[发明专利]基于传感器的追求性能的燃气涡轮发动机控制

说明书

技术领域

本文中公开的主题大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地涉及用于控制燃气涡轮发动机的操作的方法和设备。

背景技术

一些燃气涡轮发动机可包括压缩机区段、燃烧器区段和至少一个涡轮区段。压缩机压缩与燃料混合并被引导到燃烧器的空气。接着，混合物被点燃，从而产生热燃烧气体。燃烧气体被引导到涡轮，该涡轮从燃烧气体提取能量，用于向压缩机提供动力，并且产生有用功以向诸如发电机的负载提供动力，或推进飞行器飞行。

在一些燃气涡轮发动机中，可基于发动机的操作状态来调节某些控制参数。例如，在构造成推进飞行器或驱动发电机的燃气涡轮发动机中，压缩机中的可变定子静叶的角位置可构造成诸如根据预定计划随修正的核心速度变化。预定计划可确定成使得发动机应当至少产生最小预计量的推力或功率输出，并且遍及操作包络线维持最低要求的失速裕度，同时顾及不同发动机的制造品质变化的完整范围、发动机构件在服务多年后的恶化、控制传感器测量误差、操作条件(例如，湿度)的变化等。因此，并且按照设计，在许多情况下，发动机可产生低于其潜在能力的降低的推力或功率输出水平或次最佳的效率水平。

问题：燃气涡轮由于对某些控制参数使用预定计划而以次最佳的控制参数设置操作可影响燃料效率、操作温度、发动机寿命、排出排放物等。

发明内容

上述问题的解决方案由包括示例性实施例、为了说明性的教导而提供并且不意在限制的本公开提供。

根据本公开的至少一些方面的一种控制燃气涡轮发动机的操作的示例性方法可包括在使燃气涡轮发动机操作以产生期望输出时改变发动机输入参数。改变发动机输入参数可包括：在使燃气涡轮发动机以处于初始值的发动机输入参数操作同时产生期望输出时，测量发动机操作参数的调节前值；将发动机输入参数调节为当前调节值，当前调节值不同于初始值；以及在使燃气涡轮发动机以处于调节值的发动机输入参数操作并产生期望输出时，测量发动机操作参数的调节后值。示例性方法可包括至少部分地基于发动机输入参数的初始值、发动机操作参数的调节前值、发动机输入参数的当前调节值和发动机操作参数的调节后值来确定发动机输入参数的未来调节值，未来调节值关于发动机操作参数比发动机输入参数的当前调节值更接近发动机输入参数的最佳值。示例性方法可包括反复地重复改变发动机输入参数的操作，和使用在前反复的当前调节值作为后续反复的初始值并使用在前反复的未来调节值作为后续反复的当前调节值来确定发动机输入参数的未来调节值的操作。

根据本公开的至少一些方面的一种用于燃气涡轮发动机的示例性控制系统可包括：操作参数传感器，其能够操作以测量与燃气涡轮发动机相关的发动机操作参数；输出传感器，其能够操作以测量燃气涡轮发动机的输出；致动器，其能够操作以调整与燃气涡轮发动机相关的发动机输入参数(例如，可变定子、可变入口导叶、可变渗漏或旁通空气流、通往涡轮喷嘴或外壳的冷却空气流或燃烧器燃料流分配模式)；处理器，其操作性地联接于操作参数传感器、输出传感器和致动器；以及存储媒体，其操作性地联接于处理器，存储媒体包括机器可读指令。机器可读指令可操作性地使处理器能够：接收通过操作参数传感器测量(或使用依靠通过操作参数传感器而测量的数据操作的分析模型来计算)的发动机操作参数(诸如，推力/功率输出、涡轮入口/排出温度、排出排放物、燃料效率)的调节前值，在使燃气涡轮发动机操作以将燃气涡轮发动机的输出基本上维持在如通过输出传感器测量的期望输出处时，使致动器将发动机输入参数从初始值调节为当前调节值，接收通过操作参数传感器而测量的发动机操作参数的调节后值，至少部分地基于发动机输入参数的初始值、发动机操作参数的调节前值、发动机输入参数的当前调节值和发动机操作参数的调节后值来确定发动机输入参数的未来调节值，未来调节值关于发动机操作参数比发动机输入参数的当前调节值更接近发动机输入参数的最佳值，并且反复地调节发动机输入参数，并且在使燃气涡轮发动机操作以将燃气涡轮发动机的输出基本上维持在期望输出处时，使用在前反复的当前调节值作为后续反复的初始值并使用在前反复的未来调节值作为后续反复的当前调节值来确定发动机输入参数的未来调节值。