[发明专利]逆向旋转开式转子燃气涡轮发动机及其控制方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月6日提交的美国临时申请No. 61/595,419的优先权，该申请的整个公开通过引用结合在本文中。本申请涉及美国非临时申请，“Methods and Apparatuses for Non-Model Based Control for Counter-Rotating Open-Rotor Gas Turbine Engine(不基于模型来控制逆向旋转开式转子燃气涡轮发动机的方法和设备)”，其于2012年10月11日与本申请同时提交，律师案号为No. 034569.021521。

技术领域

本公开涉及基于模型来控制逆向旋转开式转子燃气轮机的方法和设备。

背景技术

本公开涉及逆向旋转开式转子CROR燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及用于这样的CROR燃气涡轮发动机的控制系统实现。对于CROR控制，两个逆向旋转转子在功能上耦合到彼此上，而且它们的运行进一步受燃料流量影响。本公开提供处理这样的问题和关系的控制方案。

发明内容

本公开提供一种简单、稳定可靠且系统性的方案，其通过基于模型的动态逆在数学上使CROR发动机的两个逆向旋转转子解耦，基于模型的动态逆允许应用单输入-单输出SISO控制概念。目前的解决方案允许将燃料流量看作已知干扰，并且被转子速度控制排除。此外，目前的控制方案允许在双发动机运载工具上的四个转子之间有简单且非常协调的速度相同步。

根据本公开，一种逆向旋转开式转子燃气涡轮发动机包括：前部无涵道(un-ducted)转子，其包括多个前部转子叶片，并且包括用于设定多个前部转子叶片的叶片桨距角的前部转子角度执行器；后部无涵道转子，其包括多个后部转子叶片，并且包括用于设定多个后部转子叶片的叶片桨距角的后部转子角度执行器；燃气涡轮发动机，其驱动前部无涵道转子和后部无涵道转子，并且包括用于设定通往燃气涡轮发动机的燃料流量的燃料执行器；以及开式转子控制系统，其包括：电连接到前部转子角度执行器上的前部转子叶片桨距角命令BetaF；电连接到后部转子角度执行器上的后部转子叶片桨距角命令BetaA；电连接到燃料执行器上的燃料流量命令Wf；前部转子速度反馈信号Nf；后部转子速度反馈信号Na；以及发动机压力比信号EPR。开式转子控制系统可结合控制算法，该控制算法包括：用于前部转子叶片桨距角命令BetaF、后部转子叶片桨距角命令BetaA、前部转子速度反馈信号Nf和后部转子速度反馈信号Na的2×2多输入-多输出MIMO控制方案；以及用于燃料流量命令Wf和发动机压力度量反馈信号的单输入-单输出SISO控制方案。更具体而言，开式转子控制系统可包括考虑燃料流量对转子速度的影响但不考虑转子叶片桨距角对燃气发生器发动机压力比的影响的控制选项。另外，可将燃气发生器燃料流量命令Wf对转子速度Nf和Na的影响看作2×2 MIMO控制中的已知干扰输入。在更详细的实施例中，控制算法可进一步包括干扰抑制路径，以解决燃料流量对前部转子速度和后部转子速度的干扰作用。备选地或者另外，2×2 MIMO控制方案可利用动态逆方法。