專利名稱：用于調(diào)節(jié)燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法和系統(tǒng)以及包括該系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的制作方法
用于調(diào)節(jié)燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法和系統(tǒng)以及包括該系統(tǒng)的燃?xì)?br> 渦輪機(jī)
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)的控制，特別地，但是不是專門地涉及用于航空發(fā)動(dòng)機(jī) (特別是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī))的燃?xì)鉁u輪機(jī)。在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，提供有多個(gè)控制循環(huán)，更特別地-主控制循環(huán)，用于通過對(duì)輸送到燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室的燃料的流速起作用，將渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的速度強(qiáng)制同步于速度設(shè)定點(diǎn)上，所述速度設(shè)定點(diǎn)依賴于所期待的推力。-本地控制循環(huán)，用于強(qiáng)制同步變幾何部分的位置。在具有多個(gè)線軸，例如具有低壓(LP)線軸(壓縮機(jī)和渦輪機(jī))以及高壓(HP)線軸的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，由主控制循環(huán)所伺服控制的量值可以是連接低壓渦輪機(jī)與低壓壓縮機(jī)的軸的旋轉(zhuǎn)NLP的速度?？梢允褂脛e的量值，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比(或是EPR)，即低壓壓縮機(jī)(或風(fēng)扇)入口處的壓力與低壓壓縮機(jī)(或風(fēng)扇)出口處的壓力的比值。一部分可變幾何，此后也被命名為“可變幾何”，其位置強(qiáng)制同步于依賴于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的速度的設(shè)定點(diǎn)的值，該速度可以減小或在瞬態(tài)相位中(從一個(gè)速度切換至另一個(gè)速度)。眾所周知的可變幾何的例子是裝配有如下部件具有可變?cè)O(shè)定角度的壓氣機(jī)定子葉片，或者vsv(變距定子葉片)，用于收集空氣以排出壓縮機(jī)的閥門，或者在飛行過程中在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)操作時(shí)間中被控制的VBV(可變排氣閥)，或者進(jìn)一步地用于收集壓縮機(jī)瞬時(shí)排放空氣的閥門，或者在特殊飛行狀態(tài)中被控制的TBV(瞬時(shí)排氣閥)。為了確保渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的良性運(yùn)行，特別地為了避免壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)、燃燒熄火或超速，門限值被引入到主控制循環(huán)中，該門限值在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的速度的變化中， 限制燃料流速的增加或減少。這些門限值依賴于在速度發(fā)生變化的時(shí)刻所估計(jì)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)而被計(jì)算出來。如今，在某些環(huán)境中以及特別地在速度連續(xù)變換的過程中，在所估計(jì)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)與其真實(shí)的狀態(tài)之間有可能存在明顯的差異，這使得要在計(jì)算出的門限值或壓縮機(jī)的標(biāo)注尺寸上增加額外的余量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于補(bǔ)救前面所述的缺陷，根據(jù)第一方面，針對(duì)這一目的提出一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括具有至少一部分可變幾何的壓縮機(jī)部件、 燃燒室以及渦輪機(jī)部件。所述方法包括_基于所期望的燃?xì)鉁u輪機(jī)速度，產(chǎn)生被輸送到燃燒室的燃料的流量設(shè)定值；-計(jì)算門限值，以保持燃料流量的設(shè)定值大于或等于最小極限值且小于或等于最大極限值，所述門限流值取決于燃起渦輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)；以及-根據(jù)測(cè)出的代表可變幾何部分的瞬時(shí)位置的位置信息與設(shè)定點(diǎn)的位置信息之間的差異，通過控制致動(dòng)裝置來控制可變幾何部分的位置，在本發(fā)明所述方法中所述門限值根據(jù)測(cè)出的代表可變幾何部分的瞬時(shí)位置的位置信息或根據(jù)這種測(cè)出的位置信息與設(shè)定點(diǎn)的位置信息之間的差異通過實(shí)時(shí)計(jì)算自動(dòng)調(diào)整。