CN106255814A - 用于检测双发动机直升机的第一涡轮发动机的故障且用于运转第二涡轮发动机的方法，以及对应的设备 - Google Patents

用于检测双发动机直升机的第一涡轮发动机的故障且用于运转第二涡轮发动机的方法，以及对应的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测双发动机直升机的第一涡轮发动机的故障且用于运转第二涡轮发动机的方法，第一涡轮发动机被称为故障发动机(4)，第二涡轮发动机被称为发声发动机(5)，每个发动机(4，5)包括由调节设备调节的、限定最大功率速度的保护端限制，其特征在于，所述方法包括：检测所述故障发动机(4)的故障指标的步骤(10)；在检测到故障指标的情况下，将用于保护所述发声发动机(5)的所述端限制修改成对应于最大功率单发动机速度的保护端限制的步骤(11)；确认所述故障发动机(4)的故障的步骤(12)；在确认了故障的情况下，命令所述发声发动机(5)的燃料供应速度增加的步骤(13)。

Description

用于检测双发动机直升机的第一涡轮发动机的故障且用于运 转第二涡轮发动机的方法，以及对应的设备
技术领域
本发明涉及一种用于调节双发动机直升机的涡轮轴发动机的方法。具体地，本发明涉及一种用于检测双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的方法，第一涡轮轴发动机被称为失效发动机，第二涡轮轴发动机被称为健康发动机。本发明还涉及一种用于检测双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的设备。
背景技术
双发动机直升机配备有两个涡轮轴发动机，这两个涡轮轴发动机在取决于直升机的飞行条件的状态下运转。已知的是，双发动机直升机可具有两个主要状态，以缩写AEO(所有发动机运转)相称的状态和以缩写OEI(一个发动机失效)相称的状态，其中，在AEO状态下，两个涡轮轴发动机在预定状态下正常运转，以及在OEI状态下，涡轮轴发动机中的一个失效。该OEI状态跟随着一个发动机的丧失而发生。当该事件发生时，需要好的发动机快速地加速，使得该发动机可在紧急情况下提供其最大允许功率，因此能够使直升机应对危险处境，然后能够继续飞行。
在下面的整篇文本中，出故障的涡轮轴发动机将由术语“失效涡轮轴发动机”称呼，好的发动机将由术语“健康涡轮轴发动机”称呼。
因此，技术问题如下形成：最小化对于失效涡轮轴发动机的功率突然损失的检测与在健康涡轮轴发动机的紧急状态下实现最大功率所间隔的时段。
该时段越短，飞行越安全。此外，该时段越短，直升机可具有越显著的起飞质量。因此，最小化对于失效发动机的功率损失的检测与实现健康发动机的满功率所间隔的时段，在两方面是有益的。
如今，通过比较两个涡轮轴发动机的运转状态来检测失效发动机的功率损失，已经为人所知。如果检测到两个运转状态之间的预定差，则具有较差状态的涡轮轴发动机被宣称是失效的。通过识别燃气涡轮的速度之间的差大于预定阈值或者两个发动机的扭矩之间的差大于预定阈值，检测该功率损失。
一旦检测到功率损失，则控制健康发动机以在紧急状态下达到其最大状态，以上方式在于，增加燃气涡轮的最大扭矩并将燃气涡轮的速度限制增加到最大允许限制。接下来，跟随着失效发动机的丧失的、直升机的旋翼的旋转速度的下降，将通过健康发动机调节旋翼的速度而导致燃料流速的设定值增加。
技术问题如下形成：提供一种更好的方案，以进一步最小化对于失效涡轮轴发动机的功率突然损失的检测与在健康涡轮轴发动机的紧急状态下实现最大功率所间隔的时段。
发明目的
本发明的目的在于，给该技术问题提供一种有效的且经济的方案。
具体地，本发明的目的在于，在本发明的至少一个实施例中提供一种用于检测双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的方法，第一涡轮轴发动机被称为失效发动机，第二涡轮轴发动机被称为健康发动机，这样最小化对于失效发动机的故障的检测与实现健康发动机的满功率所间隔的时段。
