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Brennstoffregelvorrichtung für Strahltriebwerke von Flugzeugen Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffregelvorrichtung für Strahltriebwerke von Flugzeugen,
insbesondere kontinuierlich arbeitende Staustrahltriebwerke, bei der die Brennstofförderung
während des Fluges in gleichzeitiger Abhängigkeit vom statischen Druck der umgebenden
Luft und von dem von der Fluggeschwindigkeit abhängigen Luftdruck, dem Staudruck,
geregelt wird.
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Der Ausdruck »Flugzeug« wird hier im weitesten Sinne gebraucht und
darunter jede Vorrichtung verstanden, die zu fliegen imstande ist und ihre eigene
Antriebsanlage besitzt. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf kontinuierlich
arbeitende Staustrahltriebwerke, d. h. auf Anlagen, bei denen der Vortrieb des Flugzeugs
nach dem Start dadurch erzeugt wird, daß man Brennstoff in komprimierter Luft zur
Verbrennung bringt, die dem Flugzeug durch seine Eigenbewegung zugeführt wird.
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Für derartige Zwecke ist es bekannt, Brennstoffregelvorrichtungen
vorzusehen, die die den Brennern je Zeiteinheit zugeführte Brennstoffmenge während
des Fluges in gleichzeitiger Abhängigkeit vom statischen Druck der umgebenden Luft
und von dem von der Fluggeschwindigkeit abhängigen Staudruck einstellen. Diesem
Bekannten gegenüber kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß die Beeinflussung
des Regelvorgangs durch den statischen Druck unabhängig von der Beeinflussung durch
die ebenfalls als Steuergröße benutzte Differenz
zwischen Staudruck
und statischem Druck erfolgt.
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Hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die durch eine
Öffnung in der Zeiteinheit strömende Flüssigkeitsmenge proportional dem wirksamen
Querschnitt der Öffnung und der Ouadratwurzel aus dem Druckabfall am Querschnitt
ist. Es wird daher zweckmäßig ein an sich bekannter veränderbarer Regelquerschnitt
im Regelventil in der Brennstofförderleitung vorgesehen, dessen Größe von einem
vom Luftdruck P, abhängigen Druckfühler diesem Druck entsprechend geändert wird,
wobei durch eine Druckabfallregelvorrichtung bei jeder Einstellung ein konstanter
Druckabfall am Regelquerschnitt aufrechterhalten wird, und zwar durch gemeinsame
von den Drücken P, und P2 abhängige Mittel, derart, daß der Druckabfall am Regelquerschnitt
immer zu (P2-CPi) proportional ist.
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Während das Flugzeug durch das Strahltriebwerk in Bewegung gesetzt
oder mit Hilfe einer anderen als der normalen, erst während des Fluges in Gang kommenden
Antriebsanlage gestartet wird (wie es z. B. bei einem Staustrahltriebwerk erforderlich
ist), ist es vorteilhaft, die normale Brennstoffzufuhrregelung noch nicht zu benutzen,
sondern die durch geeignete Anfahri--gelvorrichtungen dem Startvorgang anzupassen.
Bei einem Staustrahltriebwerk würden nämlich die Hauptbrenner mittels einer Zündvorrichtung
oder mittels im voraus angezündeter Hilfsbrenner erst bei einer Geschwindigkeit
in Gang gesetzt werden, die sich nach der Abhängigkeit der Brennstoffzufuhr von
Flughöhe und Fluggeschwindigkeit richtet. Schaltet man den nörmalen Regler während
des Starts aus und anstatt dessen eine Anfahrregeleinrichtung ein, so kann durch
diese Brennstoffzufuhr und Zündung bereits bei einer kleineren Fluggeschwindigkeit,
d. h. kleinerer Machzahl als der normalen, erfolgen.
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Da der von der rluggeschwindigkeitabhängige Druck P2 anfangs nämlich
dem statischen Druck der umgebenden Luft entspricht (Geschwindigkeit gleich Null),
führen die für den normalen Flug bestimmten erfindungsgemäßen Regelvorrichtungen
anfänglich den Brennern keinen Brennstoff zu, bis die Geschwindigkeit einen Wert
erreicht hat, bei dem P2 etwas größer als CPi ist, wobei der Wert von C kleiner
als i ist. Um aber schon vor dem Erreichen dieser Geschwindigkeit eine Brennstoffzufuhr
zu ermöglichen, ist jene Anfahrregelvorrichtung vorzusehen. Sie muß die Wirkung
haben, daß die Vorspannung an dem dem Druckabfall am Regelventilquerschnitt ausgesetzten
Steuermittel verändert und die Brennstoffzufuhrregelung eine andere Charakteristik
erhält. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform dieser Anfahrregelvorrichtung ist
ein zweiter Regelquerschnitt mit dem ersten. normalen Regelquerschnitt in Reihe
in die Brennstoffleitung gelegt, der ebenfalls in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck
eingestellt wird, und es sind weiter Mittel vorgesehen, um anfänglich und vorübergehend
auf die einstellbare Vorspannung derart einzuwirken, daß eine den Brennstoffdruck
regelnde Drossel geöffnet und ein konstanter Druckabfall an den beiden in Serie
angeordneten Regelquerschnitten aufrechterhalten wird.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in den Fig. i und 2 der Zeichnung
dargestellt, die zusammengehören und derart aneinanderzulegen sind, daß die rechte
Seitenkante von Fig. i sich an die linke Seitenkante von Fig. 2 anschließt. Zwecks
leichteren Verständnisses ist ein vereinfachtes Schema dieser Vorrichtung, das nur
deren wesentlichste Teile enthält, in Fig. 3 wiedergegeben.
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Der von einer in Fig. 3 nicht dargestellten Pumpe gelieferte Brennstoff
fließt aus einer Förderleitung q. durch einen Druckregler i, durch eine weitere
Förderleitung 5 zu einem Regelventil io mit einem einstellbaren Regelquerschnitt
iob und dann zu dem Brenner oder den Brennern.
