CN102575972B - 涡轮发动机燃烧室的非熄火检验 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正确操作用于飞机的航空涡轮发动机的地面控制方法，因此，所述试验包括，在涡轮机运行并从预定转速起动的同时，根据流量指令值规定的降低量，在涡轮机上降低燃油流量，目的是评估空中快速减速期间所述涡轮发动机燃烧室抗熄火的能力。

Description

涡轮发动机燃烧室的非熄火检验

技术领域

本发明领域为应用于涡轮发动机的热力学领域，特别是航空涡轮发动机的使用领域。

背景技术

涡轮发动机传统上由下列部件构成：一个或多个压缩机，其用于对吸入进气口的空气进行压缩；燃烧室，其用于燃烧与空气混合的燃油；一个或多个涡轮，其用于吸收燃烧所产生一部分动力以驱动压缩机，和使所产生的燃气经由输出喷嘴喷出。

航空涡轮发动机可在广泛的飞行条件下使用，在这些条件下，发动机的运行必须得到保证，确保机组人员和可能的旅客的安全。特别是，必须防止飞机涡轮喷气发动机或直升机涡轮发动机在驾驶员操纵机动飞行期间出现突然停车。例如，驾驶员操纵飞机快速减小推力或输出功率时，会出现燃烧室熄火的风险。当飞机驾驶员想突然减速或直升机驾驶员试图迅速减速，例如，以避开前方突然出现的障碍物时，才会进行这种紧急机动(一种称之为“快停”或快速减速的机动动作)。

在正常运行时，对发动机进行调节以控制喷入燃烧室的燃油流量，以避免这种熄火。然而，在这种调节失效或发动机部件物理特性改变时，则不可排除会出现这种熄火现象。随着发动机的长期使用，各种间隙或进气口尺寸或喷油量和调节系统等都会发生变化，会导致这种故障的出现。结果，进入燃烧室的空气量大于预期或喷入燃烧室的燃油量小于预期，从而引起混合气的含油浓度突然降低。

在快速减速机动期间，喷入燃烧室的燃油流量突然减小，会引起混合物的含油浓度的瞬间改变。实际上，当燃油流量控制阀关闭时，燃油流量的减小几乎立即发生，尽管空气流量的减少是在发动机轴转速下降之后，而发动机轴变化速率受到转子惯性的限制，因此，这种变化速率不是瞬间的。含油浓度突然从其标称值变为贫值(leanvalue)，只有当发动机稳定在新的转速之后，含油浓度才有可能再次达到标称值。燃烧室火焰的稳定只有在混合气的油浓度保持在两个极限值之间时才会得到保证，一个极限值称之为油浓度熄火值，而另一个极限值称之为贫油熄火值。

在快速停车之类的紧急机动情况下，如果发动机由于上述其中一个原因而出现故障时，那么，就可能从油浓度降到贫油熄火值以下，发动机突然停车。为了检查发动机在紧急机动操作期间对抗这种熄火现象的能力，目前只能在测试台上进行测试，以便进行相应的诊断。此外，当接收新发动机时，也才进行这种试验。此后，发动机不再进行检查，除非进行整机大修。如果发动机特性改变，那么，出现故障的风险在正常运行时就会完全注意不到，因为在正常降速不像上述紧急机动操纵那样严重时，混合气的油浓度则不会下降到足以达到贫油熄火程度。因此，如果驾驶员不得不进行这种紧急机动操纵时，也就是说，当他特别需要这样做时，发动机可以突然停车。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法来克服这些缺陷，这种方法可以当飞机在地面时进行，以便试验飞机在空中必须进行快速减速机动时发动机的正常运行情况。这种方法还可以评估燃烧室是否可能出现性能下降。

为此，本发明涉及一种在地面试验航空涡轮发动机正常运行的方法，其特征在于，该方法包括在涡轮发动机正在运行且按预定转速起动时，根据计划的下降量，快速降低燃油流量，目的是评估空中快速减速机动期间所述涡轮发动机燃烧室的抗熄火能力。

