CN111971463B - 涡轮机的燃料供应回路的前馈控制 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于涡轮机的燃料供应系统,该燃料供应系统包括燃料回路,该燃料回路包括:位于所述回路的输出端处的增压构件;泵,该泵被布置成将燃料流量传送到所述回路中,该燃料流量是所述泵的轴的转速的增函数;控制构件,该控制构件被布置成控制装置以使其符合燃料回路的输出端处的流量设定点,其特征在于,该系统进一步包括前馈校正器,该前馈校正器被配置为根据涡轮机的发动机速度和涡轮机的所述发动机速度的变化计算流量设定点的增量,并将该增量加到流量设定点上。本发明还涉及一种调节泵的方法。
Description
技术领域
本发明涉及涡轮机领域。本发明更具体地涉及燃料供应回路以及该回路中的燃料流量的调节。
背景技术
现有技术尤其包括专利申请US-A1-2010/064657、FR-A1-2 934 321和EP-A1 2599 982。
安装在飞行器上的涡轮机配备有可将燃料输送到燃烧室的燃料供应回路,必须根据飞行条件按要求对燃料供应回路进行调节。参照图1,燃料回路通常包括正排量型高压主泵1,该主泵1在将燃料注入到燃烧室3中之前将燃料输送到液压机械单元2。该组件被布置成在朝向燃烧室的出口处提供适应需要的燃料流量。控制壳体4通常控制液压机械单元2,使得液压机械单元2使由泵1传送的流量适应于燃烧室3的需要。
通常,泵1由涡轮机的附件齿轮箱5的输出轴驱动,该附件齿轮箱5自身由涡轮机的主体的轴(未在图1中示出)驱动。通常在泵1与附件齿轮箱5的轴之间安装驱动装置6以适应这两台设备之间的转速。该装置确定泵1的速度与涡轮机的发动机轴的转速ω之间的比值K。该装置通常还驱动用于从燃料箱8供应回路的构件7。
泵1在燃料流量与其驱动速度之间的线性特性Cyl特别是取决于其排量。泵1的尺寸必须设计成使得该排量能够在涡轮机的所有运行速度下输送所需的流量,从而使得该排量在附件齿轮箱5的输出轴的速度处于低速和高速时都能够输送所需的流量。
如从图2中可以看到的,图2示出了流量F根据涡轮机的发动机轴的转速ωAGB(AGB-附件齿轮箱)的变化,燃料需求F1根据涡轮机的发动机速度以非线性方式变化。涡轮机的发动机轴的转速ωAGB在用于涡轮机点火的最小值ωAGBmin和用于起飞的最大值ωAGBmax之间变化。与巡航飞行相对应的发动机速度介于这两个极值之间。
根据不同的应用,关键点位于低速点火或起飞、高速运行时。在图2中,该关键点位于点火时,泵的排量必须选择成使其线性特性等于值Cyl1,以确保在所有飞行条件下均具有足够的流量。该值Cyl1可能明显高于某些飞行条件下所需的最小值Cylmin,或者甚至高于起飞期间所需的值Cyl2。
因此,根据该尺寸,由泵提供的流量遵循图2中关于流量/转速图的线L1。因此,在较大的驱动速度阶段,特别是在巡航飞行期间,泵输送的流量大于燃料流量需求,从而产生过量燃料F2。
因此,液压机械单元2必须经由再流通环路9将超出需求的过量燃料F2返回给泵。
如图1所示,当使用燃料回路来供应使涡轮机的运动元件10(例如可变螺距叶片)运行的可变几何形状(VG)致动器100时,该燃料流量控制问题进一步加剧。运动元件10的致动使回路中的燃料需求产生变化,在泵1的尺寸、液压机械单元2的运行以及再流通环路9的特性中必须考虑这些变化。
燃料供应系统的这种架构具有多个缺点。由泵1注入的过量流量导致附件齿轮箱5上消耗与需求相比过多的功率,这不利于涡轮机的效率。过量的机械功率被转换成热功率,该热功率在再流通环路9中被耗散且必须被排出。这对燃料回路的尺寸和质量具有负面影响,特别是对安置成从燃料回路去除热量的热交换器(未示出)具有负面影响。
