CN108150293A - 用于限制喘振风险的涡轮发动机上的提取的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于限制喘振风险的涡轮发动机上的提取的控制方法和装置。本发明涉及用于飞机推进的涡轮发动机（T）上的机械能和/或空气提取的控制方法。它基于能量管理器和涡轮发动机控制系统之间的交换请求/授权协议。在对提取需求的修改之后执行该协议。本发明旨在检查喘振裕度是否与提取需求的修改可兼容，并且如果需要的话，采用临时措施以避免涡轮发动机的喘振，例如通过缓冲器提供至少一部分的能量需求。以此方式研发的本发明允许优化用于飞机推进的涡轮发动机的操作，同时完全避免涡轮发动机的喘振风险。

Description

用于限制喘振风险的涡轮发动机上的提取的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及涡轮发动机及其控制的领域。本发明尤其涉及设在配有涡轮发动机的一些飞机上的推进器组的控制。
本发明尤其适用于涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机（其中包括桨扇发动机，英语中一般用术语“open rotors”（开式转子发动机）或“propfans”（桨扇发动机）表示），其可以用于飞机的推进。涡轮螺旋桨发动机与涡轮喷气发动机的区别是设有无涵道式螺旋桨桨叶。涡轮风扇发动机或英语中的“turbofan”包括用作螺旋桨的涵道风扇。本发明尤其适用于这些类型的涡轮发动机。
背景技术
用于飞机推进的涡轮发动机还可以简称为“发动机”。因此在本文中，术语“发动机”对应于用于飞机推进的涡轮发动机。
这些涡轮发动机使用一个或多个气体涡轮机，同时回收在由一个或多个压缩机供给空气的燃烧室中所产生的能量。
在涡轮发动机操作期间，在压缩机处可能出现的一种已知现象是称为“喘振”的现象。这种现象在下文中通过飞机推进器组的涡轮喷气发动机的示例来进行解释，但是这在涡轮螺旋桨发动机中（或者通常在任何的涡轮发动机的压缩机中）也是相同的。
喘振现象对应于压缩机叶片的空气动力学失速。
这对应于从压缩机的高压区向低压区回流的趋势。这会引起压缩机流率的以振荡形式的不稳定性。
通常，应该注意避免这种现象的发生，因为流率（débit）的变化或反转可能导致涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机性能的降低。
因此，已知控制涡轮喷气发动机的压缩机的操作，以避免在将要发生喘振的操作点的范围（也称为“喘振区”）内或在该范围附近进行操作。换言之，对于给定的流速，要确保压缩机的压力比（或其压缩率）不超过一定限度，或者相反地，压缩机中根据其压力比或其负载存在足够的流量。在实践中，往往使压缩机在最大可允许压力比下进行操作，以便于确保涡轮发动机的良好效率。
在飞机的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的情况下，涡轮增压器的负载不但取决于由涡轮发动机提供的用于飞机推进的功率，还取决于用于飞机推进之外的其它功能的机械功率或空气的提取（prélèvement）。
提取可以有两种性质：机械提取和/或空气提取。
机械（能量）提取对应于在涡轮机和压缩机之间的驱动轴处经由机械传动装置进行的功率提取。例如这允许为飞机的液压设备产生液压功率，和/或驱动一个或多个发电机以供应电能。
空气提取（在航空领域中通常用英文术语“bleed air（放气）”来表示）在于提取由压缩机所压缩的空气的一部分，以便于供给（例如）除霜系统、空调系统、载荷冷却系统、燃料惰化系统和/或发动机的内部冷却系统。
这些提取会影响相对于喘振区的裕度。通常在高压轴上实现的机械功率的提取使压缩机的操作点更接近涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的喘振区。空气提取往往主要增加压缩机中的流量（空气的质量流量），而空气提取对压力比的影响通常可以忽略不计，这样会使压缩机的操作点远离喘振区。
