Praxis nicht anders
als das Signal, welches von einem von Anfang an kalibrierten Detektor 44 erhalten
würde,
jedoch mit einer erheblichen Vereinfachung, in der Stellgliedherstellung.
Ferner kann eine Kalibrierung des Regelungssystems immer dann, wenn
es gewünscht
wird, einfach und automatisch durch Wiederholung des Kalibrierungsprozesses
ausgeführt
werden, was bisher nicht möglich war.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der in 6 dargestellten Kalibrierungsprozedur werden, nachdem
die Stellglieder in ihre entsprechenden ersten und zweiten Positionen
bewegt wurden und der Hub dort zum Ermitteln ihrer erforderlichen
Kalibrierung gemessen wurde, die Stellglieder wieder mit ihren Ausgangsstäbe in der
Ausgangs- oder ersten fehlersicheren Position positioniert. Der
Hub der verschiedenen Stellglieder 30 wird noch einmal
an den ersten Positionen gemessen, um die gemeinsame lineare Antwort
der verschiedenen Detektoren zu verifizieren, welche im Wesentlichen
identische Ausgangssignalwerte erzeugen sollten. Die Kalibrierungsprozedur
kann weiter verifiziert werden, indem die entsprechenden Ausgangsstäbe 30a wieder
bei den zweiten, minimalen Positionen positioniert werden und wiederum
der Hub dort gemessen wird, welcher für ein effektiv kalibriertes
System im Wesentlichen gleich sein sollte.
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Wie
es vorstehend dargestellt wurde, werden die Meßschritte bevorzugt unter Verwendung entsprechender
linearer Positionsdetektoren 44 ausgeführt, wovon jeder eine Ausgangssignalantwort
besitzt, welche im Wesentlichen linear zu dem Stellgliedhub ist.
Auf diese Weise kann jeder Stellgliedstab einfach an zwei Positionen
zum Messen seines Ausgangshubs positioniert werden, wobei zwei Punkte
das Minimum zum Definieren der entsprechenden Antwortlinien sind.
Durch Einführen
der jedem Detektor 44 zugeordneten Kalibrierungs-Versetzungs-
und -Steigungskonstanten A und B kann eine im Wesentlichen gleiche
lineare Antwort für
jeden von den Detektoren in der Regelung 40 erzielt werden
und in den Rückkopplungsregelungsalgorithmen zum
Regeln der entsprechenden sekundären
Stellglieder 30 verwendet werden.
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Da
jedes sekundäre
Stellglied 30 bevorzugt ein redundantes Paar von Detektoren 44 darin
enthält,
wird der Hub für
jedes Stellglied redundant unter Verwendung jedes Detektors sowohl
an den ersten als auch zweiten Positionen gemessen. Entsprechende
Versetzungs- und Steigungskonstanten für die zwei Detektoren jedes
sekundären
Stellgliedes 30 werden in der Regelung 40 zum
Kalibrieren der redundanten Hubmessung für jedes Stellglied für eine im
Wesentlichen gleiche lineare Antwort berechnet. Die lineare Antwort
für die
zwei Detektoren in jedem sekundären
Stellglied 30 sollte gleich sein, um Fehleranzeigen in
der Regelung zu vermeiden, welche die Düse in den fehlersicheren Betriebsmodus
versetzen würde.
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Eine
gleiche lineare Antwort zwischen allen von den mehreren sekundären Stellgliedern 30 wird ebenfalls
bevorzugt, um ein Kräftemessen
zwischen diesen und jede zugeordnete Beanspruchung oder Verformung
in dem sekundären
Ring daraus zu verhindern. Da drei sekundäre Stellglieder 30 in
jedem redundanten Antriebssystem verwendet werden, würde eine
Ungenauigkeit in der gemessenen Position der Stellglieder lediglich
eine Ungenauigkeit in der Position des sekundären Rings 28 erzeugen.