因此,重要的是使泵1的流量适应于涡轮机的各个运行点,以增加从附件齿轮箱5获取的功率,而这是现有技术的驱动装置6不可能实现的。
此外,根据现有技术的液压机械单元2(其在图中未详细示出)通常包括:
-由伺服阀控制的计量装置,该伺服阀的位置由位置传感器控制;
-控制阀,该控制阀将泵输送的过量流量传送到再流通环路9中,并调节计量装置的端子处的压力差;
-由伺服阀先导控制的截止阀,该截止阀使得燃料系统能够增压并切断注入。
为了使液压机械单元2正确运行,无论是否启动了可变几何形状致动器100,都必须进行再流通以确保计量装置的端子处的压力差。
因此,通常通过考虑等于系统泄漏、调节计量装置的端子处的压力差所需的最小流量以及与运动元件10的运动有关的流量之和的过量流量来进行泵1的尺寸设计。
假设根据涡轮机的运行点使泵的转速适应的问题已经解决,则常规的燃料回路需要后面提到的该过量流量。因此,这使得不能够通过使泵1的速度适应严格的需求来获得最大功率增益。
已经提出了最初的解决方案,以能够通过进行燃料流量测量并根据该测量使泵的轴的转速适应来使泵的速度适于提供适应需要的流量。该流量控制环路由带宽约为10Hz至20Hz的FADEC(全自动数字发动机控制)计算机操纵。因此,该解决方案具有较长的反应时间,因此对FADEC控制的可变几何形状的流量调用没有很好的响应。如果该解决方案适用于几何形状不可变的燃料回路(例如,在电动VG的情况下),则VG流量调用对注入流量的影响将取决于所调用的流量水平以及该控制环路的反应时间。
另一个解决方案是基于对正排量泵的输出端处的压力的测量,进一步增加快速局部环路。实际上,在由于可变几何形状而引起流量的这些调用期间,在正排量泵的输出端处将会观察到压降。
然而,该解决方案具有以下缺点:
-在与可变几何形状的控制相关的流量调用期间对压降的补偿取决于该局部压力环路的动态性,
-如果为了加速马达的低惯性而安装的电功率不足,则无法再次提高泵的速度且无法重新调节泵的流量,
-将流量设定点转换为压力设定点,需要准确了解液压回路的可压缩容积,
-在泵的输出端处应安装压力传感器。
本发明的目的是提出一种解决方案,该解决方案使得可以最佳地利用通过使泵的速度适应涡轮机的不同运行点的燃料需求并允许预先补偿可变几何形状的流量调用而获得的功率增益。
发明内容
为此,本发明涉及一种用于涡轮机的燃料供应系统,该燃料供应系统包括燃料回路,该燃料回路包括:位于所述回路的输出端处的增压构件;泵,该泵被布置成将燃料流量传送到所述回路中,该燃料流量是所述泵的轴的转速的增函数;流量传感器,该流量传感器安置在泵的输出端与增压构件之间,该系统包括被布置成以能够控制的转速驱动泵的装置以及控制构件,该控制构件被布置成基于由流量传感器提供的测量来控制该装置,以使泵的轴的转速符合燃料回路的输出端处的流量设定点,其特征在于,燃料回路供应涡轮机的可变几何形状,所述供应始于安置在泵的输出端与流量传感器之间的旁路上的抽头,并且为了补偿由于可变几何形状引起的流量调用对注入管线的影响,该系统进一步包括前馈校正器,该前馈校正器被配置为根据涡轮机的发动机速度和涡轮机的所述发动机速度的变化计算流量设定点的增量,并将该增量加到流量设定点上。
对可变几何形状(V.G.)的控制通过FADEC级别的控制环路来进行。该控制环路生成处于发送给要控制的可变几何形状的伺服阀的电流命令的形式的位置设定点,并从位于可变几何形状处的位置传感器接收位置反馈。
因此,由于前馈校正器,使得根据本发明的系统可以预期地补偿由FADEC控制的可变几何形状的流量调用。
