本發(fā)明大體上涉及航空領(lǐng)域。

本發(fā)明尤其涉及對(duì)航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速推力進(jìn)行控制，舉例來(lái)說(shuō)，所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以是包括低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)的雙轉(zhuǎn)子旁路渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力由在壓氣機(jī)入口和出口之間加速的一定量的空氣產(chǎn)生。

已知渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)的工作點(diǎn)由壓氣機(jī)入口處降低的空氣流量WR，以及由壓氣機(jī)出口處的總壓力Ps和其入口處的總壓力Pe的比值確定。如圖1A所大概顯示的那樣，該圖有助于(基于壓氣機(jī)的各個(gè)不同工作點(diǎn))對(duì)壓氣機(jī)的工作線LFnom進(jìn)行建模，并對(duì)其極限，特別是存在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)喘振風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域(由喘振線LPnom限定)進(jìn)行建模。應(yīng)該回顧一下，喘振是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定，其由壓氣機(jī)入口和出口之間的巨大壓力差引起，并特別表現(xiàn)為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣流方向顛倒。

當(dāng)控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮到可能對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行有影響的各種現(xiàn)象(例如，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)老化，熱傳遞，部件分散，傳感器誤差等)，已知需要在新的一般發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)的喘振極限和操作線之間留出稱(chēng)為“喘振裕度”的殘留裕度(在圖1A中標(biāo)記為STACK)。和標(biāo)稱(chēng)工作線LPnom和標(biāo)稱(chēng)喘振極限LPnom相比，這些現(xiàn)象導(dǎo)致較高的高壓壓氣機(jī)工作線LFdet和較低的喘振極限LPdet。

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)全權(quán)限數(shù)字電子控制(FADEC)計(jì)算機(jī)為防止喘振而對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的調(diào)節(jié)不是通過(guò)測(cè)量壓氣機(jī)的內(nèi)在參數(shù)(例如，入口處的空氣流量，以及入口和出口處的總壓力)執(zhí)行的，而是通過(guò)使用比較便宜，但是更加穩(wěn)健，易于安裝的傳感器，以及呈現(xiàn)更大的動(dòng)態(tài)范圍而執(zhí)行的，該范圍用于測(cè)量渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃料噴射速度，壓氣機(jī)入口溫度，燃燒室靜壓，以及渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度XNR。可以使用這類(lèi)傳感器的原因是，在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)降低的速度和壓氣機(jī)入口處降低的空氣流量之間，以及在壓氣機(jī)入口和出口處的總壓力比值和燃料流量C和高壓壓氣機(jī)出口壓力P的比值之間存在已知的關(guān)系，或者某些假設(shè)?；谶@些假設(shè)，可以通過(guò)計(jì)算燃料流量和壓力的限制比C/P(也稱(chēng)為高限值BH，或者就稱(chēng)為喘振限值)來(lái)提供喘振防護(hù)，所述C/P對(duì)應(yīng)于最低喘振極限LPdet，該最低喘振極限LPdet考慮到上述可能影響渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行(特別是其調(diào)節(jié))的現(xiàn)象。圖1B顯示了該高限值BH，其和壓氣機(jī)的標(biāo)稱(chēng)工作線LFnom'作為對(duì)比，二者都表示為按渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度XNR繪制比值C/P。

現(xiàn)今，飛機(jī)制造商對(duì)新一代發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速推力有日益嚴(yán)格的要求。這些要求導(dǎo)致了一些新的問(wèn)題：在裕量方面，要能夠設(shè)想在地面上時(shí)以越來(lái)越小水平的推力，也就是說(shuō)越來(lái)越慢的發(fā)動(dòng)機(jī)速度怠速運(yùn)行，其中發(fā)動(dòng)機(jī)速度是最能代表渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力的要素之一。

特別地，太小的怠速推力會(huì)導(dǎo)致速度不足現(xiàn)象，或者渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)加速阻塞現(xiàn)象。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足表現(xiàn)為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度異常降低，也就是說(shuō)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的異常減速，即使其燃料流量設(shè)定點(diǎn)處于其上述高限值BH，該高限值BH的目的是防止壓氣機(jī)喘振。

為了防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生所述速度不足的風(fēng)險(xiǎn)，已知在調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)考慮額外的保護(hù)裕量(也稱(chēng)為“速度不足裕量”，表示為燃料流量和壓力的比值C/P)，以防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足。但是，將該裕量納入考慮通常會(huì)導(dǎo)致渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的推力增加，從而確保當(dāng)其怠速時(shí)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能夠呈現(xiàn)良好的運(yùn)行穩(wěn)定性和良好的加速時(shí)間。