这项试验在于观察所述机动期间燃烧室可能出现的熄火，并判断发动机在空中是否能够承受快速减速机动。

优选地，当驾驶员或机械师操作与所述计算机相连的专用控制器时，所述减速则由发动机计算机自动进行。

这样，就可确保所进行的减速就完全按照试验的标准减速量进行。另外，也可限制驾驶员和/或机械师进行这种试验的复杂性。

有利的是，试验开始时发动机转速随进行所述正确运行检查地点的温度和压力条件的不同而变化。

更有利的是，试验期间燃油流量的下降速率也是随进行所述正确运行检查地点的温度和压力条件的不同而变化。

这样，就可以考虑进行这项试验的地点的具体特性，从而就可在代表了燃烧室运行的条件下进行试验。

本发明还涉及一种测定降低燃油流量的限值的方法，该测定方法通过连续进行几次上述试验，所应用的减小量每次都会大于前一次试验，在这种限值之后出现的航空涡轮发动机燃烧室熄火之后实现。。

优选地，喷入燃烧室的燃油流量根据上述方法所发现的熄火限值来进行调整。

最后，本发明涉及一种可调节喷入航空涡轮发动机内燃油流量的计算机，其中，该计算机安装了一个可进行上述其中一项方法的模块。以及本发明还涉及到包括这种计算机的航空涡轮发动机。

附图说明

下面参照附图阅读以纯粹说明性和非限定性示例给出的本发明实施方式的详细解释性说明，可以更好地理解本发明，本发明的其它目的、细节、特性和优点也会更清楚地显现出来。

图1示出了燃气发生器转速(NG)、计算机指令流量(WF)和非熄火试验期间计算机采用的最小流量限度(WFMIN)之间的关系。

具体实施方式

流量指令是计算机向调节系统要求的流量值，该系统根据流量计量阀的位置进行调节。最小流量值为一限定值，由计算机确定，该值确定了由计算机发出的流量指令的低值。在转速快速降低的情况下，燃烧室的熄火或非熄火都与该最低值的正确设定有关。

图1中参数的变化分为三个阶段，标记为和第一阶段对应于试验准备阶段，在这个阶段，驾驶员设定提前规定的转速(典型情况下，为全油门值的90％)并等候该转速稳定。计算机对该转速的稳定给予监视，并只有在其有效后，才允许第二阶段开始。第二阶段对应于计算机按驾驶员或机械师的请求开始进行试验，而第三阶段则对应于试验后回到正常空转运行状态。第二阶段的开始伴有校准降低最小流量指令值WFMIN，该值低于正常使用时计算机确定的值。

在第一阶段期间，随着转速在90％时的稳定，一旦转速稳定，计算机发出的流量指令是不变的，并等于为保持该转速值所必须的流量，最小流量指令值(该值对应于突然降低发动机转速时计算机所允许的最大减小量)本身也是稳定的并等于其正常运行值。

当计算机开始试验时，这会引起突然减小流量的指令，且会在最低流量指令值时发送该指令，所述最低流量值作为该试验而设置在计算机内，且如上所述，该值在低于正常运行时的数值时会自动设定。最小流量指令的该减小值正是所要试验的精确值，也就是说，期望核对紧急机动期间发动机不会熄火的精确值。发动机转速迅速降低，与其旋转部件惯性一致，并在图1所示情况下实现稳定，此时，在低于空转速度的给定值时，实际上并没有出现熄火。

第三阶段对应于回到正常情况，试验结束，增加流量指令，回到对应于空转的转速值。流量指令的增加引起发动机转速的增加，达到空转转速，此时，转速再次稳定。最小流量指令值本身保持不变，除了瞬变振荡。

为了解决所提出的问题，本发明提出了在始终控制喷入燃烧室的燃油流量的发动机计算机内安装一个模块，该模块的作用就是在发动机运转时在地面进行起动特有的非熄火试验，例如，在发动机试运行(飞机助跑)期间，也就是说，在起飞前每次飞行所进行的发动机正常运行测试期间。