在现有技术的系统中,当致动可变几何形状时,安置在朝向致动器的旁路后面的流量传感器看到流量的下降,流量的这种下降迫使驱动装置的控制构件增加泵的速度来增加流量,以便供应注入室并保持致动器的压力,为此需要与增压阀配合使用。在可变几何形状的流量调用期间,前馈校正器减少了该自动机构的反应时间。
此外,对这些可变几何形状的流量调用的预期消除了为了做出反应并获得所需的动态性而对大量电功率的需求。
该系统使得可以去除现有技术中提出的位于泵的输出端处的压力控制环路,该系统因此得以简化,原因是在供应系统中不需要任何额外的传感器(特别是压力、速度或位置传感器)。
最后,考虑到所考虑的参数,前馈校正器可以与控制构件集成到飞行器的FADEC(全权限数字发动机控制的缩写)型计算机中,而无需干预泵的马达的控制电子设备(或电子控制单元的ECU)。
有利地,并且根据本发明,前馈校正器根据将可变几何形状的位置与发动机速度相关联的预定关联定律,通过可变几何形状的位置来确定运动元件的位置、根据所述关联定律以及涡轮机的发动机速度的变化和可变几何形状的位置来确定可变几何形状的所述位置的变化、以及通过使可变几何形状的位置的所述变化乘以所述可变几何形状(在这里为致动器)的截面来计算流量设定点的增量。
根据本发明的这个方面,根据发动机速度和将可变几何形状的位置与发动机速度相关联的定律建立增量计算,并因此使得可以以简单的方式预期可变几何形状的流量调用。关联定律可以根据涡轮发动机而变化,但是对于在整个飞行周期中实施该系统的涡轮发动机来说是已知的。
优选地,用于燃料流量和V.G.(可变几何形状)的位置的控制环路以及前馈校正器被集成在包括所述涡轮发动机的飞行器的FADEC中。
根据优选的实施例,流量传感器由计量装置制成,该计量装置包括滑动滑块和用于检测所述滑块的位置的传感器,回路被布置成使得所述滑块的位置指示穿过计量装置的流量。
这样就使得可以使用认证的组件或升级现有安装。
有利地,驱动装置旨在通过所述涡轮机的发动机轴驱动泵并被布置成改变泵的轴的转速与发动机轴的转速之间的比值。
优选地,驱动装置包括带有周转齿轮系的减速齿轮,该周转齿轮系包括三个元件,即中心行星轮、外齿圈和行星架,该行星架的行星齿轮与行星轮和齿圈啮合,这三个元件中的第一元件旨在连接到发动机轴,且这三个元件中的第二元件旨在联接到泵的轴,其特征在于,所述三个元件可围绕减速齿轮的轴线旋转,且所述驱动装置进一步包括至少第一电气构件,该第一电气构件被布置成使减速齿轮的所述元件中的第三元件旋转,以改变所述元件中的第一元件与第二元件之间的转速比。
该解决方案具有多个优点。尤其,该解决方案使得可以使用为了在发动机轴和泵之间提供正确的减速比所需的减速齿轮来改变泵的速度。
优选地,驱动装置包括联接到减速齿轮的所述元件中的第一元件或第二元件的第二电气构件,第一电气构件和第二电气构件被布置成可逆地将电功率从其中一个电气构件传递到另一个电气构件。
该解决方案使得通过第一电气构件和第二电气构件之间的功率传递而能够增加可用于泵的运行的功率。
本发明还涉及一种包括根据本发明的系统的涡轮机。
有利地,附件齿轮箱被安置在发动机轴和驱动装置之间。
本发明还涉及一种通过实施用于控制泵的轴的转速的定律来调节飞行器中的这种涡轮机的燃料泵的方法,当由传感器指示的流量减小或增大时,该定律相应地增大或减小该转速,使得位于回路的输出端处的流量和压力适应飞行器的飞行条件,其特征在于,该方法包括根据涡轮机的发动机速度和涡轮机的所述发动机速度的变化来对流量设定点进行前馈校正的步骤。
附图说明
在阅读以下参照附图对非穷举性示例进行的描述时,将更好地理解本发明,并且本发明的其他细节、特征和优点将更清楚地显现,在附图中:
图1示出了根据现有技术的燃料回路的非常示意性的图;
图2示出了AGB转速和流量的图,其示出了由燃料泵供应的流量与根据图1的回路的需求之间的差异;
图3非常示意性地示出了可以使用本发明的涡轮机的一半截面;
图4示出了本发明可以使用的带有周转齿轮系的减速齿轮的分解视图和图;
图5示出了使用来自图4的减速齿轮驱动泵的驱动装置的示例的示意图;
图6非常示意性地示出了使用图5的装置的燃料供应系统的构造;以及
图7示意性地示出了根据本发明的实施例的功率供应系统的前馈校正器。
在不同的实现方式中具有相同功能的元件在附图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
在涡轮机中,例如如图3所示的双流式涡轮机,风扇20的输出端处的气流被分为进入发动机的主流P和围绕发动机的次级流S。主流然后流经低压压缩机21和高压压缩机22、由上述燃料回路供应的燃烧室3,然后流经高压涡轮24和低压涡轮25。通常,高压压缩机22和高压涡轮24的组件作为一个单元在共同的发动机轴26上旋转,并与燃烧室一起形成涡轮机的发动机部分。
通常,发动机轴26(通过具有带角度的锥齿轮系统的传动轴27)驱动附件齿轮箱5,该附件齿轮箱5可包括连接到输出轴以驱动各台设备的多个齿轮系。在这里,附件齿轮箱的输出轴之一通过驱动装置6'驱动正排量泵1,该正排量泵1供应液压机械单元2,液压机械单元2将燃料注入到燃烧室3中。通常,附件齿轮箱也使发动机轴26和该图中未示出的起动机/发电机之间建立连接,该起动机/发电机可用于在起动阶段期间驱动涡轮机或在涡轮机启动时产生电流。
涡轮机还可以包括前面提到的运动元件10,该运动元件10可以在某些运行条件下由可变几何形状致动器100启动。这些运动元件10例如是高压压缩机22的入口处的可变螺距叶片。
在这里,参照图6,燃料供应系统包括位于附件齿轮箱5和泵1之间的驱动装置6',该驱动装置6'不同于图1中的系统的驱动装置。泵1可以具有与常规解决方案相同的性质。泵1是旋转式正排量泵,其流量是转速ω1的增函数,能够提供注入到燃烧室3中所需的流量并使燃料回路增压。优选地,该泵1具有将输出流量与转速ω1相关联的线性Cyl特性。
首先,我们将说明:至少有一种解决方案来使装置6'能够改变附件齿轮箱5的轴的转速与泵1的轴的转速之间的比值,以使泵1的速度能够适应涡轮机的不同运行点。
所示的驱动装置6'包括带有周转齿轮系的减速齿轮,该减速齿轮的特性是用于使泵1的转速适应涡轮机的各种运行速度下的燃料流量需求。
参照图4,具有周转齿轮系的减速齿轮11包括:
-中心行星轮11A,其被布置成以速度ωA围绕齿轮系的轴线旋转;
-与中心行星轮11A啮合并由行星架11U承载的行星齿轮11S,该行星架11U被布置成能够以速度ωU围绕轮系的轴线旋转;
-还与行星齿轮11S啮合的外齿圈11B,该齿圈11B被布置成可以以速度ωB围绕轮系的轴线旋转。
因此,具有周转齿轮系的减速齿轮11的特征在于其三个元件,即中心行星轮11A、行星架11U和齿圈11B能够旋转。在这里,例如,齿圈11B在保护减速齿轮11的固定外壳11C内部自由旋转。
减速齿轮11的轮系的运行由威利斯(Willis)公式操纵,该公式表明减速齿轮11是一个两自由度机构,并且知道行星轮11A、行星架11U和齿圈11B中的两个元件的转速,使得能够计算第三元件的转速。
中心行星轮11A的旋转:ωA
行星架11U的旋转:ωU
齿圈11B的旋转:ωB
威利斯公式:(ωA-ωU)/(ωB-ωU)=k或ωA-k×ωB+(k-1)×ωU=0