本发明的目的还在于，提供一种用于检测双发动机直升机的第一失效涡轮轴发动机的故障且用于控制第二健康涡轮轴发动机的设备。
本发明的目的还在于，提供一种配备有这种设备的双发动机直升机。
发明内容
为此，本发明涉及一种用于检测具有旋翼的双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的方法，第一涡轮轴发动机被称为失效发动机，第二涡轮轴发动机被称为健康发动机，每个发动机包括由调节设备调节的、限定最大功率状态的保护限制，其特征在于，所述方法包括：
-检测所述失效发动机的故障指示的步骤，
-在检测到故障指示的情况下，将所述健康发动机的所述保护限制修改成对应于单发动机状态的保护限制的步骤，
-确认所述失效发动机的故障的步骤，
-在确认了故障的情况下，控制所述健康发动机的燃料供应的流速立即增加的步骤，以在由失效发动机的故障导致所述旋翼的速度下降之后，在无需等待健康发动机的自动调节的情况下允许健康发动机加速。
因此，一旦检测到故障指示，则根据本发明的方法能够将健康发动机从双发动机配置转换成单发动机配置。通过将发动机的保护步骤修改成对应于单发动机状态的保护步骤，执行该改变配置的步骤。然后实施接下来的确认故障的步骤，确认故障的该步骤影响对于健康发动机的燃料供应的流速立即增加的控制。确认故障的该步骤能够确保直升机实际上面对实际的功率损失，这样避免了命令健康发动机过早的加速，而该过早的加速可能另外导致转子超速。如果确认了故障，则使健康发动机的燃料流速立即增加，这样跟随着直升机的旋翼的旋转速度下降，能够在无需等待自动调节的情况下使健康发动机快速地加速。
因此，根据本发明的方法能够快速地检测发动机的故障，并在故障的检测之后快速地实现健康发动机的满功率。一旦检测到故障指示，则修改健康发动机的保护，并将健康发动机的保护增加到对应于单发动机状态的保护限制。如果确认了故障，则修改燃料设定值。由于随后归因于保护限制的增加而导致健康发动机在完全加速，所以快速地达到单发动机状态下的满功率。
根据本发明的方法具有用于检测失效发动机的故障的阶段和用于控制健康发动机的阶段，这两个阶段彼此重叠，这样能够缩短对于所述失效发动机的故障的检测与获得所述健康发动机的满功率之间的时段。
按照已知的方式，每个涡轮轴发动机包括设置有燃烧室的气体发生器、通过气体发生器而供应有气体的自由涡轮、以及通过自由涡轮而实施旋转的输出轴。每个发动机的、限定所述发动机的最大功率状态的保护限制，通常对应于气体发生器的速度等级、发动机扭矩等级和/或燃烧室的温度等级。这些保护限制由以缩写FADEC(全权数字发动机控制)相称的调节设备调节。修改保护步骤的步骤能够修改、实际上是增加这些不同参数(即气体发生器的速度、发动机扭矩、燃烧室的温度)的最大允许极限。这些限制从其对应于双发动机运转的等级转变成其对应于单发动机运转的等级。
有利地且根据本发明，检测故障指示的步骤在于：
-针对每个发动机，获取表示发动机的运转状态的至少一个参数的至少一个测量值；
-检测所述测量值之间的、就绝对值而言大于预定阈值的差。
该步骤能够获取表示每个发动机的运转状态的至少一个参数的测量值并检测这些测量值之间的、就绝对值而言大于预定阈值的差。表示发动机的运转状态的这种参数可以是测量的参数或估计的参数。例如，所述参数可以是每个发动机的燃气涡轮的旋转速度，或者由每个涡轮轴发动机的、使动力传动系壳体实施运动的输出轴施加的扭矩，或者在每个涡轮轴发动机的自由涡轮的输入处的气体的温度，或者对于剂量率的等级的估计等。
有利地且根据该变型，通过至少一个变量调整所述测量值之间的差的每个检测值，所述至少一个变量被称为调整变量，其表示在发动机的标称运转状态期间所述测量值的正常变化。