发动机在喘振方面的最关键的操作点处于其空转转速（或“空转速度”）下。事实上，在发动机的最低转速下，压缩机被低速驱动并且当然具有低压力比，但是压缩机中的空气流量也极大减小，从而可能会在低压力比下发生喘振。因此在空转压力比方面提供的裕度非常小。
已知几种方法来增加飞机发动机的操作点与喘振区之间的距离并确保其之间的一定的裕度。首先，可以增加发动机的空转，这样会增加空转操作点与喘振区之间的距离，如前所述。另外，发动机可以具有位于低压压缩机或高压压缩机之后的泄压阀。这些阀的打开增加压缩机内的空气流量。然而，虽然这些阀能够将涡轮发动机的推力保持在期望的水平，但是使用这些阀来获得此推力会导致消耗的显著增加，并且会增加故障风险。
另一种使得不会对相对于喘振区的裕度产生过大负面影响的已知的方式在于，在包括低压压缩机、中间压缩机和高压压缩机的涡轮喷气发动机中，经由变速器，在连接到中间压缩机的轴处提取功率，而不是像通常情况那样在连接到高压压缩机的轴处提取功率。但是这并不总是可能的，特别是因为用于飞机推进的许多涡轮发动机并没有中间轴。
关于空转（ralenti），通常用于限定其速度的方案是考虑到最不利的特殊情况，即考虑最大机械提取（以产生机械功率、电功率或液压功率）和最小空气提取。空转速度的定义还考虑到可能随之出现的最快的加速阶段，且在此期间发生压力比的快速增加，而流量并不立即增加。
因此，根据飞机中通常使用的涡轮发动机的控制策略，涡轮发动机被控制，使得其压缩机（特别是高压压缩机）的操作线（由其多个连续操作点所限定）保持喘振裕度，这考虑到涡轮发动机可能的突然加速时对机械提取的需求的最高水平（即使对于这些需求设置了阈值限制），并且不考虑空气提取（由于假设这些可以随时停止）。这会导致采用可能很高的空转速度。
文献US2014/0297155描述了一种飞机发动机的管理方法，其中持续地估计机械提取水平以使其能够被考虑到并且被校正（通过限制对功率提取的授权），以便确保发动机能够产生所必需的推力，或保持在可允许的温度范围内。该文献还提供了考虑这些提取以启动发动机的称作“几何形状可变”的装置（例如，在压缩机的入口处的空气引导阀或泄压阀）的可能性。可以实现对几何形状可变机构的这种控制，使能考虑到相对于喘振区的裕度。
然而，涡轮发动机的管理，特别是对于涉及在飞机的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机操作期间所进行的提取的管理，可以进一步被优化。
发明内容
因此，在本发明中提出了一种用于飞机推进的涡轮发动机上的机械能和/或空气提取的控制方法，所述飞机包括从所述涡轮发动机提取机械能的机械能提取机构以满足机械能提取需求，和/或用于从所述涡轮发动机中提取空气的空气提取机构以满足空气提取需求，所述飞机包括用于操控在所述涡轮发动机上的提取的能量管理器和用于操控所述涡轮发动机的操作的涡轮发动机控制系统。该方法包括：
- 在提取需求的修改之后，由所述能量管理器向所述涡轮发动机控制系统发出修改提取的授权请求；
- 由所述涡轮发动机控制系统估计所述涡轮发动机的当前喘振裕度；以及
- 如果所述当前喘振裕度允许在没有所述涡轮发动机的喘振风险的情况下修改提取，则所述涡轮发动机控制系统向所述能量管理器发出修改提取的授权，并且修改所述提取；
- 如果所述当前喘振裕度不允许在没有所述涡轮发动机的喘振风险的情况下修改所述提取，则由所述涡轮发动机控制系统修改所述涡轮发动机的一个或多个操作参数以增加喘振裕度，并且响应于提取需求的修改，采取临时措施。
由于使用飞机的能量管理器与涡轮发动机控制系统（例如具有空转管理器）之间的通信协议，以此方式研发的本发明允许优化用于飞机推进的涡轮发动机的操作。根据请求/许可类型的协议，该通信使得，只要涡轮发动机不在能保证即使提取被修改（以及涡轮发动机可能的快速加速）也不存在喘振的操作点上，则阻止对涡轮发动机上的提取进行修改。在提取的修改未被授权的时间期间，采取措施以允许飞机功能的可接受的操作。
