本發(fā)明涉及一種航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，具體涉及對(duì)包括燃?xì)獍l(fā)生器和電動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，以根據(jù)航空飛行員的控制桿的位置提供所需的推力。

背景技術(shù)：

1、為了改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在瞬態(tài)階段(加速、減速等)的響應(yīng)時(shí)間，已提出在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上配備電動(dòng)機(jī)，以提供額外的電動(dòng)扭矩，從而在不引發(fā)喘振現(xiàn)象的情況下提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。為此，通過專利申請(qǐng)wo2016/020618a1，已知一種航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括燃?xì)獍l(fā)生器，該燃?xì)獍l(fā)生器包括低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪。該低壓渦輪通過具有低壓轉(zhuǎn)速n1的低壓旋轉(zhuǎn)軸連接到低壓壓縮機(jī)。該高壓渦輪通過具有高壓轉(zhuǎn)速n2的高壓旋轉(zhuǎn)軸連接到高壓壓縮機(jī)。

2、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)構(gòu)成高壓旋轉(zhuǎn)軸上的扭矩注入裝置。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括電子控制系統(tǒng)，其允許確定渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的燃料設(shè)定點(diǎn)和電動(dòng)機(jī)的扭矩設(shè)定點(diǎn)。

3、如圖1所示，當(dāng)飛行員命令渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)，低壓轉(zhuǎn)速設(shè)定點(diǎn)n1cons被發(fā)送到電子控制系統(tǒng)。為了使低壓轉(zhuǎn)速n1增加到低壓轉(zhuǎn)速設(shè)定點(diǎn)n1cons，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)計(jì)算燃料設(shè)定點(diǎn)qcons和電動(dòng)機(jī)的扭矩設(shè)定點(diǎn)，以限制渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的加速時(shí)間和喘振現(xiàn)象。

4、在實(shí)際操作中，如圖1所示，對(duì)于高壓轉(zhuǎn)速n2約為20,000rpm(時(shí)刻t1)的情況，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率pe在約5秒后達(dá)到最大值。參見圖2，在此轉(zhuǎn)速下，高壓旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的功率p2遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)消耗的電功率pe。因此，對(duì)于某些高壓轉(zhuǎn)速n2，電動(dòng)機(jī)保持較低的輸入，但其始終處于激活狀態(tài)，這會(huì)增加電動(dòng)機(jī)所連接的電源(電池等)的消耗。

5、解決這個(gè)問題的直接方法是當(dāng)高壓轉(zhuǎn)速n2超過預(yù)定閾值時(shí)，停止電動(dòng)機(jī)。然而，這種解決方案不可行，因?yàn)樗赡苋Q于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件、燃?xì)獍l(fā)生器的類型和電動(dòng)機(jī)的類型。電動(dòng)機(jī)的突然關(guān)閉還會(huì)導(dǎo)致控制困難(拖曳效應(yīng)、燃料調(diào)節(jié)等)。

6、本發(fā)明的目的在于消除至少部分這些缺點(diǎn)。

7、現(xiàn)有技術(shù)包括專利申請(qǐng)fr3087491a1和us2020/27063a1，它們提出了控制航空器的電動(dòng)機(jī)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括位于燃?xì)獍l(fā)生器的上游的風(fēng)扇，所述風(fēng)扇限定主氣流和次級(jí)氣流，所述燃?xì)獍l(fā)生器被主氣流穿過，并且所述燃?xì)獍l(fā)生器包括低壓壓縮機(jī)、高壓壓縮機(jī)、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪，所述低壓渦輪通過低壓旋轉(zhuǎn)軸連接到低壓壓縮機(jī)，所述高壓渦輪通過高壓旋轉(zhuǎn)軸連接到高壓壓縮機(jī)，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)在高壓旋轉(zhuǎn)軸上形成扭矩注入裝置，在所述方法中，定義燃燒室中的燃料流量設(shè)定點(diǎn)和供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的扭矩設(shè)定點(diǎn)，所述控制方法包括以下步驟：

2、·確定混合率，所述混合率對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)消耗的功率與高壓旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的功率之比，

