JPS5928741B2 - 航空エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は航空エンジンのだめの信頼性の高いデジタル式
電子制御装置に関する。

従来ガスタービンエンジンの制御装置については油圧機
械式が主流を成してきたが、下記に示す如く航空エンジ
ン及び航空機に対する最近の運転制御上の諸要求に対し
油圧機械式制御装置は技術的限界にきている。

即ち、まず第一にバリアプルサイクルエンジンのように
エンジンの構造が複雑で高度の性能を有するエンジンに
対しては制御変数が増加し制御特性も複雑且つ高度化し
ている。

第二にマルチエンジンの航空機の場合、各エンジンのス
ラストの制御は個々のパワーレバーで行っていたが、パ
イロットの負荷の軽減及びパワーレベルのバラツキによ
るエンジンスラストの不均衡をなくすためには、与える
べきスロットルの設定位置を飛行条件や大気条件の変化
に拘らず使用可能な最大スラストに対し成る一定の部分
負荷をすべてのエンジンに付与するよ５決めていくパワ
ーマネ「ジメントが必要となる。

第三に制御装置、エンジンの診断技術及びモニタリング
技術の進歩により航空機のコンピュータ或いは操縦室内
の機器との結合が必要となってきた。

これらの問題点を解決する方法としてマイクロコンピュ
ータを用いたデジタル式電子制御装置が考えられ、一方
油圧機械式に匹敵する信頼性を備え且つ小型化した電子
部品が実用化されているが、苛酷な使用条件下で完全無
欠な信頼性を実現するためには克服すべき問題が残され
ている。

本発明は前記の趨勢に応え電子機器の特性を活用して信
頼性に富み、耐故障性に優れ、また複雑高度化したエン
ジンの匍卿に適合し、更に飛行状態あるいは大気状態の
変化にも適応する制御を可能とするデジタル式電気油圧
エンジン制御装置を開発することを目的とするものであ
って、各制御系統のマイクロコンピュータの故障を検出
する電気式監視回路と、両制御系統のマイクロコンピュ
ータの故障を検出する油圧式監視装置と、センサーの故
障検出及び耐故障性を高めるだめのセンサー信号の相互
交信回路と、各制御装置の故障検出及び全体の耐故障性
を高めるだめの両系軌間相互交信回路と、各制御系統間
の比較対照及び同期ズレによる故障検出を行なうために
同期を監視する同期制御回路と、前記制御系統全体の故
障をバックアップするための油圧機械式制御装置とから
成る耐故障システムを備えた完全二重のデジタル式電子
制御系統で構成したことを特徴とするものである。

以上本発明の構成について添付の図面にもとづいて詳細
に説明する。

制御装置の全体の構成は同一の構造機能を有する第１及
び第２の系統とから成る二重の制御装置、即ち第１の系
統は入力信号処理回路１、マルチプレクサ（センサー切
換回路）１９、屑１デジタル電子制御装置（以後ＤＢＣ
と称す）３、出力回路１１、第２の系統は入力信号処理
回路２、マルチプレクサ（センサー切換回路）２０、Ａ
２ＤＥＣ４、出力回路１２と、前記２系統に対する共通
部分とよシ成る。

共通部分は、両ＤＥＣ３，４間のデータ交信のための相
互交信バス（２方向性メモリー）５、同期監視制御回路
６、電気式監視回路７．８、油圧機械式ＤＥＣ監視装置
９，１４及び切替回路１０から成る。

伺、上記監視回路９，１４のうち、９は電気回路部、１
４は油圧回路部である。

次に制御装置の作動を説明するに、信号Ａ１１Ａ２．Ｂ
はエンジン本体１６に装着された温度、圧力、回路数等
の二重系のセンサー１γよりの信号、パイロットの操作
するパワーレバー２７からの信号、及び飛行マツ・・計
からの信号である。

このうちＡ１．Ａ２Ｕエンジンの制御に重要であるため
に二重系にした、同一変数に対する２個のセンサーの出
力信号である。

ＤＥＣ３，４はこのＡｌ１Ａ２．Ｂの信号をもとにエン
ジンへ供給する燃料流量及び可変静翼の設定位置の制御
演算を主として行い、その結果を出力回路１１及び１２
を経て電油変換器１５に送りこんで電気信号を油圧に変
換してアクチュエータ１３を操作する。