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Der Druckregler i besteht aus einem verstellbaren Drosselschieber
2, der je nach Einstellung Kanäle i" freilegt oder abdeckt, durch welche Brennstoff
aus der Förderleitung q. unter den Drosselschieber 2 treten kann. Dieser Schieber
wird entsprechend dem Druckabfall am Regelquerschnitt iob betätigt, so daß beim
Abweichen dieses Druckabfalles von einem gewünschten Wert der Druck des im Druckregler
befindlichen und von dort durch die Förderleitung 5 zum Regelventil io fließenden
Brennstoffs entsprechend geändert wird. Hierbei gelangt der Brennstoff vom Raum
unterhalb des Drosselschiebers 2 in die Förderleitung 5, indem er zwischen der Schubstange
3 und der diese umgebenden Wandung hindurchfließt. Es sei bemerkt, daß es sich hier
nur um eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips handelt; eine
der praktischen Ausführung besser entsprechende Anordnung wird später an Hand von
Fig. i beschrieben.
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Dem Druckregler i beigeordnet ist eine Steuervorrichtung 6 mit einer
Membran 7, welche im normalen Betriebe auf der einen Seite dem Brennstoffdruck ausgesetzt
ist, der am Eingang des Regelventils herrscht, und auf der anderen Seite erstens
dem Druckimpuls des Brennstoffs am Ausgang des Regelventils - über die Impulsleitung
g - und zweitens dem Druck einer Feder 8 unterliegt, die, wie später beschrieben
wird, eine einstellbare Vorspannung liefert. Die Membran 7 ist also nur dann im
Gleichgewicht, wenn der Druckabfall am Regelquerschnitt i ob der von der Feder 8
gelieferten Vorspannung entspricht. In der schematischen Darstellung nach Fig. 3
wirkt die Membran 7 unmittelbar über eine Schubstange 3 auf den Druckregler; tatsächlich
aber wirkt sie (wie noch unter Bezugnahme auf Fig. i gezeigt wird) über eine Servoeinrichtung
auf den letzteren ein.
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Das Regelventil weist in seinem Gehäuse die Ringschieber i i und 12
auf, die zwischen sich einen ringförmigen Spalt ioa lassen; ferner ist ein Kolbenschieber
13 mit einer spitz zulaufenden Öffnung 13Q vorgesehen, der innerhalb der Ringschieber
i i, 12 verstellbar ist. Durch die Überdeckung des Ringspalts io" und der Öffnung
13Q entsteht ein Regelquerschnitt 10b. Der Kolbenschieber
13 wird
durch einen Druckfühler verstellt, der aus einer verformbaren Druckkammer 15 in
einem Gehäuse 16 besteht; das Gehäuse ist an den LuftdruckPl angeschlossen. Der
Einfachheit halber ist in Fig.3 eine direkte Verbindung des Druckfühlers 15, 16
mit dem Kolbenschieber des Regelventils io über einen um den Drehpunkt ig schwenkbaren
Hebel 18 und eine Schubstange 17 dargestellt; in der Praxis wird auch hier eine
Servoeinrichtung verwendet.
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Durch entsprechende Wahl der Form der Öffnung 13" und der Spaltbreite
des Ringspalts io" läßt es sich einrichten, daß sich die wirksame Fläche des Regelquerschnitts
lob in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbenschiebers 13 genau gemäß der jeweils
gewünschten Funktion f (P1) ändert. Die den Regelquerschnitt iob durchströmende
Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit ist selbstverständlich proportional der wirksamen
Fläche dieses Querschnitts und der Ouadratwurzel aus dem Druckabfall, der p genannt
sei und selbsttätig im Regelquerschnitt aufrechterhalten wird. Damit folgt dann
die je Zeiteinheit hindurchströmende Flüssigkeitsmenge dem Gesetz
Damit der Druck p proportional (P2 - CP1) wird, ist der Anschlag 2o,
auf dem sich die Vorspannfeder 8 abstützt, einstellbar, um die Federspannung entsprechend
diesem Klammerausdruck einregeln zu können. Zu diesem Zweck wirken der vom Druck
P'1 beeinflußte Druckfühler 15, 16 und außerdem noch ein zweiter, vom Druck P2 abhängiger
Druckfühler 2i auf den Anschlag 2o ein, und zwar beide gegensinnig, so daß sich
die Differenz der beiden Drücke P1 und P2 am Anschlag 2o auswirken. Der Druckfühler
21 ist in Fig. 3 schematisch und derart dargestellt, als sei er von der gleichen
Art wie der Druckfühler 15, 16 und wirke unmittelbar auf das eine Ende eines Hebels
22, der sich um einen Zapfen 104 drehen kann' und dessen anderes Ende den Anschlag
20 verstellt. Eine für die Praxis geeignete Bauart des Druckfühlers 2i wird an Hand
von Fig. i beschrieben werden. Der Zapfen i o4 wird von einier Schubstange 23 getragen,
die von dem einen Ende des Hebels 24 bewegt werden kann; dieser Hebel ist um einen
Drehpunkt 25 schwenkbar gelagert, der zwecks Einstellbarkeit längs des Hebels 24
in der von den Pfeilen angedeuteten Weise verschiebbar ist. Das andere Ende des
Hebels 24 ist mit der Schubstange 17 gekuppelt und wird daher von dem Druckfühler
15,16 bewegt.
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Im vorstehenden sind die wesentlichen Grundgedanken der Erfindung
erläutert, und es ist gezeigt, auf welche Weise die beschriebene Vorrichtung eine
Einstellung der sekundlich geförderten Brennstoffmenge entsprechend dem oben angegebenen
Gesetz ermöglicht.
