CN110418881A

CN110418881A - 用于检测有助于发生泵送的条件以保护飞行器涡轮发动机的压缩机的方法和设备

Info

Publication number: CN110418881A
Application number: CN201880017290.7A
Authority: CN
Inventors: 伊曼纽尔·米卡埃尔·埃布尔德里
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2038-03-06
Also published as: WO2018162841A1; RU2764225C2; EP3592959A1; EP3592959B1; FR3063782A1; RU2019129097A; US11512650B2; US20200010211A1; FR3063782B1; CN110418881B; RU2019129097A3

Abstract

一种用于检测有助于发生泵送的条件的方法和设备，该泵送能够影响飞行器涡轮发动机的低压压缩机，所述涡轮发动机进一步包括高压压缩机，所述方法包括：‑测量所述飞行器的速度变化率(dV)的第一步骤(E10)；‑测量所述高压压缩机的速度变化率(dN2)的第二步骤(E20)；测量飞行器的海拔(A)的预备步骤(E30)；当共同获得以下条件a)、b)和c)时检测有助于发生泵送的条件：a)在预定的时间间隔内测量的所述速度变化率(dV)对应于大于第一正阈值(S1)的加速度；b)所述测量的速度变化率(dN2)对应于小于第二负阈值(S2)的减速度；以及c)所述海拔大于第三预定阈值(S3)。

Description

用于检测有助于发生泵送的条件以保护飞行器涡轮发动机的压缩机的方法和设备

技术领域

本发明涉及飞行器涡轮发动机的一般领域。特别地，本发明涉及检测能够影响飞行器涡轮发动机的压缩机、特别是双涵道涡轮发动机的低压压缩机的泵送条件。在本专利申请中，泵送条件是指有助于发生泵送的条件。

背景技术

根据定义，泵送是穿过涡轮发动机的压缩机的流体流动的气动不稳定性，这种气动不稳定性可伴随有逆向流动。例如，如果压缩机试图压缩比下游涡轮可输送的气体更多的气体，则随着压缩机的叶片上的流动失控，可发生热气体朝向前方(即在气体流的上游方向上)的脉冲式回流。

因此，泵送可以导致构成涡轮发动机的部件损坏。这种损坏包括压缩机的叶片断裂、轴承毁坏或涡轮发动机熄火。因此，应当理解能够可靠地且准确地检测涡轮发动机的压缩机中有助于发生泵送的条件以防止发生泵送的重要性。泵送的发生确实可以导致可能涉及大量财务成本的运行后果。

用于在有助于泵送的某些条件下保持压缩机的完整性和性能的装置是已知的。特别地，用于在所述压缩机的运行线变得小于预定阈值(称为泵送线)时检测压缩机中的泵送风险的方法和设备是已知的。从公开的专利US4756152A中还已知一种特别是在涡轮发动机的减速期间用于调节压缩机的排放阀的控制以恢复泵送裕量的方法。

从专利公开FR 2 332 428 A1中还已知一种阻塞检测器和一种用于检测燃气涡轮发动机中的阻塞的方法。

用于飞行器涡轮发动机的某些低压压缩机(也称为“增压器”)在高海拔处具有相对较低的泵送裕量。换句话说，在高海拔处处于稳定状态的压缩机的操作线靠近泵送线。因此，双涵道涡轮发动机的低压压缩机会增加对在某一高海拔以上的泵送的灵敏度。这要求对于涡轮发动机可能遇到的过渡阶段，对压缩机的泵送的防护管理进行良好的控制。

此外，已知的检测方法和设备不允许在某些飞行情况下检测有助于发生泵送的条件。有问题的飞行情况的示例是飞行器以所谓的“自动油门”模式飞行。当飞行器遭受逆风的突然增加时，因此飞行器所看到的相对于相对风测量的速度也会增加。在下文中，飞行器的速度将指的是飞行器所看到的速度，例如使用皮托管风速计所测量的速度。在自动油门模式下并且在飞行器的大部分巡航阶段中，涡轮发动机的功率被调节成使得飞行器的速度保持恒定。因此，在逆风增加期间，自动油门模式作出反应以降低飞行器的绝对速度，使得飞行器所看到的速度保持恒定。为此，对于某些类别的发动机并且根据发动机制造商采用的控制逻辑，自动油门模式控制涡轮发动机的低压压缩机的运行速度(也被称为速度N1)的降低，以便降低涡轮发动机的风扇的速度，从而降低涡轮发动机的推力。这对于检测泵送条件来说可能是有问题的，因为涡轮发动机的速度变化率受到自动油门模式的限制，这防止了用于检测泵送条件的常用装置运行。

因此，存在有助于发生泵送的某些条件，特别是在高海拔巡航飞行的框架中可能出现的条件，这些条件不能通过现有技术的已知检测方法检测到。

发明内容

本发明的目的在于提出一种检测有助于发生泵送的条件以特别是在高海拔巡航飞行的框架中保护双涵道涡轮发动机的低压压缩机的方法。

相关地，本发明的另一目的在于提出一种用于在检测到有助于所述涡轮发动机的低压压缩机发生泵送的条件的情况下控制双涵道涡轮发动机的排放阀的打开和关闭的设备。

相关地，本发明的另一目的在于提出一种双涵道涡轮发动机，在检测到有助于发生泵送的条件的情况下保护该双涵道涡轮发动机的低压压缩机。

在本说明书和所附权利要求中，表述“大于”用于表示其值大于或等于另一值的数量，而表述“小于”用于表示其值小于或等于另一值的数量。此外，计算第一数量与第二数量之间的差值表示该第二数量减去该第一数量，第一数量例如是在第一时间测量的数量，该第二数量例如是在第二时间测量的数量。