電気式監視回路７，８は各ＤＥＣ３，４に付属し各ＤＥ
Ｃの故障検出を行ない切替回路１０に信号を送り常に正
常のＤＥＣを選択する。

油圧機械式ＤＥＣ監視装置９，１４は第１系統及び第２
系、統のＤＥＣが共に異常となったとき故障を検出し、
油圧機械式バックアップ制御装置１８に制御を切替えろ
ための装置である。

制御装置が正常時、各ＤＥＣ３，４からの出力信号は切
替回路１０によりそのうちの一つの信号が選択され電油
変換器１５により油圧に変換され燃料の計量並ひに可変
静翼駆動用アクチュエータへのサーボ燃料の供給等を行
う。

また、異常時、油圧機械式ＤＥＣ監視装置９，１４から
の信号によってバックアップ制御に切替った場合は、最
低限の飛行安全を確保するため、油圧機械式バンクアッ
プ制御装置１８の油圧機械式演算装置が作動し、その演
算結果がアクチュエータ１３に送られる。

共通部分は常時平行して動作する二重の制御系統間の演
算情報の相互交信、両ＤＥＣの計算サイクルの同期ズレ
の検出及び制御、異常の検出と異常時の切替機能を遂行
する。

次に各機能につき詳細に説明する。

最初に入力信号の読込み機能を説明するに、二重系セン
サーの出力信号Ａ、、Ａ２Ｕ入力信号処理回路１，２を
経て両系統のマルチプレクサ１９゜２０に分配して入力
されているため、各系統のＤＥＣ３，４Ｕ自系および相
手系いずれの入力回路の出力も読み込むことが可能とな
っている。

この結果、各変数毎に２個のセンサーを用意するのみで
両ＤＥＣの入力センサーをそれぞれ二重にした時と同様
の効果が得られ、少ない数のセンサーで信頼性を向上す
ることができる。

さらに両系統のＤＥＣに同一センサーで検出した信号値
を読み込ませることができるため、後で述べる相互交信
バス５による２系統間の計算結果の比較が容易となる。

次に両方のＤＥＣ３，４間の制御のタイミング調整機能
を説明するに、各ＤＥＣ３，４に系統毎に基準時間単位
で信号読込（データフアクイジション）、データアイデ
ンナイフイケーション、データシンセシス、演算等−サ
イクル毎の仕事（ジョブ）を行うが、各ジョブエンド毎
に監視要求信号Ｅ１．Ｅ２を同期監視制御回路６に出力
する。

この要求信号Ｅ１．Ｅ２のあった時刻の差を同期監視制
御回路６が監視をし、ある基準時間を超過すると両方の
ＤＥＣ３，４に対し判定信号Ｆ１．Ｆ２をフィードバッ
クし、・・−ドウエア及び或いはソフトウェアによるプ
ログラムの１サイクルの実行時間及び実行ルート或いは
実行ルートの差を修正し同期をとる。

前記の判定信号を出すだめの原理及び回路の実施例を夫
々第２図及び第３図に示す。

即ち原理は信号Ｍ及びＮの到着時刻ＴＭ及びＴＮの時間
差がΔｔを越えた場合、これを異常とし信号Ｆを出力す
る。

具体的な回路は２人力及び３人力のＯＲ論理素子２１及
び２５、クロックにより作動するＪＫフリップフロップ
２２、タイマー素子２３、モノマルチ２４、同期性の検
出回路２６とから成る。

尚タイマー素子２３の設定時間はΔｔであり、タイマー
２３が変化したときにモノマルチ２４はパルスを発生す
る。

前記回路の動作は監視要求信号Ｅ１．Ｅ２が続けである
時間差をもって入力された場合フリップフロップ２２は
時間差のパルス幅を持った信号をタイマー２３に対して
出力する。

そのパルス幅がΔを以下であればタイマー２３の出力は
変化ないがΔｔを越えたり、いずれか片側のみ入力があ
った場合、タイマー２３は出力が変化し判定信号Ｆが出
力される。

