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DE4137765A1 - CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING AN AUXILIARY GAS TURBINE OF AN AIRPLANE - Google Patents

CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING AN AUXILIARY GAS TURBINE OF AN AIRPLANE

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Publication number
DE4137765A1
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DE
Germany
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gas turbine
auxiliary gas
data
engine controller
control device
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DE4137765A
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German (de)
Inventor
Frank Dipl Ing Wehking
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Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Original Assignee
Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
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Publication date
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    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
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Abstract

A device for regulating an auxiliary gas turbine (APU) (19) of an aircraft (12) that ensures energy supply when the power units are shut down has sensors at the auxiliary gas turbine (10) for sensing states of the auxiliary gas turbine (10). The auxiliary gas turbine (10) can be regulated by a power unit regulator (ECB) (14). The auxiliary gas turbine (10) is arranged at a distance from the power unit regulator (14), so that means for sensing, converting and transmitting the sensor data from the sensors at the auxiliary gas turbine (10) to the power unit regulator (14) are provided. Data processing means (20) are arranged in spatial proximity to the auxiliary gas turbine (10) in order to increase accuracy and to reduce weight. The sensor data are supplied to the data processing means (20), that include means (32) for digitalizing the sensor data and means (38) for appending identification keys to the digitalized sensor data. A data transmission section (22) allows the digitalized sensor data provided with identification keys to be serially transmitted from the data processing means (20) to the power unit regulator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Hilfsgasturbine (APU) eines Flugzeugs zur Energieversorgung bei abgeschalteten Triebwerken, enthaltend:The invention relates to a control device for Control of an auxiliary gas turbine (APU) of an aircraft for energy supply when the engines are switched off, containing:

  • - Sensoren an der Hilfsgasturbine zur Erfassung von Zuständen der Hilfsgasturbine,- Sensors on the auxiliary gas turbine for detecting States of the auxiliary gas turbine,
  • - einen Triebwerksregler (ECB), durch welchen die Hilfsgasturbine regelbar ist, und- An engine controller (ECB), through which the Auxiliary gas turbine is adjustable, and
  • - Mittel zur Übertragung von Sensordaten von den Sensoren an der Hilfsgasturbine zu dem Triebwerksregler.- Means for transmitting sensor data from the sensors on the auxiliary gas turbine to the engine controller.

Flugzeuge weisen üblicherweise eine Hilfsgasturbine auf. Das ist eine Einheit mit einem Triebwerk, einem Kompressor und einem Generator, die das Flugzeug mit Strom und Kabinenluft versorgt, wenn die Haupttriebwerke am Boden nicht in Betrieb sind. Im Flug werden Generatoren und Kompressoren für die Energieversorgung von den Haupt­ triebwerken angetrieben. Der Kompressor der Hilfsgas­ turbine liefert auch die Druckluft für das Anlassen der Haupttriebwerke. Diese Hilfsgasturbine sitzt im allgemeinen im Heck des Flugzeugs. Die Hilfsgasturbine oder APU (Auxiliary Power Unit) wird von einem Triebwerks­ regler (ECB = Electronic Control Box) geregelt. Zu diesem Zweck sind an der Hilfsgasturbine Sensoren angebracht, die auf Zustandsgrößen der Hilfsgasturbine ansprechen. Solche Zustandsgrößen können auch binäre Signale (ja-nein, ein-aus) sein. Der Triebwerksregler sitzt im Bereich des hinteren Laderaumes des Flugzeugs und damit in räumlich großem Abstand von der Hilfsgasturbine. Die analogen Sensorsignale sind u. U. sehr klein. Sie können in der Größenordnung von Millivolt liegen. Diese Signale werden nach dem Stand der Technik analog zum Triebwerksregler übertragen. Es ist wegen der im Bereich der Hilfsgas­ turbine herrschenden, extremen Umgebungsbedingungen, insbesondere der extremen Temperaturen, nicht möglich, den gesamten Triebwerksregler unmittelbar an der Hilfsgas­ turbine anzuordnen.Airplanes usually have an auxiliary gas turbine. It is a unit with an engine, a compressor and a generator that supplies the aircraft with electricity and Cabin air is supplied when the main engines are on the ground are not in operation. Generators and Compressors for power supply from the main engines powered. The compressor of the auxiliary gas turbine also supplies the compressed air for starting of the main engines. This auxiliary gas turbine sits in the  general in the tail of the aircraft. The auxiliary gas turbine or APU (Auxiliary Power Unit) is powered by an engine controller (ECB = Electronic Control Box). To this Purpose are attached to the auxiliary gas turbine sensors that respond to state variables of the auxiliary gas turbine. Such State variables can also be binary signals (yes-no, on-off). The engine controller is located in the area of the rear hold of the aircraft and thus in space large distance from the auxiliary gas turbine. The analog ones Sensor signals are u. U. very small. You can in the Order of magnitude of millivolts. These signals are according to the state of the art analogous to the engine controller transfer. It's because of the auxiliary gas turbine prevailing extreme environmental conditions, especially the extreme temperatures, not possible entire engine controller directly at the auxiliary gas to arrange turbine.

