CN104973255A - 利用辅助功率系统马力提取信息的优化发动机控制 - Google Patents

利用辅助功率系统马力提取信息的优化发动机控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用辅助功率系统马力提取信息的优化发动机控制。用于控制涡轮飞机发动机的设备可包括：确定来自发动机的辅助功率提取的量的设备；以及辅助负载处理器，其构造成接收并调节辅助功率提取数据。电子发动机控制器(EEC)可构造成从辅助负载处理器接收辅助负载数据，并产生命令以打开发动机的放气阀，所述命令基于辅助负载数据。

Description

利用辅助功率系统马力提取信息的优化发动机控制
技术领域
本发明大体上涉及飞机推进与动力系统。更具体地，本发明涉及推进发动机可通过其操作的设备和方法，以维持推进需求与功率的输送之间的平衡，从而满足飞机内的辅助功率(非推进功率)需求。
背景技术
典型的商用飞机可用涡轮发动机推进。这样的飞机的发动机中的一个或多个发动机可设置有可与辅助齿轮箱联接的辅助功率输出轴，以在飞行期间驱动发电机和液压泵。另外，有些飞机发动机可输送排出空气，以驱动飞机的环境控制系统(ECS)，使得可维持合适的座舱增压和温度控制。
飞机涡轮发动机可被控制成以各种转速旋转，以便满足各种推进需求。在起飞和爬升期间，推力需求可能高，并且发动机转速可对应地高。在下降期间，推力需求可能低，并且发动机转速可对应地低。如果发动机被排他地用于提供推力，则发动机转速在低的推力需求周期期间可降低至正好超过发动机的喘振或失速状况的速率。然而，由于典型的发动机通过功率输出轴和/或通过提取的排出空气驱动辅助负载，所以即使当推力需求实际上不存在时，例如在下降期间，发动机转速也必须维持在可适应辅助加载的水平。这可导致需要维持比供应推力所需的更高的发动机转速，使得在发动机中不会形成喘振状况。在低的推力需求与比必需的高的发动机功率输出之间的平衡典型地通过在将发动机维持在非喘振的状态的同时、打开放气阀以降低发动机中非期望的压力来实现。当排气阀打开时，来自发动机的能量被有效地排出至大气，因而变成损失的能量。
典型的电子发动机控制器(EEC)可编程，使得建立辅助加载的最大量作为用于确定在低推力需求期间可能从发动机需要多大的功率的基础。换句话说，将最坏情况的辅助功率需求编程到EEC中。可在来自如此编程的EEC的信号的基础上可打开排气阀。
尽管这样的系统可确保辅助加载在发动机中不产生喘振状况，但其仍然可能是浪费能量的。如果实际的辅助加载低于最坏情况的状况，则可在来自发动机的降低的排出空气排出量的情况下防止发动机喘振。但迄今为止不能实行的是，以允许EEC在实时的基础上安全地控制放气阀打开的方式确定实际的或实时的辅助功率消耗。
如可看到的，需要一种系统，通过该系统可在实时的基础上精确地确定飞机发动机的辅助加载，使得EEC可控制作为辅助加载的函数的放气阀开度，从而在没有来自发动机的过量排出空气排出的情况下维持期望的喘振裕度。
发明内容
在本发明的一个方面中，用于控制涡轮飞机发动机的设备可包括：扭矩计，其与发动机的功率输出轴联接；辅助负载处理器，其构造成从扭矩计接收扭矩信号，并基于扭矩信号计算辅助负载数据；以及电子发动机控制器(EEC)，其构造成从辅助负载处理器接收辅助负载数据，并产生命令以打开发动机的放气阀，所述命令基于辅助负载数据和发动机操作状况。
在本发明的另一方面中，用于控制涡轮飞机发动机的设备可包括：辅助功率监测处理器，其与由发动机驱动的发电机系统联接，辅助功率监测处理器构造成至少部分地基于来自发电机系统的电流和电压信号计算辅助负载数据；以及电子发动机控制器(EEC)，其构造成从辅助功率监测处理器接收辅助负载数据，并产生命令以打开发动机的放气阀，所述命令基于辅助负载数据。
在本发明的又一方面中，用于控制飞机上的涡轮发动机的方法可包括步骤：通过a)确定施加于发动机的功率输出轴的扭矩、b)确定由发动机驱动的发电机的功率消耗或c)确定飞机的排出空气驱动设备的气动功率消耗来确定来自发动机的辅助功率提取的量；产生包括提取辅助功率的确定量的量化的辅助功率信号；向用于发动机的电子发动机控制器(EEC)提供信号；以及在EEC内产生用于打开放气阀的命令，所述命令至少部分地基于辅助功率信号。
本发明的这些及其他的特征、方面和优点将参考以下的附图、说明和权利要求而变得被更好地理解。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的飞机动力系统的示意图；
图2是根据本发明的第二实施例的飞机动力系统的示意图；以及
图3是用于控制根据本发明的实施例的飞机发动机的操作的方法的流程图。
具体实施方式
以下的详细说明是实现本发明的当前最佳设想模式。由于本发明的范围由所附权利要求最好地限定，所以该说明不应被视为限制性意义，而仅为了说明本发明的一般原理而作出。
以下描述能各自相互独立或与其他特征结合使用的各种发明特征。