因此，需要一種對(duì)怠速渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力進(jìn)行控制的方法，該方法可確保渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)還滿足飛機(jī)制造商日益嚴(yán)格的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明滿足該需求，特別提供一種借助于高限值對(duì)接受燃料流量調(diào)節(jié)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速推力進(jìn)行控制，從而為所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)提供喘振防護(hù)的方法，該方法包括：

用于獲得所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的所述高限值上的第一工作點(diǎn)的獲得步驟，所述第一工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)于第一推力值，所述高限值考慮了對(duì)調(diào)節(jié)所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)燃料噴射到所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的速度的低估；

用于達(dá)到所述第一工作點(diǎn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第一控制步驟；

用于監(jiān)控所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)從而檢測(cè)所述壓氣機(jī)的速度不足的監(jiān)控步驟；以及

如果檢測(cè)到速度不足：

獲得第二工作點(diǎn)的獲得步驟，所述第二工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)于所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第二推力值，所述第二推力值大于所述第一值，并且，相對(duì)于所述高限值，所述第二工作點(diǎn)保證為防止所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生壓氣機(jī)速度不足而確定的裕量；以及

用于達(dá)到所述第二工作點(diǎn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第二控制步驟。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種借助于高限值對(duì)接受燃料流量調(diào)節(jié)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速推力進(jìn)行控制，從而為所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)提供喘振防護(hù)的控制裝置，該裝置包括：

用于獲得所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的所述高限值上的第一工作點(diǎn)的獲得模塊，所述第一工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)于第一推力值，所述高限值考慮了對(duì)調(diào)節(jié)所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)燃料噴射到所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的流量的低估；

適于控制所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到所述第一工作點(diǎn)的控制模塊；

用于監(jiān)控所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)并適于檢測(cè)所述壓氣機(jī)的速度不足的監(jiān)控模塊；以及

如果所述監(jiān)控模塊檢測(cè)到速度不足，則激活模塊：

以獲得第二工作點(diǎn)，所述第二工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)于所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第二推力值，所述第二推力值大于所述第一值，并且，相對(duì)于所述高限值，所述第二工作點(diǎn)保證為防止所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生壓氣機(jī)速度不足而確定的裕量；以及

以控制所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以達(dá)到所述第二工作點(diǎn)。

因此，本發(fā)明提供了一種機(jī)敏的機(jī)制，該機(jī)制考慮到調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所用的燃料流量的測(cè)量誤差，使渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力能夠根據(jù)其壓氣機(jī)遭受的速度不足的真實(shí)風(fēng)險(xiǎn)被調(diào)節(jié)。該機(jī)制持續(xù)防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)發(fā)生喘振，因此在控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)避免使用最壞情況策略，該最壞情況策略總是假定存在速度不足的風(fēng)險(xiǎn)，替代地它適于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的行為。更確切地說(shuō)，最初控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到和“低”第一推力值相對(duì)應(yīng)的第一工作點(diǎn)，接下來(lái)，如果發(fā)現(xiàn)第一推力值不足，因此會(huì)導(dǎo)致渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足，則轉(zhuǎn)變?yōu)楹痛笥诘谝煌屏χ档牡诙屏χ迪鄬?duì)應(yīng)的第二工作點(diǎn)，從而避免渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生任何故障，并保證其可以被控制。

發(fā)明人有利地確定，存在一些現(xiàn)象，例如特別是測(cè)量渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃料噴射速度時(shí)，或者測(cè)量渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)出口處抽氣(即，泄露)時(shí)的某些誤差，這些誤差對(duì)壓氣機(jī)的喘振裕量具有正面影響(即減少喘振的任何風(fēng)險(xiǎn))，但是可能不利于怠速(即，地面怠速)時(shí)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的可控制性。

因此，更具體地，以比調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)小的速度將燃料噴射到渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中(例如，原因是傳感器高估了燃料流量)不存在壓氣機(jī)喘振的風(fēng)險(xiǎn)，但是可能阻止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)正確加速，甚至可能導(dǎo)致渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足(即，減速而不是加速)。

同樣，壓氣機(jī)出口處的過(guò)多漏氣(例如，原因是低估了漏氣)會(huì)降低壓氣機(jī)的工作線，因此降低了它的喘振風(fēng)險(xiǎn)，但是這也會(huì)改變和燃料流量與壓力的比值C/P相比的壓力比。這種現(xiàn)象對(duì)上述燃料流量測(cè)量誤差也有類(lèi)似影響。

