螺旋桨同步移相器和模式逻辑的制作方法

专利名称:螺旋桨同步移相器和模式逻辑的制作方法
本发明涉及多螺旋桨飞机，特别是涉及一种同步移相器，用作控制从属的螺旋桨，使其与主要的螺旋桨有相同的速度和相位。
螺旋桨同步移相器可以用在多发动机螺旋桨飞机上，以维持在主要的螺旋桨与各指定的从属的螺旋桨之间选定的相位角关系。单词“同步移相器”(synchrophaser)是单词“同步装置”(synchronizer)和单词“移相器”(phaser)的组合，同步装置涉及所有的螺旋桨以相同的速度运转，而相位器意味着诸螺旋桨除了维持在相同的速度之外，它们彼此维持着准确的位置。一旦诸螺旋桨被同步移相，飞行器的机身可经受最小的噪音和振动。螺旋桨同步移相器由调节该螺旋桨的速度以维持某从属的螺旋桨的相对相位角。当同步移相器最初由飞行员接通时，如果从属的螺旋桨速度大大地不同于主要的螺旋桨速度，在从属的螺旋桨方面不引起显著的速度瞬变的情况下，同步移相器也许不能成功地控制相位。
本发明的目的是对螺旋桨同步移相器起始速度瞬变的问题提供一个简单和有效的解决办法。
根据本发明，一种从属的螺旋桨移相器设置有速度控制器和相位控制器，在飞行员接通以后，该速度控制器迅速地使从属的螺旋桨的速度达到每分钟几转的受控的恒定速度差，以致主要的螺旋桨和从属的螺旋桨是周期地同相，而一旦速度差和相位差下降到选定值以下，该相位控制器取代速度控制器，以及该相位控制器控制从属的螺旋桨的速度，以对从属的螺旋桨的速度最小的瞬变影响下，使达到主要的和从属的螺旋桨之间的选定的相位关系。
另外，根据本发明设置同步移相器模式逻辑，在紧随飞行员接通后最初的控制阶段的期间，该模式逻辑监视速度误差信号大小的绝对值，以便决定何时其绝对值是小于选定的值，以及用作在存在这种情况的时候提供一相位模式容许信号，以及该模式逻辑对连续出现的相位模式容许信号起反应，以便提供一表示相位误差信号的绝对值已经达到小于选定的绝对相位差值的转换至相位模式信号，以致速度控制器然后被截止，而相位控制装置起动，以便使从属的螺旋桨进入相对于主要的螺旋桨是所需的相位差位置。馈至上述模式逻辑的速度误差信号可以由一阶滞后电路滤波，以便减小错误的信号电平。
还有，根据本发明，在从速度转变到相位控制模式以后，出现速度误差信号大小的绝对值超过选定的大小的情况下，上述模式逻辑也可以包括用作再起动速度控制器和截止相位控制器(如果已起动)的装置。
另外还有，根据本发明，模式逻辑对它起反应的相位误差信号，可以由一阶滞后电路滤波。
于是，当由飞行员将同步移相器接通而功率首先供给同步移相器时，速度模式是起动的第一模式。应当指出，模式逻辑可使用已滤波的速度误差值，以便防止信号噪音使引起不希望的模式转换。在速度模式中，以后用作相位控制的同一积分器，也可以用作调整速度。与速度误差一样的速度差不控制到零，而控制到一选定的值，例如每分钟二转。因为相位误差的时间变化率是与速度误差成比例，这保证相位误差过零区域周期地出现。例如，每分钟二转的速度误差是等于每秒钟十二度的相位误差的时间变化率。从而相位角差的时间变化率可以选定，因此过零区域比较频繁地出现。当速度差是小于某个选定值，而相位误差的绝对值又小于选定的相位差时，于是同步移相器的控制是从速度模式转换至相位模式。导致从速度模式转变到相位模式的相位误差值因而是比较小的。这保证由于非零相位误差引起的任何瞬变将减至最小。因为相位频繁的跨越零点。保证快速的模式转换，所以转换也将非常迅速地发生。另外，如果进入相位模式中以后，一个大的干扰老是使速度误差超过了选定的每分钟转数值，则逻辑再转换回速度模式。
本发明在此公开的是超过先有技术的主要的改进，因为它提供一快速和直接的方法来完成同步移相。而且，通过消除由于模式转换时引起的所有瞬变，它将增强飞行员对同步移相系统的信心。
