專利名稱：控制渦輪機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空的一般領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種在發(fā)動機(jī)吸入水或冰雹的情況下控制飛行器渦輪發(fā)動機(jī)的方法。通常，渦輪發(fā)動機(jī)的操作由電子控制單元調(diào)節(jié)，其執(zhí)行主調(diào)節(jié)循環(huán)以根據(jù)所需推力將在發(fā)動機(jī)上取得的測量值(速度、發(fā)動機(jī)壓力比(EPR)...)的組合伺服控制到指定設(shè)定值，其中所需推力作用于燃料釋放到燃燒腔的流速。電子控制單元也對在發(fā)動機(jī)中的可變幾何形狀的裝置執(zhí)行次級調(diào)節(jié)循環(huán)。在此使用的術(shù)語“可變幾何形狀”表示一件裝置的尺寸、形狀、位置和/或速度可以根據(jù)檢測的結(jié)果或限定的參數(shù)進(jìn)行修改以作用于發(fā)動機(jī)的操作。可變幾何形狀的裝置的示例包括用于從壓縮機(jī)放出空氣的閥(具有可變開口的閥)、具有可變節(jié)距的壓縮機(jī)定子葉片、在頂端的間隙可變的渦輪機(jī)葉片等等。具體地，已知根據(jù)低速XN25R來控制在壓縮機(jī)中的可變節(jié)距定子葉片(也稱為可變定子葉片(VSV))的螺旋角，低速XN25R本身是根據(jù)高壓轉(zhuǎn)子的速度XN25和在發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)的入口處的溫度T25來確定。在發(fā)動機(jī)吸入水和冰雹的情況下，當(dāng)由相應(yīng)傳感器測量的溫度T25下降時，其導(dǎo)致低速XN25R增大，并且因此導(dǎo)致葉片過度敞開。這種過度敞開會導(dǎo)致壓縮機(jī)的波動。為了避免這些缺陷，使用用于測量溫度T25的探針是已知的，該探針提供慣性集塵器用于保護(hù)探針的有效部分免于遭受水和冰雹損害，以便于在吸入水或冰雹的情況下避免受到干擾。也已經(jīng)提出建議，設(shè)計控制各葉片具有一定余量的敞開角度的關(guān)系，該余量在對溫度T25的測量值有干擾的情況下也足以避免波動。然而，這種解決方案的可行性包括其他技術(shù)的折中。此外，在這種情況下檢測在渦輪發(fā)動機(jī)中吸入水和冰雹以及調(diào)整發(fā)動機(jī)的操作是已知的。例如，文獻(xiàn)FR2681377推薦根據(jù)在壓縮機(jī)入口處空氣溫度(在該文獻(xiàn)中表示為T2)和在來自壓縮機(jī)的出口處的空氣溫度T3之間的差值來檢測水吸入。如果吸入水，發(fā)動機(jī)的速度增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不存在至少一些上述缺陷的控制渦輪發(fā)動機(jī)的方法。具體地，本發(fā)明的目的在于能夠使用不需要慣性集塵器的溫度傳感器。為此，本發(fā)明提供一種控制渦輪發(fā)動機(jī)的方法，該方法包括:-由第一溫度傳感器測量第一溫度的步驟，-由第二溫度傳感器測量第二溫度的步驟，-建模所述第一溫度估算第三溫度的步驟，以及-根據(jù)測量的所述第一溫度為發(fā)動機(jī)的至少一個可變幾何形狀的設(shè)備確定至少一個控制設(shè)定值的步驟；
所述方法特征在于，所述第一傳感器的時間常數(shù)Cl大于所述第二傳感器的時間常數(shù)C2，并且所述方法還包括:-根據(jù)測量的所述第二溫度的下降值，檢測水或冰雹的吸入的步驟，以及-當(dāng)檢測到吸入水或冰雹時，根據(jù)估算的所述第三溫度確定所述控制設(shè)定值的步驟。在渦輪發(fā)動機(jī)吸入水和冰雹的情況下，由傳感器測量時第一和第二溫度下降。更精確地，第二溫度下降得比第一溫度快，因為第二溫度具有更短的時間常數(shù)。在第一溫度下降到足以干擾控制設(shè)定值的確定之前，第二溫度的更快下降使得能夠檢測水和冰雹的吸入。響應(yīng)于檢測水或冰雹的吸入，然后根據(jù)第三溫度能夠確定控制設(shè)定值，即使用第一溫度的模型取代第一溫度本身，以便確保第一溫度的繼續(xù)下降不干擾控制設(shè)定值的確定。因此，本發(fā)明使得能夠使用可以具有相對較長時間常數(shù)的第一溫度傳感器。因而，第一傳感器可以具有簡單結(jié)構(gòu)并且不需要慣性集塵器，并且因此可以具有較低的成本。此夕卜，控制關(guān)系能夠確定控制設(shè)定值，而不需要考慮安全余量以便在吸入水的情況下適用第一溫度的下降。