CN112197972A - 轴向力控制装置和轴向力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴向力控制装置和轴向力控制方法，包括：主流道；前腔，与主流道在径向上相邻；引气孔，贯通主流道和前腔，以允许主流道上的气体向前腔流动；后腔，与主流道在径向上相邻，且在轴向上位于前腔下游；后腔气管，与后腔连通，适于传输气体并向后腔供气；平衡盘，设于前腔和后腔之间；后腔供气调节阀，设于后腔气管与气源之间，后腔供气调节阀的第一开度被控制以调节后腔的气压；以及控制器，配置为通过控制第一开度以调节后腔的气压，以控制轴向力。本发明的轴向力控制装置和方法能够使得轴向力平衡较少的依赖试验台架供气系统的供气能力，并减少轴承损伤。

Description

轴向力控制装置和轴向力控制方法

技术领域

本发明主要涉及发动机装配领域，尤其涉及一种适用于发动机压气机试验件的轴向力控制装置和轴向力控制方法。

背景技术

目前国内外航空发动机压气机试验件中，因止推轴承承载能力的限制，通常有平衡高压压气机转子轴向力的需求。在试验台不具备直接提供平衡试验件转子轴向力的能力时，需要在试验件上布置轴向力平衡系统以实现对试验件转子轴向力的平衡控制。

轴向力平衡系统主要由轴向力平衡腔构成，平衡腔的后端布置有平衡转子盘，以使得平衡腔内注入高压气体时可以对试验件转子产生顺气流方向的轴向力，以平衡试验件转子在工作状态时承受的来自主流道气流的逆气流方向轴向力。但在该设计技术中存在以下问题：

1） 试验件平衡腔内注入的一定流量高压气需由台架供气系统提供，随着试验件压比的升高，所需的高压气体的压力及流量逐渐增大，台架最大供气能力限制了试验件可运行的最高状态，试验件因此无法完成期望的全部状态试验内容；

2） 试验件在较低气压状态工作时，平衡腔不提供反向轴向力，试验件转子所承受的轴向力合力较小，此时止推轴承处于轻载状态，极易造成轴承内跑道及滚动体的损伤。

因此，现有的在压气机试验件上所布置的轴向力平衡系统其本身具有所能提供高压气体压力上限的限制，并且低气压工作状态下也容易造成轴承内零部件的损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种轴向力控制装置和轴向力控制方法，能够使得压气机试验件轴向力平衡控制较少的依赖试验台架供气系统的供气能力，并有效改善压气机试验件在低气压状态工作时止推轴承的承载状态，减少轴承损伤，优化压气机试验件的试验环境。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轴向力控制装置，包括：主流道；前腔，与所述主流道在径向上相邻；引气孔，贯通所述主流道和所述前腔，以允许所述主流道上的气体向所述前腔流动；后腔，与所述主流道在径向上相邻，且在轴向上位于所述前腔下游；后腔气管，与所述后腔连通，适于传输气体并向所述后腔供气；平衡盘，设于所述前腔和后腔之间；后腔供气调节阀，设于所述后腔气管与气源之间，所述后腔供气调节阀的第一开度被控制以调节所述后腔的气压；以及控制器，配置为通过控制所述第一开度以调节所述后腔的气压，以控制轴向力。

在本发明的一轴向力控制装置的实施例中，所述控制装置还包括前腔气管，与所述前腔连通并适于传输气体以及，前腔供气调节阀，设于所述前腔气管与所述气源之间，所述前腔供气调节阀的第二开度被控制以调节所述前腔的气压。

在本发明的一轴向力控制装置的实施例中，所述控制装置还包括：前腔排气调节阀，设于所述前腔气管与排气口之间，所述前腔排气调节阀的第三开度被控制以调节所述前腔的气压；以及所述控制器还配置为通过控制所述第二开度和第三开度以调节所述前腔的气压。

在本发明的一轴向力控制装置的实施例中，所述控制器还配置为提供保护机制，所述保护机制包括：打开所述前腔供气调节阀时，关闭所述前腔排气调节阀和所述后腔进气调节阀；以及当所述主流道通过所述引气孔提供的压力大于所述前腔供气调节阀全开时可提供的压力时，关闭所述前腔供气调节阀。

