[发明专利]一种利用辅助动力装置进行引气的引气系统以及引气控制方法

说明书

本发明涉及一种利用辅助动力装置进行引气的引气系统以及引气控制方法。该引气系统包括负载压气机、防喘阀、控制器和传感器。其中负载压气机能够向飞行器的用气设备提供气体，负载压气机的进口处设有可调整角度的导向叶片，以控制负载压气机的排气压力和流量。防喘阀设置在负载压气机的出口处，用于释放多余的气体以防止负载压气机喘振。传感器设置在用气设备的入口处且用于实时检测流向用气设备的气体的压力和/或流量。控制器能够基于传感器的检测值和用气设备的实际需求量自动调节防喘阀的开度和导向叶片的角度。本发明的引气系统、引气控制方法能够降低对APU引气需求进行准确定义的要求，实现对引气需求的自动精准匹配，减少防喘放气产生的浪费。

技术领域

本发明涉及利用辅助动力装置进行引气的引气系统，以及利用该辅助动力装置进行引气的引气控制方法。

背景技术

目前多数飞机会利用辅助动力装置(Auxiliary Power Unit，APU)来为飞机提供辅助动力源，用于满足飞机关于环控引气、主发起动引气和供电的需求。民用飞机尤其是大型客机对APU引气的功率需求也在逐渐增大，因此当前APU的设计通常会采用独立的负载压气机的方案来满足增大的引气功率需求。参见图1所示的现有引气系统的基本构架，负载压气机为与APU动力段转子同轴安装的离心压气机。负载压气机的进口处设计有可变角度的进口导向叶片。通过调节导向叶片的角度可以控制负载压气机的压力和流量，以满足在不同引气模式以及不同环境条件下飞机对APU引气功率的不同需求。负载压气机进口导叶角度的变化由APU控制器(ECU)根据飞机引气需求来进行调节控制。

目前，对于APU引气采用的都是开环控制的方法。APU系统会分别与环控系统和发动机签署引气需求接口文件，定义出在不同环境条件下的引气压力和流量需求。通常而言，导向叶片的角度和高度、环境温度之间按照图2所示表格中的三者关系设定。APU系统会根据负载压气机的特性按照表格中的引气压力和流量需求确定合适的进口导叶角度。当遇到的高度或环境温度处于表格两点之间时则采用线性插值的方式进行处理。最后装机工作时，ECU根据实际的高度和环境温度搜索预设的进口导叶角度查询表(图2)确定目标角度，然后将负载压气机的进口导叶调整到该角度。若环境条件不变则进口导叶的角度也将固定不变；引气流量由用户系统(空调包和发动机)通过调节活门开度来控制，对应流量下的压力则由负载压气机的物理特性来确定。

这种APU引气开环控制方法存在以下问题：

1.对APU引气需求定义的准确性要求非常高，若不能准确定义容易出现供需不匹配的问题。由于APU引气需求定义通常发生在飞机设计的早期阶段，此时不管是提供气源的APU系统还是环控和主发下游用户系统都还没有开展详细设计，对各自的能力和需求都不能准确的界定。同时，从APU引气阀出口到下游用户系统的活门入口之间的飞机输气管路也未开展详细设计，其引起的压力和流量的损失也不能准确的给出。这些都给引气需求的准确定义带来了困难，因此极易导致实际装机时出现一定流量下对应的压力太低而不能正常工作的情况发生。

2.容易出现防喘放气浪费问题。即使在同样的环境条件下，用户系统也会出现不同的引气需求。例如，环控系统在极热或极冷天的情况下，刚打开空调时需要较大的引气流量以达到快速调节舱内温度的目的，而在舱内温度接近或达到舒适温度时引气流量的需求就会减小。在此种情况下，引气流量需求的定义通常会按照大流量需求进行定义，当实际流量需求减小时，由于环境条件不变因此进口导叶角度也不会变，ECU只能采用防喘阀放气的方式将多余的气体放掉，以防止负载压气机喘振。

因此，有必要改进现有的引气系统。

发明内容

针对飞机引气领域的上述现状，本发明的目的之一在于提供一种利用辅助动力装置进行引气的引气系统，该引气系统能够实现闭环控制，设计人员因此无需对引气需求进行准确定义。