CN110225863A - 用于控制应急设备的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制直升机的应急设备的方法，所述直升机包括适于旋转的旋翼，所述应急设备适于提供额外应急推进功率给直升机，所述方法包括测量直升机转速的步骤(10)、计算所测量转速的漂移的步骤(12)、持续验证条件使得旋翼的转速大于作为待发速度的预定值及转速的漂移小于作为待发漂移的预定值的步骤(20)，以及如果验证条件得到证实则启动应急设备的步骤(22)。

Description

用于控制应急设备的方法和系统

1、技术领域

本发明涉及一种用于控制应急设备的方法和系统。特别地，本发明涉及用于控制直升机的应急设备的方法和系统，所述应急设备使得能够提供额外应急推进功率给直升机。

2、背景技术

直升机是配备有旋翼的飞行器，该旋翼被制成通过至少一个涡轮发动机经由主传动变速箱(BTP)进行旋转。直升机的悬浮与旋翼的旋转有关，旋翼通常以被称为标称速度(通常以每分钟转速来表示)的几乎恒定的预定速度旋转。

当直升机的驾驶员要求从涡轮发动机获得额外的功率时，涡轮发动机可以特别授权被称为PMT20s状态(最大瞬时功率20秒)的瞬态状态，该瞬时状态在单发直升机上被授权20秒。该瞬态状态比最大起飞功率(被称为PMD5min)高若干百分点。

但是，在某些飞行状态下，旋翼的转速可能突变(例如，在火星状况恶化的情况下：狂风、逆温等)，直升机飞行员可能需要执行特定的行动(例如避免障碍物)；或待运输的负载的质量大于预估。在这些情况下，PMT20s可能还不够。

此外，在受控的或不受控制的飞行中发动机停机的情况下，在发动机旋翼的转速出现明显下降的情况下，可能需要附加的应急功率。

为此，已经找到的一种解决方案，该解决方案在直升机旋翼的转速明显下降的情况下，以瞬时的方式引入用于附加的应急推进力的设备。例如，应急设备可以包括气体发生器，该气体发生器生成能够驱动直升机涡轮发动机的涡轮且因此立即增加可用功率的气体。例如，在申请人的申请FR3019588 A1中描述了一种提供该应急设备的方法。

然而，正如装备飞行器的装置中的大多数装置一样，这些应急设备受到严格的安全限制。特别地，这些应急设备必须仅当其为必要时才能启动(不能无意启动)。本发明者因此已寻找到能够实现可靠简易地控制这些应急设备的解决方案。

3、发明目的

本发明目的在于改进应急设备的至少某些已知缺点。

特别地，本发明目的在于，在本发明的至少一个实施例中，提供用于控制应急设备的方法和系统。

本发明的目的还在于，在至少一个实施例中，提供容忍可能导致应急设备无意启动的操作情况的方法和控制系统。

本发明的目的还在于，在至少一个实施例中，提供可以被集成到现有直升机中的方法和控制系统。

本发明的目的还在于，在至少一个实施例中，提供包括最少量部件的简易控制系统。

本发明的目的还在于，在至少一个实施例中，提供易于维护的控制系统。

本发明的目的还在于，在至少一个实施例中，提供与具有或不具有FADEC(全授权数字发动机控制)型发动机调节系统的涡轮发动机型式兼容的方法和控制系统。

4、发明内容

为此，本发明涉及一种控制直升机的应急设备的方法，所述直升机包括适于旋转的旋翼，所述应急设备适于以提供额外应急推进功率给直升机。

所述方法包括以下步骤：

-测量直升机旋翼转速的步骤；

-计算所测量的转速的导数的步骤；

-在t0时刻检测到所述旋翼的转速下降到直升机旋翼的标称转速V_NRnom以下的步骤；

-启动用于测量从t0时刻起的持续时间Δt的定时器的步骤，只要旋翼的转速一下降就启动该定时器；

-在t0+Δt时刻测量旋翼的转速V_NR的步骤；

-持续验证以下条件的步骤：

-旋翼的转速大于被称为待发速度(vitesse d’armement)的预定值；

-转速的导数小于被称为待发导数的预定值，

-在t0+dt时刻转速的导数小于或等于

-在t0+Δt时刻转速的导数大于或等于

其中，V_DEC为直升机旋翼的失速速度，在该速度之下直升机将由于缺少直升机的提升力而失速；

-如果所验证的条件得到证实，则启动应急设备的步骤。

因此，根据本发明的控制系统，通过应用某些安全限制使得能够控制应急设备，该安全限制使得能够在不想启动应急设备的情况下避免无意启动。测量旋翼速度而不是发动机速度这一事实使得能够将应急设备控制在和直升机提升力有重要关联的值上。特别地，发动机的转速和直升机的提升力不相关，特别当发动机已停机、且直升机还在自转中时。控制系统使得能够在不需要来自飞行员的任何动作的情况下启动应急设备。实际上，在某些情况下，即使飞行员进行了快速反应，但飞行员反应延迟的时间也会太长且会有导致直升机失速的风险。

特别地，应急方法验证前引条件以阻止应急设备在地面上启动：对速度进行测量并将其与待发速度进行比较避免了当直升机在停止时启动应急设备，例如由于风，旋翼在地面上也会以低速旋转。在低旋翼速度(低于待发速度)时不启动应急设备的事实在飞行期间没有什么影响，因为当旋翼速度太低时，任何情况下应急设备的启动都不会恢复重新获得提升力所必要的旋翼速度。

待发速度介于标称旋翼速度V_NRnom的50％至70％。在所有情况中，待发速度低于直升机的失速速度，在失速速度以下时因为直升机的提升力的损失而使得直升机处于失速状态，该失速速度取决于直升机和旋翼(特别是桨叶)的类型。

对旋翼转速的导数的测量和将其与待发速度的导数进行比较避免了当直升机在地面上且发动机停机时启动应急设备，这导致了旋翼速度的缓慢的降低(特别是当旋翼空转且与发动机断开连接时)。优选地，待发速度导数等于旋翼标称速度V_NRnom的-10％每秒。在所有情况中，该值为负，因为在该控制方法中所考虑并且需要启动应急设备的导数与旋翼转速的下降相关。

例如，该应急设备是如申请人的申请FR3019588中所描述的一种应急设备，其包括包括有推进剂模块的气体发生器，该气体发生器在启动时使得能够产生气体以提供给应急涡轮，该应急涡轮使轴转动，该轴的机械能能够被重新获得以将额外的功率加到由涡轮发动机驱动的旋翼上。

可以导致应急设备启动的情况尤其是以下情况的开启阶段：飞行期间受控或不受控制的发动机停机、在自转中下降结束时的雀降型机动动作、在特殊情况(避免意外障碍物、高空的逆温和狂风等等)下对额外功率的突然需求。

该控制系统还使得能够进行相对于直升机失速速度的验证，以确保直升机绝不会处于失速状态以及预见会导致失速的旋翼转速的下降。

在t0+Δt时刻相对于失速的第一验证条件使得如果旋翼转速下降足以表示旋翼将要快速达到失速速度，则能够启动应急设备，在失速速度以外时，将难以甚至不可能增加旋翼的速度以获得提升力。该条件随时间而变化，使得保持低转速的时间越长，启动应急设备以避免达到失速速度的可能性就越大。

在t0+Δt时刻相对于失速的第二验证条件使得如果已经达到失速速度，则能够避免应急设备被启动，使得应急设备的启动无效。

例如，失速速度是旋翼标称转速的80％，优选地在旋翼标称转速的60％和80％之间。该失速速度取决于直升机和其旋翼的特征。

其他条件会在验证步骤被验证。

有利地，根据本发明，验证步骤验证以下附加的条件：

-转速的导数大于被称为解除导数(dérivée de désarmement)的预定值。

根据本发明的一方面，当所测量的导数值明显不可靠时，该附加条件使得能够避免启动应急设备。此外，在导数测量系统故障或测量信号动态异常的情况下，其也可以避免启动应急设备。

优选地，解除导数小于旋翼标称速度V_NRnom的-500％每秒。在所有情况中，解除导数小于旋翼标称速度V_NRnom的-100％每秒。

本发明也涉及一种用于直升机的应急设备的控制系统，所述直升机包括适于旋转的旋翼，所述应急设备适于以提供额外应急推进功率给直升机，其特征在于，所述控制系统包括：

-输入，适于接收直升机旋翼转速的测量值；

-适于根据本发明执行控制方法的计算装置；

-点火输出，被配置成如果通过所述控制方法使所验证的条件得到证实，则传输启动命令至控制设备。

因此根据本发明的控制系统，归功于装配在直升机上的计算装置，使得能够根据本发明实现该方法。有利地可以将该系统加入到直升机中作为独立装置，因此减少或限制该独立系统所需的认证而不需影响直升机认证。特别地，该控制系统(以及相关的应急设备)可以被集成到已经在飞行的直升机中以提高其安全性。特别地，通过不将该控制系统与已存在于直升机中的控制系统相连接，使得能够避免电磁干扰和电磁脉冲影响对调节装置的表现的折中。

该系统包括简易的计算装置，例如计算器、计算机、集成或非集成组合电子电路等。因此该系统包括很少的部件、很简易及可以在开环中起作用。其维护很简单。

根据本发明的其他变型，该控制系统可以被完全或部分集成至直升机控制装置中，例如在FADEC中。该集成使得可以限制所需部件的数量，但是需要更复杂的认证。

因此，本发明兼容于包括涡轮发动机的、具有或不具有FADEC的直升机。

有利地，根据本发明该控制系统包括状态输出，其适于传输与该控制系统的运行状态相关的信息。

根据本发明的一个方面，该输出使得能够控制该控制系统的运行状态，并且因此可以知晓是否可以启动应急设备。例如，该状态输出可以指示以下状态：

ON：控制系统开，

OFF：控制系统关，

ALIM：控制系统通电，

FAULT：控制系统故障。

有利地，根据本发明该控制系统包括适于传输电能的电源输入，该电能使得计算装置能够操作以及使得能够传输启动命令至控制设备。

根据本发明的一个方面，例如，所使用的电源是直升机机载电源并且使得能够给计算装置供电及执行启动命令。因此，点火输出有足够的电能以启动应急设备，例如通过产生火花、加热部件等等，这使得例如推进剂型燃料能够被点火。

例如，与电源输入连接的该电源是28伏直流型机载网络，点火输出递送1安和1瓦的信号。

根据本申请的其他变型，启动命令是数字信号，且应急设备包括单独供电的、用于其自身启动的装置。

有利地，根据本发明控制系统包括适于从直升机传感器和/或应急设备传感器接收信息的多个输入。

来自直升机传感器的信息例如为：

-周围的温度；

-周围的压力。

来自应急设备传感器的信息例如为：

-应急设备的推进剂模块的温度；

-应急设备备用涡轮的转速。

控制系统可以进一步包括来自应急设备装置的控制输出。例如，申请人的申请FR3026435 A1描述了用于应急设备的检测设备，该检测设备使得能够将空气注入备用涡轮以检测其运行。注入的空气来自在涡轮发动机内循环的空气，且该注入的空气经由电磁阀注入使得成为发动机内循环空气的一部分：控制系统可以控制该电磁阀以执行备用涡轮的机械完整性测试。

这些输入和输出使得能够提高控制系统的可检测性和可用性。

本发明还涉及一种包括适于旋转的旋翼的直升机，其特征在于，该直升机包括根据本发明的应急设备和控制系统。

本发明还涉及控制过程，控制系统和直升机，其特征在于前述或下述特征的全部或部分的组合。

5、附图说明

参照附图，阅读通过非限制性示例的方式给出的以下说明，本发明的其他目的、特征和优点将会变得清楚，其中：

图1是根据本发明实施例的控制方法的示意图；

图2是根据本发明的第一实施例的控制系统的示意图；

图3是根据本发明的第二实施例的控制系统的示意图；

图4的示意图示出了受到根据本发明实施例的控制方法控制的应急设备的启动区域的图表，该控制方法所依赖的是旋翼的转速和旋翼转速的导数。

6、具体实施方式

以下实施例是示例性的。尽管该说明指的是一个或若干实施例，这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例，或者特征应用于单个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合以形成其他实施例。在附图中，出于说明和清楚的目的，没有严格遵守尺寸和比例。

图1示意性地示出了根据本发明实施例的控制方法，用于控制直升机的应急设备，所述直升机包括适于旋转的旋翼，所述应急设备适于提供额外应急推进功率给直升机。

控制方法100包括测量直升机旋翼转速的第一步骤10。然后控制过程100包括用于计算所测量的转速的导数的第二步骤12，以特别地检测转速的可能下降。在该实施例中，控制方法100进一步包括附加的步骤，特别地，在t0时刻检测到所述旋翼的转速下降到所述直升机旋翼的标称转速V_NRnom以下的步骤，启动用于测量从t0时刻起长的持续时间Δt的定时器的步骤16，只要旋翼的转速一下降就启动该定时器，以及在t0+Δt时刻测量旋翼转速V_NR的步骤18。

然后控制方法100包括持续验证若干条件的步骤20，参照图4进一步更加详细地说明该步骤。最后，如果所有的验证条件都得到证实，控制方法100包括启动应急设备的步骤22。

图2示意性地示出了根据本发明的第一实施例的控制系统200，其适于执行根据图1中所示的实施例的控制方法。

控制系统200包括计算装置24，其适于实现控制方法，该计算装置24，例如，由计算器、集成或非集成电子电路等构成。计算装置24连接至适于接收直升机旋翼转速的测量值的输入26和用于点火的输出28，如果通过所述控制方法使验证条件得到证实的话，该输出28被配置成传输启动命令至控制设备。

此外，在该第一实施例中，控制系统包括：电源输入30，其适于传输电能，该电能使得所述计算装置能够操作以及使得能够传输所述启动命令到所述控制设备实现操作计算装置和传输启动命令至控制设备的电能；以及状态输出32，其适于传输与控制系统运行状态有关的信息。

在第二实施例中，控制系统300包括连接至计算装置24'的附加输入，特别地，该输入来自直升机传感器，例如：

提供周围温度的输入34；

提供周围压力的输入36；

或者，提供来自应急设备传感器的信息的输入，例如：

-提供应急设备的推进剂模块的温度的输入38；

-提供应急设备备用涡轮的转速的输入40。

根据该第二实施例，系统24'可以进一步包括输出42，其如申请人的申请FR3026435 A1所描述的，用于控制用于测试应急设备的电磁阀。

图4的示意图示出了图400，其表示受到根据本发明实施例的控制方法控制的应急设备的启动区域44，该控制方法所依赖的是旋翼的转速和旋翼转速的导数.

该启动区域44对应于在验证步骤中所有验证条件均得到证实的区域。特别地，在验证步骤中的所验证的条件限定了由白色背景表示的启动区44，该启动区被由有阴影线的背景表示的禁止区66所包围。区域之间的边界由控制方法所杨峥的以下条件来限定：

-旋翼的转速V_NR大于被称为待发速度V_待发的预定值；

-转速的导数dV_NR/dt小于称为待发导数(dV_NR/dt)_待发的预定值；

-转速的导数dV_NR/dt大于被称为解除速度导数(dV_NR/dt)_解除的预定值；

-如两条斜线所示，转速的导数dV_NR/dt在t0+Δt时刻小于或等于：

-转速的导数在t0+Δt时刻大于或等于：

V_DEC为直升机旋翼的失速速度，在该速度之下直升机将由于缺少直升机的提升力而失速。

最后两个条件随由定时器测量的时间而变化，并在图4中由如下所示：

针对由定时器测量的第一时间Δt0的两条连续线(所示启动区对应于该第一测量时间)；

针对由定时器测量的第二时间Δt1的两条虚线(在该表示中，启动区域和禁止区域不同于当前所示出的区域并且由虚线来界定)。

对于Δt＝0，线是垂直的，因为(V_DEC–V_NRnom)/Δt为无限大。

Claims (7)

1.一种用于直升机的应急设备的控制方法，所述直升机包括适于旋转的旋翼，所述应急设备适于提供额外应急推进功率给所述直升机，

所述方法包括以下步骤：

-测量所述直升机旋翼的转速的步骤(10)；

-计算所测量的转速的导数的步骤(12)；

-在t0时刻检测到所述旋翼的转速下降到所述直升机旋翼的标称转速V_NRnom以下的步骤(14)；

-启动用于测量从所述t0时刻起的持续时间Δt的定时器的步骤(16)，只要所述旋翼的转速一下降就启动所述定时器；

-在t0+Δt时刻测量所述旋翼的转速V_NR的步骤(18)；

-持续验证以下条件的步骤(20)：

-所述旋翼的转速大于被称为待发速度的预定值，

-所述转速的导数大于被称为待发导数的预定值，

-所述转速的导数在t0+Δt时刻小于或等于：

-所述转速的导数在t0+Δt时刻大于或等于：

其中，V_DEC为所述直升机旋翼的失速速度，在所述失速速度之下时所述直升机将由于缺少所述直升机的提升力而失速；

-如果所验证的条件得到证实则启动所述应急设备的步骤(22)。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述验证步骤(20)验证以下附加条件：

-所述转速的导数大于被称为解除导数的预定值。

3.一种用于直升机的应急设备的控制系统，所述直升机包括适于旋转的旋翼，所述应急设备适于提供额外应急推进功率给所述直升机，其特征在于，所述控制系统包括：

-输入(26)，适于接收所述直升机旋翼的转速的测量值；

-适于执行根据权利要求1至2中任一项所述的控制方法的计算装置(24)；

-点火输出(28)，被配置成如果通过所述控制过程使所验证的条件得到证实，则传输启动命令至控制设备。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括电源输入(30)，该电源输入适于传输电能，该电能使得所述计算装置能够操作以及使得能够传输所述启动命令到所述控制设备。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括状态输出(32)，该状态输出适于传输与所述控制系统的运行状态相关的信息。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括适于从直升机传感器和/或应急设备传感器接收信息的多个输入。

7.一种直升机，包括适于旋转的旋翼，其特征在于，所述直升机包括应急设备和根据权利要求3至6中任一项所述的用于所述应急设备的控制系统(200，300)。