Steuerung Und Regelung Der Turboflugtriebwerke

ISBN-13: 9783764360214 / Niemiecki / Twarda / 1999 / 313 str.

Klaus Bauerfeind

Opis

Das Buch gibt einen Gesamtuberblick uber das Fachgebiet der Steuerung und Regelung von Turboflugtriebwerken. Neben allgemein technischen Grundlagen und Zusammenhangen werden auch einige historische Entwicklungen aufgezeigt. Ausgangspunkt fur alle Darstellungen ist das Triebwerk als Regelstrecke, zusammen mit den operativen Anforderungen. Die verschiedenen Triebwerkbauformen und ihre Thermodynamik werden behandelt und die wichtigsten Steuer- und Regelkonzepte vorgestellt. Beschrieben werden ferner die typischen Ausfuhrungsformen der Sensoren und Stellglieder sowie Gerate zur Umsetzung der Steuer-und Regelalgorithmen, die heute ublicherweise als "Digitale Regler" ausgefuhrt sind. Das Buch wendet sich an den Entwicklungsingenieur in der Industrie, an Studenten des Fachgebietes Regelungstechnik, an die Praktiker bei Luftfahrtgesellschaften und der Bundeswehr sowie an Beamte entsprechender Behorden. Dr.-Ing. Klaus Bauerfeind war fur 25 Jahre Leiter der Fachgebiete Regelung und Thermodynamik im Entwicklungsbereich der Firma MTU und ist heute freier Mitarbeiter."