在本发明的一轴向力控制装置的实施例中，所述控制器还配置为当轴向力小于最小允许轴向力时，增大所述第一开度以提高所述后腔的气压；以及当所述轴向力大于最大允许轴向力时，减小所述第一开度以降低所述后腔的气压。

在本发明的一轴向力控制装置的实施例中，所述主流道包括压气机排气段的主流道。

为解决以上的技术问题，本发明还提供了一种轴向力控制方法，适用于控制上述的控制装置，所述控制方法包括以下步骤：S1：当前腔供气调节阀不是为全关时，关闭前腔排气调节阀以及后腔供气调节阀，否则执行步骤S2；S2：比较引气孔从主流道引气作用在平衡盘上的第一压力与当所述前腔供气调节阀为全开时作用在所述平衡盘上的最大压力，当所述第一压力大于或等于所述最大压力时，关闭所述前腔供气调节阀， 否则根据轴向力的大小选择执行步骤S3或S4；S3：当轴向力小于最小允许轴向力，且当所述前腔供气调节阀不是为全关时，关闭所述前腔供气调节阀 ；以及S4：当轴向力大于最大允许轴向力，且当所述后腔供气调节阀不是为全关时，关闭所述后腔供气调节阀。

在本发明的一轴向力控制方法的实施例中，还包括在步骤S3中，当所述前腔供气调节阀是为全关时，如果所述前腔排气调节阀不是为全开时，增大所述前腔排气调节阀的第三开度以降低所述前腔的气压。

在本发明的一轴向力控制方法的实施例中，还包括在步骤S3中，当所述前腔供气调节阀是为全关且所述前腔排气调节阀是为全开时，如果所述后腔供气调节阀不是为全开时，增大所述后腔供气调节阀的第一开度以提高所述后腔的气压。

在本发明的一轴向力控制方法的实施例中，还包括在步骤S3中，当所述前腔供气调节阀是为全关、所述前腔排气调节阀是为全开且所述后腔供气调节阀是为全开时，如果所述轴向力仍然小于最小允许轴向力，提示轴向力过小异常。

在本发明的一轴向力控制方法的实施例中，还包括在步骤S4中，当所述后腔供气调节阀是为全关时，如果所述前腔排气调节阀不是为全关时，减小所述前腔排气调节阀的第三开度以提高所述前腔的气压。

在本发明的一轴向力控制方法的实施例中，还包括在步骤S4中，当所述后腔供气调节阀是为全关且所述前腔排气调节阀是为全关时，如果所述前腔供气调节阀不是为全开时，增大所述前腔供气调节阀的第二开度以增大所述前腔的气压。

在本发明的一轴向力控制方法的实施例中，还包括在步骤S4中，当所述后腔供气调节阀是为全关、所述前腔排气调节阀是为全关且所述前腔供气调节阀是为全开时，如果所述轴向力仍然大于最大允许轴向力，提示轴向力过大异常。

本发明另一方面还提供了一种轴向力的控制系统，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及处理器，用于执行所述指令以实现上述的轴向力控制方法。

本发明另一方面还提供了一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现上述的轴向力控制方法。

与现有技术相比，本发明的一种轴向力控制装置和适用于该控制装置的轴向力控制方法具有以下优点：

区别于常规的单区域（即单个平衡腔）供气的控制，本发明提供多路气流来源，且前后腔的腔压可以独立调整，实现了对试验件更完善的转子轴向力控制；

压气机出口静压随压气机试验件状态的升高而增大，本发明的结构和装置所能提供的气压压力可以与压气机试验件转子平衡力的需求变化相匹配，不受限于外部台架所能提供的气压压力上限的限制；以及

后腔腔压和前腔腔压可同时作为试验件转子轴向力主动控制参数，通过调整参数之间的约束关系，可进一步确保实现压气机转子轴向力处于较佳的工作状态，有效改善压气机试验件在低气压状态工作时止推轴承的承载状态，减少轴承损伤，优化压气机试验件的试验环境。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一种轴向力控制装置的结构示意图；