因此，值得注意的是本發(fā)明將一部分代表可變幾何的實(shí)際位置的信息考慮進(jìn)去， 這使得為了以最優(yōu)的方式計(jì)算門限值而盡可能接近渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)的真實(shí)的熱動(dòng)力狀態(tài)成為可能。因此-在壓縮機(jī)部件與控制的性能相同的情況下，在過渡到更高速度的過程中，加速時(shí)間可以得到改善，而停轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)可以被降低，或者-在控制的性能相同的情況下，所述壓縮機(jī)部件可以通過減少停轉(zhuǎn)余量而被優(yōu)化， 因此整體上被減少，或者-在壓縮機(jī)部件的性能相同的情況下，在控制的規(guī)格說明中，可以允許更大的偏差。根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個(gè)實(shí)施例，所述門限值是根據(jù)與可變幾何部分的設(shè)定點(diǎn)的位置相對(duì)應(yīng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)計(jì)算得到的，并且根據(jù)可變幾何部分測(cè)出的位置與設(shè)定點(diǎn)位置之間的差異進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。根據(jù)本發(fā)明所述方法的另一個(gè)實(shí)施例，所述門限值是根據(jù)燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)通過直接考慮所測(cè)得的可變幾何部分的位置計(jì)算得到的。所述可變幾何部分可以是壓縮機(jī)部件中具有可變?cè)O(shè)定角度的定子葉片和用于收集空氣的閥門的部件中至少之一。 所述計(jì)算出的門限值可以是燃料空氣比值C/P，其中，C為將要輸送到燃燒室中的燃料流速，而P為壓縮機(jī)部件出口處的壓力。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，后者涉及用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)包括具有至少一個(gè)可變幾何部分的壓縮機(jī)部件、燃燒室以及渦輪機(jī)部件，所述控制系統(tǒng)包括-用于根據(jù)燃?xì)鉁u輪機(jī)所期望的速度產(chǎn)生將要輸入到燃燒室的燃料的流量設(shè)定值的電路，所述用于產(chǎn)生燃料流量設(shè)定值的電路包括用于計(jì)算門限值的電路，以保持燃料流量的設(shè)定值大于或等于最小極限值且小于或等于最大極限值；-用于控制可變幾何部件位置的電路，包括位置傳感器，以提供代表可變幾何部件的測(cè)得位置的信息，包括作用于可變幾何部件的致動(dòng)器，用來控制可變幾何部件的位置，還包括用于控制致動(dòng)器以將可變幾何部件的位置強(qiáng)制設(shè)定于設(shè)定點(diǎn)位置上的電路。在本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)中，為了根據(jù)所測(cè)得可變幾何部件的位置或根據(jù)所測(cè)得的位置與設(shè)定點(diǎn)位置之間的差異，通過實(shí)時(shí)計(jì)算來自動(dòng)地調(diào)整門限值，所述用于計(jì)算門限值的電路與用于控制所述可變幾何部件位置的電路相連。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述用于計(jì)算門限值的電路被設(shè)計(jì)為根據(jù)與可變幾何部件的設(shè)定點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)計(jì)算門限值，并用于根據(jù)可變幾何部件的所測(cè)得位置與其設(shè)定點(diǎn)位置之間的差異來校正計(jì)算出的門限流值。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述用于計(jì)算門限值的電路被設(shè)計(jì)為通過直接考慮所測(cè)得的可變幾何部分的位置，根據(jù)燃起渦輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)計(jì)算門限值。根據(jù)所述控制系統(tǒng)的特性，所述用于計(jì)算門限值的電路與至少一個(gè)用于控制可變幾何部件的位置的電路相連，所述可變幾何部件選自壓縮機(jī)部件中具有可變?cè)O(shè)定角度的定子葉片和用于收集空氣的閥門。根據(jù)所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)的另一個(gè)特性，所述用于計(jì)算門限值的電路被設(shè)計(jì)為計(jì)算燃料空氣比的門限值C/P，其中，C為將要輸送到燃燒室中的燃料流速，而P為壓縮機(jī)部件出口處的壓力。依然根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，特別地，涉及一種裝備有上述控制系統(tǒng)的飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，