在一個實施例中，為多個裝置部件確定多個設(shè)定值。第一溫度可以是在渦輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)的入口處的溫度T25，而第二溫度可以是在來自所述壓縮機(jī)的出口處的溫度T3。在一個實施例中，所述第一溫度傳感器不具有慣性集塵器。通過示例，所述控制設(shè)定值是用于所述壓縮機(jī)的一組可變節(jié)距定子葉片的螺旋角。在一個實施例中，當(dāng)沒有檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設(shè)定值同時使用第一控制關(guān)系，并且當(dāng)檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設(shè)定值同時使用與第一控制關(guān)系不同的第二控制關(guān)系，并且其中對于指定輸入溫度，第二控制關(guān)系提供比第一控制關(guān)系提供更封閉的角度設(shè)定值。以相應(yīng)的方式，本發(fā)明還提供一種計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包括當(dāng)由計算機(jī)執(zhí)行所述程序時用于執(zhí)行本發(fā)明如上所述方法的指令。本發(fā)明還提供一種用于控制渦輪發(fā)動機(jī)的電子單元，所述電子單元包括存儲該計算機(jī)程序的存儲器。


通過閱讀下面借由非限制性指示并且參考附圖給出的描述可以更好地理解本發(fā)明，其中:圖1為渦輪發(fā)動機(jī)的透視圖；圖2為表示在本發(fā)明實施方式中的電子控制單元的視圖；圖3為用于執(zhí)行在本發(fā)明實施例中的方法的控制方法的方框圖。
具體實施例方式下面主要在它應(yīng)用到構(gòu)成飛機(jī)推力發(fā)動機(jī)的氣體渦輪機(jī)的情況下描述本發(fā)明，例如，在圖1中以較高圖示化方式所示。然而，本發(fā)明可應(yīng)用到其他渦輪發(fā)動機(jī)，尤其是應(yīng)用直升飛機(jī)的渦輪機(jī)，工業(yè)渦輪機(jī)，用于輔助動力單元(APU)的渦輪機(jī)。在圖1中所示的渦輪發(fā)動機(jī)6包括燃燒腔1，其中來自腔I的燃燒氣體驅(qū)動高壓(HP)渦輪機(jī)2和低壓(LP)渦輪機(jī)3。HP渦輪機(jī)2由軸聯(lián)接到HP壓縮機(jī)4，HP壓縮機(jī)4在壓力下給燃燒腔I供應(yīng)空氣，而LP渦輪機(jī)3由另一個軸聯(lián)接到LP壓縮機(jī)7以及聯(lián)接到在發(fā)動機(jī)的入口處的風(fēng)扇5。發(fā)動機(jī)6的操作由電子控制單元20控制，如在圖2中所示，該單元執(zhí)行主調(diào)節(jié)循環(huán)以根據(jù)所需推力將在發(fā)動機(jī)上取得的測量值組合伺服控制到設(shè)定值，所需推力作用于該流速釋放燃料到燃燒腔的流速。電子控制單元也對發(fā)動機(jī)的可變幾何裝置執(zhí)行次級調(diào)節(jié)循環(huán)。為此，電子控制單元20獲取各個信號，其表示各個測量的操作參數(shù)，并且尤其是:-在HP壓縮機(jī)4的入口處的溫度T25；-在來自HP壓縮機(jī)4的出口處的溫度T3；-在風(fēng)扇5的入口處的溫度T12;-環(huán)境壓力Pamb；以及-LP控制器7和LP渦輪機(jī)3的旋轉(zhuǎn)速度NI。電子控制單元20具有計算機(jī)的硬件架構(gòu)，并且它包括微處理器21、只讀存儲器(ROM) 22、隨機(jī)存取存儲器(RAM) 23和接口 24。在操作中，微處理器21執(zhí)行存儲在R0M22中的計算機(jī)程序同時使用RAM23。接口 24使電子控制單元20能夠獲取各個上述指定信號，并且發(fā)送表示設(shè)定值的信號給確定的控制。溫度T25和T3由溫度傳感器測量。當(dāng)它們獲取測量值時，溫度傳感器通常承受對每個傳感器具有特異性的一定量的慣量，并且該慣量尤其是依賴于制造傳感器的材料以及它的重量(或大小)。該慣量引起在由傳感器獲取測量值的時刻與傳感器響應(yīng)于該測量值發(fā)送信號的時刻之間的時間偏差。這就是在測量中所述的“牽制效應(yīng)”。以已知的方式，傳感器的慣量可以以時間常數(shù)表示。例如，文獻(xiàn)US5080496推薦利用具有設(shè)定值的濾波器數(shù)字建模傳感器的慣量，所述設(shè)定值使通過估算傳感器的時間常數(shù)確定的。溫度T25由具有時間常數(shù)Cl的溫度傳感器測量，而溫度T3由具有比Cl短的時間常數(shù)C2的溫度傳感器測量。