图2是本发明一种轴向力控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。

如图1所示，本发明的一实施例提出一种轴向力控制装置10，控制装置10能够使得压气机试验件轴向力平衡控制较少的依赖试验台架供气系统的供气能力，并有效改善压气机试验件在低气压状态工作时止推轴承的承载状态，减少轴承损伤，优化压气机试验件的试验环境。下面根据图1对于本发明的一种轴向力控制装置做出说明。

如图1所示，轴向力控制装置10包括主流道11，前腔12，引气孔110，后腔13，后腔气管14，平衡盘16，后腔供气调节阀141以及控制器（图1中未示出）。

具体的，在如图1所示的实施例中，控制装置10的各主要部分结构的位置关系如下：

前腔12与主流道11在径向上相邻；

引气孔110贯通主流道11和前腔12，以允许主流道上的气体向前腔12流动；

后腔13与主流道11在径向上相邻，且在轴向（X方向）上位于前腔12的下游；

后腔气管14与后腔13连通，适于传输气体并向后腔13供气；

平衡盘16设于前腔12和后腔13之间；

后腔供气调节阀141设于后腔气管14与气源100之间，后腔供气调节阀141具有第一开度，该第一开度在控制装置10中可以被控制其大小从而调节后腔13的气压，示例性的，该第一开度越大，通过后腔气管14向后腔13提供的气体越多，则后腔13的气压越大，其产生沿X’方向的力就越大；以及

控制器，配置为控制上述后腔供气调节阀141从而遵循上述原理调节后腔13的气压，以控制轴向力。

如上述背景技术中所介绍的，在航空发动机压气机试验中，通常有平衡高压压气机转子轴向力的需求。如图1所示，当气流在主流道11中沿X方向流动时，会产生沿X方向相反的X’方向的轴向力，该X’方向的轴向力即为本发明如图1所示的轴向力控制装置10所需要控制的轴向力。因此，在前腔12的气压不变的前提下，第一开度越大、后腔13的气体越多、后腔13的气压越大、其产生沿X’方向的力就越大，基于这样的原理，控制器可以通过控制第二开度和第三开度以调节轴向力。

可以理解的是，图1仅仅示例性的展示了本发明的一种轴向力控制装置中与本发明的方案具体相关的部分放大示意图。在实际应用中，轴向力控制装置还可以具有本领域内技术人员可知的试验台，在试验台上可以具有向如图1所示的控制装置10供气的气源100。并且，控制器可以理解为与上述后腔供气调节阀141相互之间电连接或通过信号等方式进行控制，以在满足一定条件时控制后腔供气调节阀141的第一开度从而调节后腔13的气压。该控制器的形式可以是试验台的计算机软件等，本发明不做限制。

除此以外，本领域内技术人员可以理解的是，轴向力控制装置10可以看作是与发动机压气机连接的一部分，其中，如图1所示的左上至右下阴影部分所示可以为发动机静子的一部分，而图中右上至左下阴影部分所示可以为发动机转子的一部分。在如图1所示的实施例中，前腔12和后腔13位于主流道11的径向内侧。进一步示例性的，如图1所示的主流道11可以是压气机排气端的主流道。关于压气机试验的其他必要设备以及发动机的具体结构由于不是本发明的重点，在此不多赘述。

进一步的，在本发明如图1所示的实施例中，控制装置10还包括前腔气管15，与前腔12连通并适于传输气体。

在本发明如图1所示的实施例中，控制装置10还包括前腔供气调节阀151和前腔排气调节阀152。

如图1所示，前腔供气调节阀151设于前腔气管15与气源100之间，前腔供气调节阀151具有第二开度，该第二开度在控制装置10中可以被控制其大小从而调节前腔12的气压。示例性的，该第二开度越大，通过前腔气管15向前腔12提供的气体越多，则前腔12的气压越大，其产生沿X方向的力就越大。

继续如图1所示，前腔排气调节阀152设于前腔气管15与排气口150之间，前腔排气调节阀152具有第三开度，该第三开度在控制装置10中可以被控制其大小从而调节前腔12的气压。示例性的，该第三开度越大，通过前腔气管15向排气口150排除的气体越多，则前腔13的气压越小，其产生沿X方向的力就越小。