通過閱讀下述說明性的描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明。所述描述是參照說明書附圖進(jìn)行的，為非限制性的描述。其中圖1示出了飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中用于控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的示意圖；圖3和4表示燃料流速中和代表燃料/空氣混合物的燃料空氣比率(C/P)的量相對(duì)于速度(或減少的速度)變化的曲線圖；圖5示出了在壓縮機(jī)中具有可變?cè)O(shè)定角度的定子葉片的設(shè)定角度的變化(根據(jù) N/#，其中N為驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的葉片的旋轉(zhuǎn)速度，而τ為壓縮機(jī)的入口處的溫度)圖6和圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例所述的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式如下描述是在本發(fā)明專利申請(qǐng)所述飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的范圍內(nèi)進(jìn)行的。然而本發(fā)明也可以應(yīng)用于其它類型的航空燃?xì)鉁u輪機(jī)，諸如，直升飛機(jī)渦輪機(jī)，或應(yīng)用于工業(yè)渦輪機(jī)。圖1以圖解的方式示出了用于飛機(jī)的雙軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)10，所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)10包括裝配有噴射器的燃燒室11，燃燒室11中的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)高壓渦輪機(jī)12以及低壓渦輪機(jī)13。所述高壓渦輪機(jī)12通過高壓軸與向燃燒室11提供壓縮空氣的高壓壓縮機(jī)14 相連接，而所述低壓渦輪機(jī)13則通過低壓軸與位于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)入口處的風(fēng)扇15相連接。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所述的控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例如圖2所示。所述控制系統(tǒng)包括主控制循環(huán)100，用于將渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的速度強(qiáng)制限定于與所期待的推力相對(duì)應(yīng)的值上。舉例說明，所述強(qiáng)制限定的量值為低壓軸16的旋轉(zhuǎn)NLP的速度。所述主控制循環(huán)包括函數(shù)發(fā)生器102，該函數(shù)發(fā)生器102接收推力的設(shè)定點(diǎn)的信息，所述信息通常通過推力桿角度α _來表示，并且所述函數(shù)發(fā)生器102將這一信息轉(zhuǎn)換為低壓軸速度的設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值NLP*。傳感器(未示出)提供關(guān)于低壓軸的瞬時(shí)實(shí)際數(shù)值NLP的有代表性的信息。比較器104提供了一個(gè)差值信號(hào)eNLP，所述差值信號(hào)ε NLP的符號(hào)以及振幅反映了 NLP*與NLP 之間的實(shí)際差值。所述差值ε NLP通過PID (比例積分微分)型校正電路106轉(zhuǎn)換為代表燃料空氣比設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值(C/P)*，其中，C為將要輸送到燃燒室中的燃料流的速度，而P為壓縮機(jī)部件出口處的壓力。本質(zhì)上，所述壓力P是在燃燒室中主要參數(shù)，其代表輸送到燃燒室中氣流， C/P的值代表了燃料/空氣混合物的燃料空氣比值(即輸送到燃燒室中的燃料流與空氣流之間的比值)。門限值處理電路108接收C/P的設(shè)定點(diǎn)的值(C/P)*，也就是對(duì)于量值C/P的臨界或最大門限值C/Pmax以及對(duì)于同一量值C/P的臨界或最小門限值C/Pmin，所述門限值C/Pmax 以及C/Pmin由計(jì)算電路110提供，例如所述計(jì)算電路110集成于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元E⑶。