在威利斯公式中,因数k(也称为轮系传动比)是由齿轮的几何形状确定的常数。对于图4中的减速齿轮11,k=-ZB/ZA,其中,ZA是中心行星轮A的齿数,ZB是齿圈B的齿数。因此,因数k为负,且模数小于1。
因此,可以理解,如果附件齿轮箱5的输出轴联接到这三个元件之一,并且泵1的轴联接到第二元件,则可通过改变第三元件的转速,相对于附件齿轮箱5的轴的给定速度改变泵1的转速。
第一电动马达12联接到所述第三元件以控制第三元件的转速。
六个组合可用于将三台设备,即附件齿轮箱5、泵1和电动马达12与带有周转齿轮系的减速齿轮11的三个元件相关地定位。
第二马达13还联接到减速齿轮11的元件中未连接到第一马达12的那一个元件。第二马达13的位置是装置6'的可能组合的数量与2相乘。这给出了下面表中列出的十二种组合。
该表还示出了从附件齿轮箱5的轴的速度ω5和第一马达12的速度ω12得出泵1的转速ω1的函数。第二马达13的转速ω13由在减速齿轮11上与该第二马达13串联联接的设备的转速,即泵1的轴或附件齿轮箱5的输出轴的转速确定。在该表中,选项I对应于第二马达13在减速齿轮11的相同元件上与泵1串联联接的情况,而选项II对应于第二马达13在减速齿轮11的相同元件上与附件齿轮箱5的输出轴串联联接的情况。
表1
在图5所示的示例中,其对应于“3A-选项I”构造,附件齿轮箱5连接到中心行星轮11A,泵连接到行星架11U,第一电动马达12连接到齿圈11B,使得第一电动马达12能够使齿圈11B旋转,以及第二马达13连接到行星架11U。
第一马达12和第二马达13各自包括定子和转子。所述马达12、13可以根据施加到它们的转子上的转矩以及它们的转子的转速ω12、ω13来控制。马达12、13例如是交流异步马达。然后,每个马达12、13的转矩和速度由专用于每个马达的转换器14、15传送的电流的电功率和频率控制。
此外,第二马达13通过所述可逆电压转换器14、15电连接到第一马达12,以便将功率从其中一个马达传递到另一个马达。
此外,参照图6或图7,燃料供应系统与图1的燃料供应系统的不同之处还在于,控制构件4'连接到转换器14,以控制第一马达12的速度ω12和转矩,来适应泵1的转速ω1,并且控制构件4'连接到转换器15,以控制第二马达13的转矩,以便管理两个马达之间的功率传递。
对减速齿轮11的研究表明,施加在行星轮11A上的转矩CA、施加在齿圈11B上的转矩CB和施加在行星架11U上的转矩CU通过以下两种关系相关联:
CA+CB+CU=0(轮系的平衡)
ωA×CA+ωB×CB+ωU×CU=0(功率平衡)
考虑到这些元件的转速之间的关系,这使得在知道作用在第三元件上的转矩的情况下就可以计算作用在减速齿轮11中的两个元件上的转矩。
与泵1或附件齿轮箱5串联连接的第二马达13的转速被确定为等于该设备的转速。
然而,可以理解,取决于第二马达所施加的转矩,该第二马达为系统提供了额外的自由度,该额外的自由度被加到减速齿轮11的相应元件上的泵1或附件齿轮箱的自由度上。
该额外的自由度可用于确保与第一马达的功率传递:或者在第一马达12干预时提供功率以使泵1相对于附件齿轮箱5的驱动加速,或者在第一马达12干预时吸收功率以使泵1制动。
可以使用除了图5所示的构造之外的构造。选择取决于涡轮机的运行特性。必须进行对装置的参数的选择和在构造1A至3B之间的选择,以便特别是实现以下目的,其中该装置的参数为具有周转齿轮系的减速齿轮11的因数k、附件齿轮箱5的输出端处的速度ω5与涡轮机的轴的转速之比、泵1的线性特性Cyl:
-使得泵1能够以转速ω1旋转,该转速ω1可调节以提供流量Cyl。当涡轮机的轴的转速在其最小值ωAGBmin和其最大值ωAGBmax之间变化时,ω1与需求F1相对应,例如如图2所示;