示例性的，前腔气管15可以同时实现向前腔12供气并提供前腔12排气的通路的方式，是在同一根前腔气管15上设置两个分支的通路，两个分支的通路分别连接至气源100和排气口150，但是本发明不以此为限。

在如图1所示的实施例中，控制器还配置为通过控制第二开度和第三开度从而遵循上述原理调节以调节前腔12的气压。

如上所述，当气流在主流道11中沿X方向流动时，会产生沿X方向相反的X’方向的轴向力，因此，为了平衡该轴向力，才需要在前腔12中增大气压从而提供更多的沿X方向的平衡力，以平衡该轴向力。正如在背景技术中所述，现有的轴向力平衡系统的问题有如下两个：

1）受台架最大供气能力（即试验台的气源100所能提供的最大供气能力）上限的限制，试验件在试验时可以运行的最高状态也因此受到了限制，参考图1所示，即通过前腔供气调节阀151向前腔12中提供的气体的气压具有上限，从而在现有技术中因为单独依靠气源100所能提供的沿X方向的平衡力受限，对于一些需要更高气压的工作状态，试验件所产生的沿X’方向的轴向力过大；

2）试验件在低气压工作状态时，沿X’方向的轴向力过小，止推轴承处于轻载状态，极易造成轴承内跑道及滚动体的损伤。

综上，压气机试验的需求是沿X’方向的轴向力不能过大或过小，需要保持在合理的区间范围内，以使压气机转子轴向力处于较佳的工作状态。

在如图1所示的实施例中，控制装置10通过在主流道11和前腔12之间贯通有引气孔110，可以增加来自主流道11的气体压力作为气压的补充，也即通过同时使主流道11和前腔气管15向前腔12供气的方式，可以使得试验件较少的依赖外部台架供气系统的供气能力，完善试验件的转子轴向力控制。

同时，通过控制后腔13的腔压，可以进一步确保实现压气机转子轴向力处于较佳的工作状态，有效改善压气机试验件在低气压状态工作时止推轴承的承载状态，减少轴承损伤。

在如图1所示的实施例中，基于以上所说明的关于沿X’方向的轴向力和沿X方向的平衡力之间的关系，控制装置10中的控制器还配置为具有如下的保护机制：

打开前腔供气调节阀151时，关闭前腔排气调节阀152和后腔排气调节阀141，从而增大前腔12中的气压，以提供更大沿X方向的平衡力；

当主流道11通过引气孔110提供的压力大于前腔供气调节阀151全开时可提供的压力时，说明试验台的气源100已经不足以提供试验件所需要的高气压工况需求，则关闭前腔供气调节阀151，以保护试验台的气源100。

在本发明的一实施例中，控制器还配置为当沿X’方向的轴向力小于最小允许轴向力时，增大后腔供气调节阀141的第一开度以提高后腔13的气压，从而增大沿X’方向的轴向力。并且，当沿X’方向的轴向力大于最大允许轴向力时，减小后腔供气调节阀141的第一开度以降低后腔13中的气压，从而减小沿X’方向的轴向力，以增大沿X方向的平衡力。

示例性的，在实际应用中，最大允许轴向力和最小允许轴向力可以是根据试验台和压气机型号以及试验台环境等因素共同综合确定的，本发明不对此做出限制。

在实际的试验中，通过对前腔气管15、后腔气管14的引气压力与位于主流道11上的引气孔110的所提供的引气压力相匹配，可以控制前腔12与后腔13之间的压力差，从而实现转子轴向力不变向，即在主流道中的气体以X方向流动的时候轴向力始终沿X’方向指向试验件进口。

如此一来，使得试验件在实际的试验过程中，摆脱了由于外部试验台架具有最大供气能力上限的限制，尤其在多级轴流压气机的应用场景中，采用本发明的轴向力控制装置向试验件所提供的引气压力一般远高于大多数试验台架的供气能力。