根据本发明的最好的模式实施例，并参照所作的详细叙述，本发明的这些和其他的目的、特点和优点将变得更加明显。
图1是根据本发明的说明同步移相器控制电路的简化方块示意图;
图2是根据本发明的说明控制同步移相器的模式逻辑步骤的简化流程图;
图3是说明一阶滞后速度误差滤波器的方块示意图;
图4是说明一阶滞后相位误差滤波器的方块示意图;
图5是表示出先有技术中经历的模式周期工作和速度瞬变的几个波形的说明图;
图6是除了说明根据本发明在相似的同步移相器波形中出现的运用改进以外，相似于图5的说明图。
图1是根据本发明的说明同步移相器控制电路10的方块示意图。也根据本发明，同步移相器操作在根据模式开关12的位置而定的二个可选择的模式中的一个模式。该模式开关12是由来自同步移相器模式逻辑1b在线14上的模式选择信号控制。在图2中表示的流程图，在下面作更详细的叙述，说明由模式逻辑执行的逻辑步骤，以便决定线14上信号的值，而因此决定模式开关12的位置。
返回参阅图1，同步移相器10响应线17上相位差信号，该信号表示出主要的螺旋桨与受控的从属的螺旋桨之间的检测的相位差。线17上的相位差信号和线17a上的恒定基准相位差信号是在求和点17b相加，在线20上提供相位误差信号。相位误差滤波器18，它可以是如图3所示一阶滞后电路，响应线20上的相位误差信号。在线22上的已滤波的相位误差信号被送至第一比例放大器24和第二比例放大器26，它们在线28、30上各提供各自的信号至模式开关12。所表示的模式开关是转换在速度模式，紧接飞行员接通同步移相器后一开始的起始期间一般将是该模式。(同步移相器也许不能成功地控制相位，除非速度差是比较小，因相位的时间变化率是与速度差成反比。因此，从属螺旋桨的速度是首先被控制的)。
同步移相器10也响应线32上的速度误差信号，该信号表示出主要的螺旋桨速度和受控从属的螺旋桨速度之间的差。线32上的速度误着信号是在求和点34中与线36上的恒定速度差信号(例如，在一个实施例中具有表示出每分钟2转的大小的信号)相加，该恒定速度差信号保证从属的螺旋桨将被控制到它与主要的螺旋桨之间的恒定速度差。这速度差通常将是在每分钟二、三转的数量级，而保证主要的螺旋桨和从属的螺旋桨周期地同相，以致从速度控制翻转至相位控制能相当快的实现。线38上的和数信号供给比例放大器40，该放大器40放大线38上的和数信号，而在线42上供给放大的和数信号至模式开关12。和以前一样，假定模式开关一开始是在速度模式位置，是由模式逻辑16支配的，同步移相器10从而一开始将控制从属的螺旋桨速度，以便使它在主要的螺旋桨的恒定的每分钟几转之内。控制积分器44响应线42上的放大的和数信号，而提供积分的控制信号，该信号是被限幅器48限幅，该控制积分器40在线50上提供限定工作范围的积分的信号至求和点52，该求和点52在线54上供给同步移相器的输出信号，用作偏置从属的螺旋桨的速度基准信号。
当同步相位器10最初控制从属的螺旋桨的速度时，为了使它接近于主要的螺旋桨的速度，根据本发明的同步移相器模式逻辑16监视线22上的已滤波的相位误差信号和线60上的已滤波的速度误差信号。以便确定从属的相位是否足够接近于要求的相位和从属的速度是否足够接近于主要的速度，以致为了获得要求的相位而引起突然的速度增加或减小，将不产生显著的瞬变。速度误差滤波器62响应线32上的速度误差信号，而在线60上提供已滤波的速度误差信号。在图4中作出更说细的说明，图中表示出一阶滞后电路。当然，能使用别的滤波器或者完全不用滤波器。