根据该有利的变型，通过调整变量调整差的每个测量值，这样能够考虑到在标称运转状态期间测量值的正常变化。因此，这样能够避免实际上是由于测量值的正常变化而导致的、对于故障的过早检测。因此，这些调整变量能够将正常变化整合到测量值中，因此减小如下阈值，在该阈值之上的差必须被认为是故障指示。
有利地且根据本该变型，至少一个调整变量从以下组中选择：发动机状态的类型；发动机的有效平衡的类型；发动机的轴和扭矩速度的测量值与用于所述发动机的最大允许值的接近度；发动机的加速速率和减速速率；表示发动机的运转状态的每个参数的所述测量值的传输周期。
当确定表示发动机的运转状态的参数的测量值之间的差时，这些调整变量中的每个能够考虑到执行测量的条件，因此能够调整该差的测量值。
有利地，在一个变型中或相组合地，根据本发明的方法还包括以下步骤：在所述发动机的稳定状态期间，获得表示发动机的运转状态的至少一个参数的所述测量值之间的标称差，按照这种方式确定的所述标称差构成调整变量。
这种类型的获得步骤能够创建获得基础，该获得基础提供表示发动机的运转状态的参数的测量值之间的差，而不是提供表示一个发动机的故障的测量值之间的差。该获得基础还提供在正常运转条件下的正常差。换句话说，该获得基础能够改进如下检测阈值，在该阈值之上的差必须被认为是故障指示。
有利地且根据本发明，表示发动机的运转状态的至少一个参数是所述气体发生器的旋转速度或由所述发动机的所述输出轴施加的扭矩。
根据该有利的变型，检测故障指示的步骤在于，比较燃气涡轮的速度值和/或由输出轴施加的扭矩。
有利地且根据本发明，将所述健康发动机的保护限制修改成对应于单发动机状态的保护限制的步骤在于，增加由所述输出轴施加的扭矩并增加所述气体发生器的旋转速度，以实现对应于单发动机满功率状态的预定额定值。
有利地且根据本发明，确认所述第一发动机的故障的步骤在于核实：表示实际功率损失的多个预定条件被核实。
有利地且根据该变型，所述预定条件如下：
-所述失效发动机的所述气体发生器的旋转速度和所述健康发动机的所述气体发生器的旋转速度之间的带符号的差大于在检测用于该参数的指标(index)的所述步骤中测量的差，
-所述失效发动机的所述输出轴的扭矩和所述健康发动机的所述输出轴的扭矩之间的带符号的差大于在检测指标的所述步骤中测量的差，
-所述失效发动机的所述自由涡轮的旋转速度小于减去预定偏移量的预定设定值，
-所述健康发动机的所述气体发生器的旋转速度的时间导数大于预定阈值，
-所述失效发动机的所述气体发生器的旋转速度的时间导数小于预定阈值。
上面提到的所有预定条件能够确认所述失效发动机的故障。换句话说，通过强调大于预定阈值的差，能够在关于失效发动机的实际功率损失与可导致检测到故障指示的另一原因之间进行区分。
有利地且根据本发明，控制所述健康发动机的燃料供应的流速增加的所述步骤在于，将在双发动机配置情况下使所述直升机的总桨距的测量值与所述气体发生器的速度设定值相关联的功率预测法则转换成在单发动机配置情况下的预测法则。
根据该变型，健康发动机的燃料流速的增加在于，将在双发动机配置情况下的功率预测法则转换成在单发动机配置情况下的预测法则。
本发明还涉及一种用于检测双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的设备，第一涡轮轴发动机被称为失效发动机，每个发动机包括由调节设备调节的、限定最大功率状态的保护限制，所述健康发动机包括：
-用于检测所述失效发动机的故障指示的模块，
-用于在检测到故障指示的情况下，将所述健康发动机的所述保护限制修改成对应于单发动机状态的保护限制的模块，
-用于确认所述失效发动机的故障的模块，
-用于在确认了故障的情况下，控制所述健康发动机的燃料供应的流速增加的模块。
根据本发明的设备有利地实施根据本发明的方法，根据本发明的方法有利地由根据本发明的设备实施。
在整篇文本中，模块指示软件元件，可单独地编译成要么独立使用要么与程序的其他模块组合的软件程序的子组件，或者硬件元件，或者硬件元件和软件子程序的组合。这种类型的硬件元件可包括专用集成电路(更多时候是以缩写ASIC相称)或可编程软件电路或任何等同硬件。按照一般的方式，模块因此是能够确保功能的(软件和/或硬件)元件。