还应当理解的是，速度可以用米/秒或马赫数表示。飞行器的马赫数通过该飞行器的速度除以音速来获得，其中，音速在15℃的温度的空气中等于340m/s。

因此，本发明的第一方面涉及一种用于检测有助于发生泵送的条件的方法，该泵送能够影响飞行器涡轮发动机的低压压缩机，所述涡轮发动机进一步包括高压压缩机，所述方法的特征在于，所述方法包括：

-测量所述飞行器的速度变化率的第一步骤；

-测量所述高压压缩机的速度变化率的第二步骤；

-测量飞行器的海拔的预备步骤；

当共同获得以下条件a)、b)和c)时检测有助于发生泵送的条件：

a)在预定的时间间隔内测量的所述速度变化率对应于大于第一正阈值的加速度，其中，所述第一阈值例如等于0.001马赫/秒，所述时间间隔例如等于10秒，

b)所述测量的速度变化率对应于小于第二负阈值的减速度，所述第二阈值例如等于-8转/分钟/秒，并且

c)所述测量的海拔大于第三预定阈值，其中，所述第三阈值例如等于25000英尺(7620米)。

有利地，该方法允许以可靠的方式检测有助于发生泵送的条件，而不影响涡轮发动机的运行参数。

有利地，该方法允许防止错误地检测有助于发生泵送的条件，由于产生与涡轮发动机的压缩机的运行速度的变化引起的影响类似的影响的现象而发生该泵送，所产生的影响例如为由故障、冰或异物的吸收或者发生诸如旋转失速的另一种不稳定现象而引起的该速度的降低。

有利地，该方法允许在飞行器在高海拔飞行时可靠地检测泵送的发生。

在本发明的具体实施例中，用于检测的方法进一步包括：

-测量低压压缩机的第一受控速度的第四步骤；

-测量低压压缩机的第二当前速度的第五步骤；

与满足条件a)、b)和c)无关，当满足以下条件d)时，检测有助于发生泵送的条件：

d)所述测量的第一受控速度与所述测量的第二当前速度之间的差值小于第四阈值，其中，所述第四阈值例如等于-100转/分钟。

有利地，该方法允许当飞行器在自动油门模式下飞行时检测有助于发生泵送的条件。

在本发明的具体实施例中，如果测量的海拔小于第三阈值，则忽略第一测量步骤和第二测量步骤，并且在满足条件d)时，检测有助于发生泵送的条件。

在本发明的具体实施例中，有助于发生泵送的条件的检测结果触发打开排放阀的命令，该排放阀位于低压压缩机与高压压缩机之间。

在本发明的具体实施例中，所述速度变化率通过计算速度的导数然后通过用时间常数对速度的导数进行过滤来测量，该时间常数适用于对在1秒至3秒之间的时间间隔内的测量值求平均数。

因此，本发明的另一方面涉及一种用于检测有助于发生泵送的条件的设备，该泵送能够影响飞行器涡轮发动机的低压压缩机，所述涡轮发动机进一步包括高压压缩机，所述设备的特征在于，所述设备包括：

-用于测量所述飞行器的速度变化率的第一装置；

-用于测量所述高压压缩机的速度变化率的第二装置；

-用于测量飞行器的海拔的第三装置；

其中，该设备进一步包括用于检测飞行器的加速度的装置，所述检测装置包括：

-用于激活第一指标的装置，第一指标表示速度变化率；

-用于激活第二指标的装置，第二指标表示高压压缩机的速度变化率；

-用于激活第三指标的装置；

-用于激活泵送风险的指标的装置，该泵送风险的指标表示有助于发生泵送的条件的检测结果；

当第一指标、第二指标和第三指标同时被激活时，所述泵送风险的指标被激活；

o当在预定的时间间隔内测量的速度变化率对应于大于第一阈值的加速度时，第一指标被激活，其中，所述第一阈值例如等于0.001马赫/秒；

o当测量的速度变化率对应于小于第二阈值的减速度时，第二指标被激活，其中，所述第二阈值例如等于-8转/分钟/秒；并且

o当测量的海拔大于预定的第三阈值时，第三指标被激活，所述第三阈值例如等于25000英尺(7620米)。

有利地，该设备允许通过使用在监测飞行器的飞行阶段期间通常使用的装置来检测有助于发生泵送的条件，这使得该设备易于实施。

在本发明的具体实施例中，检测设备进一步包括：

-用于测量低压压缩机的第一受控速度的第四装置；

-用于测量低压压缩机的第二当前速度的第五装置；

其中，用于检测飞行器的加速度的装置进一步包括用于激活第四指标的装置，当第一指标、第二指标和第三指标未被同时激活时并且当所述第四指标被激活时，泵送风险的指标被激活，当所述测量的第一受控速度与所述测量的第二当前速度之间的差值小于第四阈值时，所述第四指标被激活，其中，所述第四阈值例如等于-100转/分钟。

