CN104948304B - 一种航空燃气涡轮发动机加速供油方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空燃气涡轮发动机瞬态供油设计领域，具体涉及一种航空燃气涡轮发动机加速供油方法，以解决目前的供油方式容易导致实际供油量与设计要求产生偏差，从而影响发动机加速性能的问题。本发明的航空燃气涡轮发动机加速供油方法包括：获得加速过程给定的转速上升速率规律；获取修正后的转速上升速率规律；通过闭环调节方法实现加速过程燃油流量的控制；本发明的航空燃气涡轮发动机加速供油方法，通过引入转速上升速率规律作为控制参数，采用闭环调节方法适应性调整供油量，能够提高供油精度准确性，避免由于供油精度不准确造成加速性能差异。
Description
技术领域
本发明涉及航空燃气涡轮发动机瞬态供油设计领域，具体涉及一种航空燃气涡轮发动机加速供油方法。
背景技术
发动机加速供油规律应综合考虑加速时间要求、压气机特性、最大供油量边界(喘振边界)、最小供油量边界(悬挂边界)、附件加载等条件进行设计。
目前较为通用的起动供油规律主要包括如下两种：
一、控制规律，采用组合参数(简称油气比)进行供油规律设计，其中P3为压气机后总压。这种方法依据主燃烧室的部件特性所确定的稳定燃烧油气比范围，并考虑压气机稳定工作边界进行供油规律的设计，可以比较好地反映燃烧的物理特性。但是，这种供油方式依赖于油量控制和计量精度，在发动机控制系统油量控制和计量精度不能满足要求时，实际供油量会偏离设计要求，使发动机在加速过程超出稳定工作范围，出现超温、喘振等异常状态，从而影响发动机加速性能。
二、Wf＝f(t)或Wf＝f(P3)控制规律，这种方法的供油量仅考虑时间或者压气机后总压的单值函数，易于实现，缺点是仅适用于特定的使用条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空燃气涡轮发动机加速供油方法，以解决目前的供油方式容易导致实际供油量与设计要求产生偏差，从而影响发动机加速性能的问题。
本发明的技术方案是：
一种航空燃气涡轮发动机加速供油方法，包括如下步骤：
步骤一，通过公式(1)获得加速过程给定的转速上升速率规律Ndot：
其中，MT为涡轮输出扭矩，MC为压气机输出扭矩，MAG为附件载荷折合扭矩，J为转子转动惯量，ηm为转子传动效率，n为转速，n1为慢车状态转速，n2为允许最高转速；
步骤二，根据公式(2)对上升速率规律Ndot进行修正，得到修正后的转速上升速率规律Ndot1：
Ndot1＝Ndot×P1/101.325×(288.2/T1)0.5 (2)
其中，T1为进气总温，P1为进气总压；
步骤三，按照修正后的转速上升速率规律Ndot1，采用闭环调节方法实现加速过程燃油流量的控制。
可选地，在所述步骤三中，在所述闭环调节方法中加入燃油流量最大边界值和最小边界值，以对燃油流量进行限制。
可选地，在所述步骤三中，在所述闭环调节方法中加入燃油流量的最大变化量，以对燃油流量相对上周期输出燃油流量的变化量进行限制。
本发明的有益效果：
本发明的航空燃气涡轮发动机加速供油方法，通过引入转速上升速率规律作为控制参数，采用闭环调节方法适应性调整供油量，能够提高供油精度准确性，避免由于供油精度不准确造成加速性能差异；同时，较好适应发动机台份间差异，保持加速性能的一致性，可广泛应用于多种航空燃气涡轮发动机、燃气轮机起动供油控制。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明发动机加速供油方法的流程图；
图2是本发明发动机加速供油系统的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
如图1至图2所示，本发明的航空燃气涡轮发动机加速供油方法，包括如下步骤：
步骤S101、通过公式(1)获得加速过程给定的转速上升速率规律Ndot，加速过程给定转速上升速率控制规律综合考虑加速时间要求、涡轮扭矩、压气机扭矩、附件载荷折合扭矩、转动惯量等条件进行设计，具体如下：
其中，MT为涡轮输出扭矩，MC为压气机输出扭矩，MAG为附件载荷折合扭矩，J为转子转动惯量，ηm为转子传动效率，n为转速，n1为慢车状态转速，n2为允许最高转速。