本发明大体上提供了一种系统，通过该系统可在实时的基础上精确地确定飞机发动机的辅助加载，使得电子发动机控制器(EEC)可控制作为辅助加载的函数的放气阀打开，从而在不需要来自发动机的过量排出空气排出的情况下维持期望的喘振裕度。
现在参考图1，以示意形式示出了可安装在飞机中的飞机推进与动力系统100的示例性实施例。系统100可包括飞机推进发动机102和联接至发动机102的功率输出轴106的辅助齿轮箱104。系统100还可包括各自可与辅助齿轮箱104联接的液压泵108和发电机110。发动机102可提供功率，以通过产生推力来推进飞机(未示出)。推力的产生可被认为是由发动机产生的主要功率。除提供推力之外，发动机102可向一些辅助负载提供功率。例如，轴106可驱动齿轮箱104，所述齿轮箱104可驱动发电机110和/或液压泵108。在有些情况下，发动机102可将排出空气供应至飞机的环境控制系统111(ECS)，以维持座舱增压和座舱温度。驱动这样的负载的功率可被认为是辅助功率。
电子发动机控制器112(EEC)可响应于飞行员启动的命令向发动机102提供命令信号114。发动机102可设置有一个或多个放气阀116，所述一个或多个放气阀116可响应于来自EEC112的命令或排出空气信号118操作。每当确定发动机102可以可能使发动机102有喘振失速的危险的转速与功率输出组合操作时，放气阀116可向在飞机外的大气释放排出空气120。这样的喘振危险情况例如在飞机的下降期间可能出现。
在操作中，扭矩计122可介于发动机102与齿轮箱104之间，并可与轴106联接。扭矩计可向辅助负载处理器126提供扭矩信号124，该辅助负载处理器126可与EEC112联接或并入EEC112中。EEC112可计算必需的放气阀打开，以确保在任何发动机转速在特定的时刻，发动机102可保持没有喘振危险。作为该计算的结果，EEC112可产生排出空气信号118，并且放气阀116可仅按需要打开，以将发动机102维持在无喘振危险的状态。换句话说，信号118可限定要打开的放气阀116的数量和这样的打开的持续时间。
在各种替代实施例中，扭矩计122A可介于辅助齿轮箱104与发电机110之间，和/或扭矩计122B可介于辅助齿轮箱104与液压泵之间。扭矩计122A和/或122B可向辅助负载处理器126提供扭矩信号124A和/或124B。
在可如此装备的飞机中，辅助负载处理器126还可设置有来自ECS111的空气流量监测器130的气动功率信号128。处理器126可将信号124与128组合，以产生复合实时辅助负载计算。在这种情况下，EEC118可响应于可包括ECS111的气动负载和轴106的机械负载的复合辅助负载命令放气阀116的打开。
现在参考图2，以示意形式图示了飞机推进与动力系统200的示例性实施例。动力系统200可以是可在所谓的多电飞机(MEA)中找到的类型。典型地，MEA可利用电功率，以执行在其他类型的飞机中以另外的方式可通过气动或液压功率执行的功能。因此，动力系统200可构造成通过考虑可联接至发动机202的发电机204的操作特征来监测辅助功率。
系统200还可用于其中发电机功率能效果很好地用于部分功率监测的非MEA飞机。
可通过采用相对简单的改装将辅助功率监测处理器206添加到预先存在的MEA(未示出)。在动力系统200内，发动机202、发电机204、附件齿轮箱208、EEC210、发电机控制单元(GCU)212、配电盘214和放气阀216可预先存在于MEA内。辅助功率监测处理器206可与EEC210联接，以将辅助功率信号218连续地输送至EEC210。处理器206可通过互连线219从发电机204接收电压信号，发电机的输出和处理器206。另外，处理器206可通过在外部变流器224与处理器206之间的互连线223联接至馈电线222。外部变流器225可连接至发电机控制单元212。
在操作中，处理器206可进行电流信号调节、电压信号调节、转速信号调节和机械损失查表。处理器206可在实时的基础上进行功率输出计算，然后产生辅助功率信号218。EEC210可采用辅助功率信号，以在实时的基础上确定对放气阀打开的需求。EEC可根据需要产生放气阀打开命令信号226，以确保发动机202可在无喘振危险的状态下操作。
现在参考图3，流程图300可图示用于控制飞机上的涡轮发动机的方法。在步骤302中，可确定从发动机提取的辅助功率的量(例如，可采用扭矩计122、空气流量计130或辅助功率监测处理器206，以在实时的基础上确定辅助功率提取)。在步骤304中，可产生包括提取辅助功率的确定量的量化的辅助功率信号(例如，可产生信号124、信号128和/或信号218)。在步骤306中，可向用于发动机的电子发动机控制器(EEC)提供辅助功率信号(例如，可向EEC112或210提供信号124、128和/或218)。在步骤308中，可在EEC内产生用于放气阀的打开的命令，所述命令至少部分地基于辅助功率信号。(例如，EEC可产生命令118以打开放气阀116，或者EEC210可产生命令226以打开放气阀216)。
当然，应理解的是，前述内容涉及本发明的示例性实施例，并且在不偏离如所附权利要求所陈述的本发明的精神和范围的情况下可作出变型。