例如，與溫度T25相關(guān)的時間常數(shù)Cl的最大可接受值是:-對于20千克每秒每平方米(kg/(s.m2))的空氣流量為60秒；-對于50kg/(s.m2)的空氣流量為34.2秒；以及-對于350kg/(s.m2)的空氣流量為18秒；而與溫度T3相關(guān)的時間常數(shù)C2的最大可接受值是:-對于20kg/(s.m2)的空氣流量為4秒；-對于50kg/(s.m2)的空氣流量為I秒；以及-對于350kg/(s.m2)的空氣流量為0.8秒。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以觀察到時間常數(shù)Cl的上述值比在現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的
值顯著更長。此外，電子控制單元20可以通過模型估算某些參數(shù)的值。例如，溫度T25可以由建模的溫度T25M估算。用于溫度T25M的模型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是已知的并且不需要給出詳細(xì)描述。例如，溫度T25M可以根據(jù)溫度T12、旋轉(zhuǎn)速度N1、以及壓力Pamb來確定。如上解釋，吸入的水或冰雹可以干擾發(fā)動機(jī)6的操作。因此，電子控制單元20執(zhí)行檢測水或冰雹的吸入的方法，并且當(dāng)檢測到吸入時它調(diào)整發(fā)動機(jī)6的操作。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知有多種方法用于檢測水或冰雹的吸入，并且不需要詳細(xì)地描述它們。例如，可以根據(jù)溫度T3的下降檢測吸入。圖3為使得能夠控制發(fā)動機(jī)6的操作的控制方法的方框圖。例如，可以由執(zhí)行計算機(jī)程序的電子控制單元20執(zhí)行圖3的控制方法。圖3示出建模模塊11、檢測模塊12、選擇器13、以及確定模塊14。建模模塊11根據(jù)例如溫度T12、旋轉(zhuǎn)速度N1、以及壓力Pamb建模溫度T25并且確定溫度T25M。檢測模塊12根據(jù)溫度T3、T25以及Τ25Μ來檢測水或冰雹的吸入。更精確地，溫度Τ3的下降用來檢測吸入。也可以使用其他參數(shù)。選擇器13接收溫度Τ25和Τ25Μ以及來自檢測模塊12的輸出信號作為輸入。當(dāng)檢測模塊12指示沒有吸入時，然后選擇器13輸出溫度Τ25的信號。當(dāng)檢測模塊12指示吸入時，然后選擇器13輸出溫度Τ25Μ的信號。確定模塊14根據(jù)由選擇器13發(fā)送的輸入值確定用于在發(fā)動機(jī)6中的可變幾何形狀裝置的控制設(shè)定值。換句話說，如果沒有吸入，控制設(shè)定值根據(jù)溫度Τ25確定；如果有吸入，然后使用溫度Τ25Μ來取代溫度Τ25。自然地，確定模塊14也可以使用其他參數(shù)用于確定控制設(shè)定值。圖3控制方法如下操作。在不存在吸入水或冰雹情況下，選擇器13發(fā)送溫度Τ25給確定模塊14。在發(fā)動機(jī)吸入水或冰雹的情況下，當(dāng)由傳感器測量時兩個溫度Τ25和Τ3都下降。更精確地，溫度Τ3下降得比溫度Τ25更快，因為用于溫度Τ3的傳感器具有時間常數(shù)C2，其比用于溫度Τ25的傳感器的時間常數(shù)Cl更短。相反，溫度Τ25Μ不下降，或者其下降至少以沒有溫度Τ25下降的顯著，因為它是根據(jù)不被吸入顯著干擾的參數(shù)確定。溫度Τ3的較快下降使得檢測模塊12能夠在溫度Τ25下降到足以干擾由確定模塊14確定控制設(shè)定值之前檢測已經(jīng)吸入水或冰雹。響應(yīng)于檢測已經(jīng)吸入水或冰雹，選擇器13切換并且因此發(fā)送溫度Τ25Μ給確定模塊14。確定模塊14然后使用溫度Τ25Μ取代溫度Τ25，以便確定控制設(shè)定值。因此，在溫度Τ25方面的繼續(xù)下降不干擾控制的設(shè)定值的確定。因此，因為測量溫度Τ25的傳感器具有相對較長的時間常數(shù)Cl，所以測量的溫度Τ25在吸入水的情況下不會快速下降并且可以繼續(xù)在檢測吸入之前臨時用來確定控制設(shè)定值。該傳感器因此可以是在結(jié)構(gòu)上較簡單的，不需要慣性集塵器，并且它可以是較低成本的。例如，確定模塊14確定用于HP壓縮機(jī)4的可變節(jié)距葉片的角度設(shè)定值，用于葉片閥的敞開位置，和/或在與推力相關(guān)的設(shè)定值的增加。因為相對較長的時間常數(shù)Cl，并且因為選擇器13，在吸入水或冰雹的情況下，發(fā)送到確定模塊14的輸入信號不顯著下降。