本发明的另一方面涉及一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括根据本发明的检测设备。

在本说明书和所附权利要求中，认为预定值的任何数量级均在包含该值的区间内，其中，该区间的极限值能够从该值移动多个数量级。

因此，第一阈值包含在10^-4马赫/秒至10^-2马赫/秒之间，其中，该第一阈值例如等于0.001马赫/秒。

时间间隔包含在3秒至20秒之间，其中，该时间间隔例如等于10秒。

第二阈值包含在-2转/分钟/秒至-20转/分钟/秒之间，其中，该第二阈值例如等于-8转/分钟/秒。

第三阈值包含在20000英尺(6096米)至30000英尺(9144米)之间，其中，该第三阈值例如等于25000英尺(7620米)。

附图说明

通过阅读以下附带有多个附图的描述将更好地理解本发明及其技术特点，多个附图分别表示：

-图1示出了可应用本发明的涡轮发动机的横截面；

-图2以流程图的形式示出了在本发明的实施例中根据本发明的用于检测有助于发生泵送的条件的方法的主要步骤；

-图3以流程图的形式示出了在本发明的另一实施例中根据本发明的用于检测有助于发生泵送的条件的方法的主要步骤；

-图4以流程图的形式示出了在本发明的另一实施例中根据本发明的用于检测有助于发生泵送的条件的方法的主要步骤；

-图5以流程图的形式示出了在本发明的实施例中用于检测有助于发生泵送的条件的设备的装置示例；

-图6以曲线图的形式示出了表示多个参数的变化率的示例，该多个参数表示有助于发生泵送的条件，该泵送能够影响可应用本发明的涡轮发动机。

当然，为了满足特定需要，本领域技术人员可以对以下描述进行修改。尽管本发明涉及不同的实施例，但是本发明不限于这些特定实施例，并且对于相应领域的技术人员而言，特定于本发明的应用范围的所有修改都可以被认为是显而易见的。

具体实施方式

因此，本发明提出检测有助于发生泵送的某些条件，该泵送能够影响飞行器涡轮发动机的低压压缩机，本发明一方面通过检测飞行器的速度的变化率来监测该飞行器的加速度，另一方面监测同一涡轮发动机的高压压缩机的速度的降低。如上所述，飞行器的加速度是飞行器所看到的、并因此可由逆风的增加而引起的速度的增加。

此外，本发明提出通过监测飞行器的海拔来改进在某些飞行情况下的这种检测，以便特别地检测特定于在某一海拔阈值以上的飞行的泵送条件。此外，也可以通过本发明实现对低压压缩机的相对于受控速度的运行速度的监控，以便特别地检测在上述海拔阈值以下的泵送条件。

换句话说，本发明提出提高并结合关于涡轮发动机和运送该涡轮发动机的飞行器的性能的多个指标，以便可靠地并选择性地识别有助于发生泵送的条件。

在本发明的范围内，应当理解的是，飞行器根据给定的飞行阶段飞行。飞行器的飞行阶段例如是起飞阶段、爬升阶段、下降阶段、着陆阶段或巡航飞行阶段。

特别地，应当理解的是，本发明适用于根据巡航飞行阶段在高海拔飞行的飞行器，在此期间，飞行器的驾驶在自动油门模式下进行。

图1示出了可应用本发明的涡轮发动机的横截面图。涡轮发动机在此是安装在飞行器上的双涵道涡轮发动机T。

通常，除非另有说明，否则在此仅限定涡轮发动机T的前部和后部，并且所述涡轮发动机T的入口和出口根据所述涡轮发动机内的流体流动而被相对地限定。因此，涡轮发动机的前部和后部位于流体流动的上游和下游。

涡轮发动机T包括机舱N。机舱N环绕涡轮发动机T的所有部件，并包括例如整流罩以保护这些部件免受外部影响。机舱N具有外部结构，该外部结构与内部结构一起限定一个或多个管道V。这个或这些管道V允许涡轮发动机T的机舱N内的流体流动，例如空气流动。

涡轮发动机T包括安装在机舱N的前部的风扇S。风扇S例如是包括叶轮和/或叶片的转子，叶轮和/或叶片由涡轮发动机T的涡轮驱动。

风扇S具有接纳在涡轮发动机T的前部穿入的所有流体并将该流体重新定向到机舱N的所有管道V中的功能。由风扇S接纳的流体分别被分成主流F1和次级流F2。

主流F1穿过入口压缩机(称为低压压缩机CBP)，该入口压缩机形成在涡轮发动机T内并与风扇S成一体。低压压缩机CBP的作用是增加穿过低压压缩机的流体的压力。

根据本发明的实施例的涡轮轴发动机T进一步包括高压压缩机CBP、燃烧室CC、高压涡轮THP和低压涡轮TBP。如图所示，应当理解的是，高压压缩机CHP被布置在低压压缩机CBP的后部。高压涡轮THP被布置在高压压缩机CHP和燃烧室CC的后部，低压涡轮TBP被布置在高压涡轮THP的后部。

低压压缩机CBP通过第一轴A1机械地联接到低压涡轮TBP，而高压压缩机CHP通过第二轴A2机械地联接到高压涡轮THP，第二轴A2被第一轴A1同轴地穿过。

高压压缩机CHP具有接纳并压缩来自低压压缩机CBP的气体的功能。

低压压缩机CBP和低压涡轮TBP以相同的旋转速度旋转，而高压压缩机CHP和高压涡轮THP以另一旋转速度旋转。

如图所示，双涵道涡轮发动机T一方面包括低压主体，另一方面包括高压主体，低压主体包括低压压缩机CBP、低压涡轮TBP和第一轴A1，高压主体包括高压压缩机CHP、高压涡轮THP和第二轴A2。该低压主体和该高压主体形成彼此独立地机械旋转的两个单元。