發(fā)明人提出在對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力進(jìn)行控制時(shí)機(jī)敏地考慮了這些現(xiàn)象。和漏氣測(cè)量誤差相比(決定和燃料流量的測(cè)量不確定性有關(guān)的現(xiàn)象，例如溫度和燃料類(lèi)型，以及用于測(cè)量燃料調(diào)整閥門(mén)位置的傳感器的分散，自身要比決定與空氣流量的測(cè)量誤差有關(guān)并涉及多個(gè)傳感器的現(xiàn)象要更好理解)，燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差可以根據(jù)燃料流量傳感器的規(guī)格更容易地估計(jì)，因此，本發(fā)明提出通過(guò)實(shí)時(shí)行動(dòng)，根據(jù)和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際遇到的燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差估計(jì)其速度不足裕量需求，從而調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。更具體地，發(fā)明人依賴(lài)于燃料流量不能同時(shí)被燃料流量傳感器高估和低估的原理。這樣做的目的是避免現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中傾向于總是以相同的方式對(duì)和燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差進(jìn)行處理，即使這些測(cè)量誤差有時(shí)在一個(gè)方向上會(huì)不利于喘振，或者在相反方向上不利于速度不足。

當(dāng)控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(即，控制其達(dá)到第一工作點(diǎn))時(shí)，因此本發(fā)明提供的推力控制邏輯有利地包括最初只考慮可能影響喘振裕量的燃料流量測(cè)量誤差，更具體地，導(dǎo)致燃料流量被低估的那些誤差(即，在該階段，不考慮可能導(dǎo)致燃料流量被高估的誤差，這些誤差可能對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的速度不足裕量有影響)。

因此，舉例來(lái)說(shuō)，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第一工作點(diǎn)選擇為這樣的工作點(diǎn)：相對(duì)于可能影響渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)的現(xiàn)象(除了和燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差以外)，該工作點(diǎn)考慮速度不足裕量。

應(yīng)用該策略確定的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第一工作點(diǎn)還可以對(duì)應(yīng)于在燃料流量方面相對(duì)于高限值的零殘余裕量。這樣做的目的是最小化當(dāng)?shù)∷贂r(shí)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第一推力值。

之后證明這是相關(guān)的，換句話說(shuō)，如果第一推力值太小并導(dǎo)致渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足，轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙屏χ?，該第二推力值大于第一推力值，并考慮了預(yù)定的速度不足裕量(控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到第二工作點(diǎn))。納入考慮的速度不足裕量?jī)?yōu)選以考慮了對(duì)調(diào)節(jié)所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)燃料噴射到所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的速度的高估的方式確定，特別是基于所用燃料流量傳感器的規(guī)格并基于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的物理方程估計(jì)。

本發(fā)明提出的該渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制機(jī)制能夠通過(guò)提供新的，相對(duì)較低的標(biāo)稱(chēng)怠速推力級(jí)確保渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)保持可控，并能夠滿足飛機(jī)制造商規(guī)定的要求。和第二推力值相對(duì)應(yīng)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的第二工作點(diǎn)自然選擇為使渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能夠從第一推力值轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙屏χ怠＿@取決于通過(guò)其工作線建模的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，第二工作點(diǎn)位于該工作線上。

應(yīng)該遵守的是，該第二工作點(diǎn)優(yōu)選選擇為保證渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以獨(dú)立于燃料流量的測(cè)量條件受控。和燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差取決于燃料的溫度，因此測(cè)量誤差不一定是恒定的。一旦檢測(cè)到速度不足，速度不足裕量?jī)?yōu)選選擇為能夠采取決定性的安全條件(即，獨(dú)立于燃料測(cè)量條件的條件)，從而避免渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在監(jiān)控步驟中，當(dāng)壓氣機(jī)的速度梯度對(duì)于和高限值相對(duì)應(yīng)的燃料流量設(shè)定點(diǎn)為負(fù)值時(shí)，檢測(cè)到壓氣機(jī)的速度不足。

該實(shí)施方式提供了一種簡(jiǎn)單、可靠的對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度不足的實(shí)時(shí)指示。

在特定實(shí)施方式中，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料流量的理論極限值確定高限值，所述理論極限值代表對(duì)調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)有影響的不同現(xiàn)象，除了所述燃料流量的測(cè)量誤差以外。該理論極限值代表壓氣機(jī)的喘振線。

