CN112302808B - 使用电机的压缩系统的主动稳定性控制 - Google Patents

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Abstract

本公开针对涡轮机发动机和系统，该涡轮机发动机和系统用于利用可操作地联接至其的电机旋转压缩系统的主动稳定性控制。在一个示例性方面，与例如通过轴系统与压缩系统可操作地联接的电机被控制以提供轴阻尼，以对压缩系统内的加压流体流的不稳定性波动的轴阻尼。基于指示压缩系统的系统状态的控制数据，调节电机的控制参数以控制或改变轴系统的输出。通过调节电机的一个或多个控制参数来调节轴系统的输出允许压缩系统减轻压缩系统内的流体流的不稳定性波动。进一步提供了一种用于经由轴系统与电机联接的压缩系统的主动稳定性控制的方法。

Description

使用电机的压缩系统的主动稳定性控制
技术领域
本公开大体上涉及利用可操作地联接到其上的电机的旋转压缩系统的主动稳定性控制。
背景技术
压缩系统在操作过程中可能会受到某些流动不稳定性的影响，包括旋转失速和喘振。示例性压缩系统包括旋转式压缩机和泵。通常，喘振是由经过压缩系统的质量流量和压力的振荡引起的，而旋转失速是由压缩系统内的局部减小或阻塞的流动引起的。喘振和旋转失速都是不期望的。特别地，流动中的喘振或快速脉动可能损坏压缩系统的部件以及位于压缩系统上游和/或下游的其他部件。旋转失速和喘振还有其他缺点。
许多压缩系统，例如涡轮发动机的轴向和离心式压缩机，都有描述压缩机特性的相关压缩机图。例如，压缩机图通常包括喘振线，该喘振线针对各种特性曲线(例如，涡轮发动机的速度设置)划分出不稳定的操作区域和稳定的操作区域。如果经过压缩机的质量流量落在喘振线的上方，或更特别是在喘振线的左侧，则会导致流动不稳定。另一方面，如果经过压缩机的质量流量在喘振线下方，或更具体地说在喘振线的右侧，则压缩系统将在稳定的操作点或范围内操作。
通常，为了防止喘振，在距喘振线一定距离处绘制喘振裕度或喘振控制线，并且压缩系统的喘振避免控制确保压缩系统的操作点不会越过喘振控制线。即，喘振避免控制确保了操作点在喘振控制线处或右侧。但是，这种避免喘振的方案限制了压缩系统的操作范围，从而限制了效率。
除了喘振避免控制之外或替代地，用于解决喘振和旋转失速的其他技术包括主动喘振控制方案，该方案试图稳定喘振和旋转失速而不是避免它们。例如，压缩机可以包括可以被致动以控制喘振和旋转失速的各种可变几何形状的部件。例如，再循环阀，排放阀和节流阀，可变导向轮叶等已被用于主动喘振控制。尽管这样的主动喘振部件通常在控制喘振和旋转失速方面有效，但是它们增加了额外的重量，需要额外的部件，并且在许多情况下会损害压缩系统的效率。
因此，解决上面提到的一个或多个挑战的压缩系统及其操作方法将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中显而易见，或者可以通过本发明的实施而获知。
在一个方面，本公开针对一种涡轮发动机。涡轮发动机包括压缩机，该压缩机构造成将进入的空气流加压成加压空气流。涡轮发动机还包括燃烧室，该燃烧室与压缩机流体连接并构造成接收来自压缩机的加压空气流，其中将燃料喷射到加压空气流中并在燃烧室中点燃，以提高加压空气流的温度和能级。此外，涡轮发动机包括涡轮，该涡轮与燃烧室流体连接并且构造成接收从燃烧室流出的燃烧产物。涡轮发动机还包括轴系统和经由轴系统与压缩机可操作地联接的发电机。此外，涡轮发动机包括一个或多个可经由电力总线系统与发电机电联接的电负载。另外，该涡轮发动机包括控制器，该控制器构造成：接收指示压缩机的系统状态的控制数据；至少部分地基于控制数据确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令指示用于调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令；和至少部分地基于阻尼控制命令来控制发电机和一个或多个电负载中的至少一个以调节控制参数，以改变用于抑制压缩机内的加压空气流的不稳定性波动的轴系统的输出。
在另一方面，本发明针对一种用于经由轴系统与发电机可操作地联接的压缩系统的主动稳定性控制的方法。该方法包括接收指示压缩系统的系统状态的控制数据。该方法还包括至少部分地基于控制数据来确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令指示用于调节发电机和与发电机电联接的一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令。此外，该方法包括至少部分地基于阻尼控制命令来调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数，以改变用于抑制压缩机内的加压空气流的不稳定性波动的轴系统的输出。