同時性検出回路２６に要求信号が重なった場合の検出を
行い、すぐにフリップフロップ２２をリセットする信号
を出す。

次に両ＤＥＣ３，４間の情報交換機能について説明する
に、前記のジョブのスタート、塗中あるいはエンドに於
て相互交信バス５を介して相互間の信号又はデータの授
受を行なうことによシ両系統間のアイデンティフィケー
ション（同定）を行なう。

ここにマルチプレクサ１９．２０ｉｄＤＥＣの入力部に
於て両系統のセンサー人力を切替えることにより両系統
のセンサー信号を読みこむことが可能である。

従って、ＤＥＣ３，４は前記したようにセンサーの故障
検出、及びセンサーが故障した場合に他の系統のセンサ
ー信号を入力して作用させることによシセンサートラブ
ル時の耐故障性を向上させることができる。

また各ＤＥＣ３，４は相互交信バス５を介してデータ及
び計算結果の比較等を行なうことにより、ＤＥＣ自身あ
るいは制御装置構成要素の診断又は故障検出による異常
の検出及びモニタリングラ行って、制御装置全体として
の耐故障性を向上させることができる。

次に異常の監視及びモニタリングの機能について説明す
るに、異常の監視は両ＤＥＣ３，４より各々定周期の基
準パルスＧ１．Ｇ２を夫々電気式監視回路７，８に送る
ことにより電気式監視回路７゜８は各ＤＥＣ３，４があ
る基準誤差範囲内に基準パルスを出力していることを確
認し、一定パルス幅の信号Ｐ１．Ｐ２に変換し、油圧機
械式ＤＥＣ監視装置の電気回路９に出力する。

もし基準誤差範囲を越えれば異常信号Ｑｌ 、Ｇ２を切
替回路１０に対し出力する。

本回路により各ＤＥＣ３，４の正常又は異常を測定する
ことができる。

実際のエンジン制御処理中に各ＤＥＣ３，４はモニタリ
ングを行なう。

このモニタリングの対象は入力信号処理回路１，２、マ
ルチプレクサ１９．２０を通じて入力されたセンサー信
号Ａ１ｔＡ２ｔＢのレンジ及びレート等の有効性チェッ
ク、ＤＥＣ自身が計算したデータのオーバーフロー等の
演算エラーｆニック、相互交信バスを介して授受された
データの比較照合チェック及びアクチュエータ１３の動
作量を検出し、入力処理回路１，２にフィードバックす
ることによるアクチュエータチェック等である。

次に選択切替機能について説明するに、前述のＤＥＣに
異常の監視機能の説明に於けるＤＥＣの異常信号、制御
系統の電源の異常信号、各ＤＥＣの演算による異常信号
、及び前述の両ＤＥＣ間の情報交換機能に於ける交換情
報が同一でない場合の異常信号等は選択を受けるため切
替回路１０に供給される。

この切替回路１０は優先度を考慮した判定回路を備え両
系統から送られた信号を選択し良質の信号を電油変換器
１５に接続するよう切替を行う。

即ち第４図ａに示す通り両系統とも正常又は／Ｉ６．２
のみが異常な場合は各出力回路１１゜１２に到着した信
号は切替回路１０により出力回路１１の入力信号が選択
され電油変換器１５に送られる。

１だＡ２系統のみ正常な場合は第４図すに示す通り出力
回路１２への入力信号が電油変換器１５に送られる。

次に油圧機械式バックアップ制御装置１８への切替のた
めの監視機能について説明する。

電気式監視回路７，８がパルス信号Ｐ１．Ｐ２を油圧機
械式ＤＥＣ監視装置の電気回路９に供給したとき、この
回路９に於て前記２系統からの信号Ｐ１．Ｐ２が何れも
ある定められた周期を外れた場合、即ち早過ぎるか遅過
ぎるかの場合は両系統共異常と判断される。

そして、制御系は電気系から油圧機械式バックアップコ
ントロールに切替えられる。

即ち第４図Ｃに示す如く、回路９よりの信号によシ油圧
機械式ＤＥＣ監視装置の油圧回路１４が作動することに
より電油変換器１５の系統を切離し、油圧機械式バック
アップ制御装置１８によってコンジンが制御されること
になるため、航空機は正常な飛行を継続する。

