CN103373471B - 用于控制航空器的可变截面喷嘴的装置 - Google Patents

用于控制航空器的可变截面喷嘴的装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于控制航空器动力装置的可变截面喷嘴的控制装置，所述可变截面喷嘴包括一个或多个可移动部分(56)，所述可移动部分能够改变喷嘴截面并通过机械传动链(60)连接到致动器(58)，所述控制装置包括用于调节所述动力装置的调节系统(62)，所述动力装置连接到适于控制所述致动器(58)的控制部件(64)，其中，所述控制装置包括单个控制部件(64)、用于固定所有可移动部分(56)的固定装置(70)，以及用于确定所述可移动部分(56)的实际位置的确定装置(72)，所述固定装置(70)仅在所述调节系统(62)控制所述可移动部分(56)的位置变化时不被启动。

Description

用于控制航空器的可变截面喷嘴的装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制航空器的可变截面喷嘴的装置。
背景技术
为了减少燃料消耗，某些航空器设有具有可变截面喷嘴的动力装置。因此，通过改变喷嘴截面可能使穿过喷嘴的气流适应外部条件和电机的运转速度，以优化动力装置的发电量。
根据图1所示的实施例，航空器推进系统包括机舱10，机舱10内以大致同轴的方式设置有动力装置12，动力装置12通过支柱连接到航空器的其它部分。
机舱10包括在前端限定具有进气口16的管道14的内壁，进入的空气流的第一部分称为主气流，其流动穿过动力装置12来参与燃烧，空气流的第二部分称为次气流，其由风扇18驱动并流入由机舱的内壁和动力装置的外壁所限定的环形管道20。在后端，主气流通过固定喷嘴22排放，固定喷嘴22具有直径沿着气流的流动方向减小的截头部分。次气流通过内侧由固定喷嘴22限定并且外侧由移动喷嘴26限定的出口24排放，移动喷嘴26对应于在机舱的后端设置的可变截面喷嘴26。
根据一个实施例，可变截面喷嘴26可沿着与电机的纵向方向(对应于电机的轴线28)相平行的移位方向在对应于图1中实线所示的第一前端位置和图1中虚线所示的后端位置的两个末端位置之间平移。只要固定喷嘴具有截头形状，通过调整可变截面喷嘴沿移位方向的位置就可能控制可变截面喷嘴的出口截面。
根据图2所示的实施例，可变截面喷嘴26包括可移动部分30，其由于被电机34驱动的机械传动链32而移动。机械传动链32使其可能将电机34的输出轴的旋转运动转变成沿可移动部分的移位方向的平移运动。
本发明更特别地涉及不会受到结霜堆积的可变截面喷嘴，例如，文献US-3.797.785中所述。
图2示出了根据现有技术的用于控制可变截面喷嘴的装置。
为了控制可移动部分的位置，控制信道包括称作FADEC(全权限数字电机控制)的用于调整动力装置的系统42和称作PE(动力电子元件)的用于控制电机34的控制部件44。
因此，当调节系统42将信号传递到控制部件44时，控制部件44触发电机34的旋转，电机34借助机械传动链32产生可移动部分30的平移。此外，控制部件44执行上游控制电路和下游电力电路之间的功率转换器的功能。
为了满足认证机构提出的要求，控制装置使用备用的装置来改进驾驶可靠性，以期望改进组件本身的可靠性。
因此，控制装置包括两个电机34和34’，两个控制部件44和44’以及两个供电部件46和46’，每个电机能够触发所有可移动部分30的移动，一个控制部件用于一个电机，供电部件用于向控制部件及其相关的电机供给电量。
为了确保控制部件和调节系统42之间的信号的传递，同时考虑到隔离限制，设有4组电缆，每2组电缆用于一个控制部件44和44’。
该方案可能考虑到由认证机关所施加的限制。
如果控制部件是有缺陷的，那么其它控制部件可确保电机的控制，因此确保了可变截面喷嘴的可移动部件之间的位置的控制。
如果供电部件是有缺陷的，那么第二供电部件可代替。
对于每个控制部件，如果一组电缆是有缺陷的，那么调节系统和控制部件之间的通信可通过第二组电缆进行。
最后，如果电机是有缺陷的，那么可变截面喷嘴的可移动部分的移动可通过第二电机来进行。
即使安全和可靠性是令人满意的，但是由于某些部件的重复导致机载质量增加，操作和结合变得更复杂，所以该控制装置并不完全令人满意。
一个替换实施例可包括简单型结构，包括用于每个可变截面喷嘴的仅一个控制部件。但是，这种结构在动力装置的推力的控制的可靠性方面不能满足现今的标准。
