[发明专利]优化航空器自由涡轮动力装置的控制方法以及实施该方法的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及到优化自由涡轮动力装置的调节方法，所述动力装置可向航空器提供动力，以及实施该方法的调节控制装置。

本发明涉及到安装在航空器（例如，飞机和直升机）上的自由涡轮动力装置，能够提供动力。特别是，这些装置可通过带有多级减速器的动力传输箱来直接和/或间接地向航空器的设备(交流发动机、泵、增压器、空调)提供动力。

这些动力装置包括辅助动力装置（缩写形式：APUs）和主动力装置(缩写形式：MPUs)。辅助动力装置用于飞机主发动机的起动和/或在地面时提供非推进能量(气动、电动和/或液压)。某些牢固的辅助动力装置也可在发动机出现故障时干预飞行并试图重新起动发动机和/或向上述设备提供能量。

主动力装置属于发动机类，因为它们可满足主发动机的安全标准，特别是在发动机出现故障时。不论是在材料还是尺寸上，这些装置都是基于更为可靠的辅助动力装置，从而获得发动机类型的标识。

通常，动力装置包括压气机组件/燃烧室/构成燃气发生器的涡轮。在空气/燃料混合并燃烧后，热的燃气在高压涡轮级(缩写形式：HP)膨胀，高压涡轮经由高压轴或高压体将所产生的热动力部分地传输给高压压气机级。排出气体的热动力也可驱动自由涡轮(缩写形式：TL)，后者进而经由低压自由涡轮轴机械地将动力传输给动力发生器的设备(交流发电机、泵、增压器等)。

现有技术状态

通常，调节系统提供并测量喷入燃气发生器燃烧室内的燃料的量，从而将其调整到所要求的动力级。在加速或减速之后，高压体的速度适合这种喷射，从而达到恒定速度级并提供热动力给低压体。传输给低压体的动力而后以电子控制箱(BEC)所需要的恒速而提供所需要动力。

在动力装置中，已知燃料喷射调节包括如下步骤：

-对燃料进行加压，以合适的压力将燃料喷入燃烧室，

-测量燃料流量是否在预定的流量范围内，以便将燃气发生器所提供的动力级调节到所需动力级，

-测量并控制高压体转子转速，以便所述转速保持在预定工作范围内，

-测量并控制低压体的转子转速，以及

-根据低压体转速设定值和其测量转速之间的差，确定高压体转速的设定值，以及根据高压体转速的确定设定值和其此前测量值之间的差，确定喷入燃烧室的燃料流量的设定值。

而后，通过初步选择其转速，该转速接近其允许最大转速，施加每个设备的转速，此时，其动力供应能力最大。在这些情况下，对于在这个转速时的长期使用来讲，每台设备的质量和成本最小。此外，诸如增压器这样的一些设备必须能够提供不同的经调整的流量，即在地面时为低流量，飞行时为高流量。流速按调整值表示，从而可以对流速进行比较，不论进气口处的环境条件如何。为此，对于在整个飞行包线中的使用来讲，在增压器上设置了可变几何的空气流量。

对这种燃料喷射调节构型的优化是通过低压体保持被驱动设备的转速接近最大转速来实现的，以便提供所需量的动力。特别是，采用增压器的驱动转速不发生变化。而且，只选择可变几何的空气流量，从而使得增压器笨重，成本高。

于是，只通过实现提供最大动力来引导自由涡轮转速的最初选择，在提供不同动力级期间，不进行任何有效优化。

在这些情况下，在动力瞬变过程期间，动力装置的调节系统仅在低压体欠速（underspeed）时起作用，所述欠速是指低于低压体设定转速。然而，在动力瞬变过程中，低压体的速度偏移是很重要的，因为相对于与所连接动力涡轮的燃气发生器来讲，控制环路的长响应时间和低压轴的低惯性。可以看出，转速偏移远远超过了允许范围，特别是，在突然卸载（power shed）情况下，速度偏移幅度会超过最大转速，或在高需求动力的情况下，转速偏移幅度会低于最低转速。

为此，在超速的情况下，被一起驱动的设备不再能够提供每个设备所需求的动力。在超速的情况下，监测装置会根据要求而立即停止动力装置，于是，不再提供所有动力了。

发明内容

确切地来讲，本发明的目的是优化燃料喷射调节，以避免出现上述问题。为此，设备的传动速度根据动力情况通过调节自由涡轮转速来匹配。

更确切地说，本发明的目的是优化上述类型的自由涡轮动力装置的调节方法，所述装置能够向航空器设备提供动力。按照这种方法，低压体的转速是变化的，目的是获得最小高压体转速，以便使得各个设备所提供的动力保持恒定不变。