以類(lèi)似的方式，在特定實(shí)施方式中，第一工作點(diǎn)和第二工作點(diǎn)位于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的工作線上，該工作線考慮了對(duì)調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)有影響的現(xiàn)象。

所述現(xiàn)象特別包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的老化，熱傳遞，部件分散，除燃料測(cè)量傳感器外其他傳感器的誤差，等等。這些現(xiàn)象對(duì)用于燃料流量調(diào)節(jié)的高限值，以及渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作線的影響，可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式，特別是基于飛機(jī)制造商，或者通過(guò)實(shí)驗(yàn)提供的信息(例如，部件規(guī)格)來(lái)確定。

因此，舉例來(lái)說(shuō)，在降低理論極限值和確定高限值時(shí)考慮以下現(xiàn)象：部件的制造分散，氣流畸變，溫度瞬變，壓氣機(jī)中的間隙磨損等。

同樣，當(dāng)確定本發(fā)明中使用的工作點(diǎn)所在的工作線時(shí)考慮以下現(xiàn)象：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一般性老化，畸變，溫度瞬變，發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變(加速)，飛機(jī)運(yùn)行動(dòng)力輸出裝置(發(fā)電機(jī)，液壓泵)等。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，第二控制步驟包括：

增加所述高限值；

增加燃料噴射到所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的流量；以及

對(duì)所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)可變幾何元件，例如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)的處理放泄閥采取動(dòng)作。

在特定實(shí)施方式中，控制方法的不同步驟由計(jì)算機(jī)程序指令確定。

因此，本發(fā)明還提供一種數(shù)據(jù)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，該程序適于在控制裝置，更具體地，計(jì)算機(jī)中執(zhí)行，所述程序包括適于執(zhí)行上述控制方法步驟的指令。

該程序可以使用任意編程語(yǔ)言，并且形式上可以為源代碼，目標(biāo)代碼，或者源代碼和目標(biāo)代碼中間的代碼，例如部分編譯的形式，或者任何其他所期望的形式。

本發(fā)明還提供了一種包括上述計(jì)算機(jī)程序指令的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)介質(zhì)。

該數(shù)據(jù)介質(zhì)可以是能夠存儲(chǔ)程序的任何實(shí)體或裝置。例如，介質(zhì)可以包括存儲(chǔ)裝置，例如只讀存儲(chǔ)器(ROM)，例如光盤(pán)(CD)ROM，或微電子電路ROM，或者磁性記錄裝置，例如軟盤(pán)或硬盤(pán)。

此外，數(shù)據(jù)介質(zhì)可以是可以通過(guò)電纜或光纜，通過(guò)無(wú)線電，或者通過(guò)其他手段傳輸?shù)目蓚魉徒橘|(zhì)，例如電信號(hào)或光信號(hào)。本發(fā)明的程序尤其可以從因特網(wǎng)類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)上下載。

或者，數(shù)據(jù)介質(zhì)可以是包含程序的集成電路，該電路適于執(zhí)行或者用于執(zhí)行所討論的方法。

在特定實(shí)施方式中，控制裝置合并到渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的全權(quán)限數(shù)字電子控制(FADEC)設(shè)備的計(jì)算機(jī)中。

本發(fā)明還提供一種包括本發(fā)明的控制裝置的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

在其他實(shí)施方式和實(shí)施例中，還可以想到本發(fā)明的控制方法，控制裝置和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合了上述特定特征的全部或一部分。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考附圖進(jìn)行的下面描述，可以理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖顯示了實(shí)施方式，不具有限制性。在這些附圖中：

圖1A和1B，如上所述，描述了借助于燃料流量的高限值對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的原理的圖；

圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的一種特定實(shí)施方式的控制裝置和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的圖；

圖3描述了圖2所示控制裝置的硬件架構(gòu)；

圖4為流程圖，描述了根據(jù)本發(fā)明的一種特定實(shí)施方式的控制方法的主要步驟，其中本發(fā)明的方法由圖2所示的控制裝置執(zhí)行；

圖5描述了選擇為在本發(fā)明的控制方法中使用的工作點(diǎn)；

圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的一種特定實(shí)施方式，為檢測(cè)壓氣機(jī)速度不足而實(shí)施的步驟；以及

圖7A和7B描述了應(yīng)用本發(fā)明的控制方法的示例。

具體實(shí)施方式

圖2顯示了，在其環(huán)境中，根據(jù)本發(fā)明的一種特定實(shí)施方式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的圖。

