專利名稱：調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升飛機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主體是用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升飛機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的器件，更確切地說，是在用于調(diào)整直升飛機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的主要系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，允許以緊急備用模式協(xié)助導(dǎo)航。
本發(fā)明的主體也是在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下所用的調(diào)整方法。
直升飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常裝備了具有或多或少?gòu)?fù)雜功能的調(diào)整系統(tǒng)。然而，調(diào)整系統(tǒng)的主要功能是在飛行中調(diào)整渦輪發(fā)動(dòng)器提供的功率，以便于使直升飛機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度維持在基本恒定的數(shù)值上。
當(dāng)今經(jīng)常遇到的調(diào)整系統(tǒng)是裝備了手動(dòng)緊急備用器件的電子調(diào)整系統(tǒng)。
在正常操作中，調(diào)整是由接收來(lái)自各種各樣傳感器的信號(hào)并控制各種各樣致動(dòng)器的電子計(jì)算機(jī)來(lái)管理的，以便于能自動(dòng)調(diào)整引擎所提供的功率。在電子調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障且引起電子計(jì)算機(jī)難以調(diào)整引擎所提供的功率的情況下，直升飛機(jī)的導(dǎo)航必須采用手動(dòng)緊急備用器件，根據(jù)直升機(jī)機(jī)動(dòng)情況(設(shè)定傾角，降低傾角，著落，等等)產(chǎn)生的要求來(lái)手動(dòng)改變渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)所提供的功率。從而，實(shí)質(zhì)地增加了導(dǎo)航的負(fù)擔(dān)。特別是，飛行員必須瞬時(shí)手動(dòng)地調(diào)整供給渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的饋送率。這尤其限制單引擎直升機(jī)，直升機(jī)的任何機(jī)動(dòng)都要求燃料饋送率的特定手動(dòng)改變。
因此，有必要適當(dāng)?shù)赜?xùn)練飛行員以適應(yīng)這特殊的情況。然而，為了減少不適當(dāng)?shù)娘w行員訓(xùn)練所引起的風(fēng)險(xiǎn)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商傾向于使主要調(diào)整系統(tǒng)保證非常低的故障率，從而承擔(dān)了較大的復(fù)雜性且因此增加了調(diào)整系統(tǒng)在整體中的成本。
本發(fā)明的主體是一個(gè)簡(jiǎn)單，價(jià)廉的器件，它能夠在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下改善功率組件的功率的調(diào)整，且能容易地以緊急備用模式來(lái)導(dǎo)航。
本發(fā)明的主體也是一個(gè)調(diào)整器件，它可增加在發(fā)生故障情況下的安全性且能以相對(duì)較低廉的價(jià)格來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的器件包括，測(cè)燃料饋送率的裝置；電子控制器件，它包含對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度(NP)的輸入信號(hào)的采集裝置；處理所述輸入信號(hào)的裝置，它包含微分元件和求和元件；以及接收所述處理裝置的輸出信號(hào)的閾值比較器。致動(dòng)器接收來(lái)自電子控制器件的輸出信號(hào)并逐步激勵(lì)測(cè)燃料饋送率的裝置，使其以增加饋送率，減小饋送率，或維持饋送率不變。