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Aus der Darstellung der vollständigen Vorrichtung in Fig. i und 2
ist zu erkennen, daß eine Brennstoffschleuderpumpe 57 von einer Druckluftturbine
58 angetrieben wird. Um ein Durchgehen bei erheblicher Entlastung der Brennstoffpumpe
57 zu'verhindern, ist die Turbine 58 mit einer Drosselklappe 66 ausgerüstet, die
bei Erreichen übermäßig hohen Pumpendrucks betätigt wird. Hierzu ist in einem Zylinder
6o ein Steuerschieber 59 vorgesehen, der über Steuerleitungen 4b und 5" der am Druckregler
i auftretenden Brennstoffdruckdifferenz ausgesetzt ist, wobei diese Druckdifferenz
gegen eine mit einer Einstellschraube 62 regelbare Feder 61 arbeitet. Überschreitet
der Druck in der Leitung 4b einen bestimmten Wert, so tritt Brennstoff aus dieser
Leitung unter den Stellkolben63 eines Servomotors, der unter dem Druck der Feder
64 steht und über das Gestänge 65 in schließendem Sinne auf die Drosselklüppe 66
einwirkt, die zweckmäßig im Auslaßrohr der Turbine 58 angeordnet ist. Der Stellkolben
63 besitzt eine kleine Bohrung 63Q, durch die Druckflüssigkeit langsam hindurchtreten
und durch die Leitung 68" zum Pumpeneinlaß bzw. Brennstoffbehälter 57 zurückgelangen
kann. Hat sich der Steuerschieber 59 in seine Ruhelage zurückbegeben, so öffnet
sich demnach die Drosselklappe 66 langsam wieder. Diese Vorrichtung hat also das
Bestreben, einen einigermaßen konstanten Druckabfall am Druckregler i aufrechtzuerhalten,
und verringert so den benötigten Arbeitsbereich dieses Reglers.
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Der Brennstoff gelangt vom Vorratsbehälter 67 durch die Zuflußleitung
68 zum Einlaß der Pumpe und vom Pumpenauslaß durch die Förderleitung 4 zum Druckregler
i. Der Arbeitsdruck des von der Pumpe geförderten Brennstoffs ist selbstverständlich
größer als- die Summe aller Verluste in der Anlage.
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Der Druckregler i und die zugehörige Steuervorrichtung 6 sind im wesentlichen
derart beschaffen, wie es bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebe, wurde.
Allerdings betätigt die letztere den ersteren mittels. eines Servomotors, der durch
einen von der Membran 7 betätigten Steuerschieber gesteuert wird. Die Anordnung
ist derart, daß die im Gleichgewicht befindliche Membran sich stets in ihrer Ausgangslage
befindet. Der Drosselschieber 2 des Druckreglers i trägt einen Servokolben 2Q, der
in einem als Zylinder ausgebildeten Gehäuseteil arbeitet. Der mit einer Feder 26
für den erforderlichen Gegendruck versehene Servokolben 2Q ist beiderseits über
die Steuerleitungen 31, 32 an das einen Steuerschieber 28 enthaltende Steuerorgan
27 angeschlossen und wird von dort aus betätigt. Die Membran 7 der Steuervorrichtung
6 wirkt über eine Stange 7" und einem um den Zapfen 30 schwenkbaren Hebel
29 auf den Steuerschieber28, der die eine oder die andere der Steuerleitungen 31
bzw. 32 über die Zufuhrleitungen 4Q mit der Druckwelle. bzw. über die Leitung
67, mit dem Auslaß verbindet.
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Bei einem Anstieg des Druckabfalles am Regelquerschnitt iob wirkt
dieser über die Impulsleitung 5e. 9o auf die Oberseite der Membran 7 und biegt sie
nach unten durch, so daß der Steuerschieber 28 nach oben verstellt und Druck über
den Servokolben 2" geleitet wird, dieser also nach abwärts wandert und den Drosselschieber
2 weiter schließt. Damit sinkt der Druck in der Förderleitung 5, d. h. auf der Eingangsseite
des Regelventils io, und
zwar so lange, bis der Druckabfall wieder
seinen ursprünglichen Wert angenommen hat und die Membran 7 in ihre Gleichgewichtslage
zurückgeführt ist.
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Der Brennstofffluß verläuft in folgender Weise durch die Vorrichtung:
vom Vorratsbehälter 67 durch die Zuflußleitung 68, die Pumpe 57, die Förderleitung
4, den Druckregler i und die Förderleitung 5, darin durch eine Anlaßvorrichtung
76, die später beschrieben wird, und durch die Förderleitungen 5b und 5, in das
Gehäuse des Regelventils io bzw. das eines zweiten ähnlichen Regelventils 75. Der
erstgenannte von diesen beiden ist eingangsseitig über die Impulsleitungen 5e und
9o mit dem Raum über der Membran 7 verbunden.
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Das Regelventil io ist bereits an Hand der Fig.3 beschrieben worden.
Nachzutragen wäre noch, daß die Breite des Ringspalts zwischen den Ringschiebern
i i und 1a mit Hilfe einer Stellschraube 33 einstellbar ist, um auf diese Weise
den Koeffizienten A des auf Seite 8 erwähnten Gesetzes für die zu regelnde Brennstoffmenge
ändern zu können.
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Die Schubstange 17 des Kolbenschiebers 13 wird vom Druckfühler 15,
16 mit Hilfe einer Servoeinrichtung 34 verschoben. Letztere besteht aus einem Steuerschieber
35, der vom Druckfühler mittels des um den Drehzapfen i9 schwenkbaren Hebels 18
bewegt wird, und aus einem Servokolben 36, der mit der Stange 17 verbunden
ist, wobei sich der Steuerschieber teils im zugehörigen Zylinder des Gehäuses 34
und teils im Servokolben 36 selbst verschiebt. Eine solche Anordnung ist besonders
raumsparend.