因此，稳定操作中的喘振裕度可以低于通常采用的喘振裕度，并且没有涡轮发动机的操作修改会产生喘振的风险。因此可以使涡轮发动机在更接近喘振区的操作线上进行操作，并采用更低的空转转速。这有利于涡轮发动机和其装配的飞机的燃料消耗，减小推力以改进下降率，限制制动器在地面上的磨损，并且通过其操控改进对仪器的地面控制，以及改进其噪声发射水平。
根据该方法的一个实施例，临时措施包括，通过允许储存能量或产生能量的缓冲器（tampon）来供应全部的或部分的机械能提取需求。
临时措施可以包括使提取空气的消耗部件开始操作或增加对空气的需求，或者禁止其关闭。
涡轮发动机的操作参数的修改可以包括增加涡轮发动机的空转转速。
该方法还可以包括：
- 估计涡轮发动机的当前操作点；
- 估计当前机械能提取；
- 估计当前空气提取，
当前喘振裕度的确定随涡轮发动机的当前操作点以及当前机械能提取和当前空气提取而变化。
临时措施包括，通过停止或限制会增加机械提取需求的部件的功率来限制机械提取，被停止或限制功率的这些部件是根据预先建立的部件或部件的相应功能的优先级列表所选择的。
在该方法的一个实施例中，继续实施这些临时措施，直到所述能量管理器（AEM）接收到修改提取的授权，或者直到经过预定持续时间。
在一个实施例中，该方法包括：如果在所述方法的过程中检测到错误，或者如果故障阻止了所述方法的应用，则修改所述涡轮发动机的操作参数使其位于一操作点上，所述操作点能确保对于最大机械能提取且没有空气提取的情况下所述涡轮发动机不会发生喘振。
本发明还涉及一种用于飞机推进的涡轮发动机的控制装置，包括：机械能提取机构以满足机械能提取需求，和/或空气提取机构以满足空气提取需求；用于操控所述涡轮发动机上的提取的能量管理器（AEM）和用于操控所述涡轮发动机的操作的涡轮发动机控制系统。在此装置中，所述能量管理器配置成，在修改提取需求的情况下，向所述涡轮发动机控制系统发出修改提取的授权请求。所述涡轮发动机控制系统配置成：估计所述涡轮发动机的当前喘振裕度；响应于所述修改提取的授权请求，如果所述当前喘振裕度允许在没有所述涡轮发动机的喘振风险的情况下修改提取，则向所述能量管理器发出修改提取的授权；以及如果所述当前喘振裕度不允许在没有所述涡轮发动机的喘振风险的情况下修改提取，则修改所述涡轮发动机的一个或多个操作参数以增加喘振裕度。提取控制装置配置成，如果当前喘振裕度不允许在没有所述涡轮发动机的喘振风险的情况下修改提取，则响应于提取需求的修改，采取临时措施。
此类装置可以进一步包括允许储存能量或产生能量的缓冲器，并且作为临时措施供应全部的或部分的机械能提取需求。
缓冲器可以包括电池或超级电容。缓冲器可以包括液压储备器。缓冲器可以包括辅助功率单元。
能量管理器还配置成，使提取空气的消耗部件开始操作或增加对空气的需求，或者禁止其关闭，以便作为临时措施响应来使空气提取最大化。
涡轮发动机控制系统还可以包括空转管理器，所述空转管理器配置来增加所述涡轮发动机的空转以作为所述涡轮发动机的操作参数的修改。
附图说明
通过下文的说明，将更明白本发明的其它特点和优点。
在以非限制性示例提供的附图中：
- 图1示意性地表示飞机推进器组的涡轮喷气发动机及其环境；
- 图2以曲线图的形式示出了涡轮发动机的压缩机的操作和喘振区的概念；
- 图3在类似于图2的曲线图上示出了涡轮发动机的加速度对其压缩机的操作点和相对于喘振区的裕度的影响；
- 图4在类似于图2的曲线图上示出了机械能提取和空气提取对涡轮发动机的高压压缩机的操作点和相对于喘振区的裕度的影响；
- 图5以流程图的形式示出了根据本发明的一个实施例的示例性方法；
- 图6示意性地示出了根据本发明的实施例的装置。
具体实施方式
图1以示意图表示用于飞机推进的涡轮喷气发动机及其周围环境。如图1所示的涡轮喷气发动机包括风扇1，该风扇1开始旋转引起分成主气流FP和副气流FS的气流的加速。
主气流FP进入涡轮发动机。主气流的空气通过压缩机2被加压，压缩机2在示出的示例中分别包括低压压缩机C1和高压压缩机C2。通过压缩机2压缩的空气与燃料（例如，煤油）混合并进入燃烧室3，在该燃烧室3中使由此形成的混合物进行燃烧。
由此释放的能量部分由涡轮机4回收，该涡轮机4在此处示出的示例中包括高压涡轮机T2和低压涡轮机T1。
在实践中，高压涡轮机T2机械地（通过称作高压轴的轴）连接到其旋转驱动的高压压缩机C2。低压涡轮机T1机械地（通过称作低压轴的轴）连接到其旋转驱动的低压压缩机C1。
涡轮机还允许驱动风扇1。
如前所述，可以在此类涡轮喷气发动机上进行两种类型的提取，即机械能提取和空气提取。
机械能提取是通过包括减速器的传动装置5在轴（例如高压轴）上所进行的，该传动装置驱动提取轴6。
空气提取是通过放气点，例如高压压缩机（通常在涡轮发动机空转时使用）下游的放气点7，在向空气中的任何燃料喷射的上游处进行的。这种配置是为了说明的目的示出的，可以在不同的点处进行空气的排放（一方面根据涡轮发动机的配置，且另一方面根据它的操作点），例如在高压压缩机的不同级之间，或者在高压压缩机上游。
图2以曲线图的形式示出了涡轮发动机的压缩机的操作，例如图1中的风扇式涡轮喷气发动机的操作。
纵轴表示压缩机的压力比PR，定义为压缩机出口处的压力与入口处的压力之间的比，且可由下式表示：，
其中Pin对应于压缩机入口处的总压力，且Pout是压缩机出口处的总压力。
横轴表示经校正的质量流量Wred，即，通过考虑压缩机中的空气的入口压力和入口温度而经过标准化。经校正的质量流量由下式表示：
其中Win对应于压缩机入口处的质量流量，Tin对应于入口处的总温度，Tref为参考温度，且Pref为参考压力。
因此可以在图2中的曲线图上绘制压缩机的不同操作点。在该曲线图中，可以定义称作喘振区SZ的区域，其对应于压缩机的所有产生喘振现象的操作点。如图2所示，当高压力比应用至过低的空气流量（空气的质量流量）时，会产生这种情况。
因此，喘振区（由阴影线表示）在图2的曲线图中通过喘振线SL界定，这对应于如果压力比增加或者如果空气流量减少会发生喘振的“限制”操作点。
为了允许涡轮发动机的可靠操作，对其进行控制，使得其压缩机根据足够远离喘振区的操作线WL进行操作。相对于喘振区的距离（也称为裕度或喘振裕度）的概念可以用多种方式表示，例如通过相对于喘振区的压力比（在恒定质量流量下）方面的裕度，或者也可以通过所考虑的操作点与喘振线SL之间的最短距离（在由曲线图定义的空间中）。
低质量流量和低压力比下的涡轮发动机的操作对应于低功率（LP）下的操作，而高质量流量和高压力比下的操作对应于高功率（HP）下的操作。如在图2中所见，当质量流量趋向于零并且压力比趋向于1时，操作线WL趋向于与喘振线SL会聚。因此，特别地确定涡轮发动机的空转速度，使得能在空转时保证一定的喘振裕度。
如图2所示，趋向于使涡轮发动机的压缩机以相对于喘振区SZ具有足够裕度进行操作。
为了在涡轮发动机上的提取的快速变化（即机械提取的增加或者空气提取的减少或停止）期间以及在涡轮发动机操作的过渡阶段期间避免压缩机的喘振，尤其需要这样的裕度。实际上，图2中所示的涡轮发动机的操作线WL对应于稳定转速下的操作点。如图3所示，涡轮发动机的加速度会影响相对于喘振区SZ的裕度。
图3基本上与图2相同，但是它还描绘了在从处于稳定的操作点（称作加速开始点PA）开始加速期间压缩机的过渡操作线TL。
在加速期间，操作线（对应于压缩机的一系列有效操作点）倾向于接近喘振线SL，这对应于喘振裕度的暂时损失。
因此，飞机设有的涡轮发动机能够被快速加速的事实需要使其在稳定转速下的操作阶段中以相对于喘振区具有一定裕度的方式进行操作，以避免加速期间发生喘振。
图4在类似于图2和图3的曲线图上示出了机械能提取和空气提取对涡轮发动机的压缩机的操作点以及对相对于喘振区的裕度的影响。图4基本上与图2相同，但是它还描绘了当在高压轴上进行机械能提取时的压缩机的操作线WL1和当进行空气提取时的压缩机的操作线WL2。
如图4所示，空气提取对喘振裕度具有正面的影响。事实上，相比于在没有任何提取（能量或空气）的情况下的压缩机的操作线WL，当进行空气提取时压缩机的操作线WL2离喘振区SZ更远。如图4所示，机械能提取对喘振裕度有负面影响。实际上，相比于在没有任何提取（能量或空气）的情况下压缩机的操作线WL，当进行能量提取时压缩机的操作线WL1更接近喘振区SZ。
因此，本发明倾向于优化涡轮发动机相对于喘振现象的控制，特别是在涡轮发动机的过渡操作期间以及在允许空转的持续转速时，以避免相对于极端情况限定空转，且同时保证没有喘振的风险。
为此目的提出了一种用于控制涡轮发动机的方法，其中在图5中示出了其实施例的实际示例。
图5示出了用于飞机的涡轮发动机（例如气体涡轮机）的控制，特别是在涉及喘振管理的方面。在图5的示例中使用计算机（可以是分立的或由单个计算机物理地构成），一方面用于能量管理的功能，或称为“飞机能量管理器”（AEM，Aircraft Energy Manager）的能量管理器，并且用于空转管理的功能或空转管理器，称为“空转管理器”（IM，IdleManager）。
空转管理器IM负责确定涡轮发动机空转时的转速。能量管理器AEM负责控制提取需求以及满足这些需求的方式。
在第一步骤S1中，确定对机械能提取和空气提取的当前需求。换言之，持续地或周期性地（以预定的时间间隔或响应于事件）跟踪在一空间（例如在如图2至图4所示的空间）中所限定的机器的操作点，并且估计当前提取（机械和空气）以及对提取的当前需求。
在步骤S2中，估计对机械能提取的需求是否对应于当前的机械能提取。任何不一致意味着操作参数的改变，这有可能使操作点更接近喘振区，或者使操作点进入涡轮发动机（即涡轮发动机的至少一个压缩机）的喘振区。类似地，在S3步骤中，估计对空气提取的当前需求是否对应于当前空气提取。
如果对这两个测试的响应是肯定的，则满足对提取的需求，并且不采取任何措施（步骤S4）。在相反的情况下，则估计是否激活指示器，这要求提取保持尽可能低（步骤S5）。例如，在需要涡轮发动机的特定加速度的情况下，或者在选择称作经济操作模式的情况下，可以激活此类指示器。能量管理器AEM还估计是否可以减少对机械提取的需求（步骤S6），且如果这两个测试是肯定的，则能量管理器AEM命令减少对机械能的提取（步骤S7）。如果对步骤S5和S6的两个测试的响应并不都是肯定的，则将对修改机械能提取的授权请求发送到涡轮发动机控制系统（物理上与上述空转管理和能量管理计算机是分立的或不分立的）（步骤S8）。
在步骤S9中，估计能量管理器AEM是否已经接收到修改提取的授权。由用于涡轮发动机控制系统发出的该授权对于应用于涡轮发动机的提取的修改是预先必须的（除了下面描述的情况，其中已经过了最长时间，在该时间结束时，必须进行对提取的修改）。
如果为了预见到的提取的改变已经发出了此授权，这意味着对提取的修改可以在涡轮发动机的当前操作点进行，而没有喘振的风险，则进行机械能提取和/或空气提取的改变，即，当前提取与需求一致（步骤S10）。
如果尚未发出提取改变的授权，这意味着涡轮发动机控制系统评估到喘振裕度可能受到太大的影响（或者涡轮发动机可能被带到喘振区中的操作点），则使用缓冲器（tampon）以供应一部分的机械能需求（S11）。因此使用缓冲器，同时等待发出修改提取的授权或者直到足够的时间，该时间是足够的以保证涡轮发动机已经到达允许应用所需提取而没有喘振风险的操作点。
因此，在本发明中提出的想法之一在于，如果由于提取需求的变化使得喘振裕度减小过多，则使用缓冲器以在发动机适应功率需求（例如通过增加其空转水平）所需的时间期间向飞机的消耗装置供应能量。
关于空气提取，可以使用由飞机机舱（对其可以选择在一定限度内更快或更慢地换气）自然形成的缓冲器以暂时增加空气提取。同样，空调功能和/或舱内换气功能的改变的一定延迟是可以接受的，从而允许区分用于此功能的空气提取的减少。
当涡轮发动机达到允许修改提取而没有喘振风险的操作点时，使用缓冲器，即使在涡轮发动机快速加速的情况下也是如此。换言之，缓冲器的使用一直持续到能量管理器接收到对修改提取的授权为止。然而，缓冲器的使用无法无限地持续下去，并且在步骤S12中，验证在修改提取之前已经经过了预定的最长时间。
如果未达到此时间，则不进行任何动作（步骤S4）。如果达到或超过此时间，则命令对提取的修改，并且使当前提取与需求一致（步骤S10）。同时，如下所述，涡轮发动机将已经位于肯定确保没有任何喘振风险的操作点。为此目的，在实践中可以并联地实施两台计数器，空转管理器的计数器的持续时间短于能量管理器的计数器的持续时间，这保证了在提取变化之前达到安全操作点。
应该注意的是，由涡轮发动机控制系统发出对修改提取的授权，并且因此在步骤S9进行的估计，需要知道对于当前操作点的喘振裕度。基于在步骤S1中所收集的关于当前操作点、当前提取以及提取需求的信息，在确定裕度S13的步骤中，例如通过空转管理器IM，与前述的步骤连续并行地计算喘振裕度。
步骤S13和随后的步骤对应于在空转管理器IM处执行的步骤（在示出的实施例的示例中），以便与能量管理器AEM进行对话，并且如果需要的话，修改空转速度，以增加喘振裕度。
在步骤S14中，确定是否已经发出改变提取的请求（例如在步骤S8）。
如果没有发出改变提取的请求，则不会命令任何动作，且空转将保持不变（步骤S15）。如果已经发出了改变提取的请求，则使计数器增量（步骤S16），从而允许验证该方法的良好运行。
此外，在修改请求相对于当前情况倾向于增加喘振裕度的情况下，涡轮发动机的转速可以因此被减速，而不实施下面描述的步骤。
然后，将由于对提取应用改变而产生的喘振裕度与阈值进行比较，该阈值例如以最小裕度的形式表示（步骤S17）。如果裕度大于预定阈值，则在步骤S18（其在此处示出的实施例的示例中允许执行步骤S9）中向能量管理的计算机发送修改授权。
如果喘振裕度低于阈值，使得如果授权进行对提取的修改将存在喘振风险，则使涡轮发动机的空转转速加速（步骤S20）。这可以继续，直到涡轮发动机的当前点上的喘振裕度足以确保，即使进行提取所需要的修改并且即使命令涡轮发动机的突然加速，也仍然不会发生喘振。
尽管如此，其间涡轮发动机控制系统要求飞机不修改提取（由于没有授权来进行）的时间无法是无限期的。因此，使用缓冲器以供应一部分对提取的需求无法无限期地继续下去。因此，预先确定一最长时间，超过该最长时间，则涡轮发动机控制系统必须授权对提取进行修改。
因此，在预定最长时间（在步骤S19中被控制）过去之前（或者如果在该方法的过程中检测到错误，或者检测到让该方法无法正常实施的故障），则涡轮发动机被带到默认操作点，该操作点对应于预定的空转转速。相对于喘振现象，这个默认点被认为是“安全的”，因为它可以同时满足对最大机械提取的需求，允许空气提取的停止，并且允许涡轮发动机的最大加速，同时保证不会发生喘振（步骤S21）。如果在实施本方法期间检测到任何错误（例如在确定喘振裕度的过程中），或者能量管理器与涡轮发动机控制系统（例如具有空转管理器）之间的暂时或永久的通信中断，则也使用这个相对于喘振安全的操作点，以便于保证在不确定情况下不会出现喘振。
此类方法可以通过对机械提取的限制来完善。这种限制可以通过停止或限制增加对机械提取的需求的部件的功率来实现。为了选择受影响的部件，可以建立和使用部件或与部件相对应的功能的分级列表（优选地，首先影响对于飞机的顺利操作或舒适性不太重要的部件）。
还可以通过管理空气提取来完善这种方法，例如通过允许在涡轮发动机的过渡操作阶段中维持或增加空气提取（例如，关于由飞机机舱或专用储存机构提供的空气储存，利用缓冲器），这样增加喘振裕度。
图6以示意方式描绘了根据本发明的一个实施例的飞机的涡轮发动机T的控制装置。能量或空气的传输用双箭头表示，以及数据（信息、指令）的传输用单箭头表示。
涡轮发动机T可以具有与图1所示类型相同的类型，包括机械能提取机构和空气提取机构。
该装置还包括缓冲器BUF。缓冲器BUF允许储存或产生能量（不增加涡轮发动机的功率或产生额外的推力）。产生能量是指例如通过煤油的化学能量的转化来产生电能，缓冲器可能是发电机。缓冲器BUF可以包括电能储存机构（电池、超级电容器/超级电容等）或液压能量储存机构（例如蓄压器）或机械能储存机构（惯性储存器、势能储存器等）；缓冲器可以包括通常由飞机在地面上用于发电所使用的辅助发电机（通常用英文首字母缩写“APU”表示）。
该装置还包括能量管理器AEM和空转管理器IM。能量管理器AEM尤其具有控制在涡轮发动机上进行的提取的功能。空转管理器IM是涡轮发动机T的控制系统的元件，其控制并跟踪涡轮发动机T的控制系统的操作点，例如通过空转管理器IM，其还允许跟踪喘振裕度，即相对于喘振区SZ的裕度。
能量管理器AEM和空转管理器IM进行通信，以授权或不授权对涡轮发动机上的提取的修改。该通信对应于协议P的实现，协议P例如可以是图5中所示的协议。因此，响应于能量管理器AEM发出的修改提取的请求，可以在确信涡轮发动机处于保证不会发生喘振的操作点之后，授权进行此修改。如果涡轮发动机的当前操作点不允许对提取进行所需的修改，则增加涡轮发动机的空转转速。在此期间，通常由单独的机械能提取所供应的能量消耗元件CE的机械能提取需求中的至少一部分由缓冲器BUF来保证。
由于使用能量管理器与空转管理器（或者更大体地，飞机的涡轮发动机控制系统）之间的通信协议，由此研发的本发明允许优化用于飞机推进的涡轮发动机的操作。此通信使得，只要涡轮发动机不处于即使修改提取（以及涡轮发动机的可能的快速加速）也保证不会发生喘振的操作点，则阻止对涡轮发动机上的提取进行修改。在提取的修改未被授权的时间内，可以使用缓冲器（能量储存器或能量发生器）来在涡轮发动机的可能产生喘振现象的操作阶段中供应能量。缓冲器的使用允许暂时全部或部分地满足通常完全由涡轮发动机处的机械能提取所满足的能量需求。
在本发明的一些变型中，以整体的方式考虑提取，包括有利于喘振裕度的空气提取。

Claims (15)

1.一种用于飞机推进的涡轮发动机（T）上的机械能和/或空气提取的控制方法，所述飞机包括从所述涡轮发动机（T）提取机械能的机械能提取机构以满足机械能提取需求，和/或用于从所述涡轮发动机（T）中提取空气的空气提取机构以满足空气提取需求，所述飞机包括用于操控在所述涡轮发动机（T）上的提取的能量管理器（AEM）和用于操控所述涡轮发动机（T）的操作的涡轮发动机（T）控制系统；
所述方法包括：
- 在提取需求的修改之后，由所述能量管理器（AEM）向所述涡轮发动机控制系统发出修改提取的授权请求（S8）；
- 由所述涡轮发动机控制系统估计所述涡轮发动机（T）的当前喘振裕度（S13）；以及
- 如果所述当前喘振裕度允许在没有所述涡轮发动机（T）的喘振风险的情况下修改提取，则所述涡轮发动机控制系统向所述能量管理器（AEM）发出修改提取的授权（S18），并且修改所述提取（S10）；
- 如果所述当前喘振裕度不允许在没有所述涡轮发动机（T）的喘振风险的情况下修改所述提取，则由所述涡轮发动机控制系统修改所述涡轮发动机（T）的一个或多个操作参数以增加喘振裕度，并且响应于提取需求的修改，采取临时措施。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述临时措施包括，通过允许储存能量或产生能量的缓冲器（BUF）来供应全部的或部分的机械能提取需求（S11）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述临时措施包括，使提取空气的消耗部件开始操作或增加对空气的需求，或者禁止其关闭。
4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，修改所述涡轮发动机（T）的操作参数包括增加所述涡轮发动机的空转转速（S20）。
5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，还包括：
- 估计所述涡轮发动机（T）的当前操作点；
- 估计当前机械能提取；以及
- 估计当前空气提取（S1），
并且其中，当前喘振裕度的确定随所述涡轮发动机（T）的当前操作点以及当前机械能提取和当前空气提取而变化。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述临时措施包括，通过停止或限制会增加机械提取需求的部件的功率来限制机械提取（S7），被停止或限制功率的这些部件是根据预先建立的部件或部件的相应功能的优先级列表所选择的。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，继续实施这些临时措施，直到所述能量管理器（AEM）接收到修改提取的授权，或者直到经过预定持续时间。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，包括：如果在所述方法的过程中检测到错误，或者如果故障阻止了所述方法的应用，则修改所述涡轮发动机（T）的操作参数使其位于一操作点上，所述操作点能确保对于最大机械能提取且没有空气提取的情况下所述涡轮发动机（T）不会发生喘振（S21）。
9.一种用于飞机推进的涡轮发动机（T）的控制装置，包括：
- 机械能提取机构以满足机械能提取需求，和/或空气提取机构以满足空气提取需求，
- 用于操控所述涡轮发动机上的提取的能量管理器（AEM）和用于操控所述涡轮发动机（T）的操作的涡轮发动机（T）控制系统；
其特征在于：
- 所述能量管理器（AEM）配置成，在修改提取需求的情况下，向所述涡轮发动机控制系统发出修改提取的授权请求，
- 所述涡轮发动机控制系统配置成：
• 估计所述涡轮发动机（T）的当前喘振裕度；
• 响应于所述修改提取的授权请求，如果所述当前喘振裕度允许在没有所述涡轮发动机（T）的喘振风险的情况下修改提取，则向所述能量管理器发出修改提取的授权；以及
• 如果所述当前喘振裕度不允许在没有所述涡轮发动机（T）的喘振风险的情况下修改提取，则修改所述涡轮发动机（T）的一个或多个操作参数以增加喘振裕度；
- 提取控制装置配置成，如果当前喘振裕度不允许在没有所述涡轮发动机（T）的喘振风险的情况下修改提取，则响应于提取需求的修改，采取临时措施。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括允许储存能量或产生能量的缓冲器（BUF），并且作为临时措施供应全部的或部分的机械能提取需求。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述缓冲器（BUF）包括电池或超级电容。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的装置，其中，所述缓冲器（BUF）包括液压储备器。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的装置，其中，所述缓冲器（BUF）包括辅助功率单元。
14.根据权利要求9至13中的一项所述的装置，其中，所述能量管理器还配置成，使提取空气的消耗部件开始操作或增加对空气的需求，或者禁止其关闭，以便作为临时措施响应来使空气提取最大化。
15.根据权利要求9至14中的一项所述的装置，其中，所述涡轮发动机（T）控制系统还包括空转管理器（IM），所述空转管理器配置来增加所述涡轮发动机（T）的空转以作为所述涡轮发动机（T）的操作参数的修改。
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