Spis treści

1 Einleitung.- 2 Grundsätzliche Aufgabenstellungen.- 3 Das Turboflugtriebwerk als Regelstrecke.- 3.1 Allgemeines.- 3.2 Typische Bauformen der Turboflugtriebwerke.- 3.2.1 Gestaltung zur Optimierung des Vortriebswirkungsgrads.- 3.2.2 Gestaltung zur Optimierung des inneren Wirkungsgrads und der Leistungsdichte.- 3.3 Stationäres Betriebsverhalten.- 3.4 Konzept der reduzierten Leistungsparameter.- 3.5 Instationäres Betriebsverhalten und Simulationsmodelle.- 3.5.1 Grundsätzliches.- 3.5.2 Einen instationären Vorgang auslösende Triebwerk-eingangsparameter.- 3.5.3 Physikalische Vorgänge beim instationären Betrieb.- 3.5.4 Modelliermöglichkeiten des instationären Betriebsverhaltens.- 3.6 Windmilling-und Startverhalten.- 3.6.1 Grundsätzliche Aspekte und Aufgabenstellungen.- 3.6.2 Grundlagen des Windmilling-Betriebs.- 3.6.2.1 Physikalische Grundlagen.- 3.6.2.2 Arbeitsweisen von Verdichtern und Turbinen im Windmilling-Betrieb.- 3.6.2.3 Syntheserechnung mit Kennfeldern.- 3.6.2.4 Diskussion des Windmilling-Betriebs beispielhaft für das Einwellen-Einstromtriebwerk.- 3.6.3 Grundlagen des Startverhaltens.- 3.7 Stell-, Stör-und Regelgrößen (Triebwerkparameter).- 4 Steuer-und Regelungskonzepte der Turboflugtriebwerke.- 4.1 Schubsteuerung durch den Leistungshebel.- 4.1.1 Anforderungen.- 4.1.2 Steuerkonzepte.- 4.1.3 Vollast-Leistungsstufen bei militärischen Triebwerken.- 4.2 Starten und Abschalten.- 4.2.1 Startvorgang.- 4.2.1.1 Startermotor.- 4.2.1.2 Brennkammer-Zündvorrichtung.- 4.2.1.3 Brennstoffzumessung.- 4.2.2 Abschaltvorgang.- 4.3 Rotorbeschleunigung/-verzögerung.- 4.3.1 Grundsätzliches.- 4.3.2 Bewährte und mögliche Konzepte für die Steuerung und Regelung der Rotorbeschleunigung/-verzögerung.- 4.4 Grenzwertparameter-Begrenzer.- 4.5 Wasser-Methanol-Einspritzung zur Startschuberhöhung.- 4.6 Nachbrennerbetrieb.- 4.6.1 Grundsätzliches.- 4.6.2 Konzepte für eine geregelte Nachbrenner-Rückwirkungsfreiheit.- 4.6.3 Konzept des gesteuerten, weitgehend rückwirkungsfreien Nachbrennerbetriebs.- 4.6.4 Nachbrenner-Zündvorrichtungen.- 4.7 Optimierte Betriebsartensteuerung (Mode Control).- 4.8 Luftschraubensteuerung bei Turboprop (PTL)-Triebwerken.- 4.8.1 Grundsätzliches.- 4.8.2 Steuerungskonzepte.- 4.9 Rotorsteuerung bei Hubschraubertriebwerken.- 4.9.1 Grundsätzliches.- 4.9.1 Steuerungskonzepte.- 4.10 Spezielle Steuerungsanforderungen anderer Luftfahrt-Gasturbinentriebwerke (Sonderbauarten).- 4.10.1 Besondere Steuerungsanforderungen für Triebwerke mit variabler Geometrie.- 4.10.2 Besondere Steuerungsanforderungen für Hyperschalltriebwerke.- 4.10.3 Steuersysteme für Verlusttriebwerke.- 4.10.4 Steuersysteme für Hilfsgasturbinen (APU’s).- 4.10.5 Steuerungsanforderungen für VTOL-Triebwerke.- 4.11 Einige allgemeine Entwicklungsschwerpunkte.- 5 Autarke Steuerungskonzepte wichtiger Triebwerkkomponenten.- 5.1 Grundsätzliches.- 5.2 Lufteinlauf.- 5.3 Verdichter.- 5.4 Turbinen.- 5.5 Brennkammer und Nachbrenner.- 5.6 Schubdüse für Überschallflug.- 5.7 Schubumkehrer.- 6 Sicherheits-und Zuverlässigkeitsanforderungen.- 7 Brennstofftypen und ihre physikalischen Eigenschaften.- 7.1 Grundsätzliches.- 7.2 Einteilung der Brennstoffe für Turboflugtriebwerke.- 7.3 Physikalische Eigenschaften und Kennwerte.- 8 Typische Komponenten der Steuer-und Regelsysteme.- 8.1 Allgemeines.- 8.2 Sensoren.- 8.2.1 Drehzahlmessung.- 8.2.2 Temperaturmessung.- 8.2.3 Druck-und Druckverhältnismessung.- 8.2.4 Brennstoff-Durchflußmessung.- 8.2.5 Drehmomentmessung.- 8.2.6 Positionsmessung.- 8.2.7 Mögliche künftige Sensoren.- 8.3 Stellglieder und ihre Komponenten.- 8.3.1 Brennstoffpumpen.- 8.3.2 Brennstoffzumeßventile.- 8.3.3 Brennstoffdüsen.- 8.3.4 Pneumatische Stellzylinder.- 8.3.5 Luftmotoren.- 8.3.6 Hydraulische Stellzylinder.- 8.3.7 Hydraulikpumpen und -motoren.- 8.3.8 Elektromotoren und Spulenantriebe.- 8.3.9 Mechanische Antriebe.- 8.4 Funktionserzeuger, Rechner.- 8.4.1 Mechanische Funktionserzeugung.- 8.4.2 Pneumatische Funktionserzeugung.- 8.4.3 Elektrische Funktionserzeugung und Rechner.- 9 Digitale Elektronik für die Steuerung, Regelung und Überwachung moderner Turboflugtriebwerke.- 9.1 Rückblick und Entwicklungsgeschichte bis zum FADEC.- 9.2 FADEC als komplettes Betriebssystem für Turboflugtriebwerke.- 9.3 FADEC als Überwachungssystem.- 9.4 Wichtige Entwicklungsschritte von der projektbezogenen Konzipierung bis zur Zulassung.- 9.5 Hardware des Digitalreglers.- 9.5.1 Zuverlässigkeit, Sicherheit und Redundanz.- 9.5.2 Grundsätzlicher Aufbau.- 9.5.3 Mikroprozessoren, Speicher und andere Bauelemente.- 9.5.4 Kommunikation mit Sensoren, Stellgliedern, Cockpit, Überwachungs-und Testgeräten.- 9.5.5 Abschirmung gegen EMC, Blitz und nukleare Explosionen.- 9.5.6 Schutzmaßnahmen gegen unzulässige Temperaturen und Vibrationen.- 9.5.7 Stromversorgung.- 9.5.8 Fragen der Integration mit zellenseitiger Elektronik.- 9.6 Software des FADEC-Systems.- 9.6.1 Erstellen der Software.- 9.6.2 Analyse, Testen und Validieren der Software.- 9.7 Testen und Validieren des Gesamtsystems.- 9.8 Allgemeine Entwicklungstendenzen.- 10 Beispiele ausgeführter Steuer-und Regelsysteme.- 10.1 Betriebssystem des Junkers-Triebwerks Jumo 109-004B von 1944.- 10.1.1 Allgemeines.- 10.1.2 Betriebssystem und Steuerelemente.- 10.2 Betriebssystem des Turbo-Union-Triebwerks RB 199 im Tornado-Kampfflugzeug.- 10.2.1 Allgemeines.- 10.2.2 Betriebssystem und Steuerelemente.- 10.2.2.1 Brennstoffzumeßsystem für Grundtriebwerk.- 10.2.2.2 Nachbrennerbrennstoff-Zumeßsystem.- 10.2.2.3 Schubdüsenverstellsystem.- 10.2.2.4 Schubumkehrerbetätigungssystem.- 10.2.2.5 Aufbau und Funktionsweise des Digitalreglers DECU.- 10.3 Betriebssystem des Triebwerks V2500 der IAE.- 10.3.1 Allgemeines.- 10.3.2 Betriebssystem mit seinen wichtigsten Steuerfunktionen.- 10.3.3 Brennstoffzumeßsystem.- 10.4 Betriebssystem des Hubschraubertriebwerks MTR390.- 10.4.1 Allgemeines.- 10.4.2 Betriebssystem mit seinen wichtigsten Steuerfunktionen.- 10.4.3 Brennstoffzumeßsystem.- Anhang: Einige Definitionen und Grundlagen der Regelungstechnik.- Al Begriffe der Steuer-und Regelungstechnik.- A2 Mathematische Beschreibung des Verhaltens typischer Systemelemente.- A2.1 Mathematische Grundlagen.- A2.2 Dynamisches Verhalten ausgewählter Grundelemente.- A2.3 Darstellung in der Zustandsebene.- A3 Zeitverhalten einfacher Regelstrecken und ihre Stabilität.- A4 Reglerentwurf mit Sprungantwort.- A4.1 Allgemeine Optimierungskriterien.- A4.2 Kompensation von P-T-Gliedern in der Regelstrecke.- A4.3 Unterlagerte Regelkreise.- A5 Digitale Regelungen.- A5.1 Funktionseinheiten.- A5.2 Digitalisierung analoger Reglerfunktionen.- A5.3 Verschiebungsoperator und Z-Transformation.- A5.4 Wahl der Abtastperiode.- A6 Besonderheiten und Vorgehensweise beim Entwurf von Steuer-und Regelsystemen von Turboflugtriebwerken.- Verwendete Symbole.- Sachwortverzeichnis.