当涡轮发动机T运行时，主流F1首先穿过与风扇S成一体的低压压缩机CBP，然后穿过高压压缩机CHP。高压压缩机CHP将压缩流体输送到燃烧室CC，其中，来自主流F1的流体在压力下与燃料混合。然后燃烧流体-燃料混合物，并且来自燃烧室CC的输出流驱动高压涡轮THP。高压涡轮THP的旋转速度根据是否将较多或较少的燃料注射到燃烧室CC中而经受变化。

应当理解的是，燃烧室CC沿着流体的流动方向被布置在高压压缩机CHP与高压涡轮THP之间。

最后，主流F1通过沿喷射锥体CE流动而朝向涡轮发动机T的后部高速地喷射到机舱N外部。主流F1的高速喷射允许产生对飞行器的推进有用的一部分推力。

根据本发明的未在图中示出的实施例，涡轮发动机T还可包括调节装置以将低压涡轮TBP的旋转速度调节成基本恒定的速度。

当涡轮发动机T运行时，风扇S由次级流F2的通道旋转地驱动，该通道通过将次级流F2引向涡轮发动机T的后部而使次级流F2混合。风扇S的叶轮和/或叶片将与所吸收的流体相互作用并将增加所吸收的流体的速度。次级流F2流动到形成在机舱N内的一个或多个管道V中。对应于次级流F2的流体朝向涡轮发动机T的后部喷射表示对飞行器的推进有用的大部分推力。

通过设计，涡轮发动机被设置成在规定的限制内运行。涡轮发动机的压缩机被设计成以足够的裕量(称为泵送裕量)运行，使得涡轮发动机可在涡轮发动机的使用范围内无需泵送而运行。应当理解的是，涡轮发动机的加速能力或减速能力受到该泵送裕量的限制。

然而，已知的是，当低压压缩机CBP的运行速度和高压压缩机CHP的速度降低时会发生泵送。

除其他方面之外，双涵道涡轮发动机T的低压压缩机CBP的泵送裕量还取决于穿过低压压缩机CBP的空气的流量和由该涡轮发动机推进的飞行器的海拔。特别地，对于在某一海拔(例如25000英尺(7620米))以上飞行的飞行器来说，该泵送裕量较低。

在飞行器的高海拔飞行的巡航阶段期间会发生低压压缩机CBP的泵送。特别地，在湍流大气条件下并且特别是在更大的逆风情况下，当涡轮发动机T经受由飞行器的飞行员控制或者通过自动油门模式控制的减速时，会发生泵送。该减速导致低压压缩机CBP和高压压缩机CHP的相应的运行速度降低。然而，低压压缩机CBP连接到低压主体的轴A1，低压主体的轴A1的惯性大于高压主体的轴A2的惯性，高压压缩机连接到高压主体的轴A2。低压压缩机CBP的速度比高压压缩机CHP的速度降低得更慢。这导致低压压缩机CBP的运行线的压力增加，更加使得高压压缩机CHP具有可变桨距定子叶片装置，该可变桨距定子叶片装置在减速期间关闭，并因此该可变桨距固定叶片装置减小该高压压缩机的通道的横截面。

在该减速期间，如果在位于低压压缩机CBP的上游的点处测量的压力与在位于低压压缩机CBP的下游的点处测量的压力之间的比值超过某一阈值，则在低压压缩机CBP中会发生泵送情况。在这种情况下，涡轮发动机T的运行可变得不稳定，从而损坏涡轮发动机T的压缩机或其他部件。

为了保护涡轮发动机T及其各种元件，已知设置有排放阀VBV(变量排放阀)的保护设备。如图1所示，根据本发明的实施例，涡轮发动机T包括位于低压压缩机CBP与高压压缩机CHP之间的排放阀VBV，例如阀或翼板。

排放阀VBV被设计成当排放阀打开时将主流F1的一部分移除到次级流F2。特别地，排放阀VBV的打开允许在低压压缩机CBP与高压压缩机CHP之间通过的主流F1的一部分移除至管道V，次级流F2在管道V中循环。主流F1的一部分移除在管道V中，允许在大于可由高压压缩机CHP接纳的流体流的流体流穿过低压压缩机时保护涡轮发动机T免受低压压缩机CBP的泵送的影响，次级流F2在管道V中循环。

排放阀VBV的关闭使所有主流F1保持在低压压缩机CBP与高压压缩机CHP之间流动。

排放阀VBV可以关闭或者以各种可能的开口角度逐渐打开。排放阀VBV的关闭或打开由发动机计算机根据预先建立的控制规律或响应于特定事件来控制。例如，这种控制规律考虑了低压压缩机CBP的受控速度(称为速度N1)，该受控速度通过在压缩机的合适位置处测量的温度来降低。

根据本发明的实施例，控制规律还考虑了由用于检测有助于发生泵送的条件的方法建立的数据。

根据本发明的未在图中示出的实施例，实施对排放阀VBV的控制以防止在检测到有助于发生泵送的条件时在涡轮发动机T中发生泵送现象。

参考图2，在此描述的是当根据本发明的实施例的用于检测有助于发生泵送的条件的方法由涡轮发动机实施时所述方法的步骤。

在此考虑的是能够影响双涵道涡轮发动机T的低压压缩机CBP的泵送情况。应当理解的是，该假设不是限制性的，并且本发明还可应用于涡轮发动机T的高压压缩机CHP或应用于其他类型的飞行器涡轮发动机。