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Der Steuerschieber 35 besitzt nahe seinem unteren Ende eine ringförmige
Ausnehmung oder Nut, die ständig über den gestrichelt eingezeichneten Kanal im Servokolben
36 mit der Zufuhrleitung4Q in Verbindung steht. Bewegt sich der Steuerschieber bei
sinkendem Druck P1 abwärts, so wird Druckflüssigkeit durch den Vertikalkanal im
Servokolben links der Mitte in den Raum oberhalb des Servokolbens 36 geleitet, und
dieser verschiebt sich zusammen mit der Schubstange 17 so lange abwärts,
bis seine ursprüngliche Lage zum Steuerschieber wiederhergestellt ist. Bei einer
Aufwärtsbewegung des Steuerschiebers 35 gelangt die Druckflüssigkeit in ähnlicher
Weise durch den Servokolbenkanal rechts der Mitte unter den Servokolben und befördert
diesen nach oben. Hierbei kann die oberhalb des Servokolbens befindliche Flüssigkeit
durch die Kanäle im Steuerschieber nach oben in die Leitung 67" entweichen.
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Um die von der Feder 8 erzeugte Vorspannung zu ändern, kann der Druckfühler
21 das Auflager 2o der Feder vermittels einer anderen Servoeinrichtung verstellen.
Dieser Druckfühler .2i ist in Fig. i unten rechts dargestellt und besitzt in seinem
Gehäuse eine Membran 38 mit einer Schubstange 39 und einem Hebel 4o, der von ersterer
um einen Drehzapfen 41 geschwenkt werden kann. Die Drücke P1 und P2 wirken über
die Leitungen ioi und 103 gegensinnig auf diese Membran. Bei einer Durchbiegung
letzterer betätigt der Hebel 4o den Steuerschieber 42 und leitet damit Flüssigkeitsdruck
durch die Steuerleitungen 44, 45 auf die eine oder die andere Seite des Servokolbens
46, der über seine Kolbenstange 46" und den am Drehzapfen 104 aufgehängten Hebel
22 das Auflager 2o der Feder 8 verstellt. Das Ausmaß, in dem diese Servoeinrichtung
die von der Feder 8 erzeugte Vorspannung der Membran 7 ändern kann, und die daraus
folgende Vermehrung der sekundlich gelieferten Brennstoffmenge wird durch eine Stellschraube
48 begrenzt, die als Anschlag für den Servokolben 46 dient. Zwischen dem Ende der
Kolbenstange 46Q und dem oberen Ende 42" des Steuerschiebers 42 ist eine Druckfeder
43 vorgesehen. Eine unzulässige Durchbiegung der Membran 38 des Druckmessers 2,1
wird durch einen Stellschraubenanschlag 74 verhindert. Man hat den Druckfühler 21
deshalb so eingerichtet, daß er von der Differenz P2 - P1 abhängig ist, weil auf
diese Weise die Verwendung eines Druckmessers mit Membran möglich war.
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Die Druck- bzw. Kräfteverhältnisse ergeben sich hierbei wie folgt:
Der Druckfühler 21 allein ist bestrebt, die Kraft der Feder 8 proportional mit P2
- P1 zu verändern. Der andere, allein vom Druck P1 beaufschlagte Druckfühler 15,
16 erreicht über die beschriebene Hebelverbindung 18, 17, 24, 23,
22, daß sich die Kraft der Feder 8 mit K - P1 verändert. Insgesamt ergibt sich also
eine Kraftänderung 'proportional zu P2 - P1 - K - P1 oder zu P2 - CPI, wenn man
C = r -f- K setzt. Hierbei ist die Größe K eine willkürlich wählbare Größe, die
von den Abmessungen und sonstigen Eigenschaften des Druckmessers 15, 16 abhängt
und beispielsweise beim Vergrößern des Druckmessers auf das Doppelte ebenfalls den
zweifachen Wert annimmt.
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Wie bereits geschildert, hängt die Stellung des Auflagers 2o auch
von Bewegungen der Schubstange 17 ab. Der diese Schubstange mit der Schubstange
23 verbindende Hebel 24 ist in dem Gelenk 25 gelagert, . das ein Verschwenken des
Hebels 24 zuläßt, gleichzeitig aber auch längs des Hebels 24 verschoben werden kann,
wozu eine hohle Stellschraube 5o dient.
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Der Gebrauch von Servoeinrichtungen ermöglichtes, daß die Membranen
oder Druckkammern der verschiedenen Druckmesser u. dgl. nur Steuerschieber zu betätigen
brauchen. Der flüssige Brennstoff dient zweckmäßig für die Servoeinrichtungen. Zu
diesem Zweck wird Druckflüssigkeit vom Pumpenauslaß durch die Zufuhrleitung 4" den
Servoeinrichtungen 27, 34 und 42 zugeführt, die durch die Leitung 67" auch mit dem
Pumpeneinlaß und dem Brennstoffbehälter 67 verbunden sind.
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Wenn eine Fluggeschwindigkeit erreicht ist, die einer bestimmten Machzahl
entspricht, so wird eine weitere Geschwindigkeitszunahme des Flugzeugs durch Mittel
verhindert, welche clie Brennstoffzufuhr zu allen oder einigen Brennern beim Ansteigen
der Machzahl über diesen Wert hinaus drosseln. Diese Mittel können in einem Machzahlimpulsgeber
bestehen, der in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen dem statischen Luftdruck
P1 und dem Staudruck P2 arbeitet. Da aber eine auf
die Machzahl
ansprechende Vorrichtung verhältnismäßig kompliziert ist und es sich hier nur um
die Feststellung des Überschreitens einer jeweils bestimmten Machzahl handelt, genügt
es, einen Impulsgeber zu verwenden, der auf die ihr entsprechende Differenz zwischen
Staudruck und statischem Druck anspricht. Eine solche im einzelnen nicht näher beschriebene
Vorrichtung ist in Fig. 2 mit 51 bezeichnet. Dieser Impulsgeber 51
betätigt
einen Steuerschieber 52 für eine Servoeinrichtung 53, die eine Verstellung der Regelventile
io und 75 bewirkt. Dies erfolgt durch Verstellen des Kolbenschiebers 13 mittels
des Servokolbens 54, dessen Hub durch eine Stellschraube 56 begrenzt ist. Bis zu
einer bestimmten Flughöhe wird dieser Impulsgeber durch eine Verbindung mit der
Außenluft unwirksam gemacht. Der in der Staudruckleitung ioi vorhandene Druck P2
übt im Betriebe durch die Leitung 72a mit der Einschnürung 72 einen Druck auf die
Unterseite der im Impulsgeber 51 vorgesehenen Membran aus. Solange nun der Druck
P1 über einem einstellbaren oberen Wert liegt, findet ein Ausgleich ins Freie statt,
und zwar über die Leitung 726, das in diesem Fall geöffnete Steuerventil
70 und die Auslaßleitung 73. Wenn der Druck P1 unter diesen Wert fällt, so
legt sich eine Stellschraube 37, die an der vom Druckfühler 15, 16 über die Servoeinrichtung
34 betätigten Schubstange 17 sitzt, gegen einen Führungsstift 69" des Steuerkolbens
69 und verstellt diesen entgegen der Wirkung einer Feder 71, bis Druckflüssigkeit
aus der Zufuhrleitung 4a in das Gehäuse des Steuerventils 7o eintritt; damit wird
das Ventil auf seinen Sitz gepreßt und sperrt den Austritt aus der Leitung 726 ins
Freie. Nunmehr kann, da der Durchfluß der Luft durch die Einschnürung 72 gesperrt
ist, der Druck im Impulsgeber 51 unterhalb der Membran bis auf den Wert P2 steigen,
so daß diese Vorrichtung in Tätigkeit tritt.