本发明还涉及一种直升机，直升机包括至少两个涡轮轴发动机，其特征在于，直升机包括根据本发明的设备。
本发明还涉及一种用于检测双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的方法，对应的设备以及包括这种设备的直升机，其特征在于，上面提到的或下面提到的特征中的所有特征或一些特征相组合。
附图说明
通过阅读下面仅在非限制性基础上提供的且涉及附图的描述，本发明的其他目的、特点和优点将变得显而易见，在附图中：
-图1是用于实施根据本发明的一个实施例的方法的双发动机架构的示意图，
-图2是根据本发明的一个实施例的方法的示意图。
具体实施方式
图1是适于实施根据本发明的方法的双发动机直升机的架构100的示例的示意图。每个涡轮轴发动机4、5分别且通常地包括气体发生器41、51和自由涡轮42、52，自由涡轮42、52由气体发生器41、51补给以提供动力。涡轮发动机的输出连接到动力传动系壳体9。每个气体发生器41、51还包括燃烧室40、50，燃烧室40、50通过燃料分配回路供应有燃料，为了清楚起见在附图中未示出燃料分配回路。
每个涡轮轴发动机4、5耦合到驱动装置E1、E2和紧急辅助设备U1、U2。
用于使相应的气体发生器41、51实施旋转的每个装置E1、E2可由起动机形成，相应地通过其他涡轮发动机所配备的起动机/发电机设备给该起动机提供动力。
通过调节设备8管理驱动装置E1、E2，紧急辅助设备U1、U2以及对于涡轮发动机4、5的控制。该调节设备适于调节限定每个发动机的最大功率状态的保护限制。
图2是根据本发明的一个实施例的方法的示意图。根据本发明的该实施例的方法包括步骤10，即针对表示发动机4、5的运转状态的至少一个参数，通过测量由被称为失效发动机的第一涡轮轴发动机4和健康发动机5提供的值之间的、大于预定阈值的差，检测该失效发动机4的故障指示。
在整篇文本中，术语“发动机”和“涡轮轴发动机”是同义词，因此用于指示用于给直升机提供动力的设备。来自图2的块4、5分别示出了包括动力构件和控制构件的失效涡轮轴发动机和健康涡轮轴发动机。图2仅仅意在示出方法的步骤的排序以及与这两个涡轮轴发动机的主要交互。
方法还包括步骤11，即将健康涡轮轴发动机5的保护限制修改和增加成对应于全功率单发动机状态的保护步骤。在步骤10中检测到故障指示的情况下，执行对于限制的这种修改。这些保护限制是气体发生器的旋转速度、输出轴上的扭矩以及燃烧室的温度。
方法还包括步骤12，即针对表示发动机的运转状态的多个参数，通过测量由失效涡轮轴发动机4和健康涡轮轴发动机5提供的值之间的、大于预定阈值的差，确认该失效涡轮轴发动机4的故障。
最后，方法包括步骤13，即在确认了故障的情况下，控制健康涡轮轴发动机5的燃料供应的流速增加。
现在，将更详细地描述每个步骤。
检测故障指示的步骤10在于：针对每个发动机4、5，获取表示发动机的运转状态的至少一个参数的测量值；检测所述测量值之间的、就绝对值而言大于预定阈值的差。例如，该参数是每个发动机的气体发生器41、51的旋转速度或者输出轴的扭矩。
通过至少一个调整变量20调整所述值之间的差的测量值，调整变量20表示在发动机4、5的标称运转状态期间所述测量值的正常变化。例如，该变量20表示发动机状态的类型、发动机的有效平衡的类型、发动机的轴和扭矩转速的测量值与用于所述发动机的最大允许值的接近度、发动机的加速速率和减速速率、或者表示发动机的运转状态的每个参数的所述测量值的传输周期。
在检测指标的步骤10中，因此计算由发动机提供的值之间的差，然后由调整变量20调整该差。如果检测到大于预定阈值的差，则随后检测发动机4的故障指示。
例如，考虑到气体发生器的旋转速度，根据一个实施例，预定阈值是1％，在该阈值之上的差被认为足以表征故障。考虑到发动机扭矩，预定阈值固定在7％。