这种试验是按规定减少喷入的燃油量，从而可模拟紧急机动(诸如快速停车)期间减少燃油流量，同时可恢复油浓度条件，所述这些条件接近于进行该机动期间的油浓度条件。突然改变计算机发送给控制燃油计量阀设定值的调节系统的流量指令WF，并瞬时赋予该指令WF一个预定的最小指令值WFMIN，可降低所喷入的燃油量。这种降低一直持续到WFMIN值，该值低于正常运行时所使用的最小流量指令，从而模拟快速停车类机动期间发动机燃烧室内会出现的最小油浓度。试验所用的该最小流量指令值，是工程部门在对燃烧室运行进行计算的基础上或在试验飞机上进行空中记录的基础上，在发动机设计期间确定的。该值会随试验条件而变化，诸如飞机所在机场的高度，大气条件等。其中，在试验期间设定的最小流量指令WFMIN的值的这种变化与非熄火试验开始时确定的发动机转速值相关。

该过程如下：根据飞行手册或维护手册规定的频率，驾驶员操作与发动机计算机相连的专门控制器来起动模拟快速减速机动。随后，计算机通过发送等于为试验而预定的最小流量指令WFMIN值的流量指令WF，开始预定的降低油浓度，这个动作引起燃油流量控制阀沿关闭方向移动，驾驶员检查燃烧室是否存在熄火情况。如果没有熄火，则认为发动机处于标准飞行条件下，可以飞行。于是，驾驶员知道发动机就快速减速风险而言是安全的，如果在空中他认为有必要的话，他可以毫无风险地进行紧急机动。

如果在地面试验期间出现熄火现象，这表明发动机不是处在其正常运行状态下，在发布飞行许可之前，有必要进行维护操作。发动机使用手册对这种维护作业有规定，例如，包括拆除发动机送工厂修理。在燃油喷油调节系统运行不良的层面上和燃烧室性能下降层面上寻找非正常运行原因，例如，因为其老化等。

另外，在这种非熄火试验情况下，还可建议进行补充分析：可设想根据保证不熄火的最小燃油流量指令WFMIN所获得的值，通过几次试验找出熄火限度，使计算机运行规则能考虑所观察到的性能损失。因此，限定了计算机为正常使用而确定的燃油流量的最大降低量，目的是确保不熄火；所以，发动机可以无风险地继续使用，无需拆除而在飞机上安装新的发动机。

Claims (6)

1.一种在地面上试验调节系统的防止熄火功能的方法，所述系统用来调节喷入航空涡轮发动机燃烧室内的燃油流量，所述系统由计算机向其发送喷入燃油流量值的指令WF来控制，所述值高于所述计算机预先规定的极限值WFMIN，以避免在快速降低流量指令机动情况下出现熄火的风险，其特征在于，所述方法包括，在涡轮机运行并从预定转速起动的同时，根据预定达到流量指令值规定的降低量，在涡轮机上降低燃油流量，所述流量指令值低于对应于所述地面运行的限定值，随后确认燃烧室非熄火情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当驾驶员或机械师操作与所述计算机相连的专用控制器时，发动机计算机自动减少燃油流量。

3.根据权利要求1或2其中一项所述的方法，其特征在于，试验开始时发动机转速随实施所述试验地点的温度和压力条件而变化。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，试验期间的燃油流量的减少随实施所述试验地点的温度和压力条件而变化。

5.一种确定燃油流量减小量的熄火极限值的方法，所述方法通过连续进行多次如权利要求1到4其中一项所述的在地面上试验调节系统的防止熄火功能的方法来确定燃油流量减小量的熄火极限值之后，航空涡轮发动机燃烧室出现熄火情况，所述燃油流量减小量每次都会大于前一次试验。

6.一种调节喷入航空涡轮发动机燃烧室内燃油流量的方法，其特征在于，所述燃油流量随权利要求5所述方法获得的燃油流量减小量的熄火极限值的变化而调节。