[发明专利]一种用于航空涡桨发动机性能增强的主动控制模块

说明书

本发明公开了一种用于航空涡桨发动机性能增强的主动控制模块，属于发动机控制技术领域。本发明由主动涡轮间隙控制模块、主动燃烧控制模块、主动噪声控制模块组成。主动涡轮间隙控制，主动维持较小的间隙，提高发动机的燃油效率。主动燃烧控制，采取降低火焰温度进而减少发动机的NOx排放。主动噪声控制，基于相同步控制降低螺旋桨的噪声。主动控制器通过总线接口与原有发动机主控制器进行数据交换。主动控制器每经过一个控制间隔时间从发动机主控制器获取发动机的进口总温总压、压气机出口总温总压、涡轮排气总温总压、转速、燃油量、压气机导叶当前角度、涡轮冷却引气阀位置，将燃油量和桨距角的修正量传送给主控制器，实现发动机的性能增强控制。

技术领域

本发明涉及主动涡轮间隙控制技术、主动燃烧控制技术、主动噪声控制技术，属于发动机控制技术领域。

背景技术

叶尖间隙增加1％会导致涡轮效率下降1.5％。高压涡轮间隙每减少0.254mm可以使得燃油消耗率降低 1％，并且发动机排气温度降低10K，显著提高发动机寿命。由于飞机是在高空飞行，航空发动机在空中所排放的污染物比地面动力装置排放的污染物对大气影响更为明显。当燃烧室的温度高于1600-1700℃时，热力型的NOx生成将大大增加。采用先进涡桨推进系统的高巡航效率低噪声的飞机是未来运输机的重要发展方向。涡桨发动机最大的缺点是螺旋桨带来的噪声较大，特别是装配多台涡桨发动机的飞机由于多螺旋桨旋转对机舱产生较大的噪声和振动。螺旋桨噪声和振动对飞机本身的结构强度、人员舒适性和周边环境都有较大的危害。

发明内容

本发明的目的在于减少涡桨发动机的高压涡轮间隙，降低发动机的噪声和排放物的污染，提出一种航空涡桨发动机性能增强的主动控制模块，该模块主要由主动涡轮间隙控制模块、主动燃烧控制模块、主动噪声控制模块组成。

主动涡轮间隙控制模块采用工程计算与有限元计算结合的方法，通过对有限元结果进行训练，选取合适变量，可实现实时预测涡轮叶尖间隙值，预测频率可达到10Hz，精度可达到0.1％。主动涡轮间隙控制通过反馈系统，调节主动控制系统，使叶尖间隙保持预期范围，提高发动机的燃油效率，降低燃油消耗率。

主动燃烧控制模块通过VLES+FGM湍流燃烧高精度模型对燃烧室内的燃烧火焰面厚度、油气比、流场和温度场等特征实现机载实时计算，并进行性能综合评估，通过实时评估结果反馈，调节主动燃烧控制系统，主动控制燃烧室内的油气比达到一个合适的值，在保证性能的前提下控制火焰温度，提高燃烧效率，降低耗油率，减少发动机的NOx排放。提高燃烧室热防护效果，延长发动机燃烧室使用寿命。

主动噪声控制模块定义一个涡桨发动机的螺旋桨为主螺旋桨，其余为从螺旋桨，计算从螺旋桨与主螺旋桨的相角差，与设定的噪声最小的相角差相比较，形成相角闭环控制。相角闭环控制器通过控制算法产生发动机功率指令偏差值和转速指令偏差值，通过通讯送给发动机控制器，发动机控制器将两个指令偏差值分别与原功率指令和转速指令值叠加后，通过闭环控制算法输出燃油流量控制功率，输出桨距角控制转速，，从而协调控制涡桨发动机功率/转速/同步相角。

本发明具有的明显优势：

(1)通过反馈系统，调节主动控制系统，使叶尖间隙保持预期范围，提高发动机的燃油效率，降低燃油消耗率。

(2)通过高精度计算方法的结果反馈实时控制燃烧室内的油气比达到一个合适的值，在保证性能的前提下控制火焰温度进而减少发动机的NOx排放。

(3)螺旋桨相同步控制技术采用现有的传感器和执行机构，不额外增加飞机重量，对被动降噪不擅长的低频振动和噪声尤其有效。

附图说明

图1用于发动机性能增强的主动控制模块结构图

图2基于转速/功率修正方案的相同步控制框图

具体实施方式