因此，步骤11在于，以发动机5达到单发动机运转的额定值这样的方式控制发动机5的满功率，来克服发动机4的故障。通常，该控制意在增加燃气涡轮的旋转速度和涡轮轴发动机的输出处的扭矩。
步骤12在于，核实发动机4实际上是失效的。为此，执行如下测试。核实：当表示发动机的运转状态的参数是发动机的气体发生器的旋转速度时，失效发动机4的气体发生器41的旋转速度和健康发动机5的气体发生器51的旋转速度之间的带符号的差大于在检测指标的步骤10中测量的差。还核实：当表示发动机的运转状态的参数是发动机的扭矩时，失效发动机4的输出轴的扭矩和健康发动机5的输出轴的扭矩之间的带符号的差大于在检测指标的步骤期间测量的差。还核实：失效发动机4的自由涡轮42的旋转速度小于减去预定偏移量的预定设定值(例如，所述偏移量固定在自由涡轮的速度的0.75％，所述设定值是自由涡轮的额定速度)。还核实：健康发动机5的气体发生器51的旋转速度的时间导数大于预定阈值(例如，用于健康发动机的时间导数的预定阈值固定在气体发生器每一秒的速度的1％)。最后核实：失效发动机4的气体发生器41的旋转速度的时间导数小于预定阈值(例如，用于失效发动机的时间导数的预定阈值固定在气体发生器每一秒的速度的5％)。
如果核实了上面提到的所有条件，则确认发动机4的故障，发起到达健康发动机5的命令以增加健康发动机5的燃料流速。
根据一个实施例，通过如下方式获得燃料流速的这种增加：将在双发动机配置情况下使双发动机直升机的总桨距的测量值与气体发生器51的速度设定值相关联的功率预测法则转换成在单发动机配置情况下的预测法则。预测法则的这种转换导致流速的设定点的跳动，使健康发动机5突然加速同时保证发动机5的保护(最大速度、最大扭矩、最高温度、没有泵送效应等)。
有利地，根据本发明的方法由用于检测双发动机直升机的第一失效涡轮轴发动机的故障且用于控制第二健康涡轮轴发动机的设备实施，该设备包括：
-用于检测所述失效发动机的故障指示的模块，
-用于在检测到故障指示的情况下，将所述健康发动机的所述保护限制修改成对应于单发动机状态的保护限制的模块，
-用于确认所述失效发动机的故障的模块，
-用于在确认了故障的情况下，控制所述健康发动机的燃料供应的流速增加的模块。
根据一个有利的实施例，该设备容纳在调节设备8中，该调节设备8用作检测模块，用作用于修改限制的模块，用作用于确认故障的模块，用作控制模块。
根据一个有利的实施例，该设备包括计算机程序产品，该计算机程序产品可从通信网络下载和/或记录在可由计算机读取和/或可由处理器运行的支持器上，该计算机程序产品包括用于在计算机上运行所述程序时实施根据本发明的方法的程序代码指令。例如，该计算机程序产品意在由调节设备8运行。

Claims (12)

1.用于检测具有旋翼的双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的方法，第一涡轮轴发动机被称为失效发动机(4)，第二涡轮轴发动机被称为健康发动机(5)，每个发动机(4，5)包括由调节设备(8)调节的、限定最大功率状态的保护限制，其特征在于，所述方法包括：
-检测所述失效发动机(4)的故障指示的步骤(10)，
-在检测到故障指示的情况下，将所述健康发动机(5)的所述保护限制修改成对应于最大功率单发动机状态的保护限制的步骤(11)，
-确认所述失效发动机(4)的故障的步骤(12)，
-在确认了故障的情况下，控制所述健康发动机(5)的燃料供应的流速立即增加的步骤(13)，以在由失效发动机的故障导致所述旋翼的速度下降之后，在无需等待健康发动机的自动调节的情况下允许健康发动机加速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测故障指示的所述步骤(10)在于：
-针对每个发动机，获取表示发动机的运转状态的至少一个参数的至少一个测量值；