-使马达12中消耗的功率最小化,以在涡轮机的运行范围内调节泵1的转速ω1。
此外,对所使用的设备的技术约束通常意味着:
-泵1的转速ω1必须低于附件齿轮箱5的输出轴的速度ω5。
在附件齿轮箱5和泵1之间为驱动系统配备两个辅助电动马达的概念非常创新,因为它具有以下优点:
-仅从附件齿轮箱5中获取与用于供应可变几何形状(压力需求)和用于供应燃料流量(燃料流量需求)的功率需求相对应的机械功率,
-减少了泵的排量1,
-大幅减少了泵流量的再流通环路9'的尺寸,
-简化了用于控制燃料的液压机械单元2的架构,
-由于该马达和第二马达13之间的功率传递,使得当通过一个马达12控制泵的速度时,没有外部功率需求。
在上述系统中,第一马达12和第二马达13是为了使驱动装置6'运行而添加的专用设备。在一个变型中,涡轮机的起动机可用于充当装置的第一马达或第二马达。
以下开发出的燃料系统概念允许最佳地使用这样的驱动装置6'。
参照图6,根据本发明的燃料供应系统包括:
-如上所述的位于附件齿轮箱5和泵1之间的驱动装置6',该驱动装置6'使得泵1的速度能够适应;
-泵1,该泵1的尺寸被设计成适应通过根据本发明的系统所提供的流量;
-用于从燃料箱8供应回路的构件7;
-根据本发明的液压机械块2';
-控制构件4'(该控制构件例如为控制电子装置)。
在这里,燃料供应系统还连接到运动元件10的致动器100。
根据本发明的液压机械块2'包括以下元件:
-在泵1和到达燃烧室3的注入之间的燃料流量传感器201;
-在朝向燃烧室3的注入处的增压构件202(该增压构件例如为增压阀);
-回流阀203,其安置在流量传感器201和增压构件202之间的旁路中,并连接到再流通环路9';
-伺服阀204,其基本上控制增压构件202和回流阀203。
当使用燃料回路来致动运动元件10时,燃料回路有利地包括旁路205,以向运动元件10的可变几何形状致动器100供应流量。该旁路205安置在泵1的输出端和液压机械块2'的流量传感器201之间。
在优选的实施例中,流量传感器201由改进的计量装置制成。通常在常规回路中使用的计量装置包括滑动滑块211,滑动滑块211的位置控制穿过计量装置的流量。此外,用于检测滑块211的位置的传感器212使得通常通过伺服阀而能够伺服控制计量装置。在这种情况下,按照与常规解决方案的控制阀的控制相同的方式,滑块211的位置不是由伺服阀控制,而是直接由计量装置的端子处的压力差控制。在知道该计量单元的特性的情况下,由用于检测滑块211的位置的传感器212读取的位置提供了关于实际上由燃料回路注入到燃烧室中的流量的信息。
因此,流量信息可以被传输到控制构件4',例如使得该流量信息可以对驱动装置6'起作用,驱动装置6'适应泵1的速度以确保所需的正确的燃料流量。
因此,液压机械块2'失去了其流量控制功能,但是充当流量传感器。液压机械块2'通过增压构件202保留了燃料切断和系统增压的功能。
增压构件202确保用于可变几何形状致动器100的正确运行的最小压力以及注入流量的切断。
当该切断由伺服阀204启动时,回流阀203使得由泵1输送的流量能够排出,以免在回路中建立压力。
然而,该再流通仅在关闭阶段期间或在准备点火时发生,泵1的转速降低的时间是可控的。因此,再流通环路9'远不如在常规回路中那么重要。
在点火时,以最小转速驱动泵1。一部分流量穿过传感器201,穿过回流阀203进行再流通。
然后泵1的速度适于达到正确的点火流量设定点。然后启动伺服阀204,这使得增压构件202打开且回流阀203关闭,从而使得点火流量能够注入到燃烧室3中。
最后,在由于对泵1的速度控制失败而导致超速的情况下,回流阀203提供了保护。
