JPH0416618B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジン制御装置に係り、更に詳細
にはエンジンフリータービン及び／またはヘリコ
プタロータの加速を制御することによりその回転
速度及びトルクのオーバシユートを回避する燃料
制御装置に係る。

最新式のヘリコプタに於ては、その主ロータシ
ステムの慣性がより小さくされる傾向があること
から、主ロータシステムに蓄えられるエネルギの
レベルが低減しており、幾つかの飛行操作中に主
ロータの回転速度により大きな変動が生じ易くな
つている。そのような主ロータの回転速度変動は
その他のヘリコプタの飛行特性と組合さつて機体
の姿勢調整を乱し、パイロツトの負担を増大し、
また機体安定性増大システムを飽和せしめる。

好ましからざるロータ回転速度変動の一つの例
は急速な旋回やオートローテーシヨン降下の如き
オートローテーシヨン運転の終了時である。オー
トローテーシヨン運転中は、機体の運動エネルギ
が主ロータのトルクに変換され、主ロータは加速
され、ロータ駆動装置（エンジン）よりクラツチ
解除される。主ロータがエンジンよりクラツチ解
除されていることにより、エンジンはクラツチよ
りエンジンの側にあつてエンジンに接続された補
機を駆動するに十分なトルクのみを供給すれば良
い。従つてエンジンは零トルクに近い状態にて基
準の回転速度を維持することができる。フリータ
ービンガスエンジンの場合には、エンジンのガス
発生器（ターボ圧縮器）が実質的にアイドル状態
にあつても、フリータービンの回転速度ガバナは
容易に満足された状態である。オートローテーシ
ヨン運転からの回復中に、主ロータはその回転速
度がエンジンのそれに等しくなるまでその回転速
度が低下し、そこでオーバランクラツチによりエ
ンジンに再係合される。主ロータがエンジンに再
係合されると、直ちにそのトルク要求によつてフ
リータービンと主ロータの回転速度は著しく低下
する。エンジンに主ロータが再係合される直前ま
でガス発生器はアイドル状態にあるので、かかる
回転速度の低下を阻止すべくフリータービンへ十
分なトルクを供給することができない。フリータ
ービンの回転速度に甚しい変化が生ずることによ
り、エンジンの燃料制御装置はエンジンの回転速
度を急速に回復しようとし、その結果非常に高い
トルクの発生が生ずる。しかしフリータービンが
基準の回転速度に達すると、ガス発生器の過剰出
力は過剰速度と過剰トルクの状態を起こさせる。
このことによつて最初の回転速度低下とは反対の
方向に於ける好ましからざる変動が生ずる。

このようなオーバシユートを生ずることなく回
転速度の低下から回復するに必要な高い流量によ
る燃料を供給すべく、これまで微分的、比例的或
いは積分的制御構造を用いることを含み複雑な制
御構造を相互に組合せることが種々試みられてき
た。結局、大きな回転速度の低下とそれからの回
復が遅れることが非常に危険であることに比べれ
ば、回転速度及びトルクがオーバシユートするこ
とは不快なことであるがやむを得ないこととして
容認されていた。しかしこのような影響はヘリコ
プタに於ては特に好ましからざるものである。何
故ならば主ロータに回転速度とトルクの変動が生
ずると、種々の態様にてその姿勢調整が乱される
からである。ヘリコプタに於ては、激しい速度低
下とこれよりの回復が遅れることはは許容されな
いところであるが、姿勢調整の乱れは回転速度の
低下の際に生ずるだけでなく回転速度の低下から
の回復を行わんとする結果生ずるオーバシユート
の結果としても生ずる。これまで公知の燃料制御
装置は広い飛行運転の範囲に亙つてオーバシユー
トを生ずることなく回転速度の低下からの回復を
行うことができないものであつた。

本発明の目的には、フリータービン（従つてヘ
リコプタの主ロータ）の回転速度が低下し過ぎた
状態或いは増加し過ぎた状態からの急速な回復を
トルク或いは回転速度のオーバシユートを最小限
にして達成することのできるヘリコプタのエンジ
ン制御装置を提供することが含まれている。