现参阅图2的流程图，说明由详细表示在图1的模式逻辑16执行的逻辑步骤。流程图是在步骤70进入，而判定步骤72紧接在后面执行，在步骤中对图1的同步移相器10是否处在速度模式作出判定。如果同步移相器是在速度模式，接下去执行判定步骤74，在此步骤中线60上的已滤波的速度误差信号的绝对值被检验，此值是否小于选定的每分钟转数，在一个实施例中是每分钟4转。如果已滤波的速度误差的绝对值不小于选定的每分钟转数值，则接通流程图步骤76的出口，而逻辑步骤及时在较后的点重新执行。然而，如果已滤波的速度误差信号的绝对值是小于选定的每分钟转数，于是从属的螺旋桨可以能够有其已调节的速度，以便维持对主要的螺旋桨准确的相位关系。这在步骤76a中检验，此处图1中线22上的已滤波的相位误差信号被检验，看一看在此实施例中从属的螺旋桨的现在的位置与要求的位置之间的差是否小于9°。如果否，如以前一样接通步骤76的出口。然而，如果相位误差是小于9°(根据特殊的实施例，它当然可以是任何选定的小的相位误差值)，于是同步移相器模式开关12从速度模式转换至相位模式，和接通步骤76的出口，而逻辑步骤在一短时间以后重新执行。
在转换至相位模式以后，如果逻辑步骤再执行，步骤72将检测到同步移相器已不再是速度模式，而将执行步骤80以代替执行步骤74，在该步骤80中，对线60上已滤波的速度误差信号的绝对值是否大于选定的速度误差，例如每分钟7转作出判定。如果否，在步骤76中作出出口。如果是，速度差已增加至一水平，在此水平连续的相位模式控制能引起不希望有的瞬变。因此转换回速度模式是在步骤82中作出，以便同步移相器能在转换至相位模式以前再一次建立低的速度误差。这样，图1的模式逻辑16制止了显著的速度瞬变。
返回参阅图1，模式开关12假定处在速度模式(如开关线83、85所表示的)。进一步要假定模式逻辑已检测到一个小于选定值(例如，每分钟4转)的速度误差，以及假定还处在速度模式的同步移相器正试图将相位误差减至小于选定值(例如，9°)。模式逻辑将继续再执行图2的逻辑步骤70、72、74、76a、和76，直至相位误差减小到选定值(例如，9°)以下为止。此时，在步骤78中转换至相位模式，而图1的模式开关12将转换至图1中虚线84、86所示的位置。同步移相器然后将连续地提供相对于主要的螺旋桨而言的从属的螺旋桨相位的比例加积分控制。线88上的比例信号与线50上的积分信号组合，该积分信号是使用速度控制电路系统中的同一积分器44和同一限幅器48得出的。当然，应当明白可以设计其他的电路系统和逻辑步骤来实行照图1至图4中所讲的功能。
图5说明几个波形，这些波形是表示先有技术同步移相器的不需要的模式循环的特殊情况的说明图，当主要的和从属的螺旋桨之间的相位误差比较大时，由于同步移相器企图控制从属的速度，该同步移相器伴随着从属的螺旋桨的速度变化。图5(a)说明由于受到图5(b)所示速度模式和相位模式之间的快速振荡转换时的先有技术同步移相器的速度偏差输出信号。图5(b)的模式循环是由一高电平的速度模式信号和一低电平的相位模式信号表示出。这是在有大的正相位误差的情况下由同步移相器转换至相位模式引起的，该正相位误差在此特殊情况下，在时间t1时差不多+180°。值得指出的是，在转换至相位模式以前，相位误差已经突然从-180°跃迁至t180°，但因同步移相器在那时是处在速度模式，故对速度偏差输出不影响。在时间t1，当第一次发生转换至相位模式时，大的正相位误差导致在速度偏差输出方面的突然剧减，如图5(a)所示，而在从属的速度方面也是一样，如图5(d)所示。在从属的速度方面的剧减引起先有技术同步移相器从相位模式再次改变到速度模式。在速度模式和相位模式之间的这循环继续进行直到相位误差小时为止。这恰功是本发明所避免的所谓速度瞬变问题。根据本发明的同步移相器在图6中说明，在图6(a)中表示出较平坦的速度偏差。在图6(b)中从速度模式转换至相位模式是不须经受如先有技术在图5(b)中相似的模式循环。因为图1和图2的模式逻辑并不允许速度模式和相位模式之间转换，除非速度和相位误差两者都比较小，图6(b)中的从速度模式到相位模式的转换，仅发生在时间t＝t2如图6(c)和图6(d)中所示的比较低的电平相位和速度误差的电平。