用于检测的方法包括步骤E1(称为监测步骤)，在步骤E1期间，检测飞行器的至少一个参数、涡轮发动机T的参数、高压压缩机CHP的参数或低压压缩机CBP的参数。

此外，当监测步骤E1有效时，实施检测飞行器的加速度的步骤E2。步骤E2评估检测有助于发生泵送的条件的指标，所述指标例如在被激活时被定位到1位置，否则被定位到0位置。这些指标至少选自以下参数：

-一个指标iV，该指标iV表示速度变化率dV；

-一个指标iN2，该指标iN2表示速度变化率dN2。

根据本发明的实施例，同时执行步骤E1和步骤E2。

基于对在湍流大气中飞行的飞行器涡轮发动机的统计和实验研究，发明人能够确定有助于发生泵送的条件对应于两个相对共存的现象：

-飞行器的速度相对突然地增加，从而使得飞行器的马赫数增加；

-涡轮发动机的高压压缩机CHP的运行速度降低。

在预定的时间间隔内测量速度变化率dV，其中，该时间间隔例如等于10秒，并且速度变化率dV对应于加速度。

根据本发明的实施例，飞行器的所述速度变化率dV是所述飞行器的速度的增加率。高压压缩机CHP的所述速度变化率dN2是所述压缩机的速度的降低率。

检测飞行器的加速度的步骤E2包括测量速度变化率dV的步骤E10。步骤E2进一步包括测量速度变化率dN2的步骤E20。

所述速度变化率dV是飞行器的速度的增加率，以马赫/秒表示，并且所述速度变化率dN2是高压压缩机CHP的运行速度的降低率，以转/分钟/秒表示。

根据本发明的实施例，速度变化率dV的测量是根据现有技术进行的。可使用位于飞行器的机身上(例如位于机头或机翼上)的探测器和/或传感器进行该测量。这些探测器和/或这些传感器被配置成测量飞行器穿过的空气的流量并包括例如皮托管，该皮托管被配置成测量空气的动态压力。所测量的动态压力与静态压力进行比较并允许确定飞行器的速度V。

步骤E10在两个连续的时间测量飞行器的速度V，其中，这两个连续的时间例如以10秒的间隔隔开。换句话说，在第一时间t1测量第一速度V1，在第二时间t2测量第二速度V2，其中，第二时间t2发生在第一时间t1之后10秒时。然后，步骤E10通过计算差值V2-V1来确定速度变化率dV。

步骤E10将速度变化率dV与预定阈值(称为第一阈值S1)进行比较。如果所述速度变化率dV大于所述第一阈值S1，则指标iV被激活。如果检测到大于S1的速度变化率dV，则指标iV的值被定位到1，否则被定位到0。此外，步骤E10继续测量飞行器的速度V，以便可能检测到大于S1的速度变化率dV。

步骤E20在每个时刻测量双涵道涡轮发动机T的高压压缩机CHP的速度N2。所述速度N2可以使用涡轮发动机T的第二轴A2的旋转速度来测量，第二轴A2将高压压缩机CHP机械地联接到高压涡轮THP。然后，步骤E20计算速度变化率dN2，速度变化率N2等于在对应的测量时刻对时间N2的导数。

然后，步骤E20将速度变化率dN2与预定的负阈值(称为第二阈值S2)进行比较。如果所述速度变化率dN2的代数值小于第二负阈值S2，换句话说，如果速度变化率dN2的绝对值大于预定的正阈值，则指标iN2被激活，预定的正阈值是第二阈值S2的绝对值。如果检测到小于S2的速度变化率dN2，则指标iN2的值被定位到1，否则被定位到0。此外，步骤E20继续测量高压压缩机CHP的速度N2，以便检测小于S2的任何速度变化率dN2。

根据本发明的实施例，当确定了指标iV的值时，步骤E10可触发步骤E20。

第一阈值S1的值和第二阈值S2的值被选择成允许以最小的错误检测风险来检测有助于发生泵送的条件。所述值取决于应用本发明的涡轮发动机的运行特性。

已经考虑了飞行器在高海拔飞行的巡航阶段飞行的情况。在飞行器的这种飞行期间，可以观察到：

-该飞行器的3％的平均飞行时间发生在湍流大气中，在湍流大气中，飞行器的速度变化率大于0.01马赫/10秒；

-飞行器的7％的平均飞行时间发生在适度湍流大气中，在适度湍流大气中，飞行器的速度变化率在10秒的时间间隔内小于0.01马赫并在该同一时间间隔内大于0.005马赫。

-飞行器的90％的平均飞行时间发生在平静大气中，在平静大气中，飞行器的速度变化率在等于10秒的时间间隔内小于0.005马赫。

由于泵送更有助于发生在湍流大气中，因此第一阈值S1的值优选地被选择成等于或接近0.01马赫/10秒，即0.001马赫/秒。在高海拔飞行的巡航阶段飞行的飞行器的马赫数可对应于0.74马赫至0.80马赫之间的速度V，该速度V是包含在音速的74％至80％之间的速度。

此外，对于在高海拔飞行的巡航阶段中的飞行器而言，有助于发生泵送的条件的出现必然伴随着涡轮发动机的高压压缩机CHP的运行速度的降低率，该降低率对应于减速度，换句话说对应于负加速度。在等于10秒的时间间隔内，该降低率小于-48转/分钟，即该降低率的绝对值大于48转/分钟。因此，第二阈值S2的值被选择成更优选地等于-8转/分钟/秒。该值有利地允许限制错误地检测有助于双涵道涡轮发动机T发生泵送的条件的结果，从而允许实施本发明。

