專利名稱:螺旋槳同步移相器和模式邏輯的制作方法
本發(fā)明涉及多螺旋槳飛機(jī)，特別是涉及一種同步移相器，用作控制從屬的螺旋槳，使其與主要的螺旋槳有相同的速度和相位。
螺旋槳同步移相器可以用在多發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳飛機(jī)上，以維持在主要的螺旋槳與各指定的從屬的螺旋槳之間選定的相位角關(guān)系。單詞“同步移相器”(synchrophaser)是單詞“同步裝置”(synchronizer)和單詞“移相器”(phaser)的組合，同步裝置涉及所有的螺旋槳以相同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，而相位器意味著諸螺旋槳除了維持在相同的速度之外，它們彼此維持著準(zhǔn)確的位置。一旦諸螺旋槳被同步移相，飛行器的機(jī)身可經(jīng)受最小的噪音和振動(dòng)。螺旋槳同步移相器由調(diào)節(jié)該螺旋槳的速度以維持某從屬的螺旋槳的相對(duì)相位角。當(dāng)同步移相器最初由飛行員接通時(shí)，如果從屬的螺旋槳速度大大地不同于主要的螺旋槳速度，在從屬的螺旋槳方面不引起顯著的速度瞬變的情況下，同步移相器也許不能成功地控制相位。
本發(fā)明的目的是對(duì)螺旋槳同步移相器起始速度瞬變的問(wèn)題提供一個(gè)簡(jiǎn)單和有效的解決辦法。
根據(jù)本發(fā)明，一種從屬的螺旋槳移相器設(shè)置有速度控制器和相位控制器，在飛行員接通以后，該速度控制器迅速地使從屬的螺旋槳的速度達(dá)到每分鐘幾轉(zhuǎn)的受控的恒定速度差，以致主要的螺旋槳和從屬的螺旋槳是周期地同相，而一旦速度差和相位差下降到選定值以下，該相位控制器取代速度控制器，以及該相位控制器控制從屬的螺旋槳的速度，以對(duì)從屬的螺旋槳的速度最小的瞬變影響下，使達(dá)到主要的和從屬的螺旋槳之間的選定的相位關(guān)系。
另外，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置同步移相器模式邏輯，在緊隨飛行員接通后最初的控制階段的期間，該模式邏輯監(jiān)視速度誤差信號(hào)大小的絕對(duì)值，以便決定何時(shí)其絕對(duì)值是小于選定的值，以及用作在存在這種情況的時(shí)候提供一相位模式容許信號(hào)，以及該模式邏輯對(duì)連續(xù)出現(xiàn)的相位模式容許信號(hào)起反應(yīng)，以便提供一表示相位誤差信號(hào)的絕對(duì)值已經(jīng)達(dá)到小于選定的絕對(duì)相位差值的轉(zhuǎn)換至相位模式信號(hào)，以致速度控制器然后被截止，而相位控制裝置起動(dòng)，以便使從屬的螺旋槳進(jìn)入相對(duì)于主要的螺旋槳是所需的相位差位置。饋至上述模式邏輯的速度誤差信號(hào)可以由一階滯后電路濾波，以便減小錯(cuò)誤的信號(hào)電平。
還有，根據(jù)本發(fā)明，在從速度轉(zhuǎn)變到相位控制模式以后，出現(xiàn)速度誤差信號(hào)大小的絕對(duì)值超過(guò)選定的大小的情況下，上述模式邏輯也可以包括用作再起動(dòng)速度控制器和截止相位控制器(如果已起動(dòng))的裝置。
另外還有，根據(jù)本發(fā)明，模式邏輯對(duì)它起反應(yīng)的相位誤差信號(hào)，可以由一階滯后電路濾波。
于是，當(dāng)由飛行員將同步移相器接通而功率首先供給同步移相器時(shí)，速度模式是起動(dòng)的第一模式。應(yīng)當(dāng)指出，模式邏輯可使用已濾波的速度誤差值，以便防止信號(hào)噪音使引起不希望的模式轉(zhuǎn)換。在速度模式中，以后用作相位控制的同一積分器，也可以用作調(diào)整速度。與速度誤差一樣的速度差不控制到零，而控制到一選定的值，例如每分鐘二轉(zhuǎn)。因?yàn)橄辔徽`差的時(shí)間變化率是與速度誤差成比例，這保證相位誤差過(guò)零區(qū)域周期地出現(xiàn)。例如，每分鐘二轉(zhuǎn)的速度誤差是等于每秒鐘十二度的相位誤差的時(shí)間變化率。從而相位角差的時(shí)間變化率可以選定，因此過(guò)零區(qū)域比較頻繁地出現(xiàn)。