在与可变几何形状致动器100的致动相关联的流量调用的情况下,对于泵1的给定转速,由于朝向可变几何形状致动器100的旁路205安置在上游,使得穿过传感器201的流量趋于降低。流量下降的信息迫使驱动装置6'加速泵1的速度,以便维持所需要的正确注入流量。因此,泵1的速度是可控的。
因此,无论可变几何形状致动器100是否处于活动状态,基于来自安装在控制构件4'中的传感器201的流量信息的控制环路使得泵速度能够适应涡轮机的任何运行点。
因此,该液压机械块2'的概念使得可以利用能够根据需要适应泵的转速的驱动装置6'。
这消除了对再流通环路9'的尺寸设计以消除大的过量流量的需要,并使得从附件齿轮箱5获取的以用于燃料供应的功率能够增加。这也消除了对常规回路中存在的控制阀的需要。
此外,由于去除了计量装置的功能,因此不需要多余的流量来使计量装置运行。
因此,液压机械块2'使得可以充分利用驱动装置6'提供的潜在功率增益。
图7示意性地示出了根据本发明的实施例的前馈校正器。使用来自计量装置的对流量的测量,特别是对如前所述的滑块的位置的测量来使前馈校正器适应流量控制环路。
通过比较器将该位置测量与前述通过滑块位置/流量转换表转换成mm的流量设定点进行比较以得到流量误差(以mm表示),该流量误差由PID型流量校正器进行处理以得到位置设定点。通过对应表并由于测量涡轮机的发动机轴的转速ω而将位置设定点转换为第一马达12的速度设定点(如参照图2所述)。
前馈校正器使得能够预期可变几何形状致动器100的流量调用,该预期由在流量控制环路之前被加到流量设定点上的流量增量表示。
为了获得该增量的值,校正器将使用涡轮机的发动机速度,特别是涡轮机的发动机轴的转速ωAGB。
可变几何形状致动器100的位置P可直接通过以P=f(ω)形式表示的、涡轮机的发动机轴的转速ωAGB的前馈定律推导出。
而且,由于相同的前馈定律,并且还知道涡轮机的发动机轴的转速的变化dωAGB/dt(例如从该速度的两次测量得到),因此可以确定P+dP/dt,其中dP/dt为可变几何形状致动器100的位置P的变化。
通过从P+dP/dt中减去P,获得dP/dt,然后dP/dt通过与可变几何形状致动器100的横截面(例如,致动器室的内部横截面)相乘而转换为流量,以获得被加到流量设定点上的流量增量。
这种校正使得可以根据涡轮发动机的发动机速度直接预期可变几何形状的流量调用。这种类型的预期校正通常称为前馈校正。前馈校正认为:发动机速度与可变几何形状致动器100(以及因此运动元件10)的位置之间的关系是根据所考虑的涡轮发动机的固有特性确定的已知定律,并可以根据涡轮发动机而变化,但是在同一涡轮发动机的整个飞行周期内有效。
Claims (7)
1.一种用于涡轮机的燃料供应系统,所述涡轮机在运行中根据飞行条件以一定的发动机速度旋转,所述燃料供应系统包括燃料回路,所述燃料回路包括:位于所述回路的输出端(3)处的增压构件(202);泵(1),所述泵被布置成将燃料流量传送到所述回路中,所述燃料流量是所述泵的轴的转速(ω1)的增函数;流量传感器(201),所述流量传感器安置在所述泵(1)的输出端和所述增压构件(202)之间,所述系统包括驱动装置(6')和控制构件(4'),所述驱动装置被布置成以能够控制的转速驱动所述泵(1),所述驱动装置(6')旨在通过所述涡轮机的发动机轴(26)驱动所述泵(1)并被布置成改变所述泵(1)的轴的转速与所述发动机轴(26)的转速之间的比值,其中,所述驱动装置包括带有周转齿轮系的减速齿轮(11),所述周转齿轮系包括三个元件,所述三个元件包括中心行星轮(11A)、外齿圈(11B)和行星架(11U),行星齿轮(11S)