特别地，观察到的是，选择阈值S1和S2的这些值保证了在上述湍流大气条件下，在预定的时间长度内，高压压缩机CHP的速度的下降率的绝对值大于预定的正阈值，将很可能导致低压压缩机CBP发生泵送。经证实了的是，用于检测的方法限制了在高压压缩机CHP的速度的减速期间错误地检测有助于发生泵送的条件。基于设置有能够经受上述泵送条件的双涵道涡轮发动机的飞行器的飞行时间的统计研究，发明人已经观察到对仅占飞行器的总飞行时间的2.5％左右的、在平静大气中和在适度湍流大气中发生泵送条件的错误检测。

继步骤E1和E2之后，用于检测的方法还包括步骤E5，步骤E5被称为用于检测有助于发生泵送的条件的步骤，在该步骤期间，检查指标iV和iN2的同时激活情况。如果指标iV的值和指标iN2的值同时被定位到1，则检测到有助于发生泵送的条件，并激活泵送风险的指标iP。在检测到有助于发生泵送的条件的情况下，指标iP的值被定位到1。否则，该方法返回到监测步骤E1，并继续监测飞行器的速度变化率dV和高压压缩机CHP的速度变化率dN2。

当检测到有助于发生泵送的条件时，即当泵送风险的指标iP被激活时，用于检测的方法可以具有控制排放阀VBV打开的功能，以保护涡轮发动机T免受泵送的影响。

如图3、图4和图5所示，除指标iV和iN2之外的指标可用于加强对有助于发生泵送的条件的检测的可靠性。

根据本发明的如图3所示的实施例，用于检测的方法包括步骤E3，称为用于检测高海拔的步骤。当监测步骤E1有效时，检测高海拔的该步骤E3可以与步骤E2基本上同时实施或相继地实施。

根据本发明的实施例，步骤E3包括测量的预备步骤E30，在该预备步骤E30期间，测量飞行器的海拔A。可以使用位于飞行器的机身上的高度计执行该海拔的测量。

预备步骤E30在每个时刻将飞行器的海拔A与预定阈值(称为第三阈值S3)进行比较。如果所述飞行器的海拔A高于所述第三阈值S3，则指标iA被激活。如果检测到高于S3的海拔A，则指标iA的值被定位到1，否则被定位到0。此外，预备步骤E30继续测量飞行器的海拔A以检测高于S3的任何海拔。

继步骤E1、E2和E3之后，检测步骤E5检查指标iA、iV和iN2的同时激活。如果这些指标的值被同时定位到1，则检测到有助于发生泵送的条件，并激活泵送风险的指标iP。特别地，指标iP被定位到1。否则，该方法返回到监测步骤E1，并继续检查飞行器的速度变化率、高压压缩机的速度变化率以及飞行器的海拔。

根据本发明的如图4所示的实施例，用于检测的方法还可包括步骤E4，称为检测发动机减速度的步骤。当监测步骤E1有效时，检测发动机减速度的该步骤E4可以与步骤E2和E3基本上同时实施或相继地实施。

检测发动机减速度的步骤E4包括测量第一速度N1(称为低压压缩机CBP的受控速度)的步骤E40。此外，步骤E4包括测量第二速度N1’(称为低压压缩机CBP的当前速度)的步骤E50。

对于处于飞行的巡航阶段的飞行器而言，重要的是将涡轮发动机T的受控速度与当前速度区分开。受控速度N1对应于飞行器的飞行员在控制涡轮发动机T时所要求的低压压缩机CBP的运行速度，每个飞行员都使用气体节流阀。当前速度N1’对应于低压压缩机CBP的实际运行速度。

由于在由气体节流阀控制的速度与低压压缩机CBP的当前速度之间总是存在响应时间，因此速度N1和速度N1’并不总是相等。

然后，基于受控速度N1的测量值和当前速度N1’的测量值，步骤E4在每个时刻测量这两个值之间的差值。然后将N1与N1’之间的等于N1-N1’的差值与预定阈值(称为第四阈值S4)进行比较。如果差值N1-N1’小于所述第四阈值S4，则指标iN1被激活。如果检测到小于S4的速度差值，则指标iN1的值被定位到1，否则被定位到0。此外，步骤E40和步骤E50继续监测受控速度N1和当前速度N1’以检测小于S4的任何速度差值。

在自动油门模式下，并且由于在马赫数急剧增加的情况下受控减速在高海拔处较低，所以当前速度N1’与受控速度N1之间的差值在整个减速过程中可以小于检测阈值S4，这导致检测不到该差值，因此有必要建立第二逻辑。

继步骤E1、E2、E3和E4之后，检测步骤E5检查指标iA、iV和iN2的激活。如果这些指标的值被同时定位到1，则检测到有助于发生泵送的条件，并激活泵送风险的指标iP。特别地，指标iP被定位到1。否则，该方法检查指标iN1的激活情况。如果指标iN1被定位到1，则检测到有助于发生泵送的条件。否则，该方法返回到监测步骤E1的实施，并继续监测飞行器的速度变化率、高压压缩机CHP的速度变化率、飞行器的海拔以及低压压缩机CBP的速度变化率。

第四阈值S4的值被选择成在飞行器在自动油门模式下飞行时允许检测有助于发生泵送的条件。

由于受控速度N1’在自动油门模式下保持恒定，因此当N1与N1’之间的差值在10秒的时间间隔内变得小于-1000转/分钟时，可以检测到有助于发生泵送的条件。因此，第四阈值S4的值被选择成优选地等于-100转/分钟/秒。