本発明によれば、ヘリコプタのフリータービン
ガスエンジンのガス発生器への燃料の流れはエン
ジンのフリータービン（従つて主ロータがこれに
連結されている時には同時に主ロータ）の加速度
を制御するように操作される。本発明によれば、
フリータービンの回転速度に於けるその好ましい
回転速度からの偏差により所望のタービン加速指
令信号が生成され、これが実際のタービンの加速
度と比較され、その偏差は積分されてガス発生器
回転速度指令信号を生じ、これがエンジンへの燃
料流の計量に用いられる。

本発明は、エンジンへの燃料流に対する制御パ
ラメータとしてフリータービンの回転速度を用い
るのではなくその加速度を用いることにより、全
ての回転速度変動からの回復に当つて所望の回転
速度への漸近的近接を自動的に行い、如何なる場
合にもエンジンの制御に関する限りオーバシユー
トを生ずることを確実に回避する。

本発明は、アナログ、デイジタル或いはコンピ
ユータ制御を含む種々の態様にて簡単に実施され
るものであり、またそれに追加の特徴を組込むこ
とによりより複雑な制御装置を与えることもでき
る。本発明はこの技術の分野に於ては周知である
種々の装置及び技術を利用することにより容易に
実施され得るものである。

本発明はその他の目的、特徴及び利点は以下に
添付の図を参照しつつ行われる本発明の実施例に
ついての説明より明らかとなるであろう。

添付の唯一の図はエンジンに於ける燃料制御が
本発明に従つてフリータービン或いは主ロータを
加速するよう構成されたヘリコプタロータ駆動シ
ステムを示す簡略化された解図的ブロツク線図で
ある。

第１図に於て、主ロータ１０は軸１２を経てギ
ヤボツクス１３に接続されており、該ギヤボツク
スは、軸１４及びオーバランクラツチ１６を経
て、エンジン回転速度がロータ回転速度に等しい
かそれを越える時、エンジン２０の出力軸１８に
係合し、これによつて駆動されるようになつてい
る。ギヤボツクス１３はまた軸２４を経て尾部ロ
ータ２２をも駆動し、主ロータ１０と尾部ロータ
２２とは常に互いに或る固定された関係、例えば
主ロータより５倍の回転速度にて尾部ロータが駆
動されるようになつている。

エンジン２０はその典型的な形としてフリータ
ービンガスエンジンであつて良く、その出力軸１
８はフリータービン４０より駆動され、該フリー
タービンは圧縮器駆動タービン４６、これに軸４
４によつて接続された圧縮器４２、バーナ部４７
を含むガス発生器からのガスによつて駆動される
ようになつている。バーナ部４７には燃料管５０
を経て燃料制御装置の燃料計量弁５２より燃料が
供給されるようになつている。燃料制御装置の燃
料計量弁５２は正しい流量の燃料（WF）の燃料
供給管５０へ供給し、フリータービン４０の回転
速度（出力軸１８に於ける如き回転速度）を回転
速度計５４によつて測定し、タービン速度を示す
信号を線５６を経て加算接続部６０へ供給し、所
望のエンジン回転速度（NF）を維持しようとす
る。加算接続部６０への他の入力としては、参照
値源６２より引出された100％標準速度を示す参
照値である参照速度及び線６４を経てパイロツト
のエンジン回転速度制御器より伝えられるパイロ
ツトの意志による可変信号がある。加算接続部６
０の出力は線６５に供給される速度誤差信号であ
り、これは燃料制御装置のタービンガバナ６６へ
供給される。線６７上に供給されるタービンガバ
ナ６６からの出力はガス発生器の所要回転速度を
示す信号であり、これはガス発生器制御部６９の
入口にある加算接続部６８へ供給される。

加算接続部６８は圧縮器４２、軸４４及びター
ビン４６を含むガス発生器の回転速度に応答する
回転速度計７１より線７０を経て伝えられるガス
発生器回転速度（NG）を示す信号にも応答す
る。ガス発生器制御装置６９は線７３上に指令さ
れた燃料流量信号を与え、この信号は計量弁５２
へ供給され、所望のガス発生器回転速度と実際の
ガス発生器回転速度との差の関数として与えられ
る正しい量の燃料を燃料ポンプ７４より燃料管５
０へ供給せしめる。このこと自身は周知の制御構
成である。

