CN107083999B - 用于随发动机健康变化的调制涡轮冷却的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种调制涡轮冷却(MTC)控制系统(180)。MTC控制系统(180)包括与存储器(204)通信的处理器(202)。处理器(202)编程成针对多个操作条件中的各个确定发动机构件(128,130)的冷却流需求。处理器(202)还编程成在多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至发动机构件(128,130)。处理器(202)还编程成评估发动机构件(128,130)的健康，以及基于发动机构件(128,130)的评估的健康来修改确定的冷却流需求。处理器(202)还编程成在多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至发动机构件(128,130)。

Description

用于随发动机健康变化的调制涡轮冷却的方法及系统
关于联邦政府资助的研究和开放的声明
本发明在由联邦航空管理局(FAA)授予的合同号DTWAFA-10-C-00046下利用政府支持做出。美国政府可在本发明中具有某些权利。
技术领域
本公开的领域大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及用于随发动机健康变化的调制涡轮冷却的方法和系统。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地包括冷却系统，其将冷却空气提供至涡轮转子构件(如涡轮叶片)，以限制由此类构件经历的温度。在已知的冷却系统中，冷却流的量大体上固定在于用于发动机的最大涡轮入口温度点处实现必需的冷却所需的水平处。因为燃气涡轮发动机通常在处于小于最大涡轮入口温度的条件下操作，所以燃气涡轮发动机一般以过量的冷却流和降低的效率操作。该过量冷却还具有增加燃料消耗的效果。
发明内容
在一个方面中，提供一种调制涡轮冷却(MTC)控制系统。MTC控制系统包括与存储器通信的处理器。处理器编程成针对多个操作条件中的各个确定发动机构件的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至发动机构件。处理器还编程成评估发动机构件的健康。处理器还编程成基于发动机构件的评估的健康来修改确定的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至发动机构件。
在另一方面中，提供一种基于发动机构件的健康调制至发动机构件的冷却流的方法。该方法包括针对多个操作条件中的各个确定发动机构件的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至发动机构件。该方法还包括评估发动机构件的健康。该方法还包括基于发动机构件的评估的健康来修改确定的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至发动机构件。
在又一方面中，提供一种涡扇发动机。涡扇发动机包括芯部发动机(包括多级压缩机)、风扇(由涡轮供能，该涡轮由生成在所述芯部发动机中的气体驱动)、风扇旁通管(至少部分地包绕芯部发动机和风扇)，以及调制涡轮冷却(MTC)控制系统(与涡扇发动机的至少一个发动机构件通信)。MTC控制系统包括与存储器通信的处理器。处理器编程成针对多个操作条件中的各个确定发动机构件的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至发动机构件。处理器还编程成评估发动机构件的健康。处理器还编程成基于发动机构件的评估的健康来修改确定的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至发动机构件。
技术方案1. 一种调制涡轮冷却(MTC)控制系统，其包括与存储器通信的处理器，其中所述处理器编程成：
针对多个操作条件中的各个确定发动机构件的冷却流需求；
在所述多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至所述发动机构件；
评估所述发动机构件的健康；
基于所述发动机构件的评估的健康来修改确定的冷却流需求；以及
在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至所述发动机构件。
技术方案2. 根据技术方案1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成在所述发动机构件的操作期间实时地评估所述发动机构件的健康。
技术方案3. 根据技术方案1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成调制构造成供应所述修改的冷却流需求的阀的位置。