Die Anforderung an die Genauigkeit der Sensorsignale werden zunehmend höher. Es bereitet Schwierigkeiten, diese Anforderungen mit der bekannten Anordnung zu erfüllen, bei welcher die teilweise sehr kleinen, analogen Sensorsignale zu dem Triebwerksregler über große Strecken übertragen werden. Das Übertragungskabel, das zwei getrennte Adern für jedes differentielle, analoge Signal haben muß, ist recht schwer. Das Gewicht ist aber bei Flugzeugen ein stark negativ zu bewertender Faktor.The requirement for the accuracy of the sensor signals are getting higher and higher. There are difficulties with this To meet requirements with the known arrangement, at which is the sometimes very small, analog sensor signals transmitted to the engine controller over long distances will. The transmission cable that has two separate wires must have for each differential, analog signal quite difficult. However, the weight is a for aircraft strongly negative factor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Regelung einer Hilfsgasturbine bei einem Flugzeug zu verbessern.The invention has for its object the accuracy the regulation of an auxiliary gas turbine in an aircraft improve.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, das Gewicht der Regeleinrichtung einschließlich der Über­ tragungskabel zu vermindern. The invention is further based on the object Weight of the control device including the over to reduce the transmission cable.  

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben bei einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daßAccording to the invention, these tasks are carried out at a Control device of the type mentioned in the introduction solved that

  • - in räumlicher Nähe zu der Hilfsgasturbine Daten­ aufbereitungsmittel angeordnet sind,- Data in close proximity to the auxiliary gas turbine processing means are arranged,
  • - die Sensordaten auf die Datenaufbereitungsmittel aufgeschaltet sind, die Mittel zum Digitalisieren der Sensordaten und Mittel zur Anbringung von Kennungen an den digitalisierten Sensordaten auf­ weisen, und- The sensor data on the data processing means are activated, the means for digitizing of sensor data and means of attaching Identifiers on the digitized sensor data point, and
  • - die Mittel zur Übertragung von Sensordaten einen Datenübermittlungsabschnitt enthalten, über welchen die digitalisierten, mit Kennungen versehenen Sensor­ daten von den Datenaufbereitungsmitteln seriell auf den Triebwerksregler übertragbar sind.- The means for transmitting sensor data one Data transmission section included, about which the digitized, tagged sensor data from the data processing means to the serial Engine controls are transferable.

Es erfolgt eine Digitalisierung der Daten in unmittelbarer Nähe der Sensoren. Dadurch werden lange Übertragungswege für die u. U. kleinen Sensorsignale vermieden. Die digitalen Informationen werden durch den Prozessor mit geeigneten Kennungen versehen und seriell über einen Datenübermittlungsabschnitt zu dem Triebwerksregler übertragen. Die Übertragung kann dabei, weil die Daten digital übertragen werden, ohne Verfälschung der Informationen über den relativ langen Weg zum Triebwerks­ regler erfolgen. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Regelung erhöht. Für alle Daten ist nur eine gemeinsame Datenleitung erforderlich. Dadurch verringert sich die Zahl der Adern des Übertragungskabels und damit dessen Gewicht. Es ist zu beachten, daß die Übertragungsleitungen in der Regel abgeschirmt werden müssen, so daß jede eingesparte Leitung einen erheblichen Gewichtsvorteil bringt. Die Anordnung eines Prozessors, der nur der Daten­ aufbereitung dient, an der Hilfsgasturbine bereitet keine Schwierigkeiten. Ein System der vorgenannten Art ist universell anwendbar.The data is digitized immediately Proximity of the sensors. This means long transmission paths for the u. U. small sensor signals avoided. The digital information is provided by the processor appropriate identifiers and serial over a Data transmission section to the engine controller transfer. The transfer can be because of the data be transmitted digitally without falsifying the Information about the relatively long way to the engine regulator. This way the accuracy of the Regulation increased. There is only one for all data Data line required. This reduces the Number of wires in the transmission cable and thus its Weight. It should be noted that the transmission lines usually need to be shielded so that each  saved line a considerable weight advantage brings. The arrangement of a processor that only the data preparation is used, none on the auxiliary gas turbine Difficulties. A system of the aforementioned type is universally applicable.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of Subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahmen auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is as follows with reference to the accompanying drawings explained.