なお、本発明の詳細な説明に於て実施例によって説明し
た部分については、この実施例に限定されることなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得る
ことは勿論である。

本発明にもとづく航空エンジンの制御装置は前述の構成
を有するので下記に記載の種々の効果を発揮する。

（１）従来の油圧機械式制御装置に比べて精度の高い高
度の制御が可能となる。

従って制御機構が複雑なエンジン或いはマルチエンジン
に対し良好な制御手段を提供すると共に飛行状態或いは
大気条件の変化にも適応しオーバブーストを防ぎ、延い
てはエンジンの安全性を高め寿命を延ばすことができる
。

これは本制御装置がマイクロコンピュータを中心とした
デジタル式電子制御方式を採用したのでデータアクイジ
ション、データアイデンナイフイケーション、データシ
ンセシス、演算、判断等に対し幅広い機能を発揮するこ
と、また部品が非常に小型で大量のデータ或いはプログ
ラムをストアできること、更にデジタル信号はその伝達
、表示及び記録に最適な形態ゆえ高精度の演算が可能で
あることにもとづくものである。

（１１）本制御装置は、電子制御装置を構造的、電気的
に同一であシ且つ並列に動作する二重の系統に設置し更
に下記のように両系統間の差違を監視、調整、選択する
機能を備えたので高い信頼性を保有しており、飛行中の
エンジンの停止率を下げることができる。

即ち、センサー、データの入力信号の相互交信及びコン
ピュータ間の演算情報の交信を行うことによシ互いに他
系統のデータ及び機能を利用できるので、センサー及び
制御装置を構成するコンポーネントの故障に対し全体と
して非常に高い耐故障性を有すること、また両系統の計
算サイクルのズレを常に電子的に監視し全体の同期がと
れている。

（ｉｉＤ コンピュータの故障を電気系及び油圧系の
監視回路にて常時モニターすることによりコンピュータ
故障時に油圧機械式バックアップ制御装置に切替えてＩ
ｔ脚を続行することができるので、完全に近い安全性を
保証できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す制御系統のブロック図、第
２図は同期監視制御回路の原理を示す説明図、第３図は
第２図に基づ〈実施例を示すブロック図、第４図ａ、ｌ
）、ｃは制御信号の選択切替による伝達経路の説明図で
ある。 図中、１，２は入力信号処理回路、３，４はデジタル式
電子制御装置ＤＥＣ１５は相互交信バス、６は同期監視
制御回路、γ、８は電気式監視回路、９．１４は油圧機
械式ＤＥＣ監視装置、１０は切替回路、１１．１２は出
力回路、１３はアクチュエータ、１５は電油変換器、１
８は油圧機械式バックアップ制御装置、１９．２０はマ
ルチプレクサを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二重系センサーからの出力信号を別個の制御系統に
   入力し、且つ前記センサーの故障検出及び耐故障性を高
   めるためにセンサー信号の相互交信を行うようにしたマ
   ルチプレクサ１９．２０と、各制御系統に設けたＤＥＣ
   ３，４の故障を検出する電気式監視回路７，８と、両制
   御系統のＤＥＣを結ぶ相互交信バス５と、各制御系統間
   の比較照合及び同期ずれによる故障検出を行なうために
   同期を監視する同期監視制御回路６と、前記電気式監視
   回路とＤＥＣからの信号により常に正常なりＥＣの出力
   信号を選択する切換回路１０と、該切換回路により選択
   された正常なりＥＣからの出力電気信号を油圧信号に変
   換してアクチュエータ１３に出力する電油変換器１５と
   、前記電気式監視回路からの信号により両系統のＤＥＣ
   が共に異常になったとき故障を検出する油圧機械式ＤＥ
   Ｃ監視装置９，１４と、該油圧機械式ＤＥＣ監視装置か
   らの信号によシ前記電油変換器からの出力によるアクチ
   ュエータの制御をバックアップ側に切換えて前記制御系
   統全体の故障をバックアップする油圧機械式バックアッ
   プ制御装置１８とから成る耐故障システムを備えた完全
   二重のデジタル式電子制御系統で構成したことを特徴と
   する航空エンジンの制御装置。