并且，轴向力大小也可以被控制在轴承承载安全界限以内，即不会出现轴向力过小而导致止推轴承由于处于轻载状态而造成的对轴承内跑道及滚动体的损伤。

如图2所示，本发明的另一方面还提供了一种轴向力控制方法20，该方法适用于上述的如图1所示的轴向力控制装置10。使用如图2所示的轴向力控制方法20，能够使得压气机试验件轴向力平衡控制较少的依赖试验台架供气系统的供气能力，并有效改善压气机试验件在低气压状态工作时止推轴承的承载状态，减少轴承损伤，优化压气机试验件的试验环境。

本申请的图2使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

下面根据图2，结合图1，对本发明的一种轴向力控制方法20做出说明。在以下的说明中，涉及图1中控制装置10的各结构名称将采用相同的标号。

在图2中，各函数的意义代表如下：

N表示第N个试验设定工况，T表示逻辑上的True，F表示逻辑上的False；

Sw1（k）：表示前腔排气调节阀152的开度为k，k∈[0,K] ，其中，0表示前腔排气调节阀152全关，K表示前腔排气调节阀152全开；

Sw3（p）：表示前腔供气调节阀151的开度为p，p∈[0,P] ，其中，0表示前腔供气调节阀151全关，P表示前腔供气调节阀151全开；

Sw4（q）：表示后腔供气调节阀141的开度为q，q∈[0,Q] ，其中，0表示后腔供气调节阀141全关，Q表示后腔供气调节阀141全开；

Fsw3（P）：当前腔供气调节阀151全开时（即p=P）作用在平衡盘16上的最大压力；

F_7（N）：表示工况N下，引气孔110从主流道11引气作用在平衡盘16上的第一压力；

Faix（N）：表示工况N下，在如图1所示的轴向力控制装置工作下，转子轴上（图未示出，可以理解为如图1所示的右上至左下的阴影部分所示）存在的轴向力，且该轴向力已考虑了除如图1所示的轴向力控制装置10之外的压气机固有的气动载荷，示例性的，前腔12的气压以及后腔13的气压可以由前腔12和后腔13中的任一测点测量得出，轴向力在一般状态下向沿X’方向；

F_min：表示转子轴上允许存在的最小轴向力；以及

F_max:：表示转子轴向上允许存在的最大轴向力。

如图2所示，控制方法20包括以下步骤：

S1：当前腔供气调节阀151不是为全关时，即Sw3（p）p=0为假，关闭前腔排气调节阀152以及后腔供气调节阀141，即设置Sw1（k）k=0以及Sw4（q）q=0，否则执行步骤S2；

S2：比较引气孔110从主流道11引气作用在平衡盘16上的第一压力F_7（N）与当前腔供气调节阀151为全开时作用在平衡盘上的最大压力Fsw3（P），当第一压力F_7（N）大于或等于最大压力Fsw3（P）时，关闭前腔供气调节阀151，即当F_7(N)≥Fsw3（P）时，设置Sw3（p）p=0，否则根据轴向力Faix（N）的大小选择执行步骤S3或S4；

S3：当轴向力Faix（N）小于最小允许轴向力F_min，且当前腔供气调节阀151不是为全关时，关闭前腔供气调节阀151，即当Faix(N)<F_min为真，且Sw3(p) p≠0为真，设置Sw3（p）p=0；以及

S4：当轴向力Faix（N）大于最大允许轴向力F_max，且当后腔供气调节阀141不是为全关时，关闭后腔供气调节阀141，即当Faix(N)>F_max为真，且Sw4(q) q≠0为真，设置Sw4（q）q=0。

在本发明的如图2所示的实施例中，步骤S3还包括，当前腔供气调节阀151是为全关时，如果前腔排气调节阀152不是为全开时，增大前腔排气调节阀152的第三开度以降低前腔12的气压。即Sw3(p) p≠0为假，Sw1(k) k≠K为真，则设置k++，即逐渐打开前腔排气调节阀152以降低前腔12的气压。示例性的，通过前腔排气调节阀152的排气的方式可以是通过打开调节阀152使前腔12中高于大气压的气体自然排出，或者还可以是采用主动抽气的方式降低前腔12的气压，但是本发明不以此为限。