在另一方面，本公开针对一种压缩系统。压缩系统包括构造成对流体流加压的泵。压缩系统还包括轴系统和经由轴系统与泵可操作地联接的电机。该压缩系统还包括控制器，该控制器被构造成控制电机并且被构造成：接收指示泵的系统状态的一个或多个压缩系统参数；并至少部分地基于泵的系统状态来控制电机的扭矩输出以抑制流体流的压力波动。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在本说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整而可行的公开，包括其最佳模式，该说明书参考附图，其中：
图1提供了根据本公开的示例性方面的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面图；
图2提供了根据本公开的示例性方面的示例性燃气涡轮发动机组件的示意图；
图3提供了图2的燃气涡轮发动机组件的发电机的示意图。
图4提供了根据本公开的示例性实施例的描绘图2的燃气涡轮发动机的控制器的各种输入和输出的流程图；
图5提供了根据本公开的示例性实施例的可以调节发电机的控制参数的示例性方式的示例性框图；
图6提供了描绘根据本公开的示例性方面的对燃气涡轮发动机的压缩机中的流动不稳定性的示例阻尼响应的图表；
图7提供了描绘根据本公开的示例性实施例的压缩机的各种特性曲线的示例性压缩机图；
图8提供了根据本公开的示例性实施例的示例性压缩系统的示意图；
图9提供了根据本公开的示例性实施例的其中可以调节电动机的控制参数的一种示例性方式的框图；
图10提供了根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图；
图11提供了根据本公开的示例性实施例的数据库的示例性视图；以及
图12提供了根据本公开的示例实施例的示例计算系统。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相似或相似的标记已经用于指代本发明的相似或相似的部分。如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个组件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对流动方向。例如，“上游”是指流体从其流动的流动方向，而“下游”是指流体向其流动的流动方向。此外，如本文中所使用的，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着发动机的纵轴的方向。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”是指朝向发动机入口的方向，或者是一个部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”是指朝向发动机喷嘴的方向，或者是一个部件与另一部件相比相对更靠近发动机喷嘴。术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与发动机外圆周之间延伸的方向。此外，如本文所用，除非另外说明，否则近似术语，例如“近似”，“基本上”或“大约”是指在百分之十五(15％)的误差范围内。
大体上，本发明针对用于利用可操作地联接到其上的电机来对旋转压缩系统进行主动稳定性控制的系统和方法。在一个示例性方面，例如通过轴系统而与压缩系统可操作地联接的电机被控制以提供轴阻尼，用于压缩系统内的加压流体流的不稳定性波动。即，基于指示压缩系统的系统状态的控制数据(例如，通过压缩系统的压力和/或质量流量)，调节电机的控制参数(例如，速度，扭矩，功率)以控制或改变轴系统的输出。例如，在电机是发电机的实施例中，调节发电机的控制参数，以使施加在轴系统上的发电机的扭矩负载发生变化，这进而调节轴系统的输出，例如轴速度或扭矩。在一些实施例中，可以调节电连接到发电机的一个或多个电负载的控制参数以改变发电机上的电负载，这进而调节轴系统的输出。在电机是电动机的实施例中，调节电动机的控制参数，以便改变电动机的扭矩输出，这进而调节轴系统的输出。通过调节电机的一个或多个控制参数来调节轴系统的输出，可使压缩系统更靠近失速线操作，减少所需的失速裕度，减少或完全消除对可变几何形状部件的需求，并提供了许多本文讨论的其他好处。还提供了一种用于经由轴系统的与电机联接的压缩系统的主动稳定性控制的方法。
图1提供了示例性高旁路涡轮风扇型发动机10的示意性截面图，在此被称为“涡轮风扇10”，其可以结合本公开的各种实施例。如图1所示，涡轮风扇10限定轴向方向A，径向方向R和周向方向。此外，涡轮风扇10限定了延伸穿过其中的轴向中心线或纵向轴线12，以用于参考目的。通常，轴向方向A平行于纵向轴线12延伸，径向方向R正交于纵向轴线12或从纵向轴线12正交延伸，并且圆周方向围绕纵向轴线12同心地延伸。