-检测所述测量值之间的、就绝对值而言大于预定阈值的差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过至少一个变量调整所述测量值之间的差的每个检测值，所述至少一个变量被称为调整变量(20)，其表示在发动机(4，5)的标称运转状态期间所述测量值的正常变化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少一个调整变量(20)从以下组中选择：发动机(4，5)状态的类型；发动机(4，5)的有效平衡的类型；发动机(4，5)的轴和扭矩速度的测量值与用于所述发动机的最大允许值的接近度；发动机(4，5)的加速速率和减速速率；表示发动机的运转状态的每个参数的所述测量值的传输周期。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：在所述发动机的稳定状态期间，获得表示发动机(4，5)的运转状态的至少一个参数的所述测量值之间的标称差，按照这种方式确定的所述标称差构成调整变量(20)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，每个发动机包括气体发生器，所述气体发生器驱动使输出轴实施旋转的自由涡轮，其特征在于，表示发动机(4，5)的运转状态的至少一个参数是所述气体发生器的旋转速度或由该发动机的所述输出轴施加的扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述发动机(5)的保护限制修改成对应于单发动机状态的限制的所述步骤(11)在于，增加由所述输出轴施加的扭矩并增加所述气体发生器(51)的旋转速度，以实现对应于最大功率单发动机状态的预定额定值。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，确认所述第一发动机的故障的所述步骤(12)在于核实：表示实际功率损失的多个预定条件被核实。
9.根据权利要求6和8一起考虑时所述的方法，其特征在于，所述预定条件如下：
-所述失效发动机(4)的所述气体发生器(41)的旋转速度和所述健康发动机(5)的所述气体发生器(51)的旋转速度之间的带符号的差大于在检测用于该参数的指标的所述步骤(10)中测量的差，
-所述失效发动机(4)的所述输出轴的扭矩和所述健康发动机(5)的所述输出轴的扭矩之间的带符号的差大于在检测指标的所述步骤(10)中测量的差，
-所述失效发动机(4)的所述自由涡轮(42)的旋转速度小于减去预定偏移量的预定设定值，
-所述健康发动机(5)的所述气体发生器(51)的旋转速度的时间导数大于预定阈值，
-所述失效发动机(4)的所述气体发生器(41)的旋转速度的时间导数小于预定阈值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，控制所述健康发动机(5)的燃料供应的流速增加的所述步骤(13)在于，将在双发动机配置情况下使所述直升机的总桨距的测量值与所述气体发生器的速度设定值相关联的功率预测法则转换成在单发动机配置情况下的预测法则。
11.用于检测具有旋翼的双发动机直升机的第一涡轮轴发动机的故障且用于控制第二涡轮轴发动机的设备，第一涡轮轴发动机被称为失效发动机，第二涡轮轴发动机被称为健康发动机，每个发动机包括由调节设备调节的、限定最大功率状态的保护限制，所述设备包括：
-用于检测所述失效发动机的故障指示的模块，
-用于在检测到故障指示的情况下，将所述健康发动机的保护限制增加成对应于单发动机状态的限制的模块，
-用于确认所述失效发动机的故障的模块，
-用于在确认了故障的情况下，控制所述健康发动机的燃料供应的流速立即增加的模块，以在由失效发动机的故障导致所述旋翼的速度下降之后，在无需等待健康发动机的自动调节的情况下允许健康发动机加速。
12.直升机，包括至少两个涡轮轴发动机，其特征在于，所述直升机包括根据权利要求11所述的设备。
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