在本发明的如图2所示的实施例中，步骤S3还包括，当前腔供气调节阀151是为全关且前腔排气调节阀152是为全开时，如果后腔供气调节阀141不是为全开时，增大后腔供气调节阀141的第一开度以提高后腔13的气压。即Sw3(p) p≠0为假，Sw1(k) k≠K为假，且Sw4(q) q≠Q为真，则设置q++，即逐渐打开后腔供气调节阀141以提高后腔13的气压。

优选地，在本发明的如图2所示的实施例中，步骤S3还包括，当前腔供气调节阀151是为全关、前腔排气调节阀152是为全开且后腔供气调节阀141是为全开时，如果轴向力仍然小于最小允许轴向力，提示轴向力过小异常。即Sw3(p) p≠0为假，Sw1(k) k≠K为假，且Sw4(q) q≠Q为假，如果Faix(N)<F_min，则设置提示轴向力Faix(N)过小异常。

需要说明的是，在本发明的一实施例中，轴向力过小的情况也包含了前腔供气调节阀151是为全关、前腔排气调节阀152是为全开且后腔供气调节阀141是为全开时轴向力反向（即沿X方向）的情况，则仍然提示轴向力过小异常。提示可以由试验台发出，并通过警示手段警示操作人员或执行停止试验等操作，本发明不作出限制。

在本发明的如图2所示的实施例中，步骤S4还包括，当后腔供气调节阀141是为全关时，如果前腔排气调节阀152不是为全关时，减小前腔排气调节阀152的第三开度以提高前腔12的气压。即Sw4(q) q≠0为假，Sw1(k) k≠0为真，则设置k--，即逐渐关闭前腔排气调节阀152以增大前腔12的气压。

在本发明的如图2所示的实施例中，步骤S4还包括，当后腔供气调节阀141是为全关且前腔排气调节阀152是为全关时，如果前腔供气调节阀151不是为全开时，增大前腔供气调节阀151的第二开度以增大前腔12的气压。即Sw4(q) q≠0为假，Sw1(k) k≠0为假，且Sw3(p) p≠P为真，则设置p++，即逐渐打开前腔供气调节阀151以增大前腔12的气压。

优选地，在本发明的如图2所示的实施例中，步骤S4还包括，当后腔供气调节阀141是为全关、前腔排气调节阀152是为全关且前腔供气调节阀151是为全开时，如果轴向力仍然大于最大允许轴向力，提示轴向力过大异常即Sw4(q) q≠0为假，Sw1(k) k≠0为假，且Sw3(p) p≠P为假， 如果Faix(N)>F_max，则提示轴向力Faix(N)过大异常。

如图2所示，当轴向力Faix(N)没有小于最小允许轴向力以及没有大于最大允许轴向力时，提示轴向力正常。即通过上述多参数的相互约束，即后腔供气调节阀141、前腔供气调节阀151和前腔排气调节阀152，兼有来自主流道11通过引气孔110所引气的气压，可以使得压气机试验件轴向力Faix(N)的平衡控制较少的依赖试验台架供气系统的供气能力，并且Faix(N)也得以保持在较佳的工作状态，即最小允许轴向力和最大允许轴向力之间。

其他关于本发明一种轴向力控制方法的原理和技术效果可以参考上述如图1所示的本发明一种轴向力控制装置的说明，在此不再赘述。

本发明的另外一方面还提供了一种轴向力的控制系统，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及处理器，用于执行指令以实现上述的轴向力控制方法。

本发明的另外一方面还提供了一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，计算机程序代码在由处理器执行时实现上述的轴向力控制方法。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件（包括固件、常驻软件、微码等）执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理器件（DAPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备（例如，硬盘、软盘、磁带……）、光盘（例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……）、智能卡以及闪存设备（例如，卡、棒、键驱动器……）。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20%的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种轴向力控制装置，包括：