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Der Druck P2 kann in üblicher Weise durch ein Rohr gemessen werden,
das in der Flugrichtung nach vorn gerichtet, wie bei ioo angedeutet, und mit den
verschiedenen Vorrichtungen 2i und 51 durch die Staudruckleitung ioi verbunden ist.
Der statische Luftdruck P1 kann in üblicher Weise gemessen werden mittels einer
gegen den Staudruck geschützten Öffnung, wie beispielsweise mit einem Rohr 1o2,
das senkrecht zur Flugrichtung gerichtet und mit den verschiedenen Vorrichtungen
16, 21, 51 über eine Luftdruckleitung 103 verbunden ist.
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Das Regelventil io kann die Hauptbrenner und das Regelventil 75 kann
Hilfsbrenner speisen, mit denen zusätzlicher Vortrieb, z. B. zur Beschleunigung,
erzeugt wird. Der Druckfühler 15, 16 steuert beide Regelventile, der Impulsgeber
51 hingegen nur das Regelventil 75. Eine Verstellung des Steuerkolbens 54
kann sich nämlich über den Hebel 55 nur auf den Kolbenschieber des Regelventils
75 auswirken, da das an der Schubstange 17 angreifende Ende des Hebels 55 durch
den mit der Schubstange 17 verbundenen Servokolben 36 festgehalten wird. Andererseits
wird, solange sich der Servokolben 54 nicht bewegt, eine Bewegung der Schubstange
17 über den Hebel 55 auch auf den Kolbenschieber der Vorrichtung 75 - übertragen,
wobei die Verstelleinrichtung der Kolbenschieber in den Regelventilen io und 75
gegensinnig vor sich geht. Um hierbei eine gleichsinnige Änderung der Regelquerschnitte
beider Regelventile zu erreichen, ist die Form der Kolbenschieberöffnungen
13, entgegengesetzt gewählt, d. h. bei der Vorrichtung io unten breit und
oben spitz, bei der Vorrichtung 75 oben breit und unten spitz.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit für die Kupplung zwischen dem Servokolben
54 und den beiden Regelventilen io und 75 könnte z. B. auch darin bestehen, daß
die Kolbenschieber der Regelventile starr miteinander gekuppelt sind, so daß sie
stets die gleiche Bewegung ausführen, lediglich gesteuert von der Schubstange 17.
Außerdem wären dann die oberen Ringschieber ix . der Regelventile oder wenigstens
einer von ihnen, z. B. der des Ventils 75, verstellbar eingerichtet und mit dem
Servokolben 54 gekuppelt, der demnach die Spaltbreite verstellt.
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Die sekundlichen Durchflußmengen durch die Regelquerschnitte sind,
unabhängig vom Einfluß des Impulsgebers 51, bei den beiden Regelventilen io und
75 verschieden; sie können mit den Stellschrauben 33 unabhängig voneinander einreguliert
werden. Demnach verteilt sich dann der von der Förderleitung 5 gelieferte Brennstoff
in entsprechendem Verhältnis auf die beiden Förderleitungen 56 und 5, und die beiden
Regelventile, doch untersteht die gesamte Brennstoffmenge dem Einfluß des Druckreglers
i, der vom Druckgefälle am Regelquerschnitt des Regelventils io gesteuert wird.
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Beim Start würden die bisher beschriebenen Einrichtungen keinen Brennstoff
zu den Brennern gelangen lassen; das Strahltriebwerk würde daher in seinem Anfahren
verzögert. Es ist daher eine Anfahrregeleinrichtung vorgesehen, um die Brennstoffversorgung
während des Startens und damit das Anfahren des Strahltriebwerks zu regeln.
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Auf seinem Wege vom Druckregler i durch die Förderleitung 5 in das
Regelventil io tritt der Brennstoff durch die veränderliche Öffnung eines für den
Anfahrzustand bestimmten verzögert abschaltbaren. Drosselventils.76, dessen. Gehäuse
zwei axial hintereinander angeordnete Zylinder enthält. In einem von ihnen ist ein
hohler Tauchkolben 77 vorgesehen, der von einer Feder 78 nach links gedrückt wird;
der andere enthält einen ebenfalls unter dem Einfluß einer Feder 8o stehenden Steuerschieber
79. Die Brennstofförderleitung 5 mündet bei 76, in den erstgenannten Zylinder,
und der Brennstoff tritt in das Innere des Tauchkolbens 77, wo ein gewisser Überdruck
herrscht, der Brennstoff durch eine kleine Bohrung 776 des Tauchkolbenbodens hindurchtreten
läßt. Dadurch füllt sich der Zylinder links des Tauchkolbens mit Brennstoff und
schiebt den Kolben entgegen der Wirkung der Feder 78 langsam in seine äußerste Lage
ganz rechts. Weiterhin besitzt der Tauchkolben
ein besonders gestaltetes
Fenster 77a, das mit einem Schlitz 76b des Zylinders zusammenwirkt, der durch die
Förderleitungen 56 und 5, mit den Regelventilen io und 75 verbunden ist.
