Steuerung und Regelung der Turboflugtriebwerke

Das Buch gibt einen Gesamtüberblick über das Fachgebiet der Steuerung und Regelung von Turboflugtriebwerken. Neben allgemein technischen Grundlagen und Zusammenhängen werden auch einige historische Entwicklungen aufgezeigt. Ausgangspunkt für alle Darstellungen ist das Triebwerk als Regelstrecke, zusammen mit den operativen Anforderungen. Die verschiedenen Triebwerkbauformen und ihre Thermodynamik werden behandelt und die wichtigsten Steuer- und Regelkonzepte vorgestellt. Beschrieben werden ferner die typischen Ausführungsformen der Sensoren und Stellglieder sowie Geräte zur Umsetzung der Steuer-und Regelalgorithmen, die heute üblicherweise als "Digitale Regler" ausgeführt sind. Das Buch wendet sich an den Entwicklungsingenieur in der Industrie, an Studenten des Fachgebietes Regelungstechnik, an die Praktiker bei Luftfahrtgesellschaften und der Bundeswehr sowie an Beamte entsprechender Behörden. Dr.-Ing. Klaus Bauerfeind war für 25 Jahre Leiter der Fachgebiete Regelung und Thermodynamik im Entwicklungsbereich der Firma MTU und ist heute freier Mitarbeiter.

1 Einleitung.- 2 Grundsätzliche Aufgabenstellungen.- 3 Das Turboflugtriebwerk als Regelstrecke.- 3.1 Allgemeines.- 3.2 Typische Bauformen der Turboflugtriebwerke.- 3.3 Stationäres Betriebsverhalten.- 3.4 Konzept der reduzierten Leistungsparameter.- 3.5 Instationäres Betriebsverhalten und Simulationsmodelle.- 3.6 Windmilling-und Startverhalten.- 3.7 Stell-, Stör-und Regelgrößen (Triebwerkparameter).- 4 Steuer-und Regelungskonzepte der Turboflugtriebwerke.- 4.1 Schubsteuerung durch den Leistungshebel.- 4.2 Starten und Abschalten.- 4.3 Rotorbeschleunigung/-verzögerung.- 4.4 Grenzwertparameter-Begrenzer.- 4.5 Wasser-Methanol-Einspritzung zur Startschuberhöhung.- 4.6 Nachbrennerbetrieb.- 4.7 Optimierte Betriebsartensteuerung (Mode Control).- 4.8 Luftschraubensteuerung bei Turboprop (PTL)-Triebwerken.- 4.9 Rotorsteuerung bei Hubschraubertriebwerken.- 4.10 Spezielle Steuerungsanforderungen anderer Luftfahrt-Gasturbinentriebwerke (Sonderbauarten).- 4.11 Einige allgemeine Entwicklungsschwerpunkte.- 5 Autarke Steuerungskonzepte wichtiger Triebwerkkomponenten.- 5.1 Grundsätzliches.- 5.2 Lufteinlauf.- 5.3 Verdichter.- 5.4 Turbinen.- 5.5 Brennkammer und Nachbrenner.- 5.6 Schubdüse für Überschallflug.- 5.7 Schubumkehrer.- 6 Sicherheits-und Zuverlässigkeitsanforderungen.- 7 Brennstofftypen und ihre physikalischen Eigenschaften.- 7.1 Grundsätzliches.- 7.2 Einteilung der Brennstoffe für Turboflugtriebwerke.- 7.3 Physikalische Eigenschaften und Kennwerte.- 8 Typische Komponenten der Steuer-und Regelsysteme.- 8.1 Allgemeines.- 8.2 Sensoren.- 8.3 Stellglieder und ihre Komponenten.- 8.4 Funktionserzeuger, Rechner.- 9 Digitale Elektronik für die Steuerung, Regelung und Überwachung moderner Turboflugtriebwerke.- 9.1 Rückblick und Entwicklungsgeschichte bis zum FADEC.- 9.2FADEC als komplettes Betriebssystem für Turboflugtriebwerke.- 9.3 FADEC als Überwachungssystem.- 9.4 Wichtige Entwicklungsschritte von der projektbezogenen Konzipierung bis zur Zulassung.- 9.5 Hardware des Digitalreglers.- 9.6 Software des FADEC-Systems.- 9.7 Testen und Validieren des Gesamtsystems.- 9.8 Allgemeine Entwicklungstendenzen.- 10 Beispiele ausgeführter Steuer-und Regelsysteme.- 10.1 Betriebssystem des Junkers-Triebwerks Jumo 109-004B von 1944.- 10.2 Betriebssystem des Turbo-Union-Triebwerks RB 199 im Tornado-Kampfflugzeug.- 10.3 Betriebssystem des Triebwerks V2500 der IAE.- 10.4 Betriebssystem des Hubschraubertriebwerks MTR390.- Anhang: Einige Definitionen und Grundlagen der Regelungstechnik.- Al Begriffe der Steuer-und Regelungstechnik.- A2 Mathematische Beschreibung des Verhaltens typischer Systemelemente.- A2.1 Mathematische Grundlagen.- A2.2 Dynamisches Verhalten ausgewählter Grundelemente.- A2.3 Darstellung in der Zustandsebene.- A3 Zeitverhalten einfacher Regelstrecken und ihre Stabilität.- A4 Reglerentwurf mit Sprungantwort.- A4.1 Allgemeine Optimierungskriterien.- A4.2 Kompensation von P-T-Gliedern in der Regelstrecke.- A4.3 Unterlagerte Regelkreise.- A5 Digitale Regelungen.- A5.1 Funktionseinheiten.- A5.2 Digitalisierung analoger Reglerfunktionen.- A5.3 Verschiebungsoperator und Z-Transformation.- A5.4 Wahl der Abtastperiode.- A6 Besonderheiten und Vorgehensweise beim Entwurf von Steuer-und Regelsystemen von Turboflugtriebwerken.- Verwendete Symbole.- Sachwortverzeichnis.