所述電路108提供這樣的設(shè)定點(diǎn)門限值(C/P廣當(dāng)(C/P)*彡 C/Pmax 且(C/P)* 彡 C/Pmin 時(shí)，(C/P)** = (C/P)*當(dāng)(C/P)*> C/Pmax 時(shí)，(C/P)# = C/Pmax,并且當(dāng)(C/P)* < C/Pmin 時(shí)，(C/P)** = C/Pmin電路112接收設(shè)定點(diǎn)的門限值(C/P)"以及代表高壓壓縮機(jī)出口處壓力P30的信息，并且提供設(shè)定點(diǎn)的燃料流量的數(shù)值C*，以控制燃料測(cè)量單元120的測(cè)量裝置122，用來向燃燒室輸送與設(shè)定點(diǎn)C*相對(duì)應(yīng)的燃料流。所述測(cè)量裝置122通常是在其入口處與出口處具有恒定的壓力差的測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置的入口處與用來提供壓縮燃料的管道124相連接，其出口處則通過管道126與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的噴射器相連接，而輸送的流量則與測(cè)量裝置的可動(dòng)元件的位置相稱。函數(shù)發(fā)生器114將設(shè)定值Cf轉(zhuǎn)換為位置設(shè)定值XD*。比較器116接收位置設(shè)定點(diǎn)的值XD*以及由與測(cè)量裝量相連的位置傳感器128提供的實(shí)際位置值XD，并且計(jì)算XD*與XD之間的差值eXD。PID型的校正電路118接收所述差值ε XD并且產(chǎn)生表示電流強(qiáng)度的量值，該電流強(qiáng)度控制與測(cè)量裝置120相連的電流伺服閥130，以用來將后者(測(cè)量裝置120)帶入到預(yù)期的位置，因此，其會(huì)使注入燃料的流量達(dá)到期望的數(shù)值C*。圖3示出了根據(jù)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的速度N的變化而變化的燃料流量C。在圖3中，曲線⑶與曲線CE代表壓縮機(jī)的停轉(zhuǎn)線(stalling line)以及傾向熄火線。曲線Cmax則代表流量值的最大門限值，并且大致上平行于曲線CD，為了提供一保險(xiǎn)的余量(I1C,該曲線Cmax位于所述曲線CD的下方。曲線Cmin則代表流量值的最小門限值，并且大致上平行于曲線CE，為了提供一保險(xiǎn)的余量d2C，該曲線Cmin位于所述曲線CE的上方。在從空轉(zhuǎn)速度ID切換到全功率速度FP的過程中，起初燃料的流速迅速增長，直到它遇到曲線Cmax，并在達(dá)到與所述FP速度相對(duì)應(yīng)的數(shù)值前跟隨著所述曲線Cmax。相反地，在從全功率速度FP切換到空轉(zhuǎn)速度ID的過程中，起初燃料的流速迅速減少，直到它遇到曲線 Cfflin并在達(dá)到與所述ID速度相對(duì)應(yīng)的數(shù)值前跟隨著所述曲線Cmin。曲線CN代表穩(wěn)定條件下的流速值。圖4相似地示出了基于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的速度N的量值C/P的變換。曲線(C/P)N表示穩(wěn)定條件下的數(shù)值。應(yīng)當(dāng)注意到的是該數(shù)值為在此處是恒定的，以表示渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)不變量。曲線(C/P)D以及(C/P)E代表壓縮機(jī)的停轉(zhuǎn)線以及傾向熄火線，并且線(C/P)max以及(C/P)min表示C/P的最大或最小的臨界值或門限值。
在從ID速度到FP速度以及從FP速度到ID速度的瞬時(shí)條件下的C/P的變化也在附圖中示出。對(duì)于一個(gè)給定渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述門限值(C/P)max以及(C/P)min取決于一定數(shù)量的參數(shù)。因此，(C/P)max取決于連接高壓渦輪機(jī)與高壓壓縮機(jī)的軸的旋轉(zhuǎn)速度NHP，高壓壓縮機(jī)入口處的溫度T25，壓縮機(jī)入口處的壓力Pi,傾角i (飛機(jī)的軸與位移方向之間的角)， 飛機(jī)的滑行角度，特別針對(duì)NHP，NLP, P30的預(yù)先確定的最大允許值，以及低壓渦輪機(jī)出口處的溫度T50，同時(shí)考慮針對(duì)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)速度的可變幾何的位置。類似地，(C/P)min取決于速度NHP，溫度T25，壓力P30以及特別針對(duì)NHP，NLP, P30 的預(yù)先確定的最小允許值，同時(shí)考慮針對(duì)于相關(guān)速度的可變幾何的位置。為了減少飛行過程中的實(shí)時(shí)計(jì)算操作，(C/P)max以及(C/P)min的數(shù)值由電路110計(jì)算得出(C/P)max = F^N, T5Pi, i,...)(C/P)min = F2(N, T,Pi; i,...)其中，N為NHP的瞬時(shí)數(shù)值，T為T25的瞬時(shí)數(shù)值，Pi為發(fā)動(dòng)機(jī)入口處的壓力的瞬時(shí)數(shù)值，以及i為傾角，這些數(shù)值由傳感器提供，所述函數(shù)F1和F2也已經(jīng)與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的其它不變的參數(shù)進(jìn)行了結(jié)合，包括對(duì)于當(dāng)前條件的VG設(shè)定點(diǎn)的位置。