通过所述行星架与所述行星轮和所述齿圈啮合,所述三个元件中的第一元件旨在连接到所述发动机轴(26),并且所述三个元件中的第二元件旨在联接到所述泵(1)的轴,所述三个元件能够围绕所述减速齿轮的轴线旋转,所述驱动装置进一步包括至少第一电气构件(12),所述第一电气构件被布置成使所述减速齿轮(11)的三个元件中的第三元件旋转,以改变所述元件中的第一元件和第二元件之间的转速比,并且所述控制构件(4')被布置成基于由所述流量传感器(201)提供的测量来控制所述驱动装置(6'),以使所述泵(1)的轴的转速(ω1)符合所述燃料回路的输出端(3)处的流量设定点,所述燃料回路向所述涡轮机的可变几何形状致动器(100)供应流量,所述供应始于安置在所述泵(1)的输出端与所述流量传感器(201)之间的旁路(205)上的抽头,其特征在于,所述系统进一步包括前馈校正器,所述前馈校正器被配置为根据所述涡轮机的发动机速度和所述涡轮机的所述发动机速度的变化计算所述流量设定点的增量,并将该增量加到所述流量设定点上,并且所述驱动装置(6')包括第二电气构件(13),所述第二电气构件联接到所述减速齿轮(11)的所述元件中的第一元件或第二元件,所述第一电气构件和所述第二电气构件被布置成可逆地将电功率从一个电气构件传递到另一个电气构件。
2.根据权利要求1所述的供应系统,其特征在于,所述前馈校正器根据将所述可变几何形状的位置与所述发动机速度相关联的预定关联定律,通过所述可变几何形状致动器(100)的位置来确定运动元件(10)的位置、根据所述关联定律以及所述涡轮机的发动机速度的变化和所述可变几何形状致动器(100)的位置来确定所述可变几何形状致动器(100)的所述位置的变化、以及通过使所述可变几何形状致动器(100)的位置的所述变化乘以所述可变几何形状致动器(100)的截面来计算所述流量设定点的增量。
3.根据权利要求1或2所述的供应系统,其特征在于,所述可变几何形状的控制环路和所述前馈校正器被集成在包括所述涡轮机的飞行器的FADEC中。
4.根据权利要求1或2所述的供应系统,其中,所述流量传感器(201)由计量装置产生,所述计量装置包括滑动滑块(211)和用于检测所述滑块的位置的传感器(212),所述回路被布置成使得所述滑块的位置指示穿过所述计量装置的流量。
5.一种涡轮机,所述涡轮机包括根据权利要求1至4中的一项所述的燃料供应系统。
6.一种调节用于飞行器中的根据权利要求5所述的涡轮机的燃料泵(1)的调节方法,所述调节方法实施用于控制所述泵(1)的轴的转速的定律,当由所述流量传感器(201)指示的流量减小或增大时,所述定律相应地增大或减小该速度,使得位于所述回路的输出端处的流量和压力适应所述飞行器的飞行条件,其特征在于,所述调节方法包括根据所述涡轮机的发动机速度和所述涡轮机的所述发动机速度的变化来对所述流量设定点进行前馈校正的步骤。
7.根据权利要求6所述的调节方法,其中,对所述流量设定点进行前馈校正的步骤基于将所述可变几何形状致动器的位置与所述发动机速度相关联的预定关联定律来确定所述可变几何形状致动器的位置、根据所述关联定律以及所述涡轮机的发动机速度的变化和所述可变几何形状致动器的位置来确定所述可变几何形状致动器的所述位置的变化、以及通过使所述可变几何形状致动器的位置的所述变化乘以所述可变几何形状的截面来计算所述流量设定点的增量。
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GR01 | Patent grant | ||
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