Jedoch bewirkt eine Ungenauigkeit im gemessenen Hub zwischen Stellgliedern
der mit dem sekundären
Ring 28 verbundenen redundanten Systeme ein Kräftemessen
zwischen diesen, da drei Punkte eine Ebene definieren, und von den
redundanten Betätigungssystemen
dargestellte vier oder mehr Punkte müssen dem ersten System genau
folgen, um eine Einebenen-Bewegung des sekundären Ringes 28 sicherzustellen.
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Da
die mehreren sekundären
Stellglieder 30 über
den sekundären
Ring 28 miteinander verbunden sind, können sie nur gleichzeitig zwischen
den ersten und zweiten Positionen während der Kalibrierungsprozedur
bewegt werden, wenn es die Geometrie der Düse erlaubt. Jedoch können in
einer bevorzugten Ausführungsform
alle von den Ausgangsstäben 30a gleichzeitig
in die erste fehlersichere Position bewegt werden, aus welcher heraus
die einzelnen Ausgangsstäbe 30a wiederum
getrennt auf die entsprechenden zweiten minimalen Positionen positioniert
und dann davon entfernt werden können.
Dieses ermöglicht
es den einzelnen Ausgangsstäben 30a,
zwischen den gewünschten
ersten und zweiten Positionen für
die Kalibrierung zu wandern, ohne die Bewegungsfähigkeiten der sekundären Klappen 20 und
der entsprechenden Zwischenklappenabdichtungen dazwischen zu überschreiten.
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Ferner
werden in der bevorzugten Ausführungsform
die einzelnen Ausgangsstäbe 30a wiederum
in ihre minimalen Positionen zurückgezogen,
wobei die restlichen von den Ausgangsstäben 30a geeignet positioniert
werden, um eine unbehinderte Bewegung des in seine minimale Position
zurückgezogenen
Ausgangsstab zu ermöglichen.
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Die
aufeinanderfolgende Bewegung der einzelnen Ausgangsstäbe 30a zwischen
ihren ersten und zweiten Kalibrierungspositionen wird der Reihe nach
für jedes
von den drei Stellgliedern in den getrennten, redundanten Systemen
ausgeführt.
Sobald jedes redundante System kalibriert wird, kann das andere
redundante System in einen herkömmlichen Reservebetriebsmodus
versetzt werden, welcher es ermöglicht,
daß deren
Ausgangsstäbe
ohne Begrenzung durch den sich bewegenden sekundären Ring 28 verschoben
werden.
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Ein
signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
da das Regelungssystem ansonsten identisch mit dem ursprünglichen
Regelungssystem sein kann bis auf die Ausnahme, daß nun unkalibrierte
sekundäre
Stellglieder 30 mit einer entsprechenden Änderung
in den Regelungsalgorithmen der Regelung 40 für die Ausführung einer
automatisierten elektrischen Kalibrierung zur Anwendung in standardmäßigen geschlossenen
Rückkopplungsschleifen
verwendet werden können.
Relativ einfache Korrektur- oder Kalibrierungskonstanten für jeden
von den Detektoren 44 können
leicht in dem Regelungsspeicher gespeichert und in den Regelungsalgorithmen
zum Erzielen einer im Wesentlichen gleichen linearen Antwort der
verschiedenen Detektoren 44 unabhängig von ihrer ursprünglichen
Kalibrierung oder deren Fehlen verwendet werden. Die Vektorisierungsdüse 10 kann
daher mit einer erheblichen Zeitaufwandsreduzierung mit reduziertem
Bedienereingriff und ohne unerwünschte
Beanspruchung und Verwerfung der miteinander verbundenen Komponenten
des Vektorisierungssystems aufgrund einer fehlenden Koordination
dazwischen kalibriert werden.
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Obwohl
hier beschrieben wurde, was als die bevorzugten und exemplarischen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betrachtet wird, dürften weitere Modifikationen
der Erfindung für
den Fachmann auf diesem Gebiet aus den Lehren hierin ersichtlich
sein, und daher soll in den beigefügten Ansprüchen sichergestellt werden,
daß alle
derartigen Modifikationen in den Schutzumfang der Erfindung fallen.