當(dāng)速度差是小于某個(gè)選定值，而相位誤差的絕對(duì)值又小于選定的相位差時(shí)，于是同步移相器的控制是從速度模式轉(zhuǎn)換至相位模式。導(dǎo)致從速度模式轉(zhuǎn)變到相位模式的相位誤差值因而是比較小的。這保證由于非零相位誤差引起的任何瞬變將減至最小。因?yàn)橄辔活l繁的跨越零點(diǎn)。保證快速的模式轉(zhuǎn)換，所以轉(zhuǎn)換也將非常迅速地發(fā)生。另外，如果進(jìn)入相位模式中以后，一個(gè)大的干擾老是使速度誤差超過(guò)了選定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)值，則邏輯再轉(zhuǎn)換回速度模式。
本發(fā)明在此公開(kāi)的是超過(guò)先有技術(shù)的主要的改進(jìn)，因?yàn)樗峁┮豢焖俸椭苯拥姆椒▉?lái)完成同步移相。而且，通過(guò)消除由于模式轉(zhuǎn)換時(shí)引起的所有瞬變，它將增強(qiáng)飛行員對(duì)同步移相系統(tǒng)的信心。
根據(jù)本發(fā)明的最好的模式實(shí)施例，并參照所作的詳細(xì)敘述，本發(fā)明的這些和其他的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明同步移相器控制電路的簡(jiǎn)化方塊示意圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明控制同步移相器的模式邏輯步驟的簡(jiǎn)化流程圖;
圖3是說(shuō)明一階滯后速度誤差濾波器的方塊示意圖;
圖4是說(shuō)明一階滯后相位誤差濾波器的方塊示意圖;
圖5是表示出先有技術(shù)中經(jīng)歷的模式周期工作和速度瞬變的幾個(gè)波形的說(shuō)明圖;
圖6是除了說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明在相似的同步移相器波形中出現(xiàn)的運(yùn)用改進(jìn)以外，相似于圖5的說(shuō)明圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明同步移相器控制電路10的方塊示意圖。也根據(jù)本發(fā)明，同步移相器操作在根據(jù)模式開(kāi)關(guān)12的位置而定的二個(gè)可選擇的模式中的一個(gè)模式。該模式開(kāi)關(guān)12是由來(lái)自同步移相器模式邏輯1b在線14上的模式選擇信號(hào)控制。在圖2中表示的流程圖，在下面作更詳細(xì)的敘述，說(shuō)明由模式邏輯執(zhí)行的邏輯步驟，以便決定線14上信號(hào)的值，而因此決定模式開(kāi)關(guān)12的位置。
返回參閱圖1，同步移相器10響應(yīng)線17上相位差信號(hào)，該信號(hào)表示出主要的螺旋槳與受控的從屬的螺旋槳之間的檢測(cè)的相位差。線17上的相位差信號(hào)和線17a上的恒定基準(zhǔn)相位差信號(hào)是在求和點(diǎn)17b相加，在線20上提供相位誤差信號(hào)。相位誤差濾波器18，它可以是如圖3所示一階滯后電路，響應(yīng)線20上的相位誤差信號(hào)。在線22上的已濾波的相位誤差信號(hào)被送至第一比例放大器24和第二比例放大器26，它們?cè)诰€28、30上各提供各自的信號(hào)至模式開(kāi)關(guān)12。所表示的模式開(kāi)關(guān)是轉(zhuǎn)換在速度模式，緊接飛行員接通同步移相器后一開(kāi)始的起始期間一般將是該模式。(同步移相器也許不能成功地控制相位，除非速度差是比較小，因相位的時(shí)間變化率是與速度差成反比。因此，從屬螺旋槳的速度是首先被控制的)。