在可变截面喷嘴领域，文献GB-588.502是已知的。该文献描述了具有可移动部分的可变截面喷嘴，可移动部分的运动由传动链来控制，该传动链包括电机、连接到电机的杆、连接到可移动部分的电缆以及用于耦接/分离杆和电缆的机构。该机构由螺线管控制。当螺线管没有启动时，该机构确保杆和电缆的耦接，这意味着可移动部分根据电机的旋转而移动。当螺线管启动时，该机构不再确保杆和电缆的耦接，这意味着可移动部分的运动是自由的。在这种情形下，可能确定可移动部分的实际位置并适应动力装置的推力。因此，这一过分简单化的结构在考虑动力装置推力的控制的可靠性方面不符合现今的标准。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺点。
为此，本发明的目的是提供一种用于控制航空器动力装置的可变截面喷嘴的控制装置，所述可变截面喷嘴包括一个或多个可移动部分，所述可移动部分能够改变喷嘴截面并通过机械传动链连接到致动器，所述控制装置包括用于调节动力装置的调节系统，该动力装置连接到适于控制致动器的控制部件，其中所述控制装置包括单个控制部件，用于固定所有可移动部分的固定装置，以及用于确定所述可移动部分的实际位置的确定装置，所述固定装置仅在所述调节系统控制所述可移动部分的位置变化时不被启动。
该结构允许减小机载质量并简化其结合和操作。另外，所得到的装置在动力装置推力的控制可靠性方面符合现今的标准。
附图说明
其它特征和优点将通过结合附图的如下的描述变得清楚，该描述仅作为示例给出，其中：
图1是航空器推进系统的侧视图，其部分切除来示意性显示可变截面喷嘴；
图2是根据现有技术的用来控制可变截面喷嘴的结构的示意图；以及
图3是根据本发明的用来控制可变截面喷嘴的结构的示意图。
具体实施方式
可变截面喷嘴包括至少一个可移动部分56，可移动部分56通过机械传动链60连接到例如电机等致动器58，如图3中示例性所示。
动力装置、可变截面喷嘴、可移动部分56、机械传动链和致动器58对于本领域普通技术人员来说是已知的，所以不再进一步描述。
仅作为示例，可变截面喷嘴和机械传动链可与文献EP-779.429中所述相同。但是，本发明并不限于该可变截面喷嘴和该机械传动链的实施例。
为了确保可变截面喷嘴的控制，航空器包括调节系统62和控制部件64，调节系统62用于调节动力装置，也被称作FADEC，控制部件64也被称作PE，其允许致动器58被控制。关于现有技术，控制部件64实现上游控制电路和下游电力电路之间的转换器的功能。
根据本发明，对于每个可变截面喷嘴，航空器包括单个控制部件64。根据第一替换实施例，对于每个可变截面喷嘴，航空器包括单个致动器58，其经由动力流来移动可变截面喷嘴的所有可移动部分，该致动器由单个控制部件64控制。
根据另一替换实施例，对于每个可变截面喷嘴，航空器包括数个致动器58，每个致动器58通过机械传动链连接到可移动部分，致动器的组装件允许可变截面喷嘴的所有可移动部分移位并由单个控制部件64来控制。尽管传动链在单个致动器的情形下是比较复杂的，但是该方案可能减小机载质量并简化操作和结合，所以是优选的。
根据一实施例，致动器58是电动机的形式，其输出轴连接到机械传动链的第一端，而机械传动链的另一端，更确切是多个另一端被连接到可移动部分。
对于每个控制部件64，该航空器包括两组电缆66、66’和两个电能供电部件68、68’。电缆66、66’用于确保调节系统62和控制部件64之间的信号传递。
根据认证标准，喷嘴的可变截面的控制的丧失是由于致动器58(或其中一个致动器)的故障，或是由于电量故障或内部故障而引起的控制部件64的故障。
根据本发明的方法和控制装置的特征，航空器针对每个可变截面喷嘴包括用于固定所有可移动部分56的固定装置70，该固定装置70持续不断地被启动，并且仅在调节系统62控制可移动部分56的位置变化时停用。因此，只要可变截面喷嘴的可移动部分56的移位不受调节系统62(通过控制部件64)控制，固定装置70就阻止可移动部分56。
固定装置70能够处于第一启动状态和第二未启动状态两个状态，在第一启动状态下，固定装置70干涉机械传动链并阻止可移动部分56的任何运动，在第二未启动状态下，固定装置70不会干涉机械传动链并允许可移动部分56移动。因此，当固定装置70处于启动状态时，可变截面喷嘴用作恒定截面喷嘴，而当固定装置70处于未启动状态时，可变截面喷嘴用作真正的可变截面喷嘴，其截面是可调节的。
优选地，固定装置包括本体、移动部以及复位装置(例如，弹簧等)和致动器。该移动部在启动状态下与机械传动链的部件相接触，并在未启动状态下与机械传动链的该部件分离。该复位装置用于将移动部保持在启动状态下。该致动器适于响应信号以抵抗复位装置将移动部保持在未启动状态下。
因此，在空闲状态下没有信号时，该固定装置被启动。
在能够想到用于确保固定装置的操作的方案中，选取方案的可靠性必须小于10E -6。
为了符合这些标准，固定装置的致动器是电磁体。
