CN110374750A - 一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置 - Google Patents

一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置，属于航空发动机供油控制技术领域。所述方法包括确定发动机遭遇加速条件成立；对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律；在第一设定时间段内，根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油，以及在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。通过该方法保证了发动机在全包线内的稳定性，降低了发动机寿命期内遭遇加速过程中的负荷，有利于减少发动机寿命损耗。

Description

一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置
技术领域
本申请属于航空发动机供油控制技术领域，特别涉及一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置。
背景技术
遭遇加速是飞机操作过程一种急速油门操作。该操作过程，发动机首先在高功率状态工作，发动机可能处于充分热透状态，然后进行减速(油门杆以不大于1s时间下拉)到接近慢车，接着急加速到高功率状态。
在遭遇加速过程中，发动机先减速，发动机转速降低，各截面的空气或燃气温度下降，空气/燃气温度会低于发动机部件的温度，部件会对空气/燃气进行加热。当发动机瞬间加速时，部件对空气/燃气的加热相当于增加额外燃油流量，导致发动机工作线较常规加速过程上移；同时这种加热过程(叫做热浸)影响高压压气机多级部件之间流通能力，导致部件特性改变，喘振边界降低。
目前航空发动机在进行遭遇加速动作时按照常规加速控制规律进行控制，存在喘振的风险。为规避该风险，同时兼顾发动机常规加速性能，需要提供一种该状态下的供油控制方法，保证发动机常规加速和遭遇加速性能和稳定性。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置，利用减速状态的判断，提前进行可能发生的遭遇加速供油修正。
本申请的第一个方面，一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法，包括：
确定发动机遭遇加速条件成立；
对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律，所述遭遇加速油气比供油控制规律设置成在常规加速供油规律的基础上下调5％-10％；
在第一设定时间段内，根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油，以及
在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。
优选的是，确定发动机遭遇加速条件成立包括：
确定发动机处于减速过程；以及
确定在发动机退出减速过程后的持续时间段内是否进行加速。
优选的是，确定发动机处于减速过程包括：
根据发动机实际状态与目标状态的偏差是否超过阈值确定发动机是否处于减速过程。
优选的是，所述第一设定时间段为3-6s。
优选的是，所述第二设定时间段为3-5s。
本申请的第二个方面，一种航空发动机遭遇加速供油的控制装置，包括：
发动机遭遇加速确定模块，用于确定发动机遭遇加速条件成立；
遭遇加速油气比供油控制规律设定模块，用于对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律，所述遭遇加速油气比供油控制规律设置成在常规加速供油规律的基础上下调5％-10％；
遭遇加速油气比供油控制规律控制模块，用于根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油；以及
切换模块，用于在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。
优选的是，发动机遭遇加速确定模块包括：
减速确定单元，用于确定发动机处于减速过程；以及
遭遇加速确定单元，用于确定在发动机退出减速过程后的持续时间段内是否进行加速。
优选的是，减速确定单元包括：
发动机状态偏差比较单元，用于根据发动机实际状态与目标状态的偏差是否超过阈值确定发动机是否处于减速过程。
优选的是，所述第一设定时间段为3-6s。
优选的是，所述第二设定时间段为3-5s。
本专利提出的控制方法利用减速状态的判断，提前进行可能发生的遭遇加速供油修正，实现了扩稳控制，保证了遭遇加速发生时，发动机工作稳定性，同时不影响常规加速过程的加速性。本控制方法在兼顾常规加速性和遭遇加速性的要求同时，降低了遭遇加速过程热负荷，减少了涡轮叶片工作强度及寿命损耗。
附图说明
图1是本申请航空发动机遭遇加速供油的控制方法的一实施方式的流程图。
图2是本申请图1所示实施方式的遭遇加速油气比与常规加速油气比之间的关系。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法及装置，利用减速状态的判断，基于常规加速控制(常规加速供油规律)提前进行可能发生的遭遇加速供油修正。