技术方案4. 根据技术方案1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成使用一个或更多个传感器、一个或更多个虚拟传感器以及所述发动机构件的一个或更多个模型中的至少一个来评估所述发动机构件的健康。
技术方案5. 根据技术方案4所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成使用健康模型和参数估计算法来估计所述发动机构件的所述健康。
技术方案6. 根据技术方案1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成确定至少包括起飞、巡航、爬升以及下降的多个飞行条件的冷却流需求。
技术方案7. 一种基于发动机构件的健康调制至发动机构件的冷却流的方法，所述方法包括：
针对多个操作条件中的各个确定所述发动机构件的冷却流需求；
在所述多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至所述发动机构件；
评估所述发动机构件的健康；
基于所述发动机构件的评估的健康来修改确定的冷却流需求；以及
在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至所述发动机构件。
技术方案8. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，评估所述发动机构件的健康包括在所述发动机构件的操作期间实时地评估所述发动机构件的健康。
技术方案9. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述发动机构件为多个燃气涡轮发动机构件中的一个，并且其中在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将所述修改的冷却流需求供应至所述发动机构件包括以下中的至少一个：
与将所需流引导至所述发动机构件相比，在将所述修改的冷却流需求供应至所述发动机构件时，减小所述燃气涡轮发动机在操作期间的燃料消耗率(SFC)，以及
与将所需流引导至所述发动机构件相比，在将所述修改的冷却流需求供应至所述发动机构件时，增加所述燃气涡轮发动机的翼上时间。
技术方案10. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将所述修改的冷却流需求供应至所述发动机构件包括调制构造成供应所述修改的冷却流需求的阀的位置。
技术方案11. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，评估所述发动机构件的健康包括使用一个或更多个传感器、一个或更多个虚拟传感器以及所述发动机构件的一个或更多个模型中的至少一个来评估所述发动机构件的健康。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，评估所述发动机构件的健康包括使用健康模型和参数估计算法来估计所述发动机构件的所述健康。
技术方案13. 根据技术方案7所述的方法，其特征在于，针对多个操作条件中的各个确定所述发动机构件的冷却流需求包括确定至少包含起飞、巡航、爬升以及下降的多个飞行条件的冷却流需求。
技术方案14. 一种涡扇发动机，其包括：
芯部发动机，其包括多级压缩机；
风扇，其由涡轮供能，所述涡轮由生成在所述芯部发动机中的气体驱动；
风扇旁通管，其至少部分地包绕所述芯部发动机和所述风扇；以及
调制涡轮冷却(MTC)控制系统，其与所述涡扇发动机的至少一个发动机构件通信，所述MTC控制系统包括与存储器通信的处理器，其中所述处理器编程成：
针对多个操作条件中的各个确定所述发动机构件的冷却流需求；
在所述多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至所述发动机构件；
评估所述发动机构件的健康；
基于所述发动机构件的评估的健康来修改确定的冷却流需求；以及
在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至所述发动机构件。
技术方案15. 根据技术方案14所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成在所述发动机构件的操作期间实时地评估所述发动机构件的健康。
技术方案16. 根据技术方案14所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成调制构造成供应所述修改的冷却流需求的阀的位置。
技术方案17. 根据技术方案14所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成使用一个或更多个传感器、一个或更多个虚拟传感器以及所述发动机构件的一个或更多个模型中的至少一个来评估所述发动机构件的健康。
技术方案18. 根据技术方案14所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成使用健康模型和参数估计算法来估计所述发动机构件的所述健康。
技术方案19. 根据技术方案14所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成确定至少包括起飞、巡航、爬升以及下降的多个飞行条件的冷却流需求。
技术方案20. 根据技术方案14所述的涡扇发动机，其特征在于，所述发动机构件包括所述涡轮，并且其中所述冷却流从所述压缩机引导至所述涡轮。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它的特征、方面和优点，在该附图中，相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：
图1为根据本公开的示例性实施例的包括调制涡轮冷却(MTC)控制系统的示例性燃气涡轮发动机的示意图；
图2为示出如图1中所示的MTC控制系统的示意图；以及
图3为基于发动机构件的健康调制至发动机构件的冷却流的示例性方法的简化图。
除非另外指出，否则本文中提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征认为是适用于多种系统，其包括本公开的一个或更多个实施例。就此而言，附图不意在包括本文中公开的实施例的实施所需的、本领域技术人员已知的所有常规特征。
部件列表
100涡扇发动机
112纵向中心线
114风扇组件
116芯部发动机
118外壳
120入口
122低压(LP)压缩机
124高压(HP)压缩机
126燃烧区段
128 HP涡轮
130 LP涡轮
132喷气排气喷嘴区段
134 HP轴或转轴
136 LP轴或转轴
137芯部空气流动路径
138风扇
140风扇叶片
150机舱
156旁通气流通路
158一定量的空气
160入口
162第一部分
164第二部分
166燃烧气体
168 HP涡轮定子导叶
170 HP涡轮转子叶片
172 LP涡轮定子导叶
174 LP涡轮转子叶片
176风扇喷嘴排气区段
178热气体路径
180调制涡轮冷却(MTC)控制系统
182压缩机放出连接部
182A第一压缩机放出连接部
182B第二压缩机放出连接部
182C第三压缩机放出连接部
184 MTC阀
184A第一MTC阀
184B第二MTC阀
184C第三MTC阀
186导管
186A第一导管
186B第二导管
186C第三导管
200图
202处理器
204存储器
206(多个)传感器
208通信接口
210发动机参数源
212发动机健康评估模块
214健康模型
215跟踪滤波器
216学习模块
218控制模块
220阀定位命令。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照一定数量的用语，其应当限定为具有以下意义。
单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。
"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可或可不发生，并且描述包括其中事件发生的情况，以及其中其不发生的情况。
如本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语言可应用于修饰可在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。因此，由用语或多个用语如"大约"、"近似"和"大致"修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。此处和遍及说明书和权利要求，范围限制可组合和/或互换，此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
本文中描述的调制涡轮冷却(MTC)控制系统的实施例提供了用于随发动机健康和操作条件变化来修改引导至发动机构件的冷却流的量的成本有效的方法。操作条件可包括用于飞行器发动机应用的飞行条件，如巡航、爬升、下降以及起飞，并且还可包括用于地面或基于船用的制造/工业发电应用的发动机功率水平和现场条件，如温度、湿度、压力。本文中描述的MTC控制系统与一个或更多个MTC阀通信，该一个或更多个MTC阀与压缩机放出连接部流动连通联接。MTC控制系统构造成生成阀定位命令，以调节一个或更多个MTC阀的位置，以由此修改引导穿过其的冷却流。初始冷却流根据所需的确定的冷却流供应至发动机构件，特别是一个或更多个涡轮构件。MTC控制系统使用健康模型来评估发动机构件的健康，并且随确定的发动机健康和操作条件变化来确定待引导至发动机构件的修改的冷却流(例如，更多或更少的冷却流)。MTC控制系统根据确定的修改的冷却流来修改至发动机构件的冷却流。在一个实施例中，冷却流通过生成修改的阀定位命令来调节一个或更多个MTC阀的位置而由MTC控制系统修改。在其中冷却流减少的情况下，通过在一个或更多个操作条件(如巡航飞行条件)期间消除不必要的冷却流，可减小飞行器发动机的燃料消耗率(SFC)。在其中需要附加冷却流的情况下，MTC控制系统可通过根据发动机构件的健康和操作条件实时地调节所需的冷却流来延长一个或更多个发动机构件的寿命。例如，通过在起飞或爬升飞行条件期间增加冷却流，可增加发动机翼上时间。