根据一实施例，固定装置70是盘式制动器的形式，其一方面包括具有夹紧上述传动链的部件的两个夹头的支架，另一方面包括用于将上述夹头保持紧靠在一起的至少一个弹簧以及在固定装置启动时逆着弹簧而移开上述夹头的至少一个电磁体。
因此，当没有电压穿过电磁体时，电磁体不施加力，这意味着在弹簧的作用下，夹头保持机械传动链固定。
根据第一替换实施例，固定装置70由控制部件64来控制，在固定装置70和控制部件64之间设有连接件。当致动器58是恒流电机时，该替换实施例是更特别适用的。在这种情形下，当控制部件64向电机供给电流来移动可移动部分56时，还以并联或串联方式供给固定装置的电磁体，随后固定装置切换到未启动状态。根据第一个优点，当控制部件由于电量故障或内部故障而出现问题时，没有信号传递到固定装置70，固定装置70保持在启动状态下。
可替换地，固定装置70可由调节系统62来控制，固定装置70和调节系统62之间可设有连接件。在这种情形下，当调节系统62将电信号传递到控制部件来引起可移动部分56的移动时，其将信号并联传递到固定装置以使其未启动。
作为对固定装置的补充，对于每个喷嘴，航空器包括用于确定连接到调节系统62的一个或多个可移动部分的实际位置的确定装置72。因此，这些确定装置72独立于控制部件和致动器，并能够通知调节系统62，即使在这些部件中的一个出现故障的情形下。
优选地，用于确定一个或多个可移动部分的实际位置的确定装置72包括RVDT(旋转可调差动变压器)型的角增量传感器。
该传感器可安装在致动器的区域、机械传动链的区域或可移动部分的区域。
在正常操作中，在各个结构改变之前，确定装置72通知调节系统62，并向调节系统62指示可变截面喷嘴的可移动部分的实际位置。
然后，调节系统62将信号传递到控制部件64，以使控制部件64在特定角度值时触发电机58的旋转。并行地，指令被传递到固定装置70以使其不被启动。一接收到信号，控制部件64根据给定的角度值控制电机58的旋转，该旋转通过机械传动链引起可变截面喷嘴的可移动部分的运动。由于固定装置未被启动，所以该运动是可能进行的。在一时间周期以后，该固定装置再次启动。该时间周期可由延迟动作产生。
有利地，在各个结构变化以后，确定装置72向调节系统62指示可变截面喷嘴的可移动部分56的新的实际位置。该信息反馈使其可能向调节系统62指示控制部件和/或致动器58是否出现故障。实际上，如果在可变截面喷嘴的结构改变以后，通过确定装置72探测并传递到调节系统62的实际装置与通过调节系统62计算的理论值不对应，那么这表示其中一个部件出现故障。
即使在这些环境下，由于固定装置70阻止了通过调节系统62保持在由确定装置72确定的给定值下的截面的变化，所以推力的控制被理想地控制。
通过示例方式，三种结构被检查来显示飞行员在致动器和/或控制部件故障的情形下仍然能够控制电机的推力。
第一种情形是喷嘴在打开位置的阻塞。在这种情形下，推力不适应于航路阶段。电机转数的增加允许用燃料的过度消耗来恢复推力的不足。如果没有恢复足够的推力，那么巡航高度减小。在这种情形下，估计燃料过度消耗为大约5％。
第二种情形是闭合位置的阻塞。在这种情形下，喷嘴具有适应于航路阶段的结构。
在起飞前，喷嘴必须被设置在打开位置，如果飞行员在起飞前进行的检测中发现闭合位置的阻塞，飞行员或者取消飞行或者借助地面机修工来手动推到打开位置。
如果在飞行中出现异常，在过冲的情形下，减小电机功率以避免震动的风险。但是，航空器的尺寸被设置成通过单个电机来允许过冲。
最后一种情形是在中间位置的阻塞。电机的推力不适应航路阶段，也不适应起飞阶段。但是，借助于确定装置72，喷嘴截面对于调节系统62来说是已知的。
如前述，如果异常发生在起飞之前，飞行员可以取消飞行或借助地面机修工来手动推动打开位置。
如果航空器处于航路阶段，那么电机转数增加，但是少于完全打开的情形。
如果航空器处于着陆阶段，那么电机转数减少来避免震动，但是少于正常运行中的情形。
根据本发明的用来控制航空器动力装置的推力的方法，确定装置72向调节系统62指示可移动部分的实际位置，而调节系统62考虑可变截面喷嘴的可移动部分56的实际位置来控制动力装置的推力。

Claims (11)

1.一种用于控制航空器动力装置的可变截面喷嘴的控制装置，所述可变截面喷嘴包括一个或多个可移动部分(56)，所述可移动部分(56)能够改变喷嘴截面并通过机械传动链(60)连接到第一致动器(58)，所述控制装置包括用于调节所述动力装置的调节系统(62)，所述动力装置连接到适于控制所述第一致动器(58)的控制部件(64)，其特征在于，所述控制装置包括：
单个控制部件(64)；
固定装置(70)，所述固定装置(70)能够处于启动状态和未启动状态，在启动状态下，所述固定装置(70)干涉所述机械传动链并阻止所述可移动部分(56)的任何运动，在未启动状态下，此时所述调节系统(62)控制所述可移动部分(56)的位置变化，其中，所述固定装置(70)不会干涉所述机械传动链并允许可移动部分(56)移动；