根据该实施例，可以根据检测到的飞行器的速度V的减少量、高压压缩机CHP的运行速度的变化率dN2、检测到的飞行器的高海拔A、检测到的低压压缩机CBP的受控速度N1与当前速度N1’之间的差值来检测泵送。当实施步骤E1、E2、E3和E4时，可在高海拔和低海拔处执行可靠地且精确地检测有助于发生泵送的条件，该泵送能够影响双涵道涡轮发动机T。

根据本发明的未在图中示出的另一实施例，这些步骤可用于多个涡轮发动机。此外，这些步骤可用于不同的涡轮发动机。

参考图5，本发明还旨在提出一种用于检测有助于发生泵送的条件的设备DD，该泵送能够影响涡轮发动机的低压压缩机CBP，该涡轮发动机进一步包括高压压缩机CHP。

用于检测有助于发生泵送的条件的设备DD通过由用于监测的设备DS实施的监测步骤E1激活。此外，用于检测有助于发生泵送的条件的设备DD控制用于打开排放阀VBV的设备DO。

根据本发明的实施例，设备DD包括：

-第一测量装置M10，第一测量装置M10例如包括速度传感器，并被配置成在步骤E10期间测量速度V以及计算所述飞行器的速度变化率dV；

-第二测量装置M20，第二测量装置M20例如包括速度变化率检测器，并被配置成在步骤E20期间测量高压压缩机CHP的速度变化率dN2。

设备DD还包括如下装置，该装置用于实施步骤E2并因此分别利用速度变化率dV与第一阈值S1的比较值以及高压压缩机CHP的速度变化率dN2与第二阈值S2的比较值来激活指标iV和iN2。

设备DD进一步包括：

-第三测量装置M30，第三测量装置M30例如包括诸如高度计的海拔传感器，并被配置成在预备步骤E30期间测量飞行器的海拔A；

-第四测量装置M40，第四测量装置M40例如包括用于控制飞行器的系统，并被配置成在步骤E40期间测量低压压缩机CBP的受控速度N1；

-第五测量装置M50，第五测量装置M50例如包括能够测量轴A1的旋转速度的速度传感器，并被配置成在步骤E50期间测量低压压缩机CBP的当前速度N1’。

设备DD进一步包括用于实施步骤E3并利用海拔A与第三阈值S3的比较值来激活指标iA的装置。

当检测到有助于发生泵送的条件时，即当泵送风险的指标iP被激活时，控制用于打开排放阀VBV的设备DO以打开所述排放阀。根据本发明的一个或另一个实施例的检测方法和设备允许在检测有助于发生泵送的条件期间执行排放阀VBV的打开。

图6示出了曲线图，该曲线图示出了当泵送出现在涡轮发动机中时多个参数的变化的示例。这些参数在此是飞行器的速度V(更特别地是飞行器的马赫数)、高压压缩机CHP的运行速度N2以及表示在实施根据本发明的实施例的方法时有助于发生泵送的条件的检测结果的指标iP。

示出了三个参数V、N2和iP在250秒至300秒的时间间隔内的变化值。在该同一间隔内，测量了飞行器的速度V和高压压缩机CHP的运行速度N2。

飞行器的速度V在250秒至275秒期间从0.755马赫增加到0.77马赫，然后从275秒至300秒期间从0.77马赫降低到0.76马赫。运行速度N2在250秒至275秒期间从1620转/分钟降低到1580转/分钟，然后在275秒至300秒期间从1580转/分钟增加到1590转/分钟。

如图所示，本发明允许在258秒的时间t1至268秒的时间t2期间检测有助于发生泵送的条件。实际上，在时间t1测量的速度V等于0.76马赫。在时间t2测量的速度V等于0.77马赫。因此，在时间t1至时间t2之间的10秒间隔内观察到的速度差值dV等于0.01马赫。在这种情况下，指标iV被激活，这表示速度的增加率dV大于第一阈值S1，其中，在该示例中，该第一阈值在10秒的持续时间内被固定到0.009马赫，该第一阈值是0.0009马赫/秒的加速度阈值。此外，在时间t1测量的速度N2等于16150转/分钟，并且在时间t2测量的速度N2等于16000转/分钟。在时间t1至时间t2之间的10秒间隔内的速度差值dN2等于-150转/分钟，即等于-15转/分钟/秒，并因此该速度差值dN2小于-8转/分钟/秒。在这种情况下，指标iN2被激活，这表示高压压缩机CHP的运行速度的降低率小于阈值S2。

指标iV和指标iN2在时间t1至时间t2之间被定位到1，表示有助于发生泵送的条件的检测结果的指标iP在该间隔内也被激活。

应当理解的是，在此描述的根据本发明的实施例中的一个实施例的用于检测有助于发生泵送的条件的方法以及根据该实施例的用于检测泵送的设备在涡轮发动机中被实施。特别地，涡轮发动机可以是双涵道涡轮发动机T，该双涵道涡轮发动机T包括用于检测有助于发生泵送的条件的设备DD。

根据本发明的实施例，使用在用于控制涡轮发动机的电子单元中实施的软件来实施用于检测有助于发生泵送的条件的设备DD，该电子单元被嵌入在涡轮发动机中，被称为ECU(发动机控制单元)或者也被称为FADEC(发动机全权限数字控制)。特别地，该软件包括适于实施上述方法的任何步骤的指令。