同步移相器10也響應(yīng)線32上的速度誤差信號(hào)，該信號(hào)表示出主要的螺旋槳速度和受控從屬的螺旋槳速度之間的差。線32上的速度誤著信號(hào)是在求和點(diǎn)34中與線36上的恒定速度差信號(hào)(例如，在一個(gè)實(shí)施例中具有表示出每分鐘2轉(zhuǎn)的大小的信號(hào))相加，該恒定速度差信號(hào)保證從屬的螺旋槳將被控制到它與主要的螺旋槳之間的恒定速度差。這速度差通常將是在每分鐘二、三轉(zhuǎn)的數(shù)量級(jí)，而保證主要的螺旋槳和從屬的螺旋槳周期地同相，以致從速度控制翻轉(zhuǎn)至相位控制能相當(dāng)快的實(shí)現(xiàn)。線38上的和數(shù)信號(hào)供給比例放大器40，該放大器40放大線38上的和數(shù)信號(hào)，而在線42上供給放大的和數(shù)信號(hào)至模式開(kāi)關(guān)12。和以前一樣，假定模式開(kāi)關(guān)一開(kāi)始是在速度模式位置，是由模式邏輯16支配的，同步移相器10從而一開(kāi)始將控制從屬的螺旋槳速度，以便使它在主要的螺旋槳的恒定的每分鐘幾轉(zhuǎn)之內(nèi)。控制積分器44響應(yīng)線42上的放大的和數(shù)信號(hào)，而提供積分的控制信號(hào)，該信號(hào)是被限幅器48限幅，該控制積分器40在線50上提供限定工作范圍的積分的信號(hào)至求和點(diǎn)52，該求和點(diǎn)52在線54上供給同步移相器的輸出信號(hào)，用作偏置從屬的螺旋槳的速度基準(zhǔn)信號(hào)。
當(dāng)同步相位器10最初控制從屬的螺旋槳的速度時(shí)，為了使它接近于主要的螺旋槳的速度，根據(jù)本發(fā)明的同步移相器模式邏輯16監(jiān)視線22上的已濾波的相位誤差信號(hào)和線60上的已濾波的速度誤差信號(hào)。以便確定從屬的相位是否足夠接近于要求的相位和從屬的速度是否足夠接近于主要的速度，以致為了獲得要求的相位而引起突然的速度增加或減小，將不產(chǎn)生顯著的瞬變。速度誤差濾波器62響應(yīng)線32上的速度誤差信號(hào)，而在線60上提供已濾波的速度誤差信號(hào)。在圖4中作出更說(shuō)細(xì)的說(shuō)明，圖中表示出一階滯后電路。當(dāng)然，能使用別的濾波器或者完全不用濾波器。
現(xiàn)參閱圖2的流程圖，說(shuō)明由詳細(xì)表示在圖1的模式邏輯16執(zhí)行的邏輯步驟。流程圖是在步驟70進(jìn)入，而判定步驟72緊接在后面執(zhí)行，在步驟中對(duì)圖1的同步移相器10是否處在速度模式作出判定。如果同步移相器是在速度模式，接下去執(zhí)行判定步驟74，在此步驟中線60上的已濾波的速度誤差信號(hào)的絕對(duì)值被檢驗(yàn)，此值是否小于選定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，在一個(gè)實(shí)施例中是每分鐘4轉(zhuǎn)。如果已濾波的速度誤差的絕對(duì)值不小于選定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)值，則接通流程圖步驟76的出口，而邏輯步驟及時(shí)在較后的點(diǎn)重新執(zhí)行。然而，如果已濾波的速度誤差信號(hào)的絕對(duì)值是小于選定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，于是從屬的螺旋槳可以能夠有其已調(diào)節(jié)的速度，以便維持對(duì)主要的螺旋槳準(zhǔn)確的相位關(guān)系。這在步驟76a中檢驗(yàn)，此處圖1中線22上的已濾波的相位誤差信號(hào)被檢驗(yàn)，看一看在此實(shí)施例中從屬的螺旋槳的現(xiàn)在的位置與要求的位置之間的差是否小于9°。如果否，如以前一樣接通步驟76的出口。然而，如果相位誤差是小于9°(根據(jù)特殊的實(shí)施例，它當(dāng)然可以是任何選定的小的相位誤差值)，于是同步移相器模式開(kāi)關(guān)12從速度模式轉(zhuǎn)換至相位模式，和接通步驟76的出口，而邏輯步驟在一短時(shí)間以后重新執(zhí)行。
在轉(zhuǎn)換至相位模式以后，如果邏輯步驟再執(zhí)行，步驟72將檢測(cè)到同步移相器已不再是速度模式，而將執(zhí)行步驟80以代替執(zhí)行步驟74，在該步驟80中，對(duì)線60上已濾波的速度誤差信號(hào)的絕對(duì)值是否大于選定的速度誤差，例如每分鐘7轉(zhuǎn)作出判定。如果否，在步驟76中作出出口。如果是，速度差已增加至一水平，在此水平連續(xù)的相位模式控制能引起不希望有的瞬變。因此轉(zhuǎn)換回速度模式是在步驟82中作出，以便同步移相器能在轉(zhuǎn)換至相位模式以前再一次建立低的速度誤差。這樣，圖1的模式邏輯16制止了顯著的速度瞬變。