当然，在本技术领域：
的专业人员将会明白，图1的系统电平图可以根据选定的特殊实施例的硬件或软件来执行。
而且，尽管本发明已经对关于它的最好模式实施例作了说明和叙述，应该明白，本技术领域：
的专业人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下，在结构和零件方面可以作出上述的和各种其他的改变、删节和增加。
权利要求
1.一种用于具有一个指定的主要的螺旋桨和至少一个辅助的从属的螺旋桨的多螺旋桨飞机的改进型从属的螺旋桨同步移相器(10)，用作控制相对于主要的螺旋桨的从属的螺旋桨的速度和相位，其特征在于包括速度控制装置(34、40、12、44)，响应表示出在主要的检测的速度信号和从属的检测的信号之间的差值的从属的螺旋桨速度误差信号(32)，和响应表示出在主要的螺旋桨和从属的螺旋桨之间选定的恒定速度差信号(36)，用作提供速度偏差信号(54)，以控制在选定的恒定速度差的从属的螺旋桨，使主要的螺旋桨和从属的螺旋桨周期地同相；以及相位控制器(17b、24、26、12、44、52)，在速度误差信号(32)下降至低于选定的绝对速度信号量值后，响应表示出在主要的螺旋桨和从属的螺旋桨之间相位差的从属的螺旋桨相位差信号(17)，用作在相位差信号(17)和恒定基准相位差信号(17a)之间有差值的情况下控制从属的螺旋桨的速度，该差值由相位误差信号(20)表示，相位误差信号的绝对相位误差信号量值小于选定的绝对相位误差量值，表示出从属的相位与在主要的和从属的螺旋桨间选定的相位差之间的相位误差是小于选定的绝对相位差值，以提供速度偏差信号(54)，在对从属的螺旋桨的速度最小的瞬变影响的情况下，实现主要的和从属的螺旋桨之间选定的相位差。
2.权利要求
1所述的同步移相器，其特征在于还包括模式逻辑(16)响应速度误差信号(32)，用作提供容许信号，此容许信号表示速度误差信号的绝对量值小于选定的绝对速度信号量值，和表示从速度模式可以变换至相位模式，所说的模式逻辑也响应相位误差信号(20)，用作提供相位模式变换信号(14)，变换信号(14)表示相位误差信号量值的绝对值小于选定的绝对相位误差信号量值，以及在有相位模式变换的情况下，用作截止速度控制装置和起动相位控制装置。
3.权利要求
2所述的同步移相器，其特征在于其中模式逻辑对它响应的速度误差信号(32)是已滤波的信号。
4.权利要求
2所述的同步移相器，其特征在于其中模式逻辑还包括在相位控制装置起动以后响应速度误差信号的装置，在速度误差信号的绝对量值超过选定的量值情况下，用作再起动速度控制装置和截止相位控制装置。
5.权利要求
1所述的同步移相器，其特征在于其中相位控制装置对它起反应的相位差信号(17)是已滤波的信号。
专利摘要
一种用于多螺旋桨飞机的改进型从螺旋桨同步移相器和模式逻辑。所指定的主螺旋桨至少有一个最初控制从螺旋桨的速度在主螺旋桨的选定恒定转数之内、相对于主螺旋桨有受控的速度和相位的辅助从螺旋桨，以致主和从螺旋桨周期地同相和然后转换至相位控制器用作在相位差信号具有绝对大小小于选定绝对大小的情况控制从螺旋桨的速度。从而主、从螺旋桨间选定的相位差关系可以在对从螺旋桨的速度有最小瞬变影响的情况下，实现主、从螺旋桨间选定的相位关系。
文档编号H02P5/52GK86106719SQ86106719
公开日1987年4月1日 申请日期1986年9月30日
发明者弗兰克·理查德·尼森, 罗伊·威尔·弗雷德·施奈德 申请人:联合工艺公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan