用于啟動(dòng)飛行器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于啟動(dòng)飛行器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在已知的方式中，飛行器的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃燒室、壓縮機(jī)葉輪安裝在其上以將 壓縮空氣饋送至所述燃燒室的壓縮機(jī)軸，以及至少一個(gè)連接到所述軸從而提供足以驅(qū)動(dòng)其 旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)機(jī)（或起動(dòng)發(fā)電機(jī)）。
[0003] 為了啟動(dòng)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，該起動(dòng)機(jī)首先在第一啟動(dòng)階段使壓縮機(jī)軸加速，起動(dòng)噴 射器的燃料回路上游在該第一啟動(dòng)階段中被加壓并被凈化。隨后，在第二啟動(dòng)階段，在所述 燃料在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中被點(diǎn)燃之前發(fā)起燃料噴射。最后，在第三啟動(dòng)階段，該起動(dòng) 機(jī)以預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度停止運(yùn)行，并且由于所述燃料的燃燒而使該渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)能夠繼續(xù)加 速。
[0004] 為了使得能夠點(diǎn)燃燃料，需要壓縮機(jī)葉輪向燃燒室提供足量的空氣，但是該空氣 量不能太大，這是因?yàn)殡S后該空氣會(huì)防止點(diǎn)燃燃料。由于壓縮機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度與壓縮機(jī)葉 輪向燃燒室提供的空氣量成比例，因此該軸的旋轉(zhuǎn)速度需要在針對(duì)足以正確執(zhí)行點(diǎn)火的時(shí) 間長(zhǎng)度的速度范圍內(nèi)，該速度范圍被稱作點(diǎn)火窗口。
[0005] W02011/056360描述了一種用于點(diǎn)燃燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法，在該方法中，控制渦輪機(jī) 的旋轉(zhuǎn)速度從而在第二啟動(dòng)階段內(nèi)將該旋轉(zhuǎn)速度保持在5 %的預(yù)定速度內(nèi)，該預(yù)定速度被 稱為點(diǎn)火速度。然而，當(dāng)由起動(dòng)機(jī)在第一啟動(dòng)階段引起的軸的加速使得不能降低所述軸的 旋轉(zhuǎn)度從而將其穩(wěn)定在點(diǎn)火窗口內(nèi)時(shí)，問題出現(xiàn)了。換言之，如下所述，該軸的旋轉(zhuǎn)速度的 過度增加會(huì)導(dǎo)致過快地進(jìn)入渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火窗口，這使得不能點(diǎn)燃該渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006] 事實(shí)上，在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，通常使用電式起動(dòng)機(jī)，該電式起動(dòng)機(jī)采用由電池經(jīng)由 電力電子裝置供電的同步機(jī)的形式，并在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)階段中用作電機(jī)且在飛行器 的飛行階段用作發(fā)電機(jī)。由起動(dòng)機(jī)提供起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的在于克服所有主要由來自設(shè)置 為旋轉(zhuǎn)的部件的氣動(dòng)阻力所引起的、由接觸的部件的機(jī)械摩擦所引起的、以及由渦輪軸發(fā) 動(dòng)機(jī)的機(jī)油和燃料泵的不同階段所引起的阻力轉(zhuǎn)矩。
[0007] 然而，需要起動(dòng)機(jī)克服的阻力轉(zhuǎn)矩會(huì)根據(jù)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)所經(jīng)受的環(huán)境條件而顯著 變化，尤其是溫度和氣壓。認(rèn)證規(guī)定通常要求起動(dòng)機(jī)能夠在多個(gè)海拔高度和不同的氣候條 件下啟動(dòng)。
[0008] 例如，在寒冷的天氣下，也就是當(dāng)環(huán)境溫度很低，例如-20°c時(shí)，起動(dòng)機(jī)需要克服以 啟動(dòng)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力轉(zhuǎn)矩與該起動(dòng)機(jī)在零上的環(huán)境溫度下需要克服的阻力轉(zhuǎn)矩相比 存在明顯增加，這尤其是因?yàn)闇u輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)所配備的機(jī)油和燃料泵的阻力轉(zhuǎn)矩高于其在寒 冷天氣下的阻力轉(zhuǎn)矩。
[0009] 因此，該起動(dòng)機(jī)需要能夠在這些條件下啟動(dòng)，從而使該起動(dòng)機(jī)的功率能夠預(yù)見此 情況。這就意味著需要使用高功率的起動(dòng)機(jī)。
[0010] 在此過程中，這種類型的高功率起動(dòng)機(jī)使得可以正確地控制由該起動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn) 矩，并且這會(huì)導(dǎo)致軸的過度加速，從而導(dǎo)致過快進(jìn)入點(diǎn)火窗口并由此導(dǎo)致該燃料的點(diǎn)火故 障或中止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于通過提出一種有效的用于啟動(dòng)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的方法來至少部 分地消除這些缺陷，該方法尤其使得能夠連續(xù)啟動(dòng)多個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是在不同的海 拔高度下啟動(dòng)。
[0012] 因此，本發(fā)明涉及一種用于啟動(dòng)飛行器渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 包括：燃燒室；壓縮機(jī)軸，壓縮機(jī)葉輪安裝在所述壓縮機(jī)軸上以將壓縮空氣饋送給所述燃 燒室；至少一個(gè)起動(dòng)機(jī)，所述至少一個(gè)起動(dòng)機(jī)連接到所述軸上以向所述軸提供指定的起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)所述軸旋轉(zhuǎn)；所述方法包括：
[0013] 在第一啟動(dòng)階段中對(duì)所述壓縮機(jī)軸加速的步驟，隨后
[0014] 在第二啟動(dòng)階段穩(wěn)定所述壓縮機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度以使得燃料能夠被點(diǎn)燃的步驟，
[0015] 所述方法的特征在于，對(duì)所述軸的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得所述軸的加速度 基本上保持恒定，尤其在第一啟動(dòng)階段中保持恒定。
[0016] 術(shù)語"調(diào)節(jié)"意味著該軸的旋轉(zhuǎn)速度被持續(xù)地控制，尤其是在第一啟動(dòng)階段中，從 而使得該軸的加速度基本上保持恒定而不管處于何種渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境條件下（低溫、 低壓等）。這種類型的調(diào)節(jié)可利用速度參考或轉(zhuǎn)矩參考來執(zhí)行，該速度參考或轉(zhuǎn)矩參考例如 可以是速度值或轉(zhuǎn)矩值，或者速度或轉(zhuǎn)矩增加或降低的百分比。
[0017] 在這種情況下并且在以下說明中，術(shù)語"起動(dòng)機(jī)"意味著是簡(jiǎn)單的起動(dòng)機(jī)和起動(dòng)機(jī) 發(fā)電器。
[0018] 在第一啟動(dòng)階段期間具有恒定加速度的所述軸的旋轉(zhuǎn)速度的增加使得能夠?qū)λ?述軸的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，從而使得該旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到點(diǎn)火窗口并在足夠長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)被保 持在點(diǎn)火窗口內(nèi)以使渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)能夠被點(diǎn)燃，使燃料電路能夠被逐漸加壓到起動(dòng)噴射器 的上游，并使所述電路能夠被凈化。在沒有這種類型的調(diào)節(jié)的情況下，起動(dòng)機(jī)例如在寒冷天 氣下所提供的轉(zhuǎn)矩非常大，因而將導(dǎo)致該軸非常突然的加速，從而使得快速進(jìn)入點(diǎn)火窗口。
[0019] 在穩(wěn)定步驟中，該軸的旋轉(zhuǎn)速度被保持在能夠點(diǎn)燃燃燒室的速度范圍內(nèi)，例如位 于該軸的標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的10%與15%之間的范圍內(nèi)。"標(biāo)稱速度"意味著渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在 能夠提供最大輸出功率（MTOP)的模式下運(yùn)行時(shí)的壓縮機(jī)軸的速度。
[0020] 優(yōu)選地，對(duì)該軸的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)使得該軸的加速度在第二啟動(dòng)階段基本上保 持為零。