Claims (9)

1. 一种用于控制涡轮飞机发动机(102)的设备(100)，包括：
扭矩计(122、122A、122B)，其与所述发动机的功率输出轴(106)联接；
辅助负载处理器(126)，其构造成从所述扭矩计(122、122A、122B)接收扭矩信号(124、124A、124B)，并基于所述扭矩信号计算辅助负载数据；以及
电子发动机控制器(EEC)(112)，其构造成从所述辅助负载处理器接收所述辅助负载数据，并产生命令(118)以打开所述发动机的放气阀(116)，所述命令基于所述辅助负载数据。
2. 根据权利要求1所述的设备，还包括：
空气流量监测器(130)，其联接至所述发动机(102)，以通过所述飞机的气动动力设备(111)测量排出空气使用；
其中，所述辅助负载处理器构造成接收气动功率信号(128)，并基于所述扭矩信号和所述气动功率信号两者来计算复合辅助功率负载数据；并且
其中，所述EEC构造成从所述辅助负载处理器接收所述复合辅助负载数据，并产生所述命令以打开所述发动机的放气阀，所述命令基于所述复合辅助负载数据。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中，所述气动动力设备包括环境控制系统(ECS)。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述扭矩计介于所述发动机与辅助齿轮箱(104)之间。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述扭矩计介于辅助齿轮箱与所述液压泵(108)之间。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述扭矩计介于辅助齿轮箱与发电机(110)之间。
7. 根据权利要求4所述的设备，其中，所述辅助齿轮箱与发电机(110)联接。
8. 根据权利要求4所述的设备，其中，所述辅助齿轮箱与液压泵(108)联接。
9. 根据权利要求4所述的设备，其中，所述辅助齿轮箱与发电机(110)和液压泵(108)联接。
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