以及用于确定所述可移动部分(56)的实际位置的确定装置(72)。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，用于确定所述可移动部分(56)的所述实际位置的所述确定装置(72)被连接到所述调节系统(62)，以向所述调节系统(62)指示所述实际位置。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括在所述固定装置(70)和控制所述固定装置(70)不被启动的所述控制部件(64)之间的连接件。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述固定装置(70)包括本体、移动部以及复位装置和第二致动器，所述移动部在启动状态下与所述机械传动链的部件相接触，并在未启动状态下与所述机械传动链的所述部件分隔开，所述复位装置适于将所述移动部保持在所述启动状态下，所述第二致动器适于响应信号以抵抗所述复位装置将所述移动部保持在所述未启动状态下。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述复位装置为弹簧。
6.根据权利要求4或5所述的控制装置，其特征在于，所述固定装置(70)的所述第二致动器是电磁体。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，用于确定所述可移动部分(56)的所述实际位置的所述确定装置(72)包括RVDT型角增量传感器。
8.一种用于控制航空器动力装置的可变截面喷嘴的控制方法，所述可变截面喷嘴包括一个或多个可移动部分(56)，所述可移动部分(56)能够改变喷嘴截面并通过机械传动链(60)连接到第一致动器(58)，所述航空器包括用于调节所述动力装置的调节系统(62)，所述动力装置连接到适于控制所述第一致动器(58)的控制部件(64)，其特征在于，所述控制方法包括使用：
单个控制部件(64)；
用于固定所有可移动部分(56)的固定装置(70)，所述固定装置(70)能够处于启动状态和未启动状态，在启动状态下，所述固定装置(70)干涉所述机械传动链并阻止所述可移动部分(56)的任何运动，在未启动状态下，此时所述调节系统(62)控制所述可移动部分(56)的位置变化，其中，所述固定装置(70)不会干涉所述机械传动链并允许可移动部分(56)移动；
以及用于确定所述可移动部分(56)的实际位置的确定装置(72)，其中，所述固定装置(70)仅在所述调节系统(62)控制所述可移动部分(56)的位置变化时不被启动。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，用于确定所述可移动部分(56)的所述实际位置的所述确定装置(72)通过在所述可变截面喷嘴的结构的每个变化之前向所述调节系统(62)指示所述可变截面喷嘴的所述可移动部分的所述实际位置来通知所述调节系统(62)。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，用于确定所述可移动部分(56)的所述实际位置的所述确定装置(72)通过在所述可变截面喷嘴的结构的每个变化之后向所述调节系统(62)指示所述可变截面喷嘴的所述可移动部分的所述实际位置来通知所述调节系统(62)。
11.一种用于控制配备有可变截面喷嘴的航空器动力装置的推力的控制方法，所述可变截面喷嘴包括一个或多个可移动部分(56)，所述可移动部分能够改变喷嘴截面并通过机械传动链(60)连接到第一致动器(58)，所述航空器包括用于调节所述动力装置的调节系统(62)，所述动力装置连接到适于控制所述第一致动器(58)的控制部件(64)，其特征在于，所述控制方法包括使用：
单个控制部件(64)；
固定装置(70)，所述固定装置(70)能够处于启动状态和未启动状态，在启动状态下，所述固定装置(70)干涉所述机械传动链并阻止所述可移动部分(56)的任何运动，在未启动状态下，此时所述调节系统(62)控制所述可移动部分(56)的位置变化，其中，所述固定装置(70)不会干涉所述机械传动链并允许可移动部分(56)移动；
以及用于确定所述可移动部分(56)的实际位置的确定装置(72)，其中，所述确定装置(72)向所述调节系统(62)指示所述可移动部分(56)的所述实际位置，所述调节系统(62)通过考虑所述可变截面喷嘴的所述可移动部分(56)的所述实际位置来控制所述动力装置的所述推力。
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