[0021] 當(dāng)從所述渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的氣體的溫度超過預(yù)定閾值時(shí)對(duì)點(diǎn)火進(jìn)行檢測(cè)?？刂?時(shí)間間隔可以推測(cè)出燃燒對(duì)于結(jié)束這個(gè)穩(wěn)定階段是足夠穩(wěn)定的。
[0022] 該方法還可以包括，在所述燃料的點(diǎn)火之后的在第一啟動(dòng)階段對(duì)所述軸進(jìn)行加速 的步驟，這使得能夠加速壓縮機(jī)葉輪例如加速至針對(duì)啟動(dòng)序列結(jié)束的最大速度。這個(gè)步驟 還包括對(duì)起動(dòng)機(jī)在第三啟動(dòng)階段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)例如通過轉(zhuǎn)矩參考所提供給壓縮機(jī)軸的轉(zhuǎn) 矩的連續(xù)穩(wěn)定。這種對(duì)起動(dòng)機(jī)所提供給壓縮機(jī)軸的轉(zhuǎn)矩的連續(xù)控制使得能夠在第三階段防 止起動(dòng)機(jī)提供過大的轉(zhuǎn)矩，過大的轉(zhuǎn)矩在燃燒室的穩(wěn)定變得過低的情況下將存在導(dǎo)致燃燒 室熄滅的風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，當(dāng)轉(zhuǎn)矩過大時(shí)，與燃料流速相比，該軸所得的加速度會(huì)增大壓縮機(jī) 所提供的空氣流速，從而使得燃料/空氣比例變得過低并且發(fā)動(dòng)機(jī)停止。這尤其使得能夠 在燃料的點(diǎn)火之后在該軸的加速階段期間進(jìn)行渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳操作。當(dāng)然，對(duì)起動(dòng)機(jī) 所提供的轉(zhuǎn)矩的連續(xù)穩(wěn)定還可以通過速度參考產(chǎn)生。當(dāng)該轉(zhuǎn)矩參考被飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算 機(jī)發(fā)送時(shí)，轉(zhuǎn)矩參考的使用可以有利地使得能夠不存在針對(duì)計(jì)量燃料流動(dòng)的計(jì)算機(jī)所使用 的速度環(huán)的干擾。在第三階段中，加速度取決于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力轉(zhuǎn)矩的演變，該阻力轉(zhuǎn) 矩的變化尤其取決于該軸的旋轉(zhuǎn)速度并取決于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的熱行為。
[0023] 優(yōu)選地，對(duì)該軸的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)使得該軸的加速度在第三啟動(dòng)階段基本上保 持恒定。
[0024] 優(yōu)選地，該速度被周期性地調(diào)節(jié)，尤其在整個(gè)第一階段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行周期性 地調(diào)節(jié)。例如，該周期可以小于或等于1秒，較優(yōu)對(duì)小于或等于100ms。這樣的周期性調(diào)節(jié) 使得能夠?qū)υ撦S的加速度進(jìn)行非常精確的控制，從而使其能夠基本上保持恒定，尤其是在 整個(gè)第一階段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持恒定。
[0025] 優(yōu)選地，該調(diào)節(jié)步驟包括：
[0026] 在一時(shí)間間隔內(nèi)獲得加速度值的步驟，
[0027] 對(duì)所獲得的加速度值與參考加速度值之間的差值進(jìn)行計(jì)算的步驟，
[0028] 將所計(jì)算的差值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較的步驟，
[0029] 在所述閾值被超過時(shí)根據(jù)所計(jì)算的差值來確定速度參考或轉(zhuǎn)矩參考的步驟。
[0030] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的替代實(shí)施例中，該調(diào)節(jié)步驟包括：
[0031] 在第一時(shí)間間隔內(nèi)獲得第一加速度值的步驟，
[0032] 在第二時(shí)間間隔內(nèi)獲得第二加速度值的步驟，第二時(shí)間間隔較優(yōu)地與第一時(shí)間間 隔連續(xù)，
[0033] 對(duì)所獲得的第一加速度值與所獲得的第二加速度值之間的差值進(jìn)行計(jì)算的步驟，
[0034] 將所計(jì)算的差值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較的步驟，
[0035] 在所述閾值被超過時(shí)根據(jù)所計(jì)算的差值來確定速度參考或轉(zhuǎn)矩參考的步驟。<