這類器件特別簡(jiǎn)單，容易安裝和容易使用，由于它不需要使用任何手動(dòng)控制，從而就去除了操縱桿，連桿和曲柄等等。在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，直升機(jī)的飛行員就不用再擔(dān)心要手動(dòng)調(diào)整燃料的饋送率，因?yàn)樗梢宰詣?dòng)控制。
在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，相對(duì)于手動(dòng)改變功率的緊急備用導(dǎo)航，大大簡(jiǎn)化了直升機(jī)的導(dǎo)航。這是因?yàn)轱w行員只要采用平穩(wěn)導(dǎo)航，而不需要任何生硬的動(dòng)作和必須遵循引擎的最大轉(zhuǎn)速以及直升機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和速度上的限制。飛行員不再需要擔(dān)心燃料的饋送率，因?yàn)檫@將由本發(fā)明的器件自動(dòng)監(jiān)視著。特別是，飛行員不再需要瞬時(shí)地手動(dòng)改變?nèi)剂橡佀吐?，以適應(yīng)直升機(jī)機(jī)動(dòng)情況(例如，設(shè)定傾角，降低傾角，著陸，等等)所產(chǎn)生的功率要求。
在較佳實(shí)施例中，致動(dòng)器件是一種電器件，且電子控制器件還包括致動(dòng)器件的電源裝置。
為了能濾波輸入信號(hào)可以采用低通濾波器。
比較器最好包括預(yù)置的高閾值和預(yù)置的低閾值。
致動(dòng)器件最好設(shè)計(jì)成能以較低速度工作，且最好包括最小位置停止位。這樣，就可以獲得信號(hào)的合成效應(yīng)。此外，對(duì)燃料饋送率變化速率的限制能夠加速引擎，而不冒任何泵激的危險(xiǎn)。同樣，最小位置停止位能夠減速引擎，而不冒任何停機(jī)的危險(xiǎn)。
致動(dòng)器件可以是，例如，在指定電源電壓下旋轉(zhuǎn)速度恒定的DC電機(jī)，或其它步進(jìn)電機(jī)。
測(cè)燃料饋送率的裝置可以包括與主要測(cè)燃料器合作的燃料輔助測(cè)燃料器，當(dāng)輔助測(cè)燃料器與主要測(cè)燃料器并行工作時(shí)，它能在出現(xiàn)故障的瞬時(shí)增加一些饋送率，而當(dāng)與主要測(cè)燃料器串行起作用時(shí)，它能去除一些饋送率。作為變化，測(cè)燃料裝置可以是由具有雙輸入的步進(jìn)電機(jī)控制的單個(gè)測(cè)燃料部件，其中一個(gè)輸入由主要調(diào)整系統(tǒng)激勵(lì)，而另一個(gè)輸入在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下由本發(fā)明的器件來(lái)激勵(lì)。
本發(fā)明特別適用于功率組件是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。
以更一般的方式，本發(fā)明也涉及用于在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的方法，其中相對(duì)于發(fā)生故障瞬時(shí)的饋送率自動(dòng)控制增加或減小功率組件的燃料饋送率，作為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度(NP)的函數(shù)。
用作轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的單個(gè)輸入信號(hào)允許以特別簡(jiǎn)單和廉價(jià)的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。
參照例子和附圖的說明來(lái)討論特殊實(shí)施例能更好地理解本發(fā)明。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的器件基本原理的功能方框圖；以及圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的器件的典型實(shí)施例的功能方框圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升機(jī)的功率組件的功率的器件包括電子控制器件1，用于接收對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的輸入信號(hào)NP。電子控制器件1與致動(dòng)器件2相連接，致動(dòng)器件2接收來(lái)自電子控制器件1的輸出信號(hào)且逐步激勵(lì)測(cè)燃料饋送率的裝置3，隨后通過圖中4所示管道將燃料輸送到驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的功率組件，燃料是由儲(chǔ)存箱(未顯示)通過圖中5所示的管道提供的。致動(dòng)器2能夠根據(jù)從電子控制器件1接收到的信號(hào)，通過測(cè)燃料裝置3逐步增加或逐步減小燃料的饋送率。