Fig. 1 zeigt Schematisch den Aufbau einer Regelein­ richtung zur Regelung einer Hilfgasturbine eines Flugzeugs. Fig. 1 shows schematically the structure of a Regelein direction for controlling an auxiliary gas turbine of an aircraft.

Fig. 2 zeigt den Prinzipiellen Aufbau der an der Hilfs­ gasturbine angeordneten Datenaufbereitungsmittel. Fig. 2 shows the basic structure of the data processing means arranged on the auxiliary gas turbine.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Hilfsgasturbine (APU) eines Flug­ zeugs 12 bezeichnet. Die Hilfsgasturbine 10 sitzt im Heck des Flugzeugs 12. Die Hilfsgasturbine 10 wird geregelt von einem Triebwerksregler (ECB) 14. An der Hilfsgasturbine 10 Sitzen Sensoren, welche verschiedene Zustandsgrößen der Hilfsgasturbine 10 erfassen. Die Sensorsignale können analoge Signale sein, die beispiels­ weise Drücke, Temperaturen oder Stellwege wiedergeben Stellwege können von Weggebern geliefert werden, die als Differentialtransformatoren ausgebildet sind. Es kann sich aber auch um binare Signale handeln, die eine Ja-Nein- oder An-Aus-Information liefern, wie die Schaltzustände von Schaltern oder Ölstandsanzeigern. Die Sensorsignale Sind in Fig. 1 durch Pfeile 16 und 18 symbolisiert. In Fig. 1, 10 an auxiliary gas turbine (APU) of an aircraft 12 is referred to. The auxiliary gas turbine 10 is located in the rear of the aircraft 12 . The auxiliary gas turbine 10 is controlled by an engine controller (ECB) 14 . Sensors are located on the auxiliary gas turbine 10 , which sensors detect various state variables of the auxiliary gas turbine 10 . The sensor signals can be analog signals which, for example, represent pressures, temperatures or travel paths. Travel paths can be supplied by position sensors which are designed as differential transformers. But it can also be binary signals that provide yes-no or on-off information, such as the switching states of switches or oil level indicators. The sensor signals are symbolized in FIG. 1 by arrows 16 and 18 .

In räumlicher Nähe zu der Hilfsgasturbine 10 sind Daten­ aufbereitungsmittel 20 angeordnet, die in Fig. 1 durch einen Kasten dargestellt sind. Die Datenaufbereitungs­ mittel 20 digitalisieren die analogen Sensorsignale und versehen die digitalen Informationen mit einer Kennung. Die so erhaltenen Datenworte werden über einen Zweiwege- Datenübermittlungsabschnitt 22 auf den Triebwerksregler 14 übertragen. Der Triebwerksregler sitzt im hinteren Laderaum des Flugzeugs, also in erheblichem Abstand von der Hilfsgasturbine. Der Triebwerksregler 14 regelt die Hilfsgasturbine 10 über Leitungen 24. Der Triebwerksregler 24 wird von einer Stromversorgung mit 28 Volt Gleichstrom versorgt, wie durch Pfeil 26 angedeutet ist. Der Trieb­ werksregler 14 bewirkt die Stromversorgung zu den Daten­ aufbereitungsmitteln 20 über eine Versorgungsleitung 28.Data processing means 20 , which are represented by a box in FIG. 1, are arranged in close proximity to the auxiliary gas turbine 10 . The data processing means 20 digitize the analog sensor signals and provide the digital information with an identifier. The data words thus obtained are transmitted to the engine controller 14 via a two-way data transmission section 22 . The engine controller is located in the rear hold of the aircraft, i.e. at a considerable distance from the auxiliary gas turbine. The engine controller 14 controls the auxiliary gas turbine 10 via lines 24 . The engine controller 24 is supplied with 28 volts DC from a power supply, as indicated by arrow 26 . The engine controller 14 effects the power supply to the data processing means 20 via a supply line 28 .