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Ferner ist eine Zusatzvorspanneinrichtung 82 vorgesehen, die aus einem
Zylinder reit einem Kolben 83 besteht, den eine Feder nach oben drückt und der mittels
eines Schubstiftes 85 am Auflager 2o der Feder 8 der Steuervorrichtung 6 angreift.
Derart- wird auf die Membran 7 eine konstante Mindestkraft ausgeübt, deren Größe
durch die Stellschraube 86 einstellbar ist. Tritt jedoch aus der Leitung 8i Druckflüssigkeit
über den Kolben 83, so wird dieser nach unten gedrückt und die zusätzliche Vorspannung
von der Membran 7 genommen. Diese Druckflüssigkeit kann aus der Zufuhrleitung 4a
in den Zylinder der Vorrichtung 82 gelangen, wenn der Steuerschieber 79 in dem zweiten
Zylinder des Drosselventils 76 die Leitungen 4" und 81 miteinander verbindet.
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Schließlich ist noch ein druckgesteuertes Umschaltventil 87 vorgesehen,
das einen Steuerkolben 88 und eine Feder 89 enthält, die den Kolben 88 abwärts drängt
und hierbei eine Verbindung zwischen den Leitungen go und 5,1 herstellt. In diesem
Zustand wird demnach die Oberseite der Membran 7 der Steuervorrichtung 6 mit dem
Eingang 76" des Drosselventils 76 verbunden. Tritt jedoch in der Steuerleitung 81
- bei entsprechender Stellung des Steuerschiebers 79 der Vorrichtung 76 - ein Flüssigkeitsdruck
auf, so gelangt dieser über die Zweigleitung 81" unter den Kolben des Umschaltventils
87, hebt diesen entgegen der Wirkung der Feder 89 an und verbindet (in der gezeichneten
Stellung) die Impulsleitungen go und 5e miteinander. Dann ist also die Oberseite
der Membran 7 der Steuervorrichtung 6 mit dem Eingang des -Regelventils io verbunden.
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Das im Tauchkolben 77 des Drosselventils 76 vorgesehene Fenster 77"
besteht aus einem Teil voller Breite, der ein Maximum von Brennstoffdurchfluß zuläßt,
an den sich unmittelbar ein schmaler, sich längs des Kolbens allmählich bis zur
vollen Breite erweiternder Teil anschließt. Des weiteren ist am Steuerschieber 78
ein Anschlag 79a vorgesehen, der am Kolbenzwischenboden des Tauchkolbens 77 zur
Anlage kommt, kurz bevor der Tauchkolben seine rechte Endlage erreicht. Dabei verschiebt
er dann den Steuerschieber 79 entgegen der Wirkung der Feder 8o nach rechts.
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Jede von einem Regelventil io bzw. 75 ausgehende Brennstofförderleitung
14 führt über ein Rückschlagventil gi zu einem Verteiler 9a und von dort durch Leitungen
95 zu einer Anzahl einzelner Brenner. Der Verteiler 92 besteht im wesentlichen aus
einem Kolbenschieber 93, der von einer Feder 94 nach oben gedrückt wird, so daß
er die kranzförmig über den Umfang verteilten Öffnungen verschließt, an die die
Leitungen 95 angeschlossen sind. Der zugeführte Brennstoff drückt gegen den
Kolbenboden und schiebt den Kolben 93 abwärts (entgegen der Wirkung der Feder 94
und dem Druck in der Verbrennungskammer oder dem auf die Rückseite des Kolbens wirkenden
Staudruck P2), so daß die Öffnungen allmählich freigegeben werden. Der Kolben
96 kann unter der Wirkung der Feder 97 auch mittels der Schubstange
98 auf den Verteilerkolben 93 wirken, um seine Auslaßöffnungen ganz
oder teilweise - in einem durch die Anschlagstellschraube bestimmten Maße - offen
zu halten.
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Alle diese Teile sind in den Fig. i und 2 in dem Zustand dargestellt,
den sie bei freiem Flug des Flugzeugs einnehmen. Die Pumpe 57 erzeugt den vollen
Brennstoffdruck, und der Tauchkolben 77 des Drosselventils wird vom Brennstoffdruck
entgegen der Kraft der Feder 78 in der Lage gehalten, in der er den Steuerkolben
79 ganz nach rechts verstellt hat. Der Brennstoff fließt dann vom Brennstoffbehälter
67 durch die Zuflußleitung 68 und die Pumpe 57 zur Förderleitung 4. Die Steuerleitung
46 führt zum Steuerzylinder 6o des Drosselklappenverstellmotors, wie bereits beschrieben.
Die Zufuhrleitung 4" führt zum Drosselventil 76 und ist durch den Steuerkolben 79
erstens mit der zur Zusatzvorspanneinrichtung 82 führenden Steuerleitung 81 und
zweitens mit der zu den Verteilern führenden Leitung 4, verbunden. Damit hält der
auf die Kolben 83 und 96 wirkende Brennstoffdruck diese in ihren Endlagen
fest und die zugehörigen Vorrichtungen außer Wirkung. Die Zweigleitung 81" führt
zum druckgesteuerten Umschaltventil 87, wo der Brennstoffdruck den Kolben 88 in
der Stellung festhält, in der die Impulsleitung go mit der Impulsleitung 5e verbunden
ist. Die Hauptbrennstofförderung verläuft weiter von der Förderleitung 4 durch den
Druckregler i und die Förderleitung 5 zum Drosselventil 76 bzw. dem Fenster 77a.