对于发动机慢车转速至最高允许转速之间的任一转速条件下，压气机的扭矩特性、附件载荷特性、转子转动惯量均可由相关特性获取，涡轮的输出扭矩MT＝f(Wf)，燃烧室供油量Wf在考虑涡轮前温度上升量和压气机的稳定裕度的限制的基础上确定得出，由此则可得到在此转速条件下的转速上升速率控制规律。
步骤S102，根据公式(2)对转速上升速率规律Ndot进行修正，得到修正后的转速上升速率规律Ndot1：
Ndot1＝Ndot×P1/101.325×(288.2/T1)0.5 (2)
其中，T1为进气总温，P1为进气总压。
步骤S103，按照修正后的转速上升速率规律Ndot1，采用闭环调节方法实现加速过程燃油流量的控制。
特别如图2所示，是本发明发动机加速供油系统的示意图，可以包括相连接的Ndot给定模块、PI控制器、PID控制器、占空比电磁阀、计量活门、发动机以及转速传感器等，其中，Ndot1给定模块用于得到转速上升速率规律并对其进行修正，最终输出修正后的转速上升速率规律Ndot1。再以修正后的转速上升速率规律Ndot1被控制变量，通过控制系统PI控制器计算实现对主燃油流量闭环控制，以此来获得期望的转速上升速率要求，使得发动机在加速过程的任意一点都有良好的动态特性。需要说明的是，本发明的闭环调节方法可以采用目前已知的多少适合的方法，在本实施例中，本领域普通技术人员能够依据上述器部件实现闭环调节，所以此处不再对闭环调节方法进行赘述。
进一步，为了消除静差和跟踪误差，满足控制精度要求，在上述闭环调节控制回路中采用纯积分控制，通过对主燃油控制回路的闭环快速控制(即通过调整占空比实现对计量活门控制)来实现发动机转速上升速率的精确、快速控制。
发动机实际加速过程，存在转速上升速率突变的可能性，例如加载、转子卡滞等，为避免在上述状态条件下，发动机控制系统按照转速上升速率闭环控制逻辑进行快速加减油控制，导致发动机工作不稳定，出现超温、喘振、悬挂、熄火等现象。
因此，本发明的航空燃气涡轮发动机加速供油方法的步骤S103中，还可以在闭环调节控制回路(控制方法)中加入燃油流量最大边界值和最小边界值，以对燃油流量进行限制。进一步，还可以加入燃油流量的最大变化量，以对燃油流量相对上周期输出燃油流量的变化量进行限制。
本发明的航空燃气涡轮发动机加速供油方法，通过引入修正后的转速上升速率规律Ndot1作为控制参数，采用闭环调节方法适应性调整供油量，能够提高供油精度准确性，避免由于供油精度不准确造成加速性能差异；同时，较好适应发动机台份间差异，保持加速性能的一致性，可广泛应用于军民用航空燃气涡轮发动机、燃气轮机起动供油控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种航空燃气涡轮发动机加速供油方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，通过公式(1)获得加速过程给定的转速上升速率规律Ndot：
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</mrow>
其中，MT为涡轮输出扭矩，MC为压气机输出扭矩，MAG为附件载荷折合扭矩，J为转子转动惯量，ηm为转子传动效率，n为转速，n1为慢车状态转速，n2为允许最高转速；
步骤二，根据公式(2)对转速上升速率规律Ndot进行修正，得到修正后的转速上升速率规律Ndot1：
Ndot1＝Ndot×P1/101.325×(288.2/T1)0.5 (2)
其中，T1为进气总温，P1为进气总压；
步骤三，按照修正后的转速上升速率规律Ndot1，采用闭环调节方法实现加速过程燃油流量的控制。
2.按照权利要求1所述的供油方法，其特征在于，在所述步骤三中，在所述闭环调节方法中加入燃油流量最大边界值和最小边界值，以对燃油流量进行限制。
3.按照权利要求1或2所述的供油方法，其特征在于，在所述步骤三中，在所述闭环调节方法中加入燃油流量的最大变化量，以对燃油流量相对上周期输出燃油流量的变化量进行限制。
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