根據(jù)壓縮機(jī)的特征以及發(fā)動(dòng)機(jī)的熱動(dòng)力特征來確定門限值(C/P)max以及(C/P)min 是通過自身已知的方式實(shí)施。門限值(C/P)max的確定(主要防止壓縮機(jī)停轉(zhuǎn))是通過基于壓縮機(jī)的標(biāo)注尺寸的理論計(jì)算來進(jìn)行的，其中壓縮機(jī)的停轉(zhuǎn)特性P輸Λ/Ρ輸出=F(N/VT >被計(jì)算得出，隨后特性通過壓縮機(jī)的測(cè)試而加以驗(yàn)證。這一特征在可以被控制單元利用的領(lǐng)域中被再次轉(zhuǎn)換，g卩(^[^(Ν/λ/ )，這些參數(shù)N、C、P、T對(duì)于控制單元是可用的，且隨后被發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試確認(rèn)或調(diào)整。門限值(C/P)min的確定(主要用于防止發(fā)動(dòng)機(jī)的傾向熄火)是通過基于燃燒室的標(biāo)注尺寸理論計(jì)算來進(jìn)行的，其中所述燃燒室的熄火特征燃料流量C/空氣流量被計(jì)算出來，隨后特性通過燃燒室測(cè)試而加以驗(yàn)證。這一特征在可以被控制單元利用的領(lǐng)域中被再次轉(zhuǎn)換，即C/P = F(N)，這些參數(shù)N、C、P對(duì)于控制單元是可用的，且隨后被發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試確認(rèn)或調(diào)整。這些門限值通常以曲線的模式或方程表達(dá)，以便通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元進(jìn)行處理。圖2中所示控制系統(tǒng)也包括針對(duì)可變幾何210的至少一個(gè)本地控制循環(huán)200，例如，具有可變?cè)O(shè)置角度的高壓壓縮機(jī)定子葉片設(shè)定角度的控制循環(huán)，所述可變?cè)O(shè)置角度允許使高壓壓縮機(jī)中的空氣流速偏差與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的條件相適應(yīng)?？勺儙缀蔚奈恢迷诖送獗桓邏狠S18的NHP速度強(qiáng)制限定。函數(shù)發(fā)生器202接收到由速度傳感器提供的代表NHP的量值，并且精心設(shè)定了針對(duì)于可變幾何位置設(shè)定點(diǎn)的數(shù)值XVG*。在壓縮機(jī)葉片具有一可變?cè)O(shè)定角度的情況下，所述設(shè)置角度Y的設(shè)定點(diǎn)數(shù)值如圖5中示出相對(duì)變化，其中，N表示驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度，并且T為壓縮機(jī)的入口處的溫度。在此外，N = NHP并且T = Τ25。因此，所述函數(shù)發(fā)生器202也接收代表溫度Τ25的信息。
位置傳感器212提供一個(gè)表示可變幾何210的實(shí)際位置的XVG量值。例如，該位置傳感器212與控制可變幾何210的位置的油缸致動(dòng)器相連。比較器204接收數(shù)值XVG*以及XVG并且為校正電路206 (例如PID型的校正電路) 提供ε XVG值，該ε XVG值代表XVG*與XVG之間的差值。所述校正電路206精細(xì)計(jì)算用來表示與可變幾何的致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的伺服閥214的控制電流強(qiáng)度的量值，以便將可變幾何的位置帶到設(shè)定的數(shù)值處。圖6和圖7示出了本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)的兩個(gè)具體實(shí)施例。在圖6和圖7中，那些與圖2所示的控制系統(tǒng)中的元件相同的元件具有相同的編號(hào)，并且不再進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖6中的控制系統(tǒng)與圖2中的控制系統(tǒng)的區(qū)別在于用于計(jì)算最大和最小C/P門限值的電路110與比較器204的出口相連接，所述比較器204用來接收表示可變幾何的設(shè)定點(diǎn)位置與實(shí)際位置之間的差值ε XVG的信息，這樣的差異在瞬時(shí)條件下可能更加明顯且令人不安。C/P的最大門限值提供給門限電路108之后，實(shí)時(shí)地自動(dòng)計(jì)算出修正值(C/P)max，(C/P)max, = (CVP)maJk1* ε XVG，其中，(C/P)max 比照?qǐng)D 2 所示計(jì)算得出，Ic1 為校正因數(shù)，表示在停轉(zhuǎn)線上相關(guān)可變幾何位置的影響系數(shù)。類似地，C/P的最小門限值提供給門限電路108之后，實(shí)時(shí)地自動(dòng)計(jì)算出修正值 (C/P)min’ (C/P)min,= (C/P)min+k2* ε XVG，其中，(C/P)min 比照?qǐng)D 2 所示計(jì)算得出，k2 為校正因數(shù)，表示在傾向熄火線(lean extinction line)上相關(guān)可變幾何位置的影響系數(shù)。