返回參閱圖1，模式開(kāi)關(guān)12假定處在速度模式(如開(kāi)關(guān)線83、85所表示的)。進(jìn)一步要假定模式邏輯已檢測(cè)到一個(gè)小于選定值(例如，每分鐘4轉(zhuǎn))的速度誤差，以及假定還處在速度模式的同步移相器正試圖將相位誤差減至小于選定值(例如，9°)。模式邏輯將繼續(xù)再執(zhí)行圖2的邏輯步驟70、72、74、76a、和76，直至相位誤差減小到選定值(例如，9°)以下為止。此時(shí)，在步驟78中轉(zhuǎn)換至相位模式，而圖1的模式開(kāi)關(guān)12將轉(zhuǎn)換至圖1中虛線84、86所示的位置。同步移相器然后將連續(xù)地提供相對(duì)于主要的螺旋槳而言的從屬的螺旋槳相位的比例加積分控制。線88上的比例信號(hào)與線50上的積分信號(hào)組合，該積分信號(hào)是使用速度控制電路系統(tǒng)中的同一積分器44和同一限幅器48得出的。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)明白可以設(shè)計(jì)其他的電路系統(tǒng)和邏輯步驟來(lái)實(shí)行照?qǐng)D1至圖4中所講的功能。
圖5說(shuō)明幾個(gè)波形，這些波形是表示先有技術(shù)同步移相器的不需要的模式循環(huán)的特殊情況的說(shuō)明圖，當(dāng)主要的和從屬的螺旋槳之間的相位誤差比較大時(shí)，由于同步移相器企圖控制從屬的速度，該同步移相器伴隨著從屬的螺旋槳的速度變化。圖5(a)說(shuō)明由于受到圖5(b)所示速度模式和相位模式之間的快速振蕩轉(zhuǎn)換時(shí)的先有技術(shù)同步移相器的速度偏差輸出信號(hào)。圖5(b)的模式循環(huán)是由一高電平的速度模式信號(hào)和一低電平的相位模式信號(hào)表示出。這是在有大的正相位誤差的情況下由同步移相器轉(zhuǎn)換至相位模式引起的，該正相位誤差在此特殊情況下，在時(shí)間t1時(shí)差不多+180°。值得指出的是，在轉(zhuǎn)換至相位模式以前，相位誤差已經(jīng)突然從-180°躍遷至t180°，但因同步移相器在那時(shí)是處在速度模式，故對(duì)速度偏差輸出不影響。在時(shí)間t1，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生轉(zhuǎn)換至相位模式時(shí)，大的正相位誤差導(dǎo)致在速度偏差輸出方面的突然劇減，如圖5(a)所示，而在從屬的速度方面也是一樣，如圖5(d)所示。在從屬的速度方面的劇減引起先有技術(shù)同步移相器從相位模式再次改變到速度模式。在速度模式和相位模式之間的這循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行直到相位誤差小時(shí)為止。這恰功是本發(fā)明所避免的所謂速度瞬變問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明的同步移相器在圖6中說(shuō)明，在圖6(a)中表示出較平坦的速度偏差。在圖6(b)中從速度模式轉(zhuǎn)換至相位模式是不須經(jīng)受如先有技術(shù)在圖5(b)中相似的模式循環(huán)。因?yàn)閳D1和圖2的模式邏輯并不允許速度模式和相位模式之間轉(zhuǎn)換，除非速度和相位誤差兩者都比較小，圖6(b)中的從速度模式到相位模式的轉(zhuǎn)換，僅發(fā)生在時(shí)間t＝t2如圖6(c)和圖6(d)中所示的比較低的電平相位和速度誤差的電平。
當(dāng)然，在本技術(shù)領(lǐng)域：
的專業(yè)人員將會(huì)明白，圖1的系統(tǒng)電平圖可以根據(jù)選定的特殊實(shí)施例的硬件或軟件來(lái)執(zhí)行。
而且，盡管本發(fā)明已經(jīng)對(duì)關(guān)于它的最好模式實(shí)施例作了說(shuō)明和敘述，應(yīng)該明白，本技術(shù)領(lǐng)域：