In der gezeichneten Stellung ist dieses Ventil völlig geöffnet, so daß der die Steuerung
der sekundlich gelieferten Brennstoffmenge bewirkende Druckabfall allein am Regelquerschnitt
iob des Regelventils io auftritt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Der Brennstoff fließt
von der Förderleitung 4 durch den Druckregler 2 in die Förderleitung 5, wobei der
Druck in letzterer durch die Stellung des Druckreglers 2 bestimmt ist. Dann fließt
der Brennstoff ohne nennenswerten Druckverlust durch das Drosselventil 76 und durch
die Förderleitungen 56, 5, zu den Regelventilen io bzw. 75 bzw. durch deren Regelquerschnitte
iob und durch die Förderleitungen 14 zu den Verteilern 92 und Brennerspeiseleitungen
95. Die sekundlich geförderte Brennstoffmenge ist proportional dem Flächeninhalt
des Regelquerschnitts iob und der Quadratwurzel aus dem Druckabfall p am Regelquerschnitt.
Über die Impulsleitungen 5e und go gelangt der am Eingang des Regelventils io herrschende
Druck auf die Oberseite der Membran 7, während deren Unterseite über die Impulsleitung
g mit dem am Ausgang des Regelventils herrschenden Druck beaufschlagt wird. Diese
Druckdifferenz ist p; die Membran 7 befindet sich im Gleichgewicht, wenn p eine
Kraft auf sie ausübt, die gleich der Kraft der Feder 8 ist. Die gesamte Anordnung
ist
demnach bestrebt, p auf dem von der Feder 8 bestimmten Wert zu halten. Bei einer
Zunahme des Druckabfalles am Regelquerschnitt iob biegt sich also die Membran 7
nach unten durch und verstellt den Steuerschieber 28 nach oben; damit gelangt Druckflüssigkeit
auf die Oberseite des Servokolbens 2Q, verstellt diesen nach abwärts und schließt
so das Druckregelventil 2 ein wenig. Dabei verringert sich die sekundlich durchfließende
Flüssigkeitsmenge, der Druck in der Förderleitung 5 sinkt, bis p wieder den Gleichgewichtszustand
mit der Feder 8 erreicht hat.
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Die Größe des Regelquerschnitts iob wird mittels des Druckfühlers
15, 16 in Abhängigkeit vom statischen Luftdruck P1 eingestellt. Der Verlauf
dieser Abhängigkeit f (Pi) hängt im Einzelfalle von den eingangs geschilderten Gesichtspunkten
ab. Dabei bewirkt eine Zunahme von P1 ein Anheben des Steuerschiebers 35, und es
gelangt in der bereits beschriebenen Art und Weise Flüssigkeitsdruck unter den Servokolben
36, bis sich dieser ebenfalls entsprechend weit aufwärts bewegt hat. Dabei wird
der Kolbenschieber 13 mittels der Schubstange 17 angehoben, und entsprechend
vergrößert sich der Regelquerschnitt iob. Die für den jeweiligen Regelquerschnitt
maßgebliche Breite des freigelegten Schlitzes io" und damit die Form der Öffnung
iob legt also die Funktion f (Pl) fest. Die wirksame Querschnittsfläche des Regelquerschnitts
ist dann dem Ausdruck A - f (Pi) gleichzusetzen, wobei A
durch die
Vertikalabmessung des Schlitzes bestimmt ist und mit Hilfe der Stellschraube 33
eingestellt werden kann. Damit wird dann die sekundlich geförderte Brennstoffmenge
gleich
Der durch die Feder 8 bestimmte Wert von p
wird durch die Druckfühler 21 und
15, 16 festgelegt. Wächst der Druck P2, so hebt die Membran 38 den Steuerschieber
42 entgegen der Wirkung der Feder 43, und es gelangt Flüssigkeitsdruck über den
Servokolben 46, der sich so lange abwärts bewegt, bis die Kraft der Feder 43 den
Steuerschieber 42 wieder schließt und die Membran 7 wieder in den Gleichgewichtszustand
bringt. Der Servokolben 46 hat dabei über den Hebel 22 das Auflager 2o angehoben
und die Spannung der Feder 8 entsprechend dem Zuwachs von P2 vergrößert. Andererseits
hat jede Zunahme von P, ein Anheben der Schubstange 17 zur Folge, wobei die Schubstange
23 gesenkt wird und eine Verringerung der Spannung der Feder 8 herbeiführt, und
zwar in Übereinstimmung mit der Zunahme von CPl, wobei C einen Wert darstellt, der
durch Verschieben des Hebeldrehpunkts 25 verändert werden kann. Somit werden der
Federdruck und damit p auf einen Wert eingestellt, der proportional (P2
- CP1) ist; die in der Zeiteinheit geförderte Brennstoffmenge ist proportional
der Quadratwurzel aus "diesem Ausdruck und nimmt also den Wert . an. Vor dem Start
des Flugzeugs
befindet sich der Tauchkolben 77 ganz links in seinem Zylinder, da der Druck der-Feder
78 ungehindert wirken kann. Hierbei hat die Öffnung 77Q ihre volle Breite, und der
Steuerschieber 79 wird durch seine Feder 8o geschlossen gehalten. Der Druckregler
i ist durch die Feder 26 völlig geöffnet. Läuft nunmehr die Pumpe 57, angetrieben
von der Turbine 58, an, so fließt Brennstoff in erheblichen. Mengen. durch den Druckregler
i und das voll geöffnete Drosselventil 76 sowie durch die ebenfalls voll geöffneten
Regelventile io bzw. 75 und Verteiler 92. Die gesamte Anordnung füllt sich zunächst
schnell mit Brennstoff. Für den Start des Strahltriebwerks stehen auf diese Weise
die notwendigen großen Brennstoffmengen zur Verfügung. Nun dringt Brennstoff durch
die enge Bohrung 77b des Tauchkolbens 77 und entwickelt links vom Kolbenboden langsam
einen: Druck, der den Kolben nach rechts bewegt. Dabei wird durch das Verschieben
des Fensters 77a plötzlich die reichliche Brennstofflieferung zum größten Teil abgedrosselt.