Ic1以及k2可以是正數(shù)或負(fù)數(shù)。Ic1通過尋找在一給定幾何角度angl上的停轉(zhuǎn)線(C/P) 1與在另一個(gè)給定幾何角度 ang2上的停轉(zhuǎn)線(C/P) 2來確定，以由此定義所述影響kl = [(C/P)2-(C/P)1]/[ang2_angl]k2通過尋找在一給定幾何角度angl上的熄火線(C/P) 1’與在另一個(gè)給定幾何角度ang2上的熄火線(C/P)2’來確定，以由此定義所述影響k2 = [(C/P)2， -(C/P)1， ]/[ang2， -angl，]圖7中的控制系統(tǒng)與圖2中的控制系統(tǒng)的區(qū)別在于用于計(jì)算最大和最小C/P門限值的電路110與位置傳感器212相連，以便接收表示可變幾何的實(shí)際位置XGV的信息。所述計(jì)算電路110自動(dòng)地通過實(shí)時(shí)計(jì)算產(chǎn)生最大門限值(C/P)max 以及最小門限
值(c/p)min“，(C/P)max" = F' i(N, Τ,Ρ, ... , XVG)(C/P)min = F' 2(N, Τ,Ρ, ... ,XVG)其中，F(xiàn)'工以及F' 2與函數(shù)F1和F2不同，在上述函數(shù)中，其使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的不變參量與在相關(guān)時(shí)刻的可變幾何的位置(而不是它們的設(shè)定點(diǎn)的值)相結(jié)合。為了確定門限值(C/P)max 以及(C/P)min 和它們的表達(dá)式，可以采用與確定門限值 (C/P)fflax以及(C/P)min和其表達(dá)式相類似的方式。在圖6和圖7的具體實(shí)施方式
中，考慮了所述可變幾何的實(shí)際位置。然而，基于它們可能具有的影響，可以通過向計(jì)算電路110提供表示設(shè)定點(diǎn)位置與實(shí)際位置之間的差值或表示不同的可變幾何的實(shí)際位置的信息來將多個(gè)可變幾何的實(shí)際位置考慮進(jìn)來。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)在于，為了優(yōu)化門限值，本發(fā)明更好地將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際熱力學(xué)狀態(tài)考慮進(jìn)來。與本現(xiàn)有技術(shù)相比，對(duì)于給定的壓縮機(jī)，與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)的錯(cuò)誤考慮因素相關(guān)的停轉(zhuǎn)或熄火的風(fēng)險(xiǎn)被降低，而在速度變化過程中的加速時(shí)間也得以改進(jìn)。另一個(gè)所提供的可能性是減小了相對(duì)于停轉(zhuǎn)線的余量，并因此優(yōu)化了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)。對(duì)于給定的壓縮機(jī)來講，其它所提供的可能性在于承擔(dān)較少的可變幾何伺服控制的操作，以使得減小標(biāo)注尺寸以及重量成為可能，或在于允許增加故障的強(qiáng)度，因?yàn)樵诠收系那闆r下，設(shè)定點(diǎn)與位置是不同的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括具有至少一部分可變幾何的壓縮機(jī)部件、燃燒室以及渦輪機(jī)部件，所述方法包括-基于所期望的燃?xì)鉁u輪機(jī)速度，產(chǎn)生將要輸入到燃燒室的燃料的流量設(shè)定點(diǎn)值；_計(jì)算門限值，以保持燃料流量的設(shè)定點(diǎn)值大于或等于最小極限值且小于或等于最大極限值，所述門限值取決于燃起渦輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)；以及_根據(jù)測(cè)出的代表可變幾何部分的瞬時(shí)位置的位置信息與設(shè)定點(diǎn)的位置信息之間的差異，通過控制致動(dòng)器來控制可變幾何部分的位置，其特征在于，-所述門限值根據(jù)測(cè)出的代表可變幾何部分的瞬時(shí)位置的位置信息或根據(jù)這種測(cè)出的位置信息與設(shè)定點(diǎn)的位置信息之間的差異通過實(shí)時(shí)計(jì)算自動(dòng)調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述門限值是根據(jù)與可變位置部分的設(shè)定點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)計(jì)算得到的，并且根據(jù)可變幾何部分的測(cè)出的位置與設(shè)定點(diǎn)位置之間的差異進(jìn)行實(shí)時(shí)校正。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述門限值是根據(jù)燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)通過直接考慮所測(cè)得的可變幾何部分的位置計(jì)算得到的。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述可變幾何部分是壓縮機(jī)部件中具有可變?cè)O(shè)定角度的定子葉片和用于收集空氣的閥門之中的至少一個(gè)部件。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算出的門限值為燃料空氣比值C/P，其中，C為將要輸送到燃燒室中的燃料流速，而P為壓縮機(jī)部件出口處的壓力。
6.一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的系統(tǒng)，該燃?xì)鉁u輪機(jī)包括具有至少一部分可變幾何的壓縮機(jī)部件、燃燒室以及渦輪機(jī)部件，所述控制系統(tǒng)包括_用于根據(jù)所期望的燃?xì)鉁u輪機(jī)速度，產(chǎn)生將要輸入到燃燒室的燃料的流量設(shè)定值的電路，所述用于產(chǎn)生燃料流量設(shè)定值的電路包括用于計(jì)算門限值的電路，以保持燃料流量的設(shè)定值大于或等于最小極限值且小于或等于最大極限值；和-用于控制可變幾何部分位置的電路，包括位置傳感器，以提供代表可變幾何部分的測(cè)得位置的信息，包括作用于可變幾何部分的致動(dòng)器，用來控制可變幾何部分的位置，還包括用于控制致動(dòng)器以強(qiáng)制可變幾何部分的位置于設(shè)定點(diǎn)位置的電路，其特征在于，為了根據(jù)所測(cè)得可變幾何部分的位置或根據(jù)所測(cè)得的位置與設(shè)定點(diǎn)的位置之間的差異，通過實(shí)時(shí)計(jì)算來自動(dòng)地調(diào)整門限值，所述用于計(jì)算門限值的電路與用于控制所述可變幾何部分位置的電路相連。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于計(jì)算門限值的電路被設(shè)計(jì)為根據(jù)與可變幾何部分的設(shè)定點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)計(jì)算門限值，并用于根據(jù)可變幾何部分的所測(cè)得的位置與其設(shè)定點(diǎn)的位置之間的差異來校正計(jì)算出的門限值。
8.如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用于計(jì)算門限值的電路被設(shè)計(jì)為通過直接考慮所測(cè)得的可變幾何部分的位置，根據(jù)燃起渦輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)計(jì)算門限值。
9.如權(quán)利要求6-8中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用于計(jì)算門限值的電路與用于控制可變幾何部分位置的至少一個(gè)電路相連，所述可變幾何部分選自壓縮機(jī)部件中具有可變?cè)O(shè)定角度的定子葉片和用于收集空氣的閥門。
10.如權(quán)利要求6-9中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用于計(jì)算門限值的電路被設(shè)計(jì)為計(jì)算燃料空氣比的門限值C/P，其中，C為將要輸送到燃燒室中的燃料的流量，而P為壓縮機(jī)部件出口處的壓力。
11.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，其裝配有如權(quán)利要求6-10中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)。
12.—種飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其裝配有如權(quán)利要求6-10中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)的方法，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括具有至少一個(gè)可變幾何部件(210)的壓縮機(jī)部件、燃燒室以及渦輪機(jī)部件，所述方法包括-基于所期望的燃?xì)鉁u輪機(jī)速度，產(chǎn)生用于輸入燃燒室的燃料的流速設(shè)定點(diǎn)值(C*)；-計(jì)算門限值(C/Pmin’，C/Pmax’)，以在給定范圍內(nèi)保持燃料流量的設(shè)定值，所述門限值取決于燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動(dòng)力狀態(tài)；以及-根據(jù)代表瞬時(shí)位置的位置信息(XVG)與設(shè)定點(diǎn)的位置信息(XVG*)之間的差異，通過控制致動(dòng)裝置來控制可變幾何部分的位置，所述門限值根據(jù)可變幾何部分的瞬時(shí)位置信息或根據(jù)該位置信息與設(shè)定點(diǎn)位置信息之間的差異(εXVG)，通過實(shí)時(shí)計(jì)算自動(dòng)調(diào)整。
文檔編號(hào)F02C9/52GK102317600SQ201080008023
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者克里斯蒂安·鄂盧梭 申請(qǐng)人:斯奈克瑪