Der Triebwerksregler 14 ist weiterhin durch Leitungen 30 mit Geräten, z. B. Relais, im Flugzeug verbunden und steuert diese oder empfängt und verarbeitet Informationen von diesen.The engine controller 14 is still through lines 30 with devices such. B. relays, connected in the aircraft and controls them or receives and processes information from them.

Der Aufbau der Datenaufbereitungsmittel ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die analogen Sensorsignale sind auf einen Spannungs-Digital-Wandler 32 aufschaltbar. Der Spannungs-Digital-Wandler 32 ist in der Lage, auch sehr kleine Spannungen in digitale Informationen umzusetzen, wobei durch eine Eichung mit Hilfe eines Prozessors (Mikroprozessors) 34 eine Unabhängigkeit von Temperatur­ schwankungen erreicht werden kann. Die digitalisierten Sensorsignale sind auf den Prozessor 34 aufgeschaltet und werden von diesem aufbereitet. Der Prozessor erhält auch binäre "Aus-Ein"-Sensorsignale von Sensoren 38 wie Schaltern oder Ölstandsanzeigern. Mehrere solcher binären Sensorsignale werden von dem Prozessor zu jeweils einem Datenwort kombiniert. Die aufbereiteten Sensorsignale werden auf einen Sender- und Empfängerbaustein 40 gegeben. Der Sender- und Empfängerbaustein 40 kann so aufgebaut sein, wie es in der DE-A-39 26 165 beschrieben ist. Der Sender- und Empfängerbaustein 40 kann die Schnittstelle zwischen dem Mikroprozessor und dem Daten­ übermittlungsabschnitt 22 (Fig. 1) bilden.The structure of the data processing means is shown schematically in FIG. 2. The analog sensor signals can be connected to a voltage-digital converter 32 . The voltage-to-digital converter 32 is capable of converting even very small voltages into digital information, and independence from temperature fluctuations can be achieved by calibration using a processor (microprocessor) 34 . The digitized sensor signals are applied to the processor 34 and are processed by it. The processor also receives binary "off-on" sensor signals from sensors 38 such as switches or oil level indicators. Several such binary sensor signals are combined by the processor to form a data word. The processed sensor signals are sent to a transmitter and receiver module 40 . The transmitter and receiver module 40 can be constructed as described in DE-A-39 26 165. The transmitter and receiver module 40 can form the interface between the microprocessor and the data transmission section 22 ( FIG. 1).

Der Prozessor 34 erfaßt alle Sensordaten der Hilfsgas­ turbine 10 mit sehr hohen Abtastraten. Die Abtastraten des Prozessors 34 sind hoch im Vergleich zu den Abtastraten des Triebwerksreglers 14. Die Sensordaten werden über den als Hochgeschwindigkeitsbus ausgebildeten Datenüber­ tragungsabschnitt 22 auf den Triebwerksregler 14 übertragen. Der Datenübertragungsabschnitt 22 kann auch mit Glasfaser aufgebaut sein.The processor 34 records all sensor data of the auxiliary gas turbine 10 with very high sampling rates. The sampling rates of the processor 34 are high compared to the sampling rates of the engine controller 14 . The sensor data are transmitted to the engine controller 14 via the data transmission section 22 designed as a high-speed bus. The data transmission section 22 can also be constructed with glass fiber.

Die beschriebene Anordnung bietet verschiedene Vorteile:The arrangement described offers several advantages:

Die Genauigkeit der Meßwertverarbeitung wird verbessert. Die Gehäuseabmessungen des Triebwerksreglers 14 werden verkleinert. Das Gewicht des Gesamtsystems wird verringert. Die Prozessorbelastung des Triebwerkreglers wird verringert. Das System ist universell in verschiedene Typen von Hilfsgasturbinen (APUs) integrierbar.The accuracy of the measured value processing is improved. The housing dimensions of the engine controller 14 are reduced. The weight of the overall system is reduced. The processor load on the engine controller is reduced. The system can be universally integrated into various types of auxiliary gas turbines (APUs).