電子控制器件1和致動(dòng)器件2與測(cè)燃料裝置3組合起來(lái)，構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)緊急備用器件，可用于控制輸入功率組件(例如，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))的燃料饋送率，這樣就可以相對(duì)發(fā)生故障瞬間的原有燃料饋送率，增加或去除燃料饋送率。
圖1同樣表示了在正常工作期間，即沒有出現(xiàn)故障期間，為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃料的主要調(diào)整系統(tǒng)。在這種情況下，主要調(diào)整系統(tǒng)6作用于主要測(cè)燃料裝置7，通過導(dǎo)管4向渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供適于直升機(jī)飛行條件下每個(gè)瞬時(shí)的燃料饋送率。
眾所周知，在飛行條件下，主要調(diào)整系統(tǒng)能夠調(diào)整由引擎所提供的功率，使得直升機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度維持在一個(gè)基本恒定的數(shù)值上。本發(fā)明的功率調(diào)整器件能夠在故障出現(xiàn)以后補(bǔ)償主要調(diào)整系統(tǒng)6的失效，而不需要飛行員承擔(dān)特別機(jī)敏的手動(dòng)改變操作。
在圖1所說明的實(shí)施例中，測(cè)燃料裝置3不同于主要測(cè)燃料裝置7。測(cè)燃料裝置3與主要測(cè)燃料裝置7并行工作，則可相對(duì)于出現(xiàn)故障瞬時(shí)的燃料饋送率增加燃料饋送率；而測(cè)燃料裝置3與主要測(cè)燃料裝置7串行工作，則可相對(duì)于出現(xiàn)故障瞬時(shí)的燃料饋送率減小燃料饋送率。
在圖2所說明的實(shí)施例中，我們?cè)僖淮问闺娮涌刂?器件1接收對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的信號(hào)NP作為單個(gè)輸入信號(hào)。電子控制器件1包括信號(hào)NP的采集裝置8，之后是濾波器件9，如低通濾波器形式的。濾波器9的輸出信號(hào)通過連接器10饋送至微分元件11并通過連接器12饋送至求和元件13。因此，求和器13的輸出信號(hào)的形式是NP+K.dNP/dt的形式。該信號(hào)通過連接器14輸送至基于閾值的比較器15，該基于閾值的比較器15包括具有高閾值的比較元件15a和具有低閾值的比較元件15b。高閾值的數(shù)值和低閾值的數(shù)值都分別通過連接器16a，16b送入比較器15a和15b。
因此，基于閾值的比較器15將信號(hào)NP+K.dNP/dt與高閾值和低閾值比較。比較器15通過它的輸出端17a，17b之一發(fā)出一個(gè)輸出信號(hào)，輸出端與控制致動(dòng)器件2的電源器件18相連接。因此，如果NP+K.dNP/dt低于低閾值就在增加燃料饋送率的方向上，或者如果NP+K.dNP/dt高于高閾值就在降低燃料饋送率的方向上，以全有或全無(wú)的模式實(shí)現(xiàn)對(duì)致動(dòng)器2的控制。在比較器15沒有任何輸出信號(hào)的情況下，也就是說當(dāng)信號(hào)NP+K.dNP/dt處于高和低的閾值之間時(shí)，致動(dòng)器2就不會(huì)運(yùn)行且燃料饋送率保持不變。
于是，本發(fā)明器件的作用使得信號(hào)NP的值維持在預(yù)定低閾值和預(yù)定高閾值之間，這樣就使直升機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度保持在兩個(gè)類似的預(yù)定閾值之間。
一旦功率要求的變化引起直升機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的變化，因此引起信號(hào)NP的變化時(shí)，就可能根據(jù)導(dǎo)數(shù)項(xiàng)“K.dNP/dt”來(lái)預(yù)測(cè)致動(dòng)器件2的控制。
電致動(dòng)器件2最好以相當(dāng)?shù)偷乃俣冗\(yùn)行。此外，它最好包括最小位置停止位。這樣，如以上所指出的，就能夠得到對(duì)燃料饋送率的變化速率的限制以及對(duì)低數(shù)值燃料饋送率的限制，因此就能加速渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)而沒有泵激的風(fēng)險(xiǎn)，或減速渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)而沒有關(guān)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。