主流道；

前腔，与所述主流道在径向上相邻；

引气孔，贯通所述主流道和所述前腔，以允许所述主流道上的气体向所述前腔流动；

后腔，与所述主流道在径向上相邻，且在轴向上位于所述前腔下游；

后腔气管，与所述后腔连通，适于传输气体并向所述后腔供气；

平衡盘，设于所述前腔和后腔之间；

后腔供气调节阀，设于所述后腔气管与气源之间，所述后腔供气调节阀的第一开度被控制以调节所述后腔的气压；以及

控制器，配置为通过控制所述第一开度以调节所述后腔的气压，以控制轴向力。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还包括前腔气管，与所述前腔连通并适于传输气体；以及

前腔供气调节阀，设于所述前腔气管与所述气源之间，所述前腔供气调节阀的第二开度被控制以调节所述前腔的气压。

3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，还包括：

前腔排气调节阀，设于所述前腔气管与排气口之间，所述前腔排气调节阀的第三开度被控制以调节所述前腔的气压；以及

所述控制器还配置为通过控制所述第二开度和第三开度以调节所述前腔的气压。

4.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述控制器还配置为提供保护机制，所述保护机制包括：

打开所述前腔供气调节阀时，关闭所述前腔排气调节阀和所述后腔进气调节阀；以及

当所述主流道通过所述引气孔提供的压力大于所述前腔供气调节阀全开时可提供的压力时，关闭所述前腔供气调节阀。

5.如权利要求1~4任一所述的控制装置，其特征在于，所述控制器还配置为当轴向力小于最小允许轴向力时，增大所述第一开度以提高所述后腔的气压；以及，

当所述轴向力大于最大允许轴向力时，减小所述第一开度以降低所述后腔的气压。

6.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述主流道包括压气机排气段的主流道。

7.一种轴向力控制方法，适用于控制如权利要求3所述的控制装置，所述控制方法包括以下步骤：

S1：当前腔供气调节阀不是为全关时，关闭前腔排气调节阀以及后腔供气调节阀，否则执行步骤S2；

S2：比较引气孔从主流道引气作用在平衡盘上的第一压力与当所述前腔供气调节阀为全开时作用在所述平衡盘上的最大压力，当所述第一压力大于或等于所述最大压力时，关闭所述前腔供气调节阀，否则根据轴向力的大小选择执行步骤S3或S4；

S3：当轴向力小于最小允许轴向力，且当所述前腔供气调节阀不是为全关时，关闭所述前腔供气调节阀；以及

S4：当轴向力大于最大允许轴向力，且当所述后腔供气调节阀不是为全关时，关闭所述后腔供气调节阀。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括在步骤S3中，当所述前腔供气调节阀是为全关时，如果所述前腔排气调节阀不是为全开时，增大所述前腔排气调节阀的第三开度以降低所述前腔的气压。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括在步骤S3中，当所述前腔供气调节阀是为全关且所述前腔排气调节阀是为全开时，如果所述后腔供气调节阀不是为全开时，增大所述后腔供气调节阀的第一开度以提高所述后腔的气压。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括在步骤S3中，当所述前腔供气调节阀是为全关、所述前腔排气调节阀是为全开且所述后腔供气调节阀是为全开时，如果所述轴向力仍然小于最小允许轴向力，提示轴向力过小异常。

11.如权利要求7~10任一所述的控制方法，其特征在于，还包括在步骤S4中，当所述后腔供气调节阀是为全关时，如果所述前腔排气调节阀不是为全关时，减小所述前腔排气调节阀的第三开度以提高所述前腔的气压。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，还包括在步骤S4中，当所述后腔供气调节阀是为全关且所述前腔排气调节阀是为全关时，如果所述前腔供气调节阀不是为全开时，增大所述前腔供气调节阀的第二开度以增大所述前腔的气压。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，还包括在步骤S4中，当所述后腔供气调节阀是为全关、所述前腔排气调节阀是为全关且所述前腔供气调节阀是为全开时，如果所述轴向力仍然大于最大允许轴向力，提示轴向力过大异常。

14.一种轴向力的控制系统，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；以及

处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求7~13任一项所述的控制方法。

15.一种存储有计算机程序代码的计算机可读介质，所述计算机程序代码在由处理器执行时实现如权利要求7~13任一项所述的控制方法。

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