Claims (7)

1. Regeleinrichtung zur Regelung einer Hilfsgasturbine (APU) (10) eines Flugzeugs (12) zur Energieversorgung bei abgeschalteten Triebwerken, enthaltend:
  • - Sensoren an der Hilfsgasturbine (10) zur Erfassung von Zuständen der Hilfsgasturbine (10),
  • - einen Triebwerksregler (ECB) (14), durch welchen die Hilfsgasturbine (10) regelbar ist, und
  • - Mittel zur Übertragung von Sensordaten von den Sensoren an der Hilfsgasturbine (10) zu dem Trieb­ werksregler (14),
1. Control device for controlling an auxiliary gas turbine (APU) ( 10 ) of an aircraft ( 12 ) for supplying energy when the engines are switched off, comprising:
  • Sensors on the auxiliary gas turbine ( 10 ) for detecting states of the auxiliary gas turbine ( 10 ),
  • - An engine controller (ECB) ( 14 ) through which the auxiliary gas turbine ( 10 ) can be regulated, and
  • - Means for transmitting sensor data from the sensors on the auxiliary gas turbine ( 10 ) to the engine controller ( 14 ),
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in räumlicher Nähe zu der Hilfsgasturbine (10) Datenaufbereitungsmittel (20) angeordnet sind,
  • - die Sensordaten auf die Datenaufbereitungsmittel (20) aufgeschaltet sind, die Mittel (32,36) zum Digitalisieren der Sensordaten und Mittel (38) zur Anbringung von Kennungen an den digitalisierten Sensordaten aufweisen, und
  • - die Mittel zur Übertragung von Sensordaten einen Datenübermittlungsabschnitt (22) enthalten, über welchen die digitalisierten, mit Kennungen ver­ sehenen Sensordaten von den Datenaufbereitungsmitteln (20) seriell auf den Triebwerksregler übertragbar sind.
 characterized in that
  • - Data processing means ( 20 ) are arranged in spatial proximity to the auxiliary gas turbine ( 10 ),
  • - The sensor data are connected to the data processing means ( 20 ), which have means ( 32, 36 ) for digitizing the sensor data and means ( 38 ) for applying identifiers to the digitized sensor data, and
  • - The means for the transmission of sensor data contain a data transmission section ( 22 ), via which the digitized sensor data ver with identifications from the data processing means ( 20 ) can be serially transmitted to the engine controller.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Datenaufbereitungsmittel (20)
  • - einen Prozessor (34) enthalten sowie
  • - einen Spannungs-Digital-Wandler (32), auf welchen analoge Sensorsignale aufschaltbar sind zur Um­ setzung in dazu proportionale digitalisierte Sensor­ signale, die dem Prozessor (34) zugeführt werden, und
  • - einen als integrierte Schaltung ausgebildeten Sender- und Empfänger-Baustein (40), welcher gesteuert von dem Prozessor (34) aus digitalisierten Sensorsignalen und Kennungen Datenworte bildet und in einem Direktzugriffspeicher zur Übertragung an den Triebwerkregler (14) zwischenspeichert.
2. Control device according to claim 1, characterized in that the data preparation means ( 20 )
  • - Contain a processor ( 34 ) and
  • - A voltage-digital converter ( 32 ), on which analog sensor signals can be connected to implement in proportionally proportional digitized sensor signals that are supplied to the processor ( 34 ), and
  • - A transmitter and receiver module ( 40 ) designed as an integrated circuit, which, controlled by the processor ( 34 ), forms data words from digitized sensor signals and identifiers and temporarily stores them in a direct access memory for transmission to the engine controller ( 14 ).
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Prozessor (34) aus binären Signalen von Sensoren (38) Datenworte bildet, die mit Kennungen versehen in dem Sender- und Empfängerbaustein zwischenspeicherbar sind.3. Control device according to claim 2, characterized in that the processor ( 34 ) from binary signals from sensors ( 38 ) forms data words which are provided with identifiers in the transmitter and receiver module can be buffered. 4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (34) asynchron zu dem Triebwerksregler mit relativ zu diesem hohen Abtastraten arbeitet.4. Control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the processor ( 34 ) operates asynchronously to the engine controller with relative to this high sampling rates. 5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenübermittlungs­ abschnitt von einem Lichtleiter gebildet ist. 5. Control device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the data transmission section is formed by a light guide.   6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Prozessors durch den Triebwerksregler erfolgt.6. Control device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the power supply to the Processor done by the engine controller.
DE4137765A 1991-11-16 1991-11-16 CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING AN AUXILIARY GAS TURBINE OF AN AIRPLANE Ceased DE4137765A1 (en)

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