電致動(dòng)器件2可以是DC電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，以保證相對(duì)低的運(yùn)行速度下。
致動(dòng)器件2的電源器件18能夠控制恒定的運(yùn)行速度，或根據(jù)信號(hào)NP和運(yùn)行方向控制運(yùn)行速度。
從整體上看，電子控制器件1可以有幾種方法來(lái)構(gòu)成。于是，它可以采用運(yùn)算放大器，使其成為模擬電子器件。它也可以采用EPLD型的可編程數(shù)字元件，ASIC型的專用元件或直接利用軟件控制的微處理器，使其獲得以上所討論的功能。
電子控制器件1可以集成在對(duì)應(yīng)于調(diào)整的緊急備用操作的專用盒中，另一方面，它也可集成在執(zhí)行直升機(jī)其它功能的盒中。
本發(fā)明的調(diào)整器件能以較低的生產(chǎn)管理成本，在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下提供操作的緊急備用模式，飛行員使用該器件比使用純手動(dòng)緊急備用器件更容易且更安全。
在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，本發(fā)明的器件相對(duì)于發(fā)生故障時(shí)存在的饋送率來(lái)自動(dòng)地命令增加或減小提供給功率組件的燃料饋送率，而燃料饋送率是直升機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的獨(dú)立函數(shù)。由此使飛行員所承受的負(fù)擔(dān)要比使用常規(guī)類型的手動(dòng)緊急備用器件小得多。特別是，依賴于本發(fā)明的調(diào)整器件，飛行員只需要采用平穩(wěn)導(dǎo)航，并小心地去遵循既適合引擎又適合直升機(jī)飛行的操作限制。燃料的饋送率由本發(fā)明的調(diào)整器件自動(dòng)地監(jiān)視著。
對(duì)單引擎直升機(jī)來(lái)說，這種簡(jiǎn)化特別值得做，在單引擎直升機(jī)中，直升機(jī)的任何機(jī)動(dòng)都需要燃料饋送率的手動(dòng)改變。
此外，本發(fā)明的器件提高了安全性，因?yàn)樗恍枰w行員少量的機(jī)敏性。另外，依賴本發(fā)明的器件，就不再需要飛行員去經(jīng)受特殊的訓(xùn)練來(lái)使用緊急備用模式的導(dǎo)航，從而為操作者展示可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的器件也能夠減少對(duì)主要調(diào)整系統(tǒng)的可靠性，安全性以及有效性的限制，特別是，在發(fā)生故障的情況下具有有效的、可靠的和便于操作的緊急備用操作模式，它可以接受主要調(diào)整系統(tǒng)故障可接受頻率的增加。
本發(fā)明的器件特別適用于安裝在單引擎直升機(jī)上的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)榕c純手動(dòng)緊急備用器件相比，增加了飛行員使用的方便性。此外，在這種情況下，本發(fā)明的器件允許降低生產(chǎn)成本，而手動(dòng)緊急備用器件需要高成本且難以制造的旋轉(zhuǎn)操作控制器件。
本發(fā)明的器件也可以應(yīng)用于雙引擎的直升機(jī)。在這種情況下，當(dāng)一個(gè)引擎切換到緊急備用模式時(shí)，為了避免在兩個(gè)引擎之間過大的負(fù)載不平衡，就必須對(duì)保持在正常運(yùn)行狀態(tài)的另一個(gè)引擎提供自動(dòng)適應(yīng)的調(diào)整規(guī)則。
本發(fā)明的器件特別簡(jiǎn)單，因?yàn)橹粚蝹€(gè)參數(shù)作為輸入，即轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，必要的計(jì)算函數(shù)十分簡(jiǎn)單(將速度信號(hào)與其導(dǎo)數(shù)之和與兩個(gè)預(yù)定閾值比較)并且電致動(dòng)器以全有或全無(wú)的模式來(lái)控制燃料饋送率的增加，燃料饋送率的減小，或維持燃料饋送率不變。
權(quán)利要求