本発明によれば、燃料制御装置に於けるタービ
ンガバナ６６は全く新しい原理に従つて作動す
る。即ち、フリータービンの回転速度ではなくそ
の加速度が所望のガス発生器回転速度信号を線６
７上に与えられるために使用される。更に詳細に
は、線６５に於けるタービン回転速度誤差信号が
増幅器８０に与えられる。この増幅器はより小さ
な入力がより大きな入力よりもより大きなゲイに
て増幅される如きそれ自身周知の可変ゲイン増幅
器であるのが好ましい。これによつて線８１上に
所望のタービン加速度信号が与えられる（但しこ
こで留意すべきことは、この「加速度」なる語は
「減速」の場合も含むことである）。線８１上の所
望のタービン加速度信号は増幅器８３の入力側に
ある加算接続部８２へ供給される。この加算接続
部に於ける他の入力は線８４を経て供給される実
際のタービン加速度を示す入力であり、これは線
５６上にあるタービン回転速度信号に応答する微
分器８６より与えられるものである。増幅器８３
の出力はタービン加速度誤差信号であり、これは
線８７上に与えられる。この信号はスイツチ８８
（これはF.E.T或いはその他のトランジスタスイ
ツチであつて良い）へ導かれ、タービン回転速度
誤差が所定回転速度の１／４％を越えていること
を示す信号が線８９に存在している時のみスイツ
チ８８を通過する。タービン回転速度誤差が非常
に小さい時スイツチ８８を開くことによつてノイ
ズと僅かの回転速度誤差が積分されることを回避
することができる。このことは以下に詳細に説明
されている。線８９上の信号はウインドウコンパ
レータ９０より得られるものである。このウイン
ドウコンパレータは所定回転速度の＋１／４％と
−１／４％を示す参照電圧を供給されている（或
いは任意に他の数値が用いられても良い）。スイ
ツチ８８を通過した加速度誤差信号は線９２を経
て加算接続部９３へ供給されて良く、ここで適当
な回路９６より線９４を経て供給される種々の予
測信号入力を加算されて良い。この予測信号入力
回路９６は周知の型のコレクテイブピツチ予測装
置或いは同時出願中の特願昭58−066824号に開示
されているオートローテーシヨン中の主ロータが
エンジンと再係合することを予測する装置であつ
て良い。何れにしても線９４を経てかかる予測信
号を入力することは本発明には直接関係のないこ
とである。もしかかる入力が用いられると、これ
らの追加入力は所望のタービン加速度の形をして
いるので、コレクテイブピツチによるガス発生器
回転速度制御は用いられなくても良くなる。これ
は所望のタービン加速度信号が線９８を経て積分
器１００へ供給され、それを所望の回転速度信号
として線６７上に与えるからである。

本発明は線６５上に於ける回転速度誤差信号を
用いて実際のタービン加速度と比較すべき所望の
タービン加速度信号を生成し、加速度誤差信号は
積分されて線６７上に回転速度誤差信号を与え
る。所望の回転速度でなく所望の回転加速度を達
成すべく燃料流量を制御することによりオーバシ
ユートはエンジン及び燃料制御装置の作動範囲内
に自動的に低減される。そして回転速度に代えて
回転加速度が制御されることにより回転速度の低
減より急速に回復するに十分なだけゲインを上げ
ることができる。ここでは示されていないが、線
５６上のタービン回転速度信号は加算接続部６０
或いは微分器８６に供給されるのに先立つてそれ
よりノイズを低減しまた閉ループ安定性のマージ
ンを許容すべき値にするために濾過されて良い。
もし望むなら増幅器８０の機能は本発明を組込ん
だ燃料制御装置が使用されるエンジン及びヘルコ
プタの作動特性に適するように適当な制限或いは
ゲイン変化を与えることにより更に複雑化されて
良い。