的專業(yè)人員在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍的情況下，在結(jié)構(gòu)和零件方面可以作出上述的和各種其他的改變、刪節(jié)和增加。
權(quán)利要求
1.一種用于具有一個(gè)指定的主要的螺旋槳和至少一個(gè)輔助的從屬的螺旋槳的多螺旋槳飛機(jī)的改進(jìn)型從屬的螺旋槳同步移相器(10)，用作控制相對(duì)于主要的螺旋槳的從屬的螺旋槳的速度和相位，其特征在于包括速度控制裝置(34、40、12、44)，響應(yīng)表示出在主要的檢測(cè)的速度信號(hào)和從屬的檢測(cè)的信號(hào)之間的差值的從屬的螺旋槳速度誤差信號(hào)(32)，和響應(yīng)表示出在主要的螺旋槳和從屬的螺旋槳之間選定的恒定速度差信號(hào)(36)，用作提供速度偏差信號(hào)(54)，以控制在選定的恒定速度差的從屬的螺旋槳，使主要的螺旋槳和從屬的螺旋槳周期地同相；以及相位控制器(17b、24、26、12、44、52)，在速度誤差信號(hào)(32)下降至低于選定的絕對(duì)速度信號(hào)量值后，響應(yīng)表示出在主要的螺旋槳和從屬的螺旋槳之間相位差的從屬的螺旋槳相位差信號(hào)(17)，用作在相位差信號(hào)(17)和恒定基準(zhǔn)相位差信號(hào)(17a)之間有差值的情況下控制從屬的螺旋槳的速度，該差值由相位誤差信號(hào)(20)表示，相位誤差信號(hào)的絕對(duì)相位誤差信號(hào)量值小于選定的絕對(duì)相位誤差量值，表示出從屬的相位與在主要的和從屬的螺旋槳間選定的相位差之間的相位誤差是小于選定的絕對(duì)相位差值，以提供速度偏差信號(hào)(54)，在對(duì)從屬的螺旋槳的速度最小的瞬變影響的情況下，實(shí)現(xiàn)主要的和從屬的螺旋槳之間選定的相位差。
2.權(quán)利要求
1所述的同步移相器，其特征在于還包括模式邏輯(16)響應(yīng)速度誤差信號(hào)(32)，用作提供容許信號(hào)，此容許信號(hào)表示速度誤差信號(hào)的絕對(duì)量值小于選定的絕對(duì)速度信號(hào)量值，和表示從速度模式可以變換至相位模式，所說(shuō)的模式邏輯也響應(yīng)相位誤差信號(hào)(20)，用作提供相位模式變換信號(hào)(14)，變換信號(hào)(14)表示相位誤差信號(hào)量值的絕對(duì)值小于選定的絕對(duì)相位誤差信號(hào)量值，以及在有相位模式變換的情況下，用作截止速度控制裝置和起動(dòng)相位控制裝置。
3.權(quán)利要求
2所述的同步移相器，其特征在于其中模式邏輯對(duì)它響應(yīng)的速度誤差信號(hào)(32)是已濾波的信號(hào)。
4.權(quán)利要求
2所述的同步移相器，其特征在于其中模式邏輯還包括在相位控制裝置起動(dòng)以后響應(yīng)速度誤差信號(hào)的裝置，在速度誤差信號(hào)的絕對(duì)量值超過(guò)選定的量值情況下，用作再起動(dòng)速度控制裝置和截止相位控制裝置。
5.權(quán)利要求
1所述的同步移相器，其特征在于其中相位控制裝置對(duì)它起反應(yīng)的相位差信號(hào)(17)是已濾波的信號(hào)。
專利摘要
一種用于多螺旋槳飛機(jī)的改進(jìn)型從螺旋槳同步移相器和模式邏輯。所指定的主螺旋槳至少有一個(gè)最初控制從螺旋槳的速度在主螺旋槳的選定恒定轉(zhuǎn)數(shù)之內(nèi)、相對(duì)于主螺旋槳有受控的速度和相位的輔助從螺旋槳，以致主和從螺旋槳周期地同相和然后轉(zhuǎn)換至相位控制器用作在相位差信號(hào)具有絕對(duì)大小小于選定絕對(duì)大小的情況控制從螺旋槳的速度。從而主、從螺旋槳間選定的相位差關(guān)系可以在對(duì)從螺旋槳的速度有最小瞬變影響的情況下，實(shí)現(xiàn)主、從螺旋槳間選定的相位關(guān)系。
文檔編號(hào)H02P5/52GK86106719SQ86106719
公開(kāi)日1987年4月1日 申請(qǐng)日期1986年9月30日
發(fā)明者弗蘭克·理查德·尼森, 羅伊·威爾·弗雷德·施奈德 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan