CN107893703A - 用于动态地控制飞行器的操作的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于动态地控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的方法，该方法可以大体包括由第一发动机控制器和第二发动机控制器接收得自操作者操纵的输入设备的一个或多个操作者命令。该方法也可包括通过第一发动机控制器控制第一燃气涡轮发动机的操作并通过第二发动机控制器控制第二燃气涡轮发动机的操作。此外，该方法可包括：检测与第一发动机控制器相关联的故障状况；以及随后将第一燃气涡轮发动机的控制从第一发动机控制器切换至第二发动机控制器。该方法还可包括利用第二发动机控制器动态地控制第一燃气涡轮发动机的操作。本申请还涉及一种用于控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的系统。

Description

用于动态地控制飞行器的操作的系统和方法
技术领域
本申请涉及用于动态地控制飞行器的操作的系统和方法。
背景技术
在飞行器内的燃气涡轮发动机通常包括串流布置的压缩机部段、燃烧部段、涡轮部段和排气部段。在操作中，空气进入压缩机部段的入口中，在那里，一个或多个压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧部段。燃料与压缩空气混合并在燃烧部段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体然后被从燃烧部段导引通过限定在涡轮部段内的热气体路径，并且经由排气部段从涡轮部段排出。
用于飞行器的燃气涡轮发动机可以采用自动发动机控制系统，例如，全权数字发动机控制(FADEC)系统。特别地，对于具有两个或更多个燃气涡轮发动机的飞行器，FADEC系统是理想的，因为FADEC系统动态地控制每个燃气涡轮发动机的操作并且需要飞行员的极少(如果有的话)监控。然而，如果FADEC系统对于飞行器的一个或多个燃气涡轮发动机失效，则(多个)受影响的燃气涡轮发动机失去自动动态控制。在这样的情况中，飞行员可以使用手动操作的备用系统来手动地控制(多个)受影响的燃气涡轮发动机的操作。然而，这些手动操作的备用系统增加了重量和成本两者，并且至少由于这些原因而通常不被包括在现代飞行器上。此外，这些手动备用系统需要飞行员的大量监控。这是不期望的，尤其是在涉及敌方飞行器的战斗情形中。
如果飞行器不包括手动操作的备用系统，那么常规系统常常需要关闭(多个)受影响的燃气涡轮发动机或者在检测到(多个)相关联的FADEC系统失效时根据预定的操作模式来控制(多个)受影响的燃气涡轮发动机的操作。因此，相比手动操作的备用系统，一旦(多个)受影响的燃气涡轮发动机已被关闭或者备选地一旦发动机已被置于其预定的操作模式，飞行员就不能够提供任何输入来控制(多个)受影响的燃气涡轮发动机的操作。这是特别不期望的，因为飞行器不再能调整(多个)受影响的燃气涡轮发动机的发动机功率。因此，飞行器的发动机功率要求中的任何变化将在可能的情况下被置于(多个)其它剩余发动机上，并且可用于飞行器的功率的总范围将被减小。
因此，本领域需要一种系统和方法，它允许操作者在与第一燃气涡轮发动机相关联的发动机控制器不正常工作时通过第二燃气涡轮发动机的发动机控制器来动态地控制第一燃气涡轮发动机。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中提出，或者可由该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。
在一个方面，本主题涉及一种用于动态地控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的方法。该方法可包括由第一发动机控制器和第二发动机控制器接收得自一个或多个操作者操纵的输入设备的一个或多个操作者命令。该方法也可包括由第一发动机控制器至少部分地响应于(多个)接收的操作者命令而控制第一燃气涡轮发动机的操作。此外，该方法可包括由第二发动机控制器至少部分地响应于(多个)接收的操作者命令而控制第二燃气涡轮发动机的操作。该方法也可包括检测与第一发动机控制器相关联的故障状况。此外，该方法可包括响应于检测到故障状况而将第一燃气涡轮发动机的操作的控制从第一发动机控制器切换至第二发动机控制器。此外，该方法可包括由第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到故障状况之后接收的一个或多个新的操作者命令而动态地控制第一燃气涡轮发动机的操作，所述一个或多个新的操作者命令得自所述一个或多个操作者操纵的输入设备。
在另一方面，本主题涉及一种用于动态地控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的系统。该系统可以大体上包括第一发动机控制器和第二发动机控制器。第一发动机控制器可以被构造成至少部分地响应于从飞行器的操作者接收的一个或多个操作者命令而控制第一燃气涡轮发动机的操作。同样，第二发动机控制器可以被构造成至少部分地响应于从飞行器的操作者接收的所述一个或多个操作者命令而控制第二燃气涡轮发动机的操作。此外，第二发动机控制器可以被构造成当检测到第一发动机控制器的故障状况时动态地控制第一燃气涡轮发动机的操作。具体而言，第二发动机控制器可以被构造成至少部分地响应于在检测到故障状况之后从操作者接收的一个或多个新的操作者命令而动态地控制第一燃气涡轮发动机的操作。
更进一步地，本申请的技术方案1涉及一种用于动态地控制具有第
一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的方法，
所述方法包括：
由第一发动机控制器和第二发动机控制器接收来自操作者操纵的输入设备的一个或多个操作者命令；
由所述第一发动机控制器至少部分地响应于所述接收的一个或多个操作者命令而控制所述第一燃气涡轮发动机的操作；
由所述第二发动机控制器至少部分地响应于所述接收的一个或多个操作者命令而控制所述第二燃气涡轮发动机的操作；
检测与所述第一发动机控制器相关联的故障状况；
响应于检测到所述故障状况而将所述第一燃气涡轮发动机的所述操作的控制从所述第一发动机控制器切换至所述第二发动机控制器；以及
由所述第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的一个或多个新的操作者命令而动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作，所述一个或多个新的操作者命令得自所述操作者操纵的输入设备。
本申请的技术方案2涉及根据技术方案1所述的方法，其中，动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作包括由所述第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而调整所述第一燃气涡轮发动机的发动机功率水平。
本申请的技术方案3涉及根据技术方案2所述的方法，其中，调整所述第一燃气涡轮发动机的所述发动机功率水平包括由所述第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而调制到所述第一燃气涡轮发动机的燃烧部段的燃料流量。
本申请的技术方案4涉及根据技术方案3所述的方法，还包括由所述第二发动机控制器调整在所述第一燃气涡轮发动机内的空气流量。
本申请的技术方案5涉及根据技术方案4所述的方法，其中，调整空气流量包括由所述第二发动机控制器至少部分地响应于所述第一燃气涡轮发动机的气体发生器轴的旋转速度的增加或减少而旋转所述第一燃气涡轮发动机的入口导向静叶或可变静叶。
本申请的技术方案6涉及根据技术方案1所述的方法，其中，单独的控制器可通信地联接到所述第一发动机控制器，所述单独的控制器被构造成检测与所述第一发动机控制器相关联的所述故障状况。
本申请的技术方案7涉及根据技术方案6所述的方法，其中，从所述第一发动机控制器到所述第二发动机控制器切换控制包括由所述第二发动机控制器接收来自所述单独的控制器的通知，所述通知指示与所述第一燃气涡轮发动机相关联的所述故障状况。
本申请的技术方案8涉及根据技术方案1所述的方法，还包括由所述第二发动机控制器执行包含所述第一燃气涡轮发动机的发动机模型的应用程序。
本申请的技术方案9涉及根据技术方案8所述的方法，还包括在检测到与所述第一发动机控制器相关联的所述故障状况之前由所述第二发动机控制器接收来自所述第一发动机控制器的数据。
本申请的技术方案10涉及根据技术方案9所述的方法，还包括由所述第二发动机控制器至少部分地基于在检测到所述故障状况之前从所述第一发动机控制器接收的所述数据来更新所述第一燃气涡轮发动机的所述发动机模型。
本申请的技术方案11涉及一种计算机可读介质，其上存储计算机可读指令，所述指令当由一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行权利要求1-10任一所述方法。
本申请的技术方案12涉及一种用于控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的系统，所述系统包括：
第一发动机控制器，其被构造成至少部分地响应于从所述飞行器的操作者接收的一个或多个操作者命令而控制所述第一燃气涡轮发动机的操作；以及
第二发动机控制器，其被构造成至少部分地响应于从所述操作者接收的所述一个或多个操作者命令而控制所述第二燃气涡轮发动机的操作；
其中，当检测到所述第一发动机控制器的故障状况时，所述第二发动机控制器被构造成至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后从所述操作者接收的一个或多个新的操作者命令而动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作。
本申请的技术方案13涉及根据技术方案12所述的系统，其中，所述第二发动机控制器被构造成至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而通过调整所述第一燃气涡轮发动机的发动机功率水平来动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作。
本申请的技术方案14涉及根据技术方案13所述的系统，所述的系统，其中，所述第二发动机控制器被构造成通过至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而调制到所述第一燃气涡轮发动机的燃料流量来调整所述第一燃气涡轮发动机的所述发动机功率水平。
本申请的技术方案15涉及根据技术方案14所述的系统，所述的系统，其中，所述第二发动机控制器还被构造成通过旋转所述第一燃气涡轮发动机的入口导向静叶或可变静叶来调整所述第一燃气涡轮发动机内的空气流量。
本申请的技术方案16涉及根据技术方案12所述的系统，所述的系统，还包括可通信地联接到所述第一发动机控制器的单独的控制器，所述单独的控制器被构造成检测与所述第一燃气涡轮发动机相关联的所述故障状况。
本申请的技术方案17涉及根据技术方案16所述的系统，系统，其中，所述单独的控制器可通信地联接到所述第二发动机控制器，并且其中，所述单独的控制器被构造成将指示所述检测到的故障状况的通知发送至所述第二发动机控制器。
本申请的技术方案18涉及根据技术方案12所述的系统，还包括操作者操纵的输入设备，其被构造成由操作者使用以发送所述一个或多个操作者命令和所述一个或多个新的操作者命令。
本申请的技术方案19涉及根据技术方案18所述的系统，其中，所述操作者操纵的输入设备包括总桨距输入设备、第一节流输入设备和第二节流输入设备中的至少一个。
参考下面的描述和所附的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。被包括到该说明书中并组成其一部分的附图展示了本发明的实施例，并且与该描述一起用来说明本发明的原理。
附图说明
本发明的完全和充分的公开，包括其对于本领域普通技术人员而言的最佳模式，在参考附图的说明书中被阐述，在附图中：
图1是根据本公开的一个实施例的飞行器的透视图；
图2是根据本公开的一个实施例的燃气涡轮发动机的示意性剖视图；
图3示出了是根据本公开的一个实施例的用于动态地控制飞行器的操作的系统的示意图；
图4示出了图3中的系统的另一个示意图，特别地示出了其中飞行器的燃气涡轮发动机中的一个的发动机控制器用来动态地控制两个燃气涡轮发动机的实例；以及
图5示出了根据本主题的方面的用于动态地控制飞行器的操作的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例进行详细参考，在附图中显示了其中一个或多个示例。每个示例通过对本发明进行说明而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出许多修改与变型。例如，作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生更进一步的实施例。因此，本发明意图包括这样落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改与变型。
如本说明书所用，术语“第一”和“第二”可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。
一般来讲，本主题涉及用于动态地控制具有两个或更多个燃气涡轮发动机的飞行器的操作的系统和方法。具体而言，根据本主题的方面，所公开的系统和方法允许在确定第一燃气涡轮发动机的发动机控制器不再正确地工作时利用飞行器的第二燃气涡轮发动机的发动机控制器来动态地控制飞行器的第一燃气涡轮发动机的操作。
例如，在若干实施例中，所公开的系统可包括第一和第二发动机控制器，其被构造成接收来自飞行器的操作者的一个或多个操作者命令。第一发动机控制器可以被构造成至少部分地响应于(多个)接收的操作者命令而控制第一燃气涡轮发动机的操作。同样，第二发动机控制器可以被构造成至少部分地响应于(多个)接收的操作者命令而控制第二燃气涡轮发动机的操作。此外，如下文将描述的，第二发动机控制器还可以被构造成当检测到第一发动机控制器的故障状况时动态地控制第一燃气涡轮发动机的操作。
应当理解，所公开的系统提供用于仅使用一个发动机控制器来动态控制第一和第二燃气涡轮发动机两者。更具体而言，该系统允许操作者甚至在第一发动机控制器由于故障状况(例如，由于弹道事件)而不可操作时动态地控制第一燃气涡轮发动机的发动机功率水平。这提供了飞行器的更大可操纵性，并且可根据需要在发动机控制器之一完全失效之后在第一和第二燃气涡轮发动机之间保持一致的负载共享。
图1提供了根据本公开的示例性飞行器10的透视图。飞行器10限定了包括三个正交的坐标轴线的正交的坐标系。更具体而言，这三个正交的坐标轴线包括侧向轴线L、纵向轴线T和竖直轴线V。在操作中，飞行器10可以沿着或围绕侧向轴线L、纵向轴线T和竖直轴线V中的至少一个移动。
在图1所示实施例中，飞行器10包括限定驾驶舱20的机身12。驾驶舱20包括总桨距输入设备22、第一节流输入设备24、第二节流输入设备26和仪表面板28。飞行器10还包括主转子组件40和尾转子组件50。主转子组件40包括主转子轮毂42和多个主转子叶片44。如图所示，每个主转子叶片44从主转子轮毂42向外延伸。尾转子部段50包括尾转子轮毂52和多个尾转子叶片54。每个尾转子叶片54从尾转子轮毂52向外延伸。
另外，飞行器10包括第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62。第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62生成并传输功率以驱动主转子叶片44和尾转子叶片54的旋转。特别地，主转子叶片44的旋转为飞行器10生成升力，而尾转子叶片54的旋转在尾转子部段50处生成侧向推力，并且抵消由主转子叶片44施加在机身12上的扭矩。
总桨距输入设备22共同地(即，全部同时)调整主转子叶片44的桨距角，以便增加或减小飞行器10从处于给定的转子速度的主转子叶片44得到的升力的量。更具体而言，操纵总桨距输入设备22导致飞行器10在沿着竖直方向V的两个相对的方向之一上移动。应当理解，操纵总桨距输入设备22也可用来增加或减小第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62提供给主转子组件40以生成飞行器10的所需升力的功率的量。
第一节流输入设备24控制第一燃气涡轮发动机60的最大发动机功率，第二节流输入设备26控制第二燃气涡轮发动机62的最大发动机功率。在图1所示实施例中，第一节流输入设备24和第二节流输入设备26是在第一位置和第二位置之间可移动的杆件。因此，向或朝着第一方向移动第一节流输入设备24和第二节流输入设备26分别增加第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62的最大发动机功率。相比之下，在第二方向上移动第一节流输入设备24和第二节流输入设备26分别减小第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62的最大发动机功率。然而，应当理解，第一节流输入设备24和第二节流输入设备26可以是构造成调整第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62的最大发动机功率的任何合适的设备。例如，第一节流输入设备24和第二节流输入设备26可以各自为具有至少两个分立的位置(例如，OFF(关闭)、IDLE(怠速)和FLY(飞行))的开关。
应当理解，虽然示出和描述了特定的飞行器，但其它构型和/或飞行器也将受益于本公开，例如，带有补充平移推力系统的高速复合旋翼飞行器、双对转同轴转子系统飞行器、涡轮螺旋桨式飞机、倾转旋翼机、偏转翼飞行器、常规起降式飞行器和其它涡轮驱动的机器。
图2提供了根据本公开的示例性燃气涡轮发动机100的示意性剖视图。如图2所示，燃气涡轮发动机100限定了延伸穿过的纵向或中心线轴线102以用于参考。燃气涡轮发动机100可以大体包括基本上管状的外部壳体104，其限定环形入口106。外部壳体104可以由单个壳体或多个壳体形成。外部壳体104包封呈串流关系的气体发生器压缩机110、燃烧部段130、涡轮140和排气部段150。气体发生器压缩机110包括入口导向静叶112的环形阵列、压缩机叶片114的一个或多个顺序的级、可变静叶116的一个或多个级的一个或多个顺序的级、一个或多个静止的压缩机静叶117的一个或多个顺序的级、以及离心压缩机118。压缩机叶片114、可变静叶116、静止的压缩机静叶117和离心压缩机118共同地限定压缩空气路径120。
燃烧部段130包括燃烧室132和延伸进入燃烧室132的一个或多个燃料喷嘴134。燃料喷嘴134供应燃料以与进入燃烧室132的压缩空气混合。此外，燃料和压缩空气的混合物在燃烧室132内燃烧以形成燃烧气体136。如下文将更详细地描述的，燃烧气体136驱动压缩机110和涡轮140。
涡轮140包括气体发生器涡轮142和功率涡轮144。气体发生器涡轮142包括涡轮转子叶片146的一个或多个顺序的级和定子静叶147的一个或多个顺序的级。同样，功率涡轮144包括涡轮转子叶片148的一个或多个顺序的级和定子静叶149的一个或多个顺序的级。如下文将更详细地讨论的，气体发生器涡轮142经由气体发生器轴160驱动气体发生器压缩机110，并且功率涡轮144经由功率涡轮轴170驱动输出轴180。
如在图2中示出的实施例中所示，气体发生器压缩机110和气体发生器涡轮142经由气体发生器轴160联接到彼此。在操作中，燃烧气体136驱动气体发生器涡轮142和功率涡轮144两者。当气体发生器涡轮142围绕中心线轴线102旋转时，气体发生器压缩机110和气体发生器轴160均围绕中心线轴线102旋转。此外，当功率涡轮144旋转时，功率涡轮轴170旋转并将旋转能量传递至输出轴180。作为示例，燃气涡轮发动机100可以是图1的第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62，并且输出轴180可以旋转飞行器10的主转子叶片44和尾转子叶片54两者。
现在参看图3，示出了根据本主题的方面的用于动态地控制飞行器的操作的系统200的一个实施例。一般来讲，系统200将参照上文参照图1和图2描述的飞行器10和燃气涡轮发动机100进行描述。然而，在其它实施例中，系统200可以结合任何其它合适的飞行器和/或任何其它合适的燃气涡轮发动机实现或使用。
如图3所示，在一个实施例中，系统200可包括第一发动机控制器202和第二发动机控制器204。在正常操作期间，第一发动机控制器202可以控制第一燃气涡轮发动机60的操作，并且第二发动机控制器204可以控制第二燃气涡轮62的操作。更具体而言，在若干实施例中，第一发动机控制器202可以经由第一燃料控制器206控制第一燃气涡轮发动机60的操作，并且第二发动机控制器204可以经由第二燃料控制器208控制第二燃气涡轮62的操作。
第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以各自大体包括一个或多个处理器210和相关联的存储器212，它们被构造成执行多种计算机实现的功能(例如，执行本说明书所公开的方法、步骤、计算等)。另外，第一燃料控制器206和第二燃料控制器208可以各自包括一个或多个处理器220和相关联的存储器222，它们被构造成执行多种计算机实现的功能。然而，应当理解，第一燃料控制器206和第二燃料控制器208可以是可编程的逻辑设备，例如，现场可编程门阵列(FPGA)。
如本说明书所用，术语“处理器”不仅表示在本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且表示控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其它可编程电路。另外，存储器212、222可以大体包括(多个)存储元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)、紧致盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用盘(DVD)和/或其它合适的存储元件或它们的组合。
第一发动机控制器202和第二发动机控制器204还可以各自包括通信接口模块214。通信接口模块214包括用来发送和接收数据的相关联的电子电路。更具体而言，第一发动机控制器202的通信接口模块214用来将数据发送至第一燃料控制器206和从第一燃料控制器206接收数据。同样，第二发动机控制器204的通信接口模块214用来将数据发送至第二燃料控制器208和从第二燃料控制器208接收数据。应当理解，通信接口模块214可以是合适的有线或无线通信接口的任何组合。
第一发动机控制器202也可以与第一燃气涡轮发动机60的一个或多个第一传感器230通信。同样，第二发动机控制器204可以与第二燃气涡轮发动机62的一个或多个第一传感器230通信。所述一个或多个第一传感器230的示例可非限制地包括压力传感器、温度传感器、扭矩传感器和速度传感器。作为示例，压力传感器可以被构造成感测在气体发生器压缩机110处的环境压力(P0)或入口压力(P1)，并且温度传感器可以被构造成感测在气体发生器压缩机110处的入口温度(T1)。备选地或除此之外，压力传感器可以被构造成感测在气体发生器压缩机110的出口处的排出压力(PS3)，并且温度传感器可以被构造成感测在涡轮部段140内的涡轮气体温度(T4.5)。扭矩传感器可以被构造成检测第一燃气涡轮发动机60的发动机扭矩(Q1)。速度传感器可以被构造成检测气体发生器轴160的旋转速度NG。备选地或除此之外，速度传感器可以被构造成检测功率涡轮轴170的旋转速度NP。因此，第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第一传感器230可包括上面提及的传感器(例如，压力、温度、扭矩、速度)的任何组合。
应当理解，第一发动机控制器202可以经由有线连接可通信地联接到第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第一传感器230。例如，第一发动机控制器202可以经由有线连接接收来自第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第一传感器230的数据(例如，模拟或数字)。还应当理解，第二发动机控制器204可以经由有线连接可通信地联接到第二燃气涡轮发动机62的所述一个或多个第一传感器。因此，第二发动机控制器204可以经由有线连接接收来自第二燃气涡轮发动机62的所述一个或多个第一传感器230的数据(例如，模拟或数字)。
第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以经由数据总线250可通信地联接到彼此。因此，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以经由数据总线250交换数据。例如，第一发动机控制器202可以通过数据总线250发送数据至第二发动机控制器204。更具体而言，数据可以指示第一燃气涡轮发动机60的一个或多个操作参数。例如，第一燃气涡轮发动机60的操作参数可非限制地包括发动机扭矩(Q1)、涡轮气体温度(T4.5)和压缩机排出压力(P3)。
应当理解，第一发动机控制器202可以通过数据总线250接收来自第二发动机控制器204的数据。例如，数据可以指示第二燃气涡轮发动机62的一个或多个操作参数。具体而言，第二燃气涡轮发动机62的操作参数可非限制地包括发动机扭矩(Q1)、涡轮气体温度(T4.5)和压缩机排出压力(P3)。还应当理解，第一燃气涡轮发动机60的操作参数可以由第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第一传感器230检测。具体而言，第一发动机控制器202可以直接从所述一个或多个第一传感器230接收操作参数。此外，第二燃气涡轮62的操作参数可以由第二燃气涡轮发动机62的所述一个或多个第一传感器230检测。因此，第二发动机控制器204可以直接从第二燃气涡轮发动机62的所述一个或多个第一传感器230接收操作参数。
第一燃料控制器206和第二燃料控制器208可以各自包括通信接口模块224。第一燃料控制器206和第二燃料控制器208的通信接口模块224包括相关联的电子电路，其用来发送和接收数据。更具体而言，第一燃料控制器206的通信接口模块224用来将数据发送至第一发动机控制器202和从第一发动机控制器202接收数据。同样，第二燃料控制器208的通信接口模块224用来将数据发送至第二发动机控制器204和从第二发动机控制器204接收数据。应当理解，通信接口模块224可以是任何合适的有线或无线通信接口。
第一燃料控制器206可以与第一燃气涡轮发动机60的一个或多个第二传感器232和/或(多个)致动器240通信。同样，第二燃料控制器208可以与第二燃气涡轮发动机62的一个或多个第二传感器232和/或(多个)致动器240通信。所述一个或多个第二传感器232的示例可非限制地包括速度传感器。作为示例，速度传感器可以被构造成检测气体发生器轴160的旋转速度NG。备选地或除此之外，速度传感器可以被构造成检测功率涡轮轴170的旋转速度NP。因此，所述一个或多个第二传感器232可包括上面提及的传感器(例如，压力、温度、扭矩、速度)的任何组合。
应当理解，第一燃料控制器206可以经由有线连接可通信地联接到第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第二传感器232。例如，第一燃料控制器206可以经由有线连接接收来自第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第二传感器232的数据(例如，模拟或数字)。还应当理解，第二燃料控制器208可以经由有线连接可通信地联接到所述一个或多个第二传感器。例如，第二燃料控制器208可以经由有线连接接收来自第二燃气涡轮发动机62的所述一个或多个第二传感器232的数据(例如，模拟或数字)。
如图3所示，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以各自为双通道系统，其具有两个冗余通道：第一通道A和第二冗余通道B。同样，第一燃料控制器206和第二燃料控制器208可以各自为双通道系统，均具有第一通道A和第二冗余通道B两者。对于发动机控制器202、204和燃料控制器206和208，通道A和B可以在发动机控制和操作中提供冗余度。特别地，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204的第一通道A和第二冗余通道B可以各自包括处理器210、存储器212和通信接口模块214。类似地，第一燃料控制器206和第二燃料控制器208的第一通道A和第二冗余通道B可以各自包括处理器220、存储器222和通信接口模块224。
第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以被构造成接收来自飞行器10的操作者操纵的输入设备260的一个或多个操作者命令。特别地，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以经由数据总线270可通信地联接到操作者操纵的输入设备260。因此，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以经由数据总线270接收所述一个或多个操作者命令。应当理解，数据总线270可以是任何合适的有线通信接口。例如，数据总线270可以基于ARINC 429、MIL-STD 1553、IEEE 1394或任何其它合适的标准。然而，还应当理解，在其它实施例中，数据总线270可以是任何合适的无线通信接口。
在一个实施例中，操作者操纵的输入设备260可以位于飞行器10的驾驶舱20中。例如，操作者操纵的输入设备260可包括总桨距输入设备22、第一节流输入设备24和第二节流输入设备26中的至少一个。如下文将更详细地讨论的，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以被构造成至少部分地基于通过数据总线270接收的所述一个或多个操作者命令来控制飞行器10的操作。
作为示例，飞行器10的操作者可以通过总桨距输入设备22生成操作者命令。更具体而言，操作者可以操纵总桨距输入设备22以增加飞行器10的升力。因此，第一发动机控制器202可以被构造成至少部分地基于得自总桨距输入设备22的操作者命令来控制第一燃气涡轮发动机60以增加第一燃气涡轮发动机60的发动机功率。如下文将更详细地讨论的，第一发动机控制器202可以经由第一燃气涡轮发动机60的一个或多个致动器来增加第一燃气涡轮发动机60的发动机功率。
在一个实施例中，第一发动机控制器202可以被构造成通过调制到第一燃气涡轮发动机60的燃料流量来增加发动机功率。更具体而言，第一发动机控制器202可以至少部分地响应于接收的一个或多个操作者命令而发送命令至第一燃料控制器206。此外，该命令可以提示第一燃料控制器206发送命令至第一燃气涡轮发动机60的一个或多个致动器240。具体而言，致动器240可以是燃料计量阀(未示出)，并且该命令可以致动燃料计量阀以增加到第一燃气涡轮发动机60的燃烧部段130的燃料流量。
此外，增加到第一燃气涡轮发动机60的燃料流量可以增加燃烧气体136的压力和流量，这可以增加功率涡轮轴170的功率输出。结果，由输出轴180传输的功率可以增加，因为输出轴180机械联接到功率涡轮轴170。此外，传输至主转子组件40的功率可以增加，因为主转子组件40机械联接到输出轴180。更进一步地，增加传输至主转子组件40的功率可以生成沿着竖直方向V移动飞行器10所需的升力。因此，第一发动机控制器202可以被构造成至少部分地基于接收自总桨距输入设备22的操作者命令来控制飞行器10的操作。
应当理解，第一发动机控制器202可以被构造成至少部分地响应于接收自第一节流输入设备24的操作者命令而增加或减小第一燃气涡轮发动机60的发动机功率。作为示例，如果飞行器10的操作者将第一节流输入设备24移动至第一位置或朝第一位置移动，则第一发动机控制器202可以增加第一燃气涡轮发动机60的发动机功率。相比之下，如果操作者将第一节流输入设备24移动至第二位置或朝第二位置移动，则第一发动机控制器202可以减小第一燃气涡轮发动机60的发动机功率。
第一发动机控制器202也可以被构造成调整第一燃气涡轮发动机60内的空气流量。作为示例，第一发动机控制器202可以被构造成在气体发生器轴160的旋转速度NG增加或减小之后调整空气流量。特别地，第一发动机控制器202可以至少部分地响应于气体发生器轴160的旋转速度NG的增加或减小而发送命令至第一燃料控制器206。此外，该命令可以提示第一燃料控制器206发送命令至第一燃气涡轮发动机60的一个或多个致动器240。具体而言，所述一个或多个致动器240可以是可变几何形状的致动器(未示出)，并且该命令可以致动可变几何形状的致动器以使入口导向静叶112和/或可变静叶116朝第一位置旋转或旋转至第一位置，在第一位置，最大量的空气流入气体发生器压缩机110中。相比之下，该命令可以致动可变几何形状的致动器以使入口导向静叶112和/或可变静叶116朝第二位置旋转或旋转至第二位置，在第二位置，最少量的空气流入气体发生器压缩机110中。
此外，增加通过气体发生器压缩机110的空气流量可以增加从气体发生器涡轮142传输至功率涡轮144的功率。结果，输出轴180的旋转速度NR可以增加，因为输出轴180机械联接到功率涡轮轴170。此外，主转子组件40的旋转速度NR可以增加，因为主转子组件40机械联接到输出轴180。更进一步地，增加传输至主转子组件40的功率可以生成沿着竖直方向V移动飞行器10所需的升力。
应当理解，第二发动机控制器204也可以经由数据总线270接收(多个)操作者命令，并且可以被构造成增加第二燃气涡轮发动机62的发动机功率。更具体而言，第二发动机控制器204可以被构造成以与上文结合第一发动机控制器202和第一燃气涡轮发动机60讨论的基本上相同的方式通过调制到第二燃气涡轮62的燃料流量来增加第二燃气涡轮发动机62的发动机功率。第二发动机控制器204也可以被构造成以与上文结合第一发动机控制器202和第一燃气涡轮发动机60讨论的基本上相同的方式通过旋转第二燃气涡轮发动机62的入口导向静叶112和/或可变静叶116的来调整第二燃气涡轮发动机62的空气流量。
还应当理解，操作者命令可包括通过操作者操纵的输入设备260中的两个或更多个生成的两个或更多个分立的操作者命令。例如，第一操作者命令可以从总桨距输入设备22接收，并且第二操作者命令可以从第一节流输入设备24接收。然而，此外，应当理解，第二发动机控制器204不接收得自第一节流输入设备24的操作者命令。同样，第一发动机控制器202不接收得自第二节流输入设备26的操作者命令。
仍然参看图3，在若干实施例中，第一燃料控制器206可以被构造成通过任何合适的方法检测第一发动机控制器202的故障状况。一般来讲，第一燃料控制器206可以被构造成基于其中第一燃料控制器206未接收到来自第一发动机控制器202的通信的预定量的时间的间隔来检测故障状况。更具体而言，如果第一燃料控制器206的通道B在预定量的时间内不接收来自第一发动机控制器202的通道B的通信，那么第一燃料控制器206的通道B记录第一发动机控制器202的通道B的故障状况。此外，第一燃料控制器206的通道B将故障状况通信至第一燃料控制器206的通道A。
在接收到指示第一发动机控制器202的通道B的故障状况的通信时，第一燃料控制器206的通道A确定其来自第一发动机控制器202的通道A的最近通信是否在预定量的时间内。如果最近通信发生在预定量的时间内，那么第一燃料控制器206的通道A继续控制第一燃气涡轮发动机60的操作。然而，如果最近通信不发生在预定量的时间内，那么第一燃料控制器206的通道A记录第一发动机控制器202的通道A的故障状况。
当第一燃料控制器206确定第一发动机控制器202的两个通道A和B均存在故障状况时，第一燃料控制器206记录指示第一发动机控制器202的完全失效的故障状况。应当理解，故障状况可以由于许多原因而发生。例如，第一发动机控制器202可能已经历弹道事件(ballistic event)。
如图3所示和下文更详细地讨论的，系统200也可包括第一数据总线280，其提供在第一燃料控制器206和第二发动机控制器204之间的通信接口。同样，系统200可包括第二数据总线282，其提供在第二燃料控制器208和第一发动机控制器202之间的通信接口。在一个实施例中，第一数据总线280可以对应于备用数据总线，当检测到第一发动机控制器202的故障状况时，第二发动机控制器204使用该备用数据总线来动态地控制第一燃气涡轮发动机60的操作。类似地，在一个实施例中，第二数据总线282可以对应于备用数据总线，当检测到第二发动机控制器204的故障状况时，第一发动机控制器202使用该备用数据总线来动态地控制第二燃气涡轮发动机62的操作。应当理解，第一数据总线280和第二数据总线282可以是任何合适的有线或无线通信接口。
现在参看图4，现在将参照当检测到第一发动机控制器202的故障状况从而指示控制器202不再正确地工作时系统200的操作来描述所公开的系统200。如图4所示，当检测到故障状况时，第一燃气涡轮发动机60的控制从第一发动机控制器202切换至第二发动机控制器204。更具体而言，当检测到指示第一发动机控制器202的完全失效的故障状况时，第一燃料控制器206可以将通知信号发送至第二发动机控制器204。该通知信号可以指示故障状况，并且可以提示经由第一数据总线280在第二发动机控制器204和第一燃料控制器206之间的通信。因此，第二发动机控制器204可以使用第一数据总线280来经由第一燃料控制器206动态地控制第一燃气涡轮发动机60的操作。
此外，第二发动机控制器204可以经由第一数据总线280从第一燃气涡轮60的所述一个或多个第二传感器232接收数据。作为示例，第二发动机控制器204可以从第一燃料控制器206接收指示气体发生器轴160的旋转速度NG和功率涡轮轴170的旋转速度NP的数据。更进一步地，第二发动机控制器206可以经由第一燃料控制器206和第一数据总线280与第一燃气涡轮发动机60的一个或多个致动器240通信。例如，第二发动机控制器204可以至少部分地响应于在检测到第一发动机控制器202的故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而与第一燃气涡轮发动机60的致动器240通信以增加或减小第一燃气涡轮60的发动机功率水平。更具体而言，致动器240可以是燃料计量阀(未示出)，其被构造成调节经由燃料喷嘴124流入燃烧部段130的燃料的量。
备选地或除此之外，第二发动机控制器204可以与第一燃气涡轮发动机60的致动器通信以增加或减小第一燃气涡轮发动机60内的空气流量。例如，致动器240可以是可变几何形状的致动器(未示出)，其被构造成在第一位置和第二位置之间旋转第一燃气涡轮发动机60的入口导向静叶112和/或可变静叶116。备选地，致动器240可以是抽气阀致动器(未示出)。应当理解，在一些实施例中，致动器240可包括以上讨论的致动器的任何组合。例如，在一个实施例中，致动器240可包括燃料计量阀、可变几何形状的致动器和抽气阀致动器。
如已经提及的，第一发动机控制器202和第二发动机控制器204可以经由数据总线250交换指示第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62的操作参数的数据。然而，应当理解，当检测到故障状况时，数据总线250可以变得不可操作。因此，一旦数据总线250变得不可操作，第二发动机控制器204就不再能从第一发动机控制器202接收指示第一燃气涡轮发动机60的操作参数的信息。特别地，第二发动机控制器204不再接收来自第一燃气涡轮发动机60的所述一个或多个第一传感器230的数据。因此，第二发动机控制器204不再能接收指示第一燃气涡轮发动机60的操作参数的数据，操作参数为非限制地例如发动机扭矩(Q1)、涡轮气体温度(T4.5)和压缩机排出压力(P3)。
然而，第二发动机控制器204可以被构造成使用来自所述一个或多个第二传感器232的数据来控制第一燃气涡轮发动机60。此外，第二发动机控制器204可包括存储在存储器212中的应用程序。此外，在执行该应用程序时，第二发动机控制器204可以被构造成估计由于故障状况而不再能测量的第一燃气涡轮发动机60的参数。更具体而言，第二发动机控制器204可以估计由所述一个或多个第一传感器230此前测量的参数并且使用这些估计值来更好地控制第一燃气涡轮发动机60。例如，第二发动机控制器204可以估计第一燃气涡轮发动机60的发动机扭矩(Q1)、涡轮气体温度(T4.5)和/或压缩机排出压力(P3)等。
第二发动机控制器204还可以被构造成至少部分地基于估计的参数和/或在检测到故障之前由第一发动机控制器202此前提供的信息来更新第一燃气涡轮发动机60的操作效率和/或第一燃气涡轮发动机204的应用程序的其它参数。因此，应用程序可以是特定于第一燃气涡轮发动机60的状况的发动机模型。
现在参看图5，示出了根据本主题的方面的用于动态地控制飞行器的操作的方法300的一个实施例的流程图。一般来讲，此处将参照上文参照图3和图4所描述的系统200来讨论方法300。然而，本领域的普通技术人员应当理解，所公开的方法300可以大体上利用具有任何其它合适的发动机构型的燃气涡轮发动机和/或利用具有任何其它合适的系统构型的系统来实现。此外，虽然图5为了说明和讨论目的而描绘了以特定次序执行的步骤，但此处所讨论的方法不限于任何特定的次序或布置。利用本说明书提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，本说明书所公开的方法的各种步骤可以各种方式被省略、重新安排、组合和/或改变。
如图5所示，在(302)中，方法300可包括第一发动机控制器和第二发动机控制器接收得自操作者操纵的输入设备的一个或多个操作者命令。具体而言，在一个实施例中，第一和第二发动机控制器可以各自接收来自位于飞行器的驾驶舱中的操作者操纵的输入设备的所述一个或多个操作者命令。
另外，在(304)中，方法300可包括第一发动机控制器至少部分地响应于(多个)接收的操作者命令而控制第一燃气涡轮发动机的操作。具体而言，在一个实施例中，第一发动机控制器可以调整到第一燃气涡轮发动机的燃烧部段的燃料流量以增加或减小发动机功率水平。备选地或除此之外，第一发动机控制器可以在第一和第二位置之间旋转第一燃气涡轮发动机的入口导向静叶和/或可变静叶以增加或减小发动机功率水平。
此外，在(306)中，方法300可包括由第二发动机控制器至少部分地响应于接收的操作者命令而控制第二燃气涡轮发动机的操作。具体而言，在一个实施例中，第二发动机控制器可以调整到第二燃气涡轮发动机的燃烧部段的燃料流量以增加或减小发动机功率水平。备选地或除此之外，第二发动机控制器可以在第一位置和关闭位置之间旋转第二燃气涡轮发动机的入口导向静叶和/或可变静叶以增加或减小发动机功率水平。
此外，在(308)中，方法300可包括检测与第一发动机控制器相关联的故障状况。具体而言，在一个实施例中，第一燃料控制器可以可通信地联接到第一发动机控制器。在这样的实施例中，第一燃料控制器可以被构造成至少部分地基于未接收到来自第一发动机控制器的通信的时间的间隔来检测故障状况。
此外，在(310)中，方法300可包括响应于检测到与第一发动机控制器相关联的故障状况而将第一燃气涡轮发动机的操作的控制从第一发动机控制器切换至第二发动机控制器。具体而言，在一个实施例中，第一燃料控制器从与第一发动机控制器的通信接口模块切换至联接到第二发动机控制器的通信接口。此外，在(312)中，方法300可包括由第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到故障状况之后接收的一个或多个操作者新命令而动态地控制第一燃气涡轮发动机的操作。具体而言，在一个实施例中，所述一个或多个新的操作者命令得自位于飞行器的驾驶舱中的操作者操纵的设备。应当理解，第二发动机控制器204可以提供第一燃气涡轮发动机60和第二燃气涡轮发动机62的同时动态控制。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求书所限定，并且可包括所属领域的技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于动态地控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的方法，所述方法包括：
由第一发动机控制器和第二发动机控制器接收来自操作者操纵的输入设备的一个或多个操作者命令；
由所述第一发动机控制器至少部分地响应于所述接收的一个或多个操作者命令而控制所述第一燃气涡轮发动机的操作；
由所述第二发动机控制器至少部分地响应于所述接收的一个或多个操作者命令而控制所述第二燃气涡轮发动机的操作；
检测与所述第一发动机控制器相关联的故障状况；
响应于检测到所述故障状况而将所述第一燃气涡轮发动机的所述操作的控制从所述第一发动机控制器切换至所述第二发动机控制器；以及
由所述第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的一个或多个新的操作者命令而动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作，所述一个或多个新的操作者命令得自所述操作者操纵的输入设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作包括由所述第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而调整所述第一燃气涡轮发动机的发动机功率水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，调整所述第一燃气涡轮发动机的所述发动机功率水平包括由所述第二发动机控制器至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后接收的所述一个或多个新的操作者命令而调制到所述第一燃气涡轮发动机的燃烧部段的燃料流量。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括由所述第二发动机控制器调整在所述第一燃气涡轮发动机内的空气流量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，调整空气流量包括由所述第二发动机控制器至少部分地响应于所述第一燃气涡轮发动机的气体发生器轴的旋转速度的增加或减少而旋转所述第一燃气涡轮发动机的入口导向静叶或可变静叶。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，单独的控制器可通信地联接到所述第一发动机控制器，所述单独的控制器被构造成检测与所述第一发动机控制器相关联的所述故障状况。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，从所述第一发动机控制器到所述第二发动机控制器切换控制包括由所述第二发动机控制器接收来自所述单独的控制器的通知，所述通知指示与所述第一燃气涡轮发动机相关联的所述故障状况。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括由所述第二发动机控制器执行包含所述第一燃气涡轮发动机的发动机模型的应用程序。
9.一种计算机可读介质，其上存储计算机可读指令，所述指令当由一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行权利要求1-8任一所述方法。
10.一种用于控制具有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的飞行器的操作的系统，所述系统包括：
第一发动机控制器，其被构造成至少部分地响应于从所述飞行器的操作者接收的一个或多个操作者命令而控制所述第一燃气涡轮发动机的操作；以及
第二发动机控制器，其被构造成至少部分地响应于从所述操作者接收的所述一个或多个操作者命令而控制所述第二燃气涡轮发动机的操作；
其中，当检测到所述第一发动机控制器的故障状况时，所述第二发动机控制器被构造成至少部分地响应于在检测到所述故障状况之后从所述操作者接收的一个或多个新的操作者命令而动态地控制所述第一燃气涡轮发动机的所述操作。
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