[發(fā)明專利]用于限制喘振風(fēng)險(xiǎn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的提取的控制方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711266438.4
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN108150293B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.巴爾科夫斯基;P-E.魯;L.迪福;T.加西亞;C.勒納爾
• 申請（專利權(quán)）人: 空中客車德國運(yùn)營有限責(zé)任公司;空中客車運(yùn)營公司
• 主分類號(hào): F02C9/00
• 分類號(hào): F02C9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王麗輝;鄧雪萌

本發(fā)明涉及一種用于限制喘振風(fēng)險(xiǎn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的提取的控制方法和裝置。本發(fā)明涉及用于飛機(jī)推進(jìn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)（T）上的機(jī)械能和/或空氣提取的控制方法。它基于能量管理器和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)之間的交換請求/授權(quán)協(xié)議。在對提取需求的修改之后執(zhí)行該協(xié)議。本發(fā)明旨在檢查喘振裕度是否與提取需求的修改可兼容，并且如果需要的話，采用臨時(shí)措施以避免渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的喘振，例如通過緩沖器提供至少一部分的能量需求。以此方式研發(fā)的本發(fā)明允許優(yōu)化用于飛機(jī)推進(jìn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作，同時(shí)完全避免渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的喘振風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制的領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及設(shè)在配有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一些飛機(jī)上的推進(jìn)器組的控制。

本發(fā)明尤其適用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)（其中包括槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)，英語中一般用術(shù)語“open rotors”（開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)）或“propfans”（槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)）表示），其可以用于飛機(jī)的推進(jìn)。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別是設(shè)有無涵道式螺旋槳槳葉。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)或英語中的“turbofan”包括用作螺旋槳的涵道風(fēng)扇。本發(fā)明尤其適用于這些類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

用于飛機(jī)推進(jìn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)還可以簡稱為“發(fā)動(dòng)機(jī)”。因此在本文中，術(shù)語“發(fā)動(dòng)機(jī)”對應(yīng)于用于飛機(jī)推進(jìn)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

這些渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用一個(gè)或多個(gè)氣體渦輪機(jī)，同時(shí)回收在由一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)供給空氣的燃燒室中所產(chǎn)生的能量。

在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間，在壓縮機(jī)處可能出現(xiàn)的一種已知現(xiàn)象是稱為“喘振”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在下文中通過飛機(jī)推進(jìn)器組的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的示例來進(jìn)行解釋，但是這在渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)中（或者通常在任何的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)中）也是相同的。

喘振現(xiàn)象對應(yīng)于壓縮機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)失速。

這對應(yīng)于從壓縮機(jī)的高壓區(qū)向低壓區(qū)回流的趨勢。這會(huì)引起壓縮機(jī)流率的以振蕩形式的不穩(wěn)定性。

通常，應(yīng)該注意避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，因?yàn)榱髀剩╠ébit）的變化或反轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)性能的降低。

因此，已知控制渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的操作，以避免在將要發(fā)生喘振的操作點(diǎn)的范圍（也稱為“喘振區(qū)”）內(nèi)或在該范圍附近進(jìn)行操作。換言之，對于給定的流速，要確保壓縮機(jī)的壓力比（或其壓縮率）不超過一定限度，或者相反地，壓縮機(jī)中根據(jù)其壓力比或其負(fù)載存在足夠的流量。在實(shí)踐中，往往使壓縮機(jī)在最大可允許壓力比下進(jìn)行操作，以便于確保渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的良好效率。

在飛機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，渦輪增壓器的負(fù)載不但取決于由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供的用于飛機(jī)推進(jìn)的功率，還取決于用于飛機(jī)推進(jìn)之外的其它功能的機(jī)械功率或空氣的提取（prélèvement）。

提取可以有兩種性質(zhì)：機(jī)械提取和/或空氣提取。

機(jī)械（能量）提取對應(yīng)于在渦輪機(jī)和壓縮機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)軸處經(jīng)由機(jī)械傳動(dòng)裝置進(jìn)行的功率提取。例如這允許為飛機(jī)的液壓設(shè)備產(chǎn)生液壓功率，和/或驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)以供應(yīng)電能。

空氣提取（在航空領(lǐng)域中通常用英文術(shù)語“bleed air（放氣）”來表示）在于提取由壓縮機(jī)所壓縮的空氣的一部分，以便于供給（例如）除霜系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、載荷冷卻系統(tǒng)、燃料惰化系統(tǒng)和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)。

這些提取會(huì)影響相對于喘振區(qū)的裕度。通常在高壓軸上實(shí)現(xiàn)的機(jī)械功率的提取使壓縮機(jī)的操作點(diǎn)更接近渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的喘振區(qū)。空氣提取往往主要增加壓縮機(jī)中的流量（空氣的質(zhì)量流量），而空氣提取對壓力比的影響通常可以忽略不計(jì)，這樣會(huì)使壓縮機(jī)的操作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)。

發(fā)動(dòng)機(jī)在喘振方面的最關(guān)鍵的操作點(diǎn)處于其空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（或“空轉(zhuǎn)速度”）下。事實(shí)上，在發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)被低速驅(qū)動(dòng)并且當(dāng)然具有低壓力比，但是壓縮機(jī)中的空氣流量也極大減小，從而可能會(huì)在低壓力比下發(fā)生喘振。因此在空轉(zhuǎn)壓力比方面提供的裕度非常小。