1.用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的器件，包括測(cè)燃料饋送率的裝置；電子控制器件(1)，包含對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度(NP)的輸入信號(hào)的采集裝置(8)；處理所述輸入信號(hào)的裝置，包含微分元件(11)和求和元件(13)，其特征在于，求和元件被設(shè)置成對(duì)旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)(NP)和它的微分值(K.dNP/dt)求和；基于閾值的比較器(15)接收所述求和元件的輸出信號(hào)且對(duì)致動(dòng)器件(2)發(fā)出輸出信號(hào)，該信號(hào)能在增加或減小饋送率的方向上對(duì)測(cè)燃料饋送率的裝置(3)逐步起作用。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)整器件，其特征在于，致動(dòng)器件是一個(gè)電器件，且電子控制器件進(jìn)一步包括致動(dòng)器件的電源裝置(18)。
3.如前述權(quán)利要求中任一所述的調(diào)整器件，其特征在于，低通濾波器(9)進(jìn)行輸入信號(hào)的濾波。
4.如前述權(quán)利要求中任一所述的調(diào)整器件，其特征在于，比較器包括高閾值(15a)和低閾值(15b)。
5.如前述權(quán)利要求中任一所述的調(diào)整器件，其特征在于，致動(dòng)器件以相對(duì)低的速度運(yùn)行并包括最小位置停止位。
6.如權(quán)利要求5所述的調(diào)整器件，其特征在于，致動(dòng)器件是DC電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)于指定的電源電壓是恒定的。
7.如權(quán)利要求5所述的調(diào)整器件，其特征在于，致動(dòng)器件是步進(jìn)電機(jī)。
8.如前述權(quán)利要求中任一所述的調(diào)整器件，其特征在于，測(cè)燃料饋送率的裝置包括與主要測(cè)燃料器(7)并行工作的輔助測(cè)燃料器(3)。
9.如前述權(quán)利要求中任一所述的調(diào)整器件，其特征在于，功率組件是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
10.在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的方法，其特征在于，相對(duì)于故障瞬時(shí)的饋送率，作為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度(NP)的函數(shù)，來(lái)自動(dòng)控制對(duì)功率組件的燃料饋送率的增加或減小。
11.一種直升機(jī)，它包括驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)子的功率組件和采用測(cè)燃料饋送率的裝置為功率組件供料的主要調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，直升機(jī)裝備了在主要調(diào)整系統(tǒng)出現(xiàn)故障情況下用于備用的緊急器件，它包括電子控制器件(1)，包括對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度(NP)的輸入信號(hào)的采集裝置(8)；處理所述輸入信號(hào)的處理裝置，它包含微分元件(11)和求和元件(13)，其中求和元件被設(shè)置成對(duì)旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)(NP)和它的微分值(K.dNP/dt)求和；和基于閾值的比較器，它接收所述求和元件的輸出信號(hào)且對(duì)致動(dòng)器件(2)發(fā)出輸出信號(hào)，該信號(hào)能在增加或減小饋送率的方向上對(duì)測(cè)燃料饋送率的裝置(3)逐步起作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)直升機(jī)轉(zhuǎn)子的功率組件的功率的器件，包括測(cè)燃料饋送率的裝置。本發(fā)明的特征在于它還包括電子控制器件(1)，包含對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度NP的輸入信號(hào)的采集裝置(8)；處理所述輸入信號(hào)的裝置，包含微分元件(11)和求和元件(13)；閾值比較器(15)，用于接收所述處理裝置的輸出信號(hào)；以及致動(dòng)器件(2)，用于接受電子控制器件(1)的輸出信號(hào)并激勵(lì)測(cè)燃料饋送率的裝置(3)。
文檔編號(hào)F02C9/46GK1413289SQ0081774
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2000年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者C·P·努西投, J·－P·J·馬林 申請(qǐng)人:圖爾博梅卡