在這里描述的實(shí)施方式中，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1是用于推動(dòng)飛機(jī)的雙轉(zhuǎn)子旁路渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)(圖2未顯示)。但是，本發(fā)明還應(yīng)用于其他渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，例如，如單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，還應(yīng)用于其他類(lèi)型的飛機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的怠速推力由本發(fā)明的推力控制裝置2控制，該推力控制裝置2嵌入在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1中。更確切地，在當(dāng)前描述的實(shí)施方式中，推力控制裝置2包含在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的全權(quán)限數(shù)字電子控制(FADEC)的計(jì)算機(jī)3中。

如上所述，裝置2控制以下兩個(gè)可能階段中渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的怠速推力：

在第一階段，其利用控制模塊2A控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1，由此渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1到達(dá)和“低”第一推力THR1相對(duì)應(yīng)的第一工作點(diǎn)P1，確定該第一工作點(diǎn)從而防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)發(fā)生喘振；以及接下來(lái)

在第二階段，如果發(fā)現(xiàn)推力THR1太低，正在引起渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)動(dòng)力不足，則控制裝置2利用控制模塊2A對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1進(jìn)行控制，由此渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到和大于第一推力的第二推力THR2相對(duì)應(yīng)的第二工作點(diǎn)P2，確定該第二工作點(diǎn)從而不僅防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)發(fā)生喘振，而且防止其發(fā)生速度不足。

工作點(diǎn)P1和P2各自由一對(duì)值限定，所述值包括：

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速；以及

比值C/P，其中C是燃料流量設(shè)定點(diǎn)，P是高壓壓氣機(jī)的出口壓力。

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，除非另有明確說(shuō)明，下文中使用術(shù)語(yǔ)“壓氣機(jī)”來(lái)表示渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)。

通過(guò)借助于為此目的而設(shè)置的檢測(cè)模塊2B檢測(cè)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)的速度不足，觸發(fā)從一種控制模式到另一種控制模式(即，從以推力THR1為特征的怠速到以推力THR2為特征的怠速)的轉(zhuǎn)換?？刂颇K2A使用的工作點(diǎn)P1和P2通過(guò)獲得模塊2C獲得。在當(dāng)前描述的實(shí)施方式中，基于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1和其部件的特征，預(yù)先確定這些工作點(diǎn)，下文對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

在當(dāng)前描述的實(shí)施方式中，上述控制功能模塊2A，速度不足檢測(cè)功能模塊2B和工作點(diǎn)獲得功能模塊2C是通過(guò)控制裝置2在邏輯背景下實(shí)施的軟件模塊，用于由FADEC3對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為此，如圖3所示，控制裝置2具有計(jì)算機(jī)的硬件架構(gòu)(在本示例中，其依賴(lài)于FADEC3的硬件架構(gòu))。特別地，其包括處理器4，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)5，ROM6，非易失性閃速存儲(chǔ)器7，以及用于和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的部件進(jìn)行通信的通信裝置8。這些硬件元件可以可選地和FADEC3的其他調(diào)節(jié)單元共享。

控制裝置2的ROM6構(gòu)成本發(fā)明的數(shù)據(jù)介質(zhì)，該數(shù)據(jù)介質(zhì)可由處理器4讀取，并存儲(chǔ)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括用于執(zhí)行本發(fā)明的控制方法中的步驟的指令，下面參考圖4進(jìn)行描述。

圖4為流程圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施方式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1怠速推力控制方法的主要步驟，其中該方法由圖2所示的控制裝置2執(zhí)行。本發(fā)明涉及對(duì)地面上怠速時(shí)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的推力進(jìn)行控制。

在當(dāng)前描述的實(shí)施方式中，確切地說(shuō)，在推力控制之前的步驟(步驟E00)中確定控制裝置2進(jìn)行推力控制所用的工作點(diǎn)P1和P2。該步驟可以由操作員或者由不同于控制裝置2的裝置執(zhí)行，工作點(diǎn)P1和P2接下來(lái)通過(guò)通信裝置8被提供給控制裝置2，更具體，提供給其獲得模塊2C。接下來(lái)它們被獲得模塊2C存儲(chǔ)在控制裝置2的非易失性存儲(chǔ)器7中(步驟E10)。

如上所述，為了確定這些工作點(diǎn)，發(fā)明人利用了這一事實(shí)：測(cè)量噴射到渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1燃燒室中的燃料的流量時(shí)的任何誤差都不會(huì)同時(shí)導(dǎo)致對(duì)燃料流量的低估和高估。換句話說(shuō)，對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)以估計(jì)噴射到燃燒室中的燃油的流量所用的傳感器不能同時(shí)低估和高估流量。這種傳感器本身是已知的，這里不再詳細(xì)描述。

如上面所強(qiáng)調(diào)的那樣，對(duì)燃料流量的高估(這會(huì)導(dǎo)致燃料流量過(guò)小)不會(huì)產(chǎn)生壓氣機(jī)喘振的任何風(fēng)險(xiǎn)，但是會(huì)阻止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1正確加速，甚至?xí)?dǎo)致渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)速度不足。當(dāng)檢測(cè)到這種情形時(shí)，發(fā)明人提議有利設(shè)置防止壓氣機(jī)速度不足的額外保護(hù)裕量，因此不僅防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)喘振，還防止其速度不足。

但是，為了優(yōu)化渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的怠速推力，只有當(dāng)檢測(cè)到燃料流量被高估時(shí)，換句話說(shuō)，只有當(dāng)確認(rèn)存在對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)速度不足時(shí)(換句話說(shuō)，一旦確認(rèn)存在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)速度不足)才使用這種防止速度不足的額外保護(hù)裕量(在本說(shuō)明書(shū)中稱(chēng)為“速度不足裕量”)。這樣就能夠在相反情況下減少渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的推力，因此滿足飛機(jī)制造商日益嚴(yán)格的限制。

參考圖5，在當(dāng)前描述的實(shí)施方式中，為了執(zhí)行該策略，確定工作點(diǎn)P1是兩個(gè)曲線之間的交叉點(diǎn)，即：

比值C/P的高限值Bmax；以及

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)的工作線Lpc。

通過(guò)調(diào)節(jié)理論高限值BT獲得高限值Bmax，從而考慮到對(duì)調(diào)節(jié)所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)燃料噴射到所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的速度的低估。換句話說(shuō)，理論極限值BT減少防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)發(fā)生喘振的裕量M_喘振。該喘振裕量M_喘振可以很容易根據(jù)飛機(jī)制造商或者傳感器制造商提供的信息估計(jì)出來(lái)，所述傳感器用于測(cè)量燃料噴射到燃燒室中的流量(即，特別是基于傳感器的精度)。可以利用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的物理方程對(duì)其量化，并轉(zhuǎn)換為比值C/P的值。

理論極限值BT是調(diào)節(jié)高限值，表示為以已知方式確定的C/P，并且代表對(duì)調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)有影響的不同現(xiàn)象，例如：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的老化，熱傳遞，調(diào)節(jié)用傳感器的測(cè)量誤差(例如，溫度傳感器，壓力傳感器等)，但是燃料流量傳感器的測(cè)量誤差除外，從而避免不止一次地考慮這些誤差。

因此，高限值Bmax不相對(duì)于燃料流量傳感器的測(cè)量誤差對(duì)速度不足裕量做出規(guī)定。

壓氣機(jī)的工作線Lpc是最壞情況工作線，通過(guò)調(diào)節(jié)新的一般渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)的平均工作線L_平均以已知的方式獲得，從而考慮到上述各種現(xiàn)象，即渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的老化，部件的分散，以及調(diào)節(jié)所涉及的傳感器的測(cè)量誤差(例如，溫度傳感器，壓力傳感器等)。換句話說(shuō)，考慮具有平均表現(xiàn)燃料流量傳感器的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)的工作線。

通過(guò)這種方式選擇的工作點(diǎn)P1在高壓壓氣機(jī)的喘振線Bmax和工作線Lpc之間不提供任何殘余裕量(裕量疊加)。但是，喘振線Bmax包括速度不足裕量，該速度不足裕量考慮了對(duì)調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1有影響的不同現(xiàn)象，除了燃料流量傳感器的測(cè)量誤差以外。

以這種方式限定的工作點(diǎn)P1以高壓壓氣機(jī)的速度XNR1和燃料流量與壓力的比值(C/P)1為特征。速度XNR1對(duì)應(yīng)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的怠速推力THR1。

應(yīng)該遵守的是，某些渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有與高壓壓氣機(jī)關(guān)聯(lián)的處理放泄閥，能夠恢復(fù)喘振極限和工作點(diǎn)之間的裕量。該裕量被用于確定渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)稱(chēng)加速率。所述閥門(mén)的存在能夠修改以C/P表示的極限值。當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時(shí)，如果存在所述閥門(mén)，優(yōu)選將它們納入考慮中，從而確定渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能夠加速的速度，以及相應(yīng)的加速率，換句話說(shuō)，確定工作點(diǎn)P1。

工作點(diǎn)P2確定為兩個(gè)曲線之間的交叉點(diǎn)，即：

比值C/P的高限值Bmin；以及

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的高壓壓氣機(jī)的工作線Lpc。

通過(guò)調(diào)節(jié)理論高限值Bmax獲得高限值Bmin，從而考慮到對(duì)調(diào)節(jié)所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)燃料噴射到所述渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室中的速度的高估。換句話說(shuō)，極限值Bmax現(xiàn)在減少防止渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)發(fā)生速度不足的額外裕量M速度不足，該額外裕量M速度不足考慮了燃料流量的測(cè)量誤差，更確切地，考慮了當(dāng)調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1時(shí)對(duì)噴射到渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的燃料的流量的高估。該速度不足裕量M速度不足可以很容易根據(jù)飛機(jī)制造商或者傳感器制造商提供的信息估計(jì)出來(lái)，所述傳感器用于測(cè)量燃料噴射到燃燒室中的流量(即，特別是基于傳感器的精度)。可以利用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的物理方程對(duì)其量化，并轉(zhuǎn)換為比值C/P的值。但是，應(yīng)該遵守的是，與燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差不僅與用于測(cè)量流量的傳感器有關(guān)系，還根據(jù)測(cè)量條件發(fā)生變化。例如，流量調(diào)整閥的精度與燃料的溫度有關(guān)系。因此，傳感器的測(cè)量精度誤差不一定在整個(gè)航程中都是恒定不變的。為了確定裕量M速度不足，優(yōu)選考慮到?jīng)Q定性的安全條件(換句話說(shuō)，利用最壞情況來(lái)估計(jì)裕量M速度不足)。

因此，通過(guò)將和燃料流量有關(guān)的測(cè)量誤差納入考慮，高限值Bmin提供了喘振裕量以及速度不足裕量。

以這種方式限定的工作點(diǎn)P2以高壓壓氣機(jī)的速度XNR2和燃料流量與壓力的比值(C/P)2為特征。速度XNR2對(duì)應(yīng)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的怠速推力THR2。

下面描述當(dāng)具有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的飛機(jī)在地面上怠速運(yùn)行時(shí)，如何根據(jù)本發(fā)明通過(guò)控制裝置2對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1的推力進(jìn)行控制。如上所述，假定控制裝置2的獲得模塊2C獲得了工作點(diǎn)P1和P2的值，并且這些值存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器7中(步驟E10)。

當(dāng)檢測(cè)到地面怠速時(shí)，控制裝置2通過(guò)控制模塊2A對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1進(jìn)行控制，因此它達(dá)到第一工作點(diǎn)P1和第一推力THR1(步驟E20)。該控制以常規(guī)方式進(jìn)行，考慮到與工作點(diǎn)P1關(guān)聯(lián)的燃料流量設(shè)定點(diǎn)(C/P)1和發(fā)動(dòng)機(jī)速度XNR1。

此外，控制裝置2的檢測(cè)模塊2B被用于監(jiān)控被控制為以該速度怠速運(yùn)行的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1中是否出現(xiàn)了速度不足(步驟E30)。

在當(dāng)前描述的實(shí)施方式中，該監(jiān)控是以圖6所示的方式進(jìn)行的。

更確切地，檢測(cè)模塊2B利用高壓壓氣機(jī)的速度XN25的測(cè)量值，以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式來(lái)評(píng)估速度梯度dXN25/dt(步驟E31)。

此后，確定該梯度是否為負(fù)值或零(測(cè)試步驟E32)。

如果梯度為負(fù)值，則未檢測(cè)到速度不足，并利用高壓壓氣機(jī)的速度XR25的新的測(cè)量值評(píng)估新的梯度(步驟E32中響應(yīng)為“否”)。

同時(shí)，檢測(cè)模塊2B還利用下面的方程評(píng)估燃料流量WF1，該燃料流量WF1對(duì)應(yīng)于提供喘振防護(hù)的極限值(C/P)1：

其中PS3表示高壓壓氣機(jī)的靜態(tài)壓力，T25表示高壓壓氣機(jī)入口處的總壓力，Tstd表示海平面上的標(biāo)準(zhǔn)溫度(即，等于288.15K(開(kāi)氏溫度)，即15℃(攝氏溫度))。

之后，檢測(cè)模塊2B比較調(diào)節(jié)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1所用的燃料流量設(shè)定點(diǎn)值WFc和該值WF1(測(cè)試步驟E34)。檢測(cè)模塊2B從FADEC獲得設(shè)定點(diǎn)值WFc不會(huì)遇到任何特別的困難，在此不再贅述。

如果設(shè)定點(diǎn)值WFc和高限值WF1不一樣(在預(yù)定的公差閾值內(nèi))，則未檢測(cè)到速度不足，繼續(xù)監(jiān)控(步驟E34中響應(yīng)為“否”)。

如果速度梯度dXN25/dt是負(fù)值(步驟E32中響應(yīng)為“是”)，并且如果設(shè)定點(diǎn)值WFc為高限值WF1(步驟E34中響應(yīng)為“是”)(測(cè)試步驟E35中響應(yīng)為“是”)，則檢測(cè)模塊2B檢測(cè)到高壓壓氣機(jī)速度不足(步驟E36)。

否則(測(cè)試步驟E35中響應(yīng)為“否”)，在步驟E31-E35的應(yīng)用中，控制裝置2的檢測(cè)模塊2B未檢測(cè)到速度不足并繼續(xù)監(jiān)控。

如果檢測(cè)模塊2B檢測(cè)到速度不足(測(cè)試步驟E40中響應(yīng)為“是”)，則渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)楸犬?dāng)前推力THR1更高的推力THR2。換句話說(shuō)，燃料流量傳感器低估渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃料噴射流量的假設(shè)(并且其對(duì)應(yīng)于如何限定工作點(diǎn)P1)是不正確的，即傳感器實(shí)際上高估了燃料噴射到燃燒室中的真實(shí)流量。因此，當(dāng)在存在燃料流量測(cè)量誤差的情況下怠速運(yùn)行時(shí)，在壓氣機(jī)的工作線Lpc和高限值Bmax之間需要速度不足裕量(即，有必要使用高限值Bmin)。

為此，控制裝置2的控制模塊2A對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1進(jìn)行控制，從而使其到達(dá)非易失性存儲(chǔ)器7中存儲(chǔ)的工作點(diǎn)P2(步驟E50)。這意味著提高了壓氣機(jī)的速度設(shè)定點(diǎn)(從值XNR1到XNR2)。確定該設(shè)定點(diǎn)值XNR2，從而保證壓氣機(jī)不會(huì)發(fā)生速度不足。

該控制步驟可以包括以下步驟中的至少一個(gè)：

增大高限值(在圖5所示區(qū)域Z1中將高限值從Bmax修正為BT)；

提高燃料噴射到燃燒室中的流量(工作點(diǎn)從P1變?yōu)镻2的直接結(jié)果，通過(guò)增大極限值實(shí)現(xiàn))；和/或

對(duì)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)可變幾何元件采取動(dòng)作，例如對(duì)高壓壓氣機(jī)的處理放泄閥(HBV)采取瞬變動(dòng)作。

圖7A和7B顯示了上述控制裝置2實(shí)施的邏輯，并顯示了控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1到達(dá)工作點(diǎn)P2所采取的動(dòng)作的示例。

圖7A顯示了燃料流量設(shè)定點(diǎn)WFc是如何相對(duì)于高限值WF(Bmax)(虛線曲線)隨時(shí)間(連續(xù)曲線)變化的。

圖7B顯示了高壓壓氣機(jī)的降低的速度XNR25是如何隨時(shí)間變化的。

在瞬間t＝T1，當(dāng)燃料流量設(shè)定點(diǎn)位于高限值Bmax時(shí)，檢測(cè)到高壓壓氣機(jī)的速度不足。當(dāng)檢測(cè)模塊2B檢測(cè)到速度不足時(shí)，控制模塊2A自動(dòng)提高極限值Bmax(應(yīng)用預(yù)定的偏差)，并且速度設(shè)定點(diǎn)XNR25增加，以達(dá)到和工作點(diǎn)P2的值XNR2相對(duì)應(yīng)的值，從而保證高壓壓氣機(jī)不會(huì)發(fā)生速度不足。

通過(guò)增大極限值，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1能夠加速到新的怠速速度XNR2，該怠速速度XNR2對(duì)應(yīng)于在瞬時(shí)T2達(dá)到的工作點(diǎn)P2。當(dāng)達(dá)到新的怠速速度時(shí)，控制模塊2A將極限值返回為其標(biāo)稱(chēng)值。與此相反，在本示例中，在飛行過(guò)程中保持速度XNR2。這樣做的目的是確保渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行過(guò)程中正常運(yùn)行，不需要在飛行過(guò)程中確定速度不足原因是否消失。