3、·根據(jù)混合率，確定扭矩閾值，并且

4、·如果扭矩設(shè)定點(diǎn)大于扭矩閾值，則將扭矩設(shè)定點(diǎn)限制為扭矩閾值。

5、得益于本發(fā)明，扭矩設(shè)定點(diǎn)可以在基于混合率(即驅(qū)動(dòng)高壓旋轉(zhuǎn)軸所消耗的電能比例)確定的扭矩閾值下飽和。這樣，當(dāng)該電能在驅(qū)動(dòng)中不重要時(shí)，可以有利地減少電力消耗。這可以減小電源的尺寸和體積，對(duì)于航空器而言在環(huán)保方面上是有利的。此外，根據(jù)本發(fā)明增加的扭矩閾值不會(huì)影響渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)用于確定燃料設(shè)定點(diǎn)和扭矩設(shè)定點(diǎn)的總體控制。

6、優(yōu)選地，扭矩閾值按照如下規(guī)律確定：

7、tseuil＝tmax*a，其中

8、·a是由混合速率th確定的占空比，并且

9、·tmax是電動(dòng)機(jī)me的最大扭矩設(shè)定點(diǎn)。

10、因此，扭矩閾值是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的最大能力確定的，從而允許動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

11、優(yōu)選地，占空比根據(jù)遞增函數(shù)由混合率確定。使用遞增函數(shù)意味著當(dāng)混合率增加時(shí)，優(yōu)先使用電動(dòng)機(jī)，相反，當(dāng)混合率較低時(shí)，電動(dòng)機(jī)的使用受到限制。

12、優(yōu)選地，該函數(shù)嚴(yán)格遞增到預(yù)定的混合閾值處。這優(yōu)化了電動(dòng)機(jī)的使用。

13、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該函數(shù)在達(dá)到預(yù)定的混合閾值處之前是線性的。使用線性函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)比例處理，從而有效地限制扭矩設(shè)定點(diǎn)。

14、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該函數(shù)在達(dá)到預(yù)定的混合閾值處之前呈指數(shù)變化。該指數(shù)函數(shù)用于在混合率較低時(shí)顯著限制扭矩。與線性函數(shù)相比，這種指數(shù)函數(shù)能夠保持較高的控制性能，限制超調(diào)或拖曳現(xiàn)象。

15、優(yōu)選地，在混合率高于預(yù)定的混合閾值時(shí)，占空比等于1。這意味著當(dāng)混合率高于閾值時(shí)不會(huì)發(fā)生飽和現(xiàn)象。優(yōu)選地，預(yù)定的混合閾值大于50％，并且優(yōu)選地小于70％。對(duì)于高混合率，電動(dòng)機(jī)仍然是優(yōu)先使用的。

16、本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行該程序時(shí)，該指令執(zhí)行前面提出的控制方法的步驟。

17、本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制系統(tǒng)，該電子控制系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包含如前所述的計(jì)算機(jī)程序的指令。

18、本發(fā)明還涉及一種包括如上所述的電子系統(tǒng)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的控制方法，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述扭矩閾值(tseuil)根據(jù)以下規(guī)律確定：tseuil＝tmax*a，其中

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其中所述占空比(a)根據(jù)遞增函數(shù)(l1，l2)由混合率(th)確定。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其中在大于預(yù)定的混合閾值(sth)時(shí)，所述占空比(a)等于1。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其中函數(shù)(l1)呈線性增長(zhǎng)直到預(yù)定的混合閾值(sth)處。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其中函數(shù)(l1)呈指數(shù)增長(zhǎng)直至預(yù)定的混合閾值(sth)處。

7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的控制方法，其中預(yù)定的混合閾值(sth)大于50％，并且優(yōu)選小于70％。

8.一種計(jì)算機(jī)程序，其包括當(dāng)所述程序由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的控制方法的步驟的指令，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括

9.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的電子控制系統(tǒng)(300)，其包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器包含根據(jù)權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)程序的指令。

10.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)，其包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子控制系統(tǒng)(300)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括位于燃?xì)獍l(fā)生器上游的風(fēng)扇，該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)形成用于高壓旋轉(zhuǎn)軸的扭矩注入裝置，在該方法中，確定燃燒室的燃料流量設(shè)定點(diǎn)和電動(dòng)機(jī)(ME)的扭矩設(shè)定點(diǎn)(Tcons)，該控制方法包括以下步驟：確定(El)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)(ME)消耗的功率(Pe)與高壓旋轉(zhuǎn)軸(P2)產(chǎn)生的功率之比的混合率(TH)，根據(jù)混合率(TH)確定(E2)扭矩閾值(Tseuil)，如果扭矩設(shè)定點(diǎn)(Tcons)高于扭矩閾值(Tseuil)，則將扭矩設(shè)定點(diǎn)(Tcons)限制(E3)為扭矩閾值(Tseuil)。

技術(shù)研發(fā)人員：S·E·貝納蒂亞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：賽峰飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26