因此，確定模塊14不需要考慮安全余量以便容許在吸入水或冰雹的情況下溫度T25的測量值的下降。在未示出的變形中，確定模塊14除了接收由選擇器13輸出的信號外還接收由檢測模塊12輸出的信號作為輸入，并且在不存在水吸入的情況下確定模塊14使用第一控制關(guān)系用于確定控制設(shè)定值，而在吸入水的情況下使用不同于第一控制關(guān)系的第二控制關(guān)系。對于給定輸入溫度，第二控制關(guān)系提供比第一控制關(guān)系提供的更封閉的角度設(shè)定值。因此，在該變形中，在吸入的情況下，激活極大的關(guān)閉以便補償在這種情況下波動增大的風(fēng)險。上述參考與溫度T25和T3相關(guān)的實施例描述了本發(fā)明。在變形中，本發(fā)明也可以使用到在渦輪發(fā)動機(jī)中的不同位置處測量的兩個其他溫度。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)的控制方法，該方法包括: -由第一溫度傳感器測量第一溫度(T25)的步驟， -由第二溫度傳感器測量第二溫度(T3)的步驟， -建模所述第一溫度估算第三溫度(T25M)的步驟，以及 -根據(jù)測量的所述第一溫度，為所述發(fā)動機(jī)的至少一個可變幾何形狀的設(shè)備確定至少一個控制設(shè)定值的步驟； 所述方法特征在于，所述第一傳感器的時間常數(shù)Cl比所述第二傳感器的時間常數(shù)C2大，并且所述方法還包括: -根據(jù)測量的所述第二溫度的下降，檢測水或冰雹的吸入的步驟，以及 -當(dāng)檢測到吸入水或冰雹時，根據(jù)估算的所述第三溫度，確定所述控制設(shè)定值的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述第一溫度是在所述渦輪發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)(4)的入口處的溫度T25，而所述第二溫度可以是在來自所述壓縮機(jī)的出口處的溫度T3。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的控制方法，其中所述第一溫度傳感器不具有慣性集塵器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的控制方法，其中所述控制設(shè)定值是用于所述壓縮機(jī)的一組變距定子葉片的角度設(shè)定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其中，當(dāng)沒有檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設(shè)定值同時使用第一控制關(guān)系，并且當(dāng)檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設(shè)定值同時使用與所述第一控制關(guān)系不同的第二控制關(guān)系，并且其中對于給定輸入溫度，所述第二控制關(guān)系提供的角度設(shè)定值比所述第一控制關(guān)系提供的的角度設(shè)定值更封閉。
6.一種計算機(jī)程序，其包括當(dāng)所述程序由計算機(jī)執(zhí)行時用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的方法的指令。
7.一種用于控制渦輪發(fā)動機(jī)的電子單元(20)，所述電子單元具有存儲根據(jù)權(quán)利要求6的計算機(jī)程序的存儲器(22)。
全文摘要
控制渦輪機(jī)的方法包括由第一溫度傳感器測量第一溫度(T25)的步驟，由第二溫度傳感器測量第二溫度(T3)的步驟，建模所述第一溫度估算第三溫度(T25M)的步驟，以及根據(jù)測量的所述第一溫度為渦輪機(jī)的至少一個可變幾何形狀的設(shè)備確定至少一個控制設(shè)定值的步驟；所述方法特征在于，所述第一傳感器的時間常數(shù)C1比第二傳感器的時間常數(shù)C2大，并且所述方法還包括根據(jù)測量的所述第二溫度的下降，檢測水或冰雹的吸入的步驟，以及當(dāng)檢測到吸入水或冰雹時，根據(jù)估算的所述第三溫度確定所述控制設(shè)定值的步驟。
文檔編號F02C9/28GK103180577SQ201180051235
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者布魯諾·羅伯特·加利, 塞德里克·德杰拉西, 達(dá)拉赫·麥格拉斯, 吉恩-米歇爾·洛克斯 申請人:斯奈克瑪