以上に於ては本発明はアナログ的要領にて説明
されたが、これらの信号処理機能は、もしデイジ
タルコンピユータが使用できる場合には、それに
よつて行われても良い。デイジタル的燃料制御装
置に於ては、本発明による信号の処理機能はここ
に示された回路によつて行われる信号処理に類似
の比較的簡単なプログラミングステツプによつて
当業者には自明の要領により達成されよう。或い
は線６７上の所望のガス発生器回転速度信号を受
けることのできる簡単な液圧機械式ガス発生器フ
リータービン制御装置がデイジタル的自動制御シ
ステムを有するヘリコプタに用いられても良く、
この場合本発明を実施するエンジン回転速度信号
の処理は自動飛行制御コンピユータ内にて行われ
る簡単なプログラミングステツプによつて達成さ
れよう。これらは全て本発明に直接関係するもの
ではなく、ガス発生器の所望の回転速度信号が実
際のタービン回転加速度とタービン回転速度の誤
差の関数として与えられる所望のタービン回転加
速度との間の差の積分として与えられるというこ
とが任意の適当な方法により達成されれば十分で
ある。

本発明はヘリコプタに関して説明されたが、そ
れはヘリコプタに於てはオーバシユートによつて
その姿勢に乱れが生ずることから、フリータービ
ンエンジンに於けるオーバシユートの制御はヘリ
コプタの場合に非常に重要であることによつてい
る。しかし本発明による制御はもし望むならヘリ
コプタロータ以外の負荷を駆動するフリータービ
ンに用いられても良いものである。

同様に本発明は図示の実施例について詳細に説
明されたが、本発明がかかる実施例にのみ限られ
るものではなく、本発明の範囲内にて種々の修正
或いは付加がなされて良いものであることは当業
者にとつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図はエンジンへの燃料制御が本発明に従
つてフリータービン或いは主ロータの加速度を制
御する要領にて行われるヘリコプタロータ駆動シ
ステムを簡単化された解図的ブロツク線図にて示
す図である。 １０……主ロータ、１２……軸、１３……ギヤ
ボツクス、１４……軸、１６……オーバランクラ
ツチ、１８……エンジンの出力軸、２０……エン
ジン、２２……尾部ロータ、２４……軸、４０…
…フリータービン、４２……圧縮器、４４……
軸、４６……圧縮器駆動タービン、５０……燃料
管、５２……燃料計量弁、５４……回転速度計、
６０……加算接続部、６２……参照値源、６６…
…タービンガバナ、６８……加算接続部、６９…
…ガス発生器制御部、７１……回転速度計、７４
……燃料ポンプ、８０……増幅器、８２……加算
接続部、８３……増幅器、８６……微分器、８８
……スイツチ、９０……ウインドウコンパレー
タ、９６……予測信号入力回路、１００……積分
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フリータービンの回転速度を示す実際回転速
   度信号を供給する回転速度計手段と、 供給された燃料指令信号に応答してエンジンへ
   供給すべき燃料を計量する燃料計量弁と、 前記回転速度計手段に応答してタービンに所望
   の回転速度を指示する参照回転速度信号を供給
   し、前記参照回転速度信号を前記実際回転速度信
   号と比較して前記参照回転速度信号に対する前記
   実際回転速度信号の偏差を指示する回転速度誤差
   信号を供給し、前記回転速度誤差信号に応答して
   前記燃料計量弁へ前記燃料指令信号を供給する燃
   料制御信号処理手段と、 を有するフリータービンガスエンジンのためのエ
   ンジン制御装置にして、 前記燃料制御信号処理手段は、前記回転速度誤
   差信号の関数として所望の加速度信号を供給する
   手段と、前記実際回転速度信号に応答してタービ
   ンの実際の加速度を指示する実際加速度信号を供
   給する手段と、前記所望の加速度信号と前記実際
   加速度信号とに基いて前記所望の加速度信号に対
   する前記実際加速度信号の偏差を指示する加速度
   誤差信号を供給する手段と、前記加速度誤差信号
   に応答して前記燃料指令信号を供給する手段と、
   を有することを特徴とするエンジン制御装置。