Claims

1.一种用于检测有助于发生泵送的条件的方法，所述泵送能够影响飞行器涡轮发动机的低压压缩机(CBP)，所述涡轮发动机进一步包括高压压缩机(CHP)，所述方法的特征在于，所述方法包括：

-测量所述飞行器的速度变化率(dV)的第一步骤(E10)；

-测量所述高压压缩机(CHP)的速度变化率(dN2)的第二步骤(E20)；

-测量所述飞行器的海拔(A)的预备步骤(E30)；

a)在预定的时间间隔内测量的所述速度变化率(dV)对应于大于第一正阈值(S1)的加速度，以及

b)所述测量的速度变化率(dN2)对应于小于第二负阈值(S2)的减速度；

c)所述测量的海拔高于第三预定阈值(S3)。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第一阈值(S1)介于10^-4马赫/秒至10^-2马赫/秒之间，其中，所述第一阈值例如等于0.001马赫/秒。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述时间间隔介于3秒至20秒之间，所述时间间隔例如等于10秒。

4.根据前述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述第二阈值(S2)介于-2转/分钟/秒至-20转/分钟/秒之间，所述第二阈值例如等于-8转/分钟/秒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述第三阈值(S3)介于20000英尺(6096米)至30000英尺(9144米)之间，其中，所述第三阈值例如等于25000英尺(7620米)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

-测量所述低压压缩机(CBP)的第一受控速度(N1)的第四步骤(E40)；

-测量所述低压压缩机(CBP)的第二当前速度(N1’)的第五步骤(E50)；

其中，与满足条件a)、b)和c)无关，当满足以下条件d)时，检测有助于发生泵送的条件：

d)所述测量的第一受控速度(N1)与所述测量的第二当前速度(N1’)之间的差值小于第四阈值(S4)，其中，所述第四阈值例如等于-100转/分钟。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，如果所述测量的海拔小于所述第三阈值(S3)，则忽略所述第一测量步骤(E10)和所述第二测量步骤(E20)，并且在满足所述条件d)时，检测有助于发生泵送的条件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，有助于发生泵送的条件的检测结果触发打开排放阀(VBV)的命令，所述排放阀位于所述低压压缩机(CBP)与所述高压压缩机(CHP)之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述速度变化率(dN2)通过计算所述速度的导数(dN2/dt)然后通过用时间常数对所述速度的导数进行过滤来测量，所述时间常数适用于对在1秒至3秒之间的时间间隔内的测量值求平均数。

10.一种用于检测有助于发生泵送的条件的设备，所述泵送能够影响飞行器涡轮发动机的低压压缩机(CBP)，所述涡轮发动机进一步包括高压压缩机(CHP)，所述设备的特征在于，所述设备包括：

-用于测量所述飞行器的速度变化率(dV)的第一装置(M10)；

-用于测量所述高压压缩机(CHP)的速度变化率(dN2)的第二装置(M20)；

-用于测量所述飞行器的海拔(A)的第三装置(M30)；

其中，所述设备进一步包括用于检测所述飞行器的加速度的装置，所述检测装置包括：

-用于激活第一指标(iV)的装置，所述第一指标表示速度变化率；

-用于激活第二指标(iN2)的装置，所述第二指标表示所述高压压缩机(CHP)的速度变化率；

-用于激活第三指标(iA)的装置；

-用于激活泵送风险的指标(iP)的装置，所述泵送风险的指标表示有助于发生泵送的条件的检测结果；

当所述第一指标(iV)、所述第二指标(iN2)和所述第三指标(iA)同时被激活时，所述泵送风险的指标(iP)被激活；

o其中，当在预定的时间间隔内测量的所述速度变化率(dV)对应于大于第一阈值(S1)的加速度时，所述第一指标(iV)被激活；

o其中，当所述测量的速度变化率(dN2)对应于小于第二阈值(S2)的减速度时，所述第二指标(iN2)被激活；并且

o其中，当所述测量的海拔高于预定的第三阈值(S3)时，所述第三指标(iA)被激活。

11.根据权利要求10所述的检测设备，其特征在于，所述第一阈值(S1)介于10^-4马赫/秒至10^-2马赫/秒之间，其中，所述第一阈值例如等于0.001马赫/秒。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述时间间隔包含在3秒至20秒之间，所述时间间隔例如等于10秒。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述第二阈值(S2)介于-2转/分钟/秒至-20转/分钟/秒之间，所述第二阈值例如等于-8转/分钟/秒。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述第三阈值(S3)介于20000英尺(6096米)至30000英尺(9144米)之间，其中，所述第三阈值例如等于25000英尺(7620米)。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述设备进一步包括：

-用于测量所述低压压缩机(CBP)的第一受控速度(N1)的第四装置(E40)；

-用于测量所述低压压缩机(CBP)的第二当前速度(N1’)的第五装置(E50)；

其中，用于检测所述飞行器的加速度的装置进一步包括用于激活第四指标(iN1)的装置，其中，当所述第一指标(iV)、所述第二指标(iN2)和所述第三指标(iA)未被同时激活时并且当所述第四指标(iN1)被激活时，所述泵送风险的指标(iP)被激活，其中，当所述测量的第一受控速度(N1)与所述测量的第二当前速度(N1’)之间的差值小于第四阈值(S4)时，所述第四指标(iN1)被激活，其中，所述第四阈值例如等于-100转/分钟。

16.一种飞行器涡轮发动机，所述飞行器涡轮发动机包括根据权利要求10至15中任一项所述的检测设备。