[发明专利]涡轮发动机和控制方法

说明书

本发明涉及一种用于控制涡轮发动机(5)的方法，该涡轮发动机包括：压缩机(8)；燃烧腔室(9)；第一和第二涡轮(10,12)；第一旋转轴(11)，其可转动地固定至所述压缩机和所述第一涡轮；第二旋转轴(13)，第二涡轮可转动地固定至该第二旋转轴，所述第二旋转轴相对于第一旋转轴自由旋转；以及控制器(15)，用于控制燃料到燃烧腔室的进给。如果所述第二旋转轴的旋转速度(N2)超过最大阈值(N2i‑max)，则所述控制器切断到燃烧腔室的燃料进给，最大阈值根据至少一个指示物理参数变化，至少一个指示物理参数与第二涡轮从燃烧气体提取的机械动力相关联。

技术领域

本发明涉及涡轮发动机的领域和调节涡轮发动机的方法。

背景技术

术语“涡轮发动机”在本上下文中用于表示通过使工作流体在涡轮中膨胀将来自工作流体的热能转变为机械能的任何机器。更特定而言，工作流体可以是在空气在压缩机中压缩之后与燃烧腔室中的空气进行燃烧化学反应得到的燃烧气体，压缩机由涡轮经由第一旋转轴驱动。因此，如在本上下文中所理解，涡轮发动机，包括旁路或非旁路涡轮喷气机，涡轮螺旋桨，涡轴发动机和燃气涡轮等。在下文的描述中，术语“上游”和“下游”相对于工作流体通过这样的涡轮发动机的正常流动方向限定。

具体地，本描述涉及一种调节涡轮发动机的方法，涡轮发动机包括至少：压缩机，燃烧腔室，其在压缩机下游；第一涡轮和第二涡轮，其在燃烧腔室下游；第一旋转轴，其约束成至少随着压缩机和第一涡轮旋转；第二旋转轴，其约束成随着第二涡轮旋转，然而第二旋转轴相对于第一旋转轴自由旋转；以及，调节器，其用于控制燃料到燃烧腔室的进给。这种涡轮发动机特别地用于静态应用时被称作“燃气涡轮”，当第二旋转轴用于驱动推进螺旋桨时被称作“涡轮螺旋桨”或者当安装于交通工具上但用于驱动除了推进螺旋桨之外的推进装置时被称作“涡轴发动机”。因此，涡轴发动机特别地用于驱动飞行器的旋翼。

在此领域中并且更特别的用于飞行器涡轴发动机和涡轮螺旋桨，并且特别地用于驱动旋翼的涡轴发动机，从第二涡轮的动力传输中的突然中断或者“自由涡轮”可能导致第二涡轮危险地失控。为了避免由于这种失控造成的更严重的损坏，提出了如果所述第二旋转轴的旋转速度超过最大阈值，则使调节器切断燃料到燃烧腔室的进给。

然而设置这个最大阈值需要较大的技术折衷。在某些应用中，在发动机的特定操作条件下，需要达到第二轴的显著超速。因此，在旋翼飞行器的领域中，这可能用于在飞行器执行剧烈的机动飞行的情况下允许旋翼的旋转速度的瞬时峰值。然而，与在稳定条件，特别地最大连续动力(MCP)条件或最大起飞动力(TOP)条件下第二旋转轴递送的最大扭矩相比，用于第二旋转轴的旋转速度的高最大阈值也需要第二涡轮和第二旋转轴显著过大尺寸。通常仅在不利于发动机性能的情况下实现这种过大尺寸，并且与其重量的显著增加相关联，其中这种增加特别不适合于航空领域。

面对具有至少两个这样的发动机的多发动机动力设备中的这种缺陷，在现有技术中提出的一种解决方案是在动力设备中合并交叉抑制(crossed inhibition)装置，其用于避免由于第二旋转轴超过所述最大速度阈值而同时切断到两个发动机的供给。然而，这种方案面临着其它缺陷，并且特别是在发生意外期间在两个发动机下游的动力传输中断的情况下。

发明目的

本发明设法补救这些缺陷。具体地，本发明的描述设法提出了一种调节涡轮发动机的方法，其使得能在下游动力传输中断的情况下避免其自由涡轮危险地失控，同时并不对于主动的速度峰值构成障碍，不需要自由涡轮或其下游的动力传输的过大尺寸。

在至少一种实施方式中，由于以下现实而实现了这个目的：第二旋转轴的旋转速度的最大阈值随着至少一个指示物理参数而变化，至少一个指示物理参数与第二涡轮从燃烧气体提取的机械动力相关联，当所述指示物理参数超过较高阈值时和当所述指示物理参数低于下阈值时，第二旋转轴的旋转速度的所述最大阈值减小。

利用这些供应，用于第二旋转轴的旋转速度的这个最大阈值对于自由涡轮下游的动力传输中断造成的超速和自由涡轮速度的主动的和瞬时偏移是不同的。