图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机100的示意性截面视图。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机100以高旁通涡扇喷气发动机实施。如在图1中示出的，涡扇发动机100限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线112延伸)和径向方向R。大体上，涡扇发动机100包括风扇组件114以及设置在风扇组件114下游的芯部发动机116。
在示例性实施例中，芯部发动机116包括限定环形入口120的近似管状的外壳118。外壳118包围成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机122和高压(HP)压缩机124的压缩机区段；燃烧区段126；包括高压(HP)涡轮128和低压(LP)涡轮130的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段132。高压(HP)轴或转轴134将HP涡轮128传动地连接于HP压缩机124。低压(LP)轴或转轴136将LP涡轮130传动地连接于LP压缩机122。压缩机区段、燃烧区段126、涡轮区段以及喷嘴区段132一起限定芯部空气流动路径137。
在涡扇发动机100的操作期间，一定量的空气158通过包括风扇138的风扇组件114的相关联入口160进入涡扇发动机100。在一定量的空气158横跨风扇138的多个风扇叶片140经过时，一定量的空气158的第一部分162指引或发送到旁通气流通路156(在芯部发动机116与环形机舱150之间)中，并且一定量的空气158的第二部分164指引或发送到芯部空气流动路径137中，或更具体而言，到LP压缩机122中。第一部分162与第二部分164之间的比率通常被称为旁通比。第二部分164的压力接着在其发送穿过高压(HP)压缩机124并且到燃烧区段126中时增加，其中第二部分164与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体166。
燃烧气体166发送穿过HP涡轮128，其中来自燃烧气体166的热和/或动能的一部分经由HP涡轮定子导叶168(联接于外壳118)和HP涡轮转子叶片170(联接于HP轴或转轴134)的连续级抽取，因此引起HP轴或转轴134旋转，这接着驱动HP压缩机124的旋转。燃烧气体166接着发送穿过LP涡轮130，其中热和动能的第二部分经由LP涡轮定子导叶172(联接于外壳118)和LP涡轮转子叶片174(联接于LP轴或转轴136)的连续级从燃烧气体166抽取，这驱动LP轴或转轴136和LP压缩机122的旋转和/或风扇138的旋转。
燃烧气体166随后发送穿过芯部发动机116的喷气排气喷嘴区段132，以提供推进推力。同时，第一部分162的压力在第一部分162在其从涡扇发动机100的风扇喷嘴排气区段176排出之前发送穿过旁通气流通路156时显著地增加，也提供推进推力。HP涡轮128、LP涡轮130以及喷气排气喷嘴区段132至少部分地限定热气体路径178，用于将燃烧气体166发送穿过芯部发动机116。
在示出的实施例中，涡扇发动机100还包括调制涡轮冷却(MTC)控制系统180。MTC控制系统180构造成控制(例如，调制)冷却空气从一个或更多个(多个)压缩机放出连接部182至一个或更多个MTC阀184的引导。冷却空气引导穿过一个或更多个导管186(例如，管道、管、歧管等)。在示例性实施例中，MTC控制系统180随操作条件和发动机健康变化调制穿过(多个)MTC阀184的冷却空气流。涡扇发动机100仅经由实例在图1中描绘，并且在其它示例性实施例中，涡扇发动机100可具有任何其它适合的构造，其包括例如涡轮螺桨发动机。此外，涡扇发动机100可具有适合于在飞行器应用以及地面和/或基于船用的制造和/或工业应用中使用的构造。
图2为进一步示出MTC控制系统180(图1中示出)的示意性框图200。在示出的实施例中，MTC控制系统180构造成通过随操作条件以及测量或估计的发动机健康变化而冷却来较高效地控制至(多个)涡轮128和/或130(两者也在图1中示出)的冷却空气流。使用MTC控制系统180测量和/或估计发动机100(也在图1中示出)的实际健康水平(例如，劣化的量)便于在新的高效发动机100中和/或在现有发动机100中实施精确的冷却流计划。因此，燃料消耗率(SFC)可减小，并且发动机100的性能可提高。此外，用于劣化的发动机100的冷却流的调节还可改进，便于延长发动机100(和/或其特定构件)的寿命，如改进飞行器发动机100的翼上时间。
MTC控制系统180包括一个或更多个MTC阀184并且/或者与其通信，以调节其定位来修改至发动机100的构件的冷却流。在示出的实施例中，三个压缩机放出连接部182A、182B、182C分别与三个MTC阀184A、184B、184C流动连通联接。然而，应当理解的是，该实例为非限制性的并且仅为了实例示出；任何数量的其它MTC布置在不脱离本公开的范围的情况下被设想并且可采用。对应于HP压缩机124(图1中示出)的排放区域的第一压缩机放出连接部182A经由第一导管186A连接于对应于初级HP涡轮转子叶片170(也在图1中示出)的第一MTC阀184A。换句话说，压缩机124排放空气用于冷却初级HP涡轮转子叶片170。对应于HP压缩机124的后级的第二压缩机放出连接部182B经由第二导管186B连接于对应于HP涡轮128的初级导叶的第二MTC阀184B。换句话说，HP压缩机124的后级空气用于冷却HP涡轮128的初级导叶。对应于HP压缩机124的初级或中级的第三压缩机放出连接部182C经由第三导管186C连接于对应于LP涡轮130的第三MTC阀184C。换句话说，HP压缩机124的初级或中级空气用于冷却LP涡轮130。应当理解的是，在其它实施例中，多于或少于三个放出连接部182、MTC阀184和/或导管186可在不脱离本公开的范围的情况下存在于发动机100中。此外或备选地，MTC阀184可根据本公开与除了涡轮128,130之外的发动机100的构件流动连通联接，以向其提供冷却流。
在一个实施例中，MTC控制系统180包括包含涡扇发动机100的飞行器(未示出)的全权限数字发动机控制(FADEC)计算机系统，或者集成至其。MTC控制系统180构造成随发动机100的健康和操作条件变化调制至涡轮128和130中的一个或更多个的冷却空气流。具体而言，在一个实施例中，MTC控制系统180构造成实时地监测发动机100的健康，同时在各种操作条件下操作发动机100。操作条件可包括飞行条件(其在本文中也可被称为“飞行阶段”)，例如，起飞、爬升、巡航以及下降。操作条件还可包括地面和/或基于船用的制造/工业发电发动机100的操作条件，其包括温度、湿度、压力，和/或其任何其它操作条件。在一个实施例中，在发动机100健康退化，例如由于劣化、灰尘和/或磨损时，MTC控制系统180构造成使至涡轮128和/或130(和/或发动机100的其它构件)的冷却流增加。在另一实施例中，对于较新和/或较高效的发动机100而言，MTC控制系统180构造成使至涡轮128和/或130(和/或发动机100的其它构件)的不必要的冷却流减少，由此减小SFC和/或改进翼上时间(用于飞行器发动机100)。
在示出的实施例中，MTC控制系统180包括处理器202和存储器204，并且与至少一个发动机传感器206和(多个)发动机参数(如操作条件数据、海拔和/或马赫数)源210通信。在一个特定实施例中，传感器206构造成测量发动机100的健康。应当理解的是，发动机100的健康统称为发动机100的任何构件的健康，并且(多个)传感器206可构造成测量用于评估的独立构件的健康。在一些实施例中，(多个)传感器206可为虚拟传感器。传感器206可遍及发动机100定位，例如定位在风扇138(图1中示出)、HP压缩机124、HP涡轮128、LP涡轮130和/或发动机100的任何其它构件中的一个中和/或邻近于其。MTC控制系统180还包括通信接口208，使得MTC控制系统180能够与远程装置(如传感器206和一个或更多个飞行器控制系统或其它发动机参数源210)通信。通信接口208可包括例如用于与网络一起使用的有线或无线网络适配器或无线数据收发器。例如，通信接口208可与飞行器控制系统或其它(多个)发动机参数源210有线或无线通信，并且可从其接收信号(例如，请求、指令、值)。
处理器202构造成执行计算机可读指令(储存例如在存储器204中)，以实施发动机健康评估模块212。发动机健康评估模块212构造成处理来自(多个)传感器206的传感器数据和/或来自(多个)源210的发动机参数，以估计发动机100在整个其寿命中的健康。应当理解的是，发动机健康评估模块212可构造成监测发动机100的(多个)特定构件(如HP压缩机124)的健康。在一个实施例中，发动机健康评估模块212包括健康模型214，其包括跟踪滤波器215或者以其它方式与跟踪滤波器215通信。健康模型214根据操作条件、发动机年龄、翼上时间和/或其它参数对预期的发动机条件和飞行器参数建模。跟踪滤波器215广泛地说为参数估计算法，其用于根据如使用来自(多个)传感器206的传感器数据和/或来自(多个)源210的发动机参数确定的实际发动机特征来调谐或校准健康模型214。换句话说，跟踪滤波器215识别健康模型214与实际发动机条件之间的差异，并且相应地调谐健康模型214。发动机健康评估模块212构造成监测这些差异，作为发动机100的健康的估计。
处理器202还包括控制模块218，其构造成使用来自发动机健康评估模块212的输出，以生成阀定位命令220。此外，来自发动机健康评估模块212的输出可储存在学习模块216中，并且/或者从其取回用于校准目的(例如，健康模块214和/或其它飞行器系统(图2中未示出)的校准)。控制模块218(和/或处理器202和/或MTC控制系统180的任何其它构件)还构造成使用阀定位命令220，以调节至少一个MTC阀184的位置，使得调节至涡轮128和/或130中的一个或更多个的冷却流。例如，当发动机健康评估模块212确定发动机100的健康劣化超过阈值水平时，控制模块218可生成并且使用阀定位命令220以进一步开启一个或更多个MTC阀184，以在特定操作条件期间增加对涡轮128和/或130的冷却。因此，提供了至对应的发动机构件的修改(增加)的冷却流。
在示例性实施例中，MTC控制系统180使用发动机健康评估模块212中的初始参数(例如，用于新发动机100的预期的参数，或用于劣化发动机100的最坏情况参数)，以确定发动机构件(如HP涡轮128和/或LP涡轮130)的冷却流需求。MTC控制系统180针对多个操作条件中的各个确定用于各个构件的冷却流需求。例如，对于飞行器发动机100而言，可在特定的飞行条件(如起飞和爬升)期间需要比在巡航期间更多的冷却流。以飞行器发动机100的实例继续，MTC控制系统180构造成最初在如最初确定的各种飞行条件期间将所需的冷却流引导至各个构件。在一个实施例中，MTC控制系统180的控制模块218将阀定位命令220设定为用于各个飞行条件的初始状态，使得MTC阀184在各个飞行条件下适当地定位，以向各个构件提供所需的冷却流。
MTC控制系统180例如使用如以上描述的发动机健康评估模块212来评估发动机100的实际健康。在一个实施例中，MTC控制系统180在发动机100(和其构件，如(多个)涡轮128和/或130)的操作期间实时地评估发动机100的健康。MTC控制系统180基于发动机100的评估的健康来修改发动机100的一个或更多个构件的冷却流需求。例如，MTC控制系统180可确定在一个或更多个飞行条件(如巡航)期间，比必要的更多的冷却流引导至涡轮128,130中的一个。因此，MTC控制系统180的控制模块218生成更新或修改的阀定位命令220，以修改对应于涡轮128,130中的一个的、一个或更多个MTC阀184的位置。阀定位命令220设定为修改的状态，使得对应的(多个)MTC阀184定位成在巡航期间将较少的冷却流引导至涡轮128,130中的对应一个。在此类情况下，与将未修改的冷却流引导至发动机100的构件相比，SFC可减小。
在一些实施例中，控制模块218可在特定操作条件(例如，在一个飞行条件(如巡航)期间更新一个MTC阀184的位置的操作条件)下针对特定MTC阀184独立地修改阀定位命令220。在其它实施例中，控制模块218可针对所有操作条件更新用于一个MTC阀184的阀定位命令220(例如，可由相同调节量或由对应于相应飞行条件的缩放调节量来针对所有飞行条件修改用于一个阀184的阀定位命令220)。一旦阀定位命令220修改，则MTC控制系统180控制MTC阀184，以将修改的冷却流供应至发动机100的对应构件。
图3为基于发动机构件的健康调制至发动机构件的冷却流的方法300的简化图。方法300的某些步骤可由调制涡轮冷却(MTC)控制系统180(在图1中示出)实施。方法300包括针对多个操作条件中的各个确定302发动机构件(例如，HP涡轮128和/或LP涡轮130中的一个或更多个，两者在图1中示出)的冷却流需求。方法300还包括在多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导304至发动机构件。方法300包括评估306发动机构件的健康。方法300还包括基于发动机构件的评估的健康来修改308确定的冷却流需求，以及在多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应310至发动机构件。
以上描述的调制涡轮冷却(MTC)系统提供用于燃气涡轮发动机涡轮构件的调制冷却的高效方法。具体而言，以上描述的MTC控制系统包括构造成评估发动机健康的发动机健康评估模块，以及构造成基于发动机的健康和操作条件来生成阀定位命令的控制模块。因此，以上描述的MTC控制系统随发动机健康和操作条件变化将修改的冷却流供应至涡轮构件，使得较新的发动机在某些操作条件期间供应较少的不必要的冷却，并且较老的发动机可随劣化变化而充分地冷却。
本文中描述的方法、系统以及设备的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)根据飞行条件和发动机健康，随需要的实际冷却变化调制涡轮冷却；(b)由于此类调制而减小燃料消耗率；(c)由于随发动机劣化变化增加至其的冷却流而延长发动机和/或其构件的寿命(例如，翼上时间)；和/或(d)关于“最坏情况情景”操作改进对实际发动机条件的实时控制反应。
调制涡轮冷却系统的示例性实施例在上面详细地描述。调制涡轮冷却系统以及操作此类系统和构件装置的方法不限于本文中描述的特定实施例，而是相反地，系统的构件和/或方法的步骤可与本文中描述的其它构件和/或步骤独立地且分开地利用。例如，方法还可与需要将涡轮流引导至系统构件的其它系统组合使用，并且不限于仅利用如本文中描述的系统和方法实践。相反地，示例性实施例可连同当前构造成接收和接受调制冷却系统的许多其它机械应用来实施和利用。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些附图中示出并且在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或要求权利。
该书面的描述使用实例以公开实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种调制涡轮冷却(MTC)控制系统，其包括与存储器通信的处理器，其中所述处理器编程成：
针对多个操作条件中的各个确定发动机构件的冷却流需求；
在所述多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至所述发动机构件；评估所述发动机的健康；
基于所述发动机的评估的健康来修改确定的冷却流需求；以及
在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至所述发动机构件。
2.根据权利要求1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成调制构造成供应所述修改的冷却流需求的阀的位置。
3.根据权利要求1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成在所述发动机的操作期间使用一个或更多个传感器、一个或更多个虚拟传感器以及所述发动机构件的一个或更多个模型中的至少一个来实时地评估所述发动机构件的健康。
4.根据权利要求3所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成使用健康模型和参数估计算法来估计所述发动机的所述健康。
5.根据权利要求1所述的MTC控制系统，其特征在于，所述处理器还编程成确定至少包括起飞、巡航、爬升以及下降的多个飞行条件的冷却流需求。
6.一种涡扇发动机，其包括：
芯部发动机，其包括多级压缩机；
风扇，其由涡轮(128,130)供能，所述涡轮由生成在所述芯部发动机中的气体驱动；
风扇旁通管，其至少部分地包绕所述芯部发动机和所述风扇；以及
调制涡轮冷却(MTC)控制系统，其与所述涡扇发动机的至少一个发动机构件通信，所述MTC控制系统包括与存储器通信的处理器，其中所述处理器编程成：
针对多个操作条件中的各个确定所述发动机构件的冷却流需求；
在所述多个操作条件中的各个相应的操作条件期间将确定的所需流引导至所述发动机构件；
评估所述发动机的健康；
基于所述发动机的评估的健康来修改确定的冷却流需求；以及
在所述多个操作条件中的各个随后相应的操作条件期间将修改的冷却流需求供应至所述发动机构件。
7.根据权利要求6所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成调制构造成供应所述修改的冷却流需求的阀的位置。
8.根据权利要求6所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成在所述发动机构件的操作期间使用一个或更多个传感器、一个或更多个虚拟传感器以及所述发动机构件的一个或更多个模型中的至少一个来实时地评估所述发动机的健康。
9.根据权利要求8所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成使用健康模型和参数估计算法来估计所述发动机的所述健康。
10.根据权利要求6所述的涡扇发动机，其特征在于，所述处理器还编程成确定至少包括起飞、巡航、爬升以及下降的多个飞行条件的冷却流需求。
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