Bei der Weiterbewegung des Tauchkolbens nimmt die sekundlich gelieferte Brennstoffmenge
wieder zu, und zwar in einer Weise, die von der Gestalt des Fensters 77Q und von
dem jeweils erreichten Druck bestimmt wird.. Während des größten Teiles dieser Periode
sind die Regelventile io und 75 unwirksam, da der für die Servomechanismen erforderliche
Druck noch nicht erreicht ist. Gegen Ende dieser Periode hingegen werden sie wirksam
und steuern dann die je Zeiteinheit gelieferte Brennstoffmenge in der normalen Weise.
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Beim Beginn der Brennstofflieferung befindet sich der Steuerkolben
88 des druckgesteuerten Umschalteventils 87 in seiner untersten Stellung, in der
die Impulsleitung 9o mit der Impulsleitung 5d verbunden ist. Auf die Membran 7 wirkt
daher von oben der in Leitung 5 herrschende Druck. Bevor in dieser ein Druck auftritt,
drückt die Feder 8 die Membran 7 nach oben, so daß sich der Steuerschieber 28 in
seiner untersten Stellung befindet und die Zufuhrleitung 4Q mit der Steuerleitung
32 verbindet. Sobald der erste Druck in der Leitung 32- auftritt, wirkt er auf die
Unterseite des Kolbens 2Q. Hat jedoch der Druck in der Impulsleitung 9o einen bestimmten
Wert erreicht, so wird die Membran 7 nach unten durchgedrückt und verstellt den
Steuiersch.ieber 28 nach oben, so daß Druckflüssigkeit über den Kolben 2" gelangt
und diesen zusammen mit dem Drosselschieber 2 abwärts verschiebt. Nun erfolgt die
Steuerung des Drosselschiebers 2 derart, daß die zwischen den Impulsleitungen 9o
und 9 herrschend Druckdifferenz konstant gehalten wird.
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Hierbei befindet sich der Steuerkolben 88 des Umschaltventils 87 noch
immer in seiner untersten Stellung; auf die Membran 7 wirkt daher der Gesamtdruckabfall
in den Vorrichtungen 76 und io. Gleichzeitig befindet sich der Kolben83 der Zusatzvorspanneinrichtung
82 in seiner obersten Stellung und erteilt dem Auflager 2o der Feder 8 eine Mindestvorspannung.
Das Druckgefälle in den beiden Vorrichtungen 76 und io wird also auf diesen Wert
gehalten. Bis das Flugzeug Höhe gewinnt und P1 entsprechend abnimmt-, hält der Druckfühlen
15,
i6denKolbenschdaber13 inderdengrößten Regelquerschnitt ergebenden Stellung. Daher
wird während des Starts die Brennstofförderung nach einem anderen Gesetz gesteuert
als im normalen Betrieb und ist unabhängig von- P1 und P2. Dies gilt jedenfalls
so lange, bis der wachsende Staudruck den Wert CP1 so weit überschreitet, daß auf
die Feder 8 ein größerer Druck ausgeübt wird, als die Zusatzvorspannfeder 84 auszuüben
vermag.
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Inzwischen ist dann der Tauchkolben 77 mit einer solchen Geschwindigkeit
nach rechts gewandert, daß die Zündung der Brenner - z. B. durch eine Zündvorrichtung
oder durch vor dem Start angezündete Hilfsbrenner - eintritt und die Verbrennung
aufrechterhalten wird, bevor der Tauchkolben 77 das Ende seines Hubes erreicht.
Ist letzteres der Fall, dann ist die Öffnung 77a voll geöffnet, und gleichzeitig
wurde der Steuerschieber 79 in seine rechte Endlage verschoben. Damit ist die Zufuhrleitung
4" mit der Steuerleitung 81 verbunden, und es gelangt Flüssligkeitsdruck zu denn
Steuerkolben 83, 88 und 96. Der Kalben 88 des Umsteuerventils 87 wird nach
oben gedrückt und verbindet die Impulsleitung 5e mit der Impulsleitung 9o. An der
Oberseite der Membran 7 liegt also nun der am Eingang der Regelventile io bzw. 75
herrschende Druck, und der Drosselschieber 2 arbeitet nun derart, daß nur noch am
Regelquerschnitt iob dieser beiden Regelventile ein konstanter Druckabfall aufrechterhalten
wird. Damit befindet sich die ganze Anlage in der Stellung für normalen Betrieb,
wie er bereits beschrieben wurde. Obwohl der Druckabfall im Querschnitt 77a jetzt
nur sehr klein ist, kann er doch immerhin noch in Betracht kommen gegenüber demjenigen
am Regelquerschnitt iob; ein hierdurch möglicher Fehler, der auftreten könnte, wenn
die Steuervorrichtung 6 nach wie vor von den beiden in Serie geschalteten Vorrichtungen
Lo und 76 gesteuert würde, wird durch die Tätigkeit des druckgesteuerten Umschaltventils
87 unmöglich gemacht.
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Schließlich sei zur Erläuterung der Zusatzvorspanneinrichtung 82 noch
bemerkt, daß der Schubstift 85 von der Feder 84 angehoben wird, wenn die Anordnung
nicht unter Flüssigkeitsdock steht und das Auflager 2o der Feder 8 seinerseits anhebt.
Zwischen der Auflagerplatte 2o und der sie tragenden, ebenfalls mit 2o bezeichneten
Hülse besteht aber keine feste Verbindung. - Daher ist beim Anheben des Auflagers
2o durch den Stift 85 der Hebel 22 vom Druck der Feder 8 entlastet. Das bedeutet,
daß die mit der Schubstange 23 verbundenen Vorrichtungen hierbei unwirksam sind.
Tritt jedoch im Gehäuse 82 Flüssigkeitsdruck auf, so wird der darin arbeitende Kolben
83 abwärts gedrückt, der Stift 85 bewegt sich ebenfalls nach unten, und das Auflager
2o kommt wieder mit seiner Hülse in Verbindung, so daß diese wieder mit dem Hebel
22 zusammenarbeiten kann.