常规加速控制算法为：
根据T6控制计划、当前油门指令位置和发动机工作状态，来综合确定发动机处于加、减速或稳态控制状态。当判断满足加速状态后，按照给定的慢车到中间的加速油气比执行加速控制；目前加速油气比限制规律为：
当发动机在空中工作状态下，受飞机飞行姿态、功率提取、雷诺数等因素影响，发动机进气畸变增大，导致稳定裕度降低。如果采用现有控制方案进行遭遇加速，发动机稳定性会进一步恶化，发动机可能会发生喘振。如果为了兼顾遭遇加速而降低加速供油规律，会导致发动机加速性不满足要求。因此需要对现有加速控制算法进行改进。
其中，低压转子相对物理转速，(％)；
高压转子相对物理转速，(％)；
高压转子相对换算转速，(％)；
T6：低压涡轮后排气温度，(℃或K)；
Wfac：加速过程主燃室燃油流量，(kg/h)；
(Wfac/P31)c：加速过程换算油气比规律；
T1：发动机进口总温，(℃或K)；
P31:压气机出口压力，(MPa)。
如图1所示，根据本申请第一方面，提供了一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法，包括：
步骤S1、确定发动机遭遇加速条件成立。
步骤S2、对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律，所述遭遇加速油气比供油控制规律设置成在常规加速供油规律的基础上下调5％-10％；
步骤S3、在第一设定时间段内，根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油，以及
步骤S4、在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。
需要说明的是，用户对航空发动机加速性要求是：在任何状态、以任何顺序和速率移动油门杆时，应不存在超出瞬态极限的超转和超温，也不引起主燃烧室、加力燃烧室、风扇或压气机不稳定工作。同时需要满足用户对于飞机工作包线范围内加速时间的要求。
为了满足用户对遭遇加速操作无顾忌的要求，同时兼顾发动机全包线范围内的加减速要求，在发动机减速过程开始的同时对随时可能发生的遭遇加速动作进行考虑，将常规加速供油规律进行修正，即在常规加速供油规律基础上增加修正系数，通过调整加速供油提升遭遇加速过程稳定性。
由于遭遇加速过程的特点是发动机转速在最大限制状态到慢车状态的最快减速过程中或者降低到接近慢车状态时忽然急速上推油门，发动机切换到加速控制。因此当控制系统判断满足减速开始，对常规加速供油规律进行扩稳修正，如果在某一时刻满足遭遇加速，即按照修正后的加速供油规律执行控制，保证遭遇加速的稳定性。
如图2所示，定义常规加速过程供油控制规律为:常规加速油气比Wfacc,max；扩稳修正后的加速过程供油控制规律为：遭遇加速油气比。
发动机在各转速状态稳定工作下燃油需求为稳定工作油气比需求。
本申请中，确定发动机遭遇加速条件成立包括：
确定发动机处于减速过程；以及
确定在发动机退出减速过程后的持续时间段内是否进行加速。
其中，减速判断条件为控制系统可通过PLA、T1计算得到n1DEM、n2DEM、T6DEM、P31DEM。控制系统根据实测的n1、n2、T6、P31计算得到发动机实际状态与目标状态的偏差。dn1、dn2、dT6、dP31。dn1＝n1DEM-n1、dn2＝n2DEM-n2、dT6＝(T6DEM-T6)*100/T6DEM(％)、dP31＝(P31DEM-P31)*100/P31DEM(％)。最终dn2为：
dn2＝min(dn1、dn2、dT6、dP31)
当dn2≤-5时，表明进入减速过程，减速标识decID＝1；
当dn2≥-2时，表明退出减速过程，减速标识decID＝0。
其中，n1DEM、n2DEM、T6DEM、P31DEM为表征发动机状态的参数；
PLA：油门杆角度，(°)；
n1DEM：发动机当前时刻控制系统要求达到的低压转子转速；
n2DEM：发动机当前时刻控制系统要求达到的高压转子转速；
T6DEM：发动机当前时刻控制系统要求达到的低压涡轮后排气温度；
P31DEM：发动机当前时刻控制系统要求达到的高压压气机后压力。
在遭遇加速状态下，本申请提供的控制逻辑为：
进入遭遇加速油气比条件：
当减速标识decID＝1刚满足，发动机控制系统按照减速控制规律进行控制，同时控制系统中对加速供油规律执行修正后的曲线，修正后的加速供油规律即为遭遇加速供油规律。
如果decID＝0，按照常规加速油气比控制。
退出遭遇加速油气比条件：
a)当退出减速过程，即减速标识decID从1变成0，即上一周期为1，当前周期为0且持续一定周期(默认为3个周期，该时间设置用于控制算法对发动机状态判断确认，并根据控制算法需求可具体调整)后开始计时，计时字符为tzy。并定义此刻为计时零时刻。
b)当计时tzy(tzy＝nΔt，设Δt为控制系统计算1周期的时间)
满足要求执行时间3秒(一般设定3～6秒，根据发动机自身特性进行设置)后，退出遭遇加速油气比，同时切换到常规加速油气比。
c)遭遇加速供油规律设置需考虑空中遭遇加速工作时，进气道进气畸变量和发动机自身剩余稳定裕度，同时兼顾发动机加速性能，一般在常规加速供油规律基础上下调5％～10％。
加速油气比规律切换控制：
a)当decID＝0且tzy＝3s时刻，tzy计时清零；此刻tqh(油气比规律切换计时)开始计时；
b)为防止加速油气比切换因阶跃变化，导致某一时刻燃油徒增影响工作稳定性，要求加速供油规律按照给定时间T(根据控制系统能力进行设定，建议在3～5秒范围)光滑过渡；
c)切换按照
Wfacc(t)＝Wfacc(t-1)+(Wfacc,max-Wfacc(t-1))*t/T完成规律过渡实现，即图2中加速油气比过渡控制要求曲线。
根据本申请第二方面，提供了一种与上述方法对应的航空发动机遭遇加速供油的控制装置，包括：
发动机遭遇加速确定模块，用于确定发动机遭遇加速条件成立；
遭遇加速油气比供油控制规律设定模块，用于对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律，所述遭遇加速油气比供油控制规律设置成在常规加速供油规律的基础上下调5％-10％；
遭遇加速油气比供油控制规律控制模块，用于根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油；以及
切换模块，用于在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。
在一些可选实施方式中，发动机遭遇加速确定模块包括：
减速确定单元，用于确定发动机处于减速过程；以及
遭遇加速确定单元，用于确定在发动机退出减速过程后的持续时间段内是否进行加速。
本专利提出了一种遭遇加速控制算法，通过识别发动机减速状态，对加速供油计划进行修正，满足可能随时发生的遭遇加速操作下发动机稳定性要求，同时：
1、保证了发动机在全包线内的稳定性；
2、降低发动机寿命期内遭遇加速过程中的负荷，有利于减少发动机寿命损耗；
3、可以不受遭遇加速稳定性限制，进一步提升发动机常规加速性。
本专利提出了一种遭遇加速工作状态控制方法。遭遇加速是飞行人员根据飞行或者作战需要，在发动机减速过程中或者临近减速结束时刻急速上推油门杆的动作，本专利提出的控制方法利用减速状态的判断，提前进行可能发生的遭遇加速供油修正，实现了扩稳控制，保证了遭遇加速发生时，发动机工作稳定性。同时不影响常规加速过程的加速性。本控制方法在兼顾常规加速性和遭遇加速性的要求同时，降低了遭遇加速过程热负荷，减少了涡轮叶片工作强度及寿命损耗。该控制方法遭遇加速供油规律可单独实现优化调整，最终满足用户要求。
同时，该方案控制方法可根据设计者根据发动机使用剖面和需求，用于几何角度例如风扇导叶、压气机导叶和喷口等控制。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种航空发动机遭遇加速供油的控制方法，其特征在于，包括：
确定发动机遭遇加速条件成立；
对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律，所述遭遇加速油气比供油控制规律设置成在常规加速供油规律的基础上下调5％-10％；
在第一设定时间段内，根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油，以及
在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。
2.如权利要求1所述的航空发动机遭遇加速供油的控制方法，其特征在于，确定发动机遭遇加速条件成立包括：
确定发动机处于减速过程；以及
确定在发动机退出减速过程后的持续时间段内是否进行加速。
3.如权利要求2所述的航空发动机遭遇加速供油的控制方法，其特征在于，确定发动机处于减速过程包括：
根据发动机实际状态与目标状态的偏差是否超过阈值确定发动机是否处于减速过程。
4.如权利要求1所述的航空发动机遭遇加速供油的控制方法，其特征在于，所述第一设定时间段为3-6s。
5.如权利要求1所述的航空发动机遭遇加速供油的控制方法，其特征在于，所述第二设定时间段为3-5s。
6.一种航空发动机遭遇加速供油的控制装置，其特征在于，包括：
发动机遭遇加速确定模块，用于确定发动机遭遇加速条件成立；
遭遇加速油气比供油控制规律设定模块，用于对常规加速供油规律进行修正，得到遭遇加速油气比供油控制规律，所述遭遇加速油气比供油控制规律设置成在常规加速供油规律的基础上下调5％-10％；
遭遇加速油气比供油控制规律控制模块，用于根据修正后的遭遇加速油气比供油控制规律进行供油；以及
切换模块，用于在随后的第二设定时间段内，将所述遭遇加速油气比供油控制规律转变为常规加速供油规律，并根据加速供油规律的实时变化过程进行供油。
7.如权利要求6所述的航空发动机遭遇加速供油的控制装置，其特征在于，发动机遭遇加速确定模块包括：
减速确定单元，用于确定发动机处于减速过程；以及
遭遇加速确定单元，用于确定在发动机退出减速过程后的持续时间段内是否进行加速。
8.如权利要求7所述的航空发动机遭遇加速供油的控制装置，其特征在于，减速确定单元包括：
发动机状态偏差比较单元，用于根据发动机实际状态与目标状态的偏差是否超过阈值确定发动机是否处于减速过程。
9.如权利要求6所述的航空发动机遭遇加速供油的控制装置，其特征在于，所述第一设定时间段为3-6s。
10.如权利要求6所述的航空发动机遭遇加速供油的控制装置，其特征在于，所述第二设定时间段为3-5s。
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