如图所示，涡轮风扇10包括核心燃气涡轮发动机14和位于其上游的风扇区段16。核心发动机14通常包括大体上管状的外壳体18，该外壳限定环形的核心入口20。外壳体18进一步封闭并支撑低压压缩机或增压器22，以对通过核心入口20进入核心发动机14的空气加压。高压多级轴流压缩机24从增压器22接收加压空气，并进一步增加空气压力。加压空气流向下游流到燃烧器26，在燃烧器26中，燃料被喷射到加压空气流中并被点燃以提高加压空气的温度和能级。高能燃烧产物从燃烧器26流入高压涡轮28，以通过高压轴30驱动高压压缩机24。高能燃烧产物流随后流至低压涡轮32，以通过与高压轴30同轴的低压轴34驱动增压器22和风扇区段16。在驱动每个涡轮28和32之后，燃烧产物通过排气喷嘴36离开核心发动机14，以产生推进力。
风扇区段16包括被发动机舱或环形风扇壳体40围绕的可旋转的轴流风扇转子38。风扇壳体40由核心发动机14通过多个基本上径向延伸的，沿周向间隔开的出口导向轮叶42支撑。这样，风扇壳体40包围风扇转子38和多个风扇叶片44。风扇壳体40的下游区段46在核心发动机14的外部上延伸，以限定提供附加推进力的旁通通道48。
在涡轮风扇10的操作期间，由箭头50表示的初始或进入的气流通过由风扇壳体40限定的入口52进入涡轮风扇10。气流50穿过风扇叶片44，并分成穿过旁通通道48的第一气流(由箭头54表示)和通过核心入口20进入增压器22的第二气流(由箭头56表示)。
第二气流56的压力通过增压器22逐渐增加，然后进入高压压缩机24，如箭头58所示。排出的加压空气流向下游流到燃烧器26，在燃烧器26中引入燃料以产生燃烧气体或产物。燃烧产物60离开燃烧器26并流过高压涡轮28。燃烧产物60随后流过低压涡轮32并离开排气喷嘴36以产生推力。而且，如上所述，一部分进入空气流50流过旁通通道48并流过在风扇壳体40的下游区段46处限定在风扇壳体40和外壳体18之间的出口喷嘴。通过这种方式，产生了很大的推进力。
如图1进一步所示，燃烧器26限定了环形燃烧室62，该燃烧室62大致与纵向中心线轴线12同轴，并且还具有入口64和出口66。燃烧器26从高压压缩机排放出口69接收环形加压空气流。该压缩机排出空气的一部分(“CDP”空气)流入混合器(未示出)。燃料从燃料喷嘴68喷射以与空气混合并形成燃料-空气混合物，该燃料-空气混合物被提供给燃烧室62以进行燃烧。燃料-空气混合物的点火通过合适的点火器完成，并且所产生的燃烧气体60沿轴向方向流向并流入环形第一级涡轮喷嘴72。喷嘴72由环形流动通道限定，该环形流动通道包括多个径向延伸的，沿周向隔开的喷嘴轮叶74，喷嘴轮叶74使气体转向，从而使它们成角度地流动并撞击在高压涡轮28的第一级涡轮叶片上。如图1所示，高压涡轮28优选地经由高压轴30使高压压缩机24旋转。低压涡轮32优选地通过第二驱动轴34驱动增压器22和风扇转子38。
燃烧室62容纳在发动机外壳体18内。燃料通过一个或多个燃料喷嘴供应到燃烧室中。液体燃料通过每个燃料喷嘴的阀杆内的导管或通道传输。此外，涡轮风扇10可以使用天然气，各种类型的合成气和/或其他类型的燃料。而且，涡轮风扇10可以具有不同的构造，并且除了所示的那些部件之外还可以使用其他类型的部件。多个燃气涡轮发动机，其他类型的涡轮以及其他类型的发电设备也可以在本文中一起使用。而且，尽管已经在图1中描述和示出了涡轮风扇发动机10，但是本公开的主题可以应用于或结合其他合适类型的涡轮发动机，例如蒸汽和燃气涡轮发动机。示例性燃气涡轮发动机可以包括涡轮喷气发动机，涡轮螺桨发动机，涡轮轴发动机，航空衍生品，辅助动力装置等。
图2提供了根据本公开的示例性方面的示例性燃气涡轮发动机100的示意图。燃气涡轮发动机100包括低压压缩机或增压器102和位于增压器102下游的高压压缩机103。增压器102和高压压缩机103均被构造成将进入的空气流加压成加压空气流。进入的空气流在流经增压器102和高压压缩机103的下游时，可以逐渐加压或压缩。增压器102和高压压缩机103是轴向压缩机。在一些实施例中，高压压缩机可以是径向或离心压缩机。离心压缩机可包括叶轮。燃气涡轮发动机100还包括限定燃烧室104的燃烧器105。燃烧室104与压缩机102、103流体连接，并且构造成在加压空气流向下游流过压缩机102、103之后接收加压空气流。燃料被喷射到燃烧室104中，从而点燃排放在其中的加压空气流，以升高加压空气流的温度和能级，例如，以产生燃烧气体或产物。
燃气涡轮发动机100还包括在燃烧器105下游的高压涡轮106和在高压涡轮106下游的低压涡轮108。高压涡轮106和低压涡轮108均与燃烧室104流体连接，并且构造成接收从燃烧室104流出的燃烧产物。燃气涡轮发动机100还包括轴系统，该轴系统包括高压轴110和低压轴112。在图2所示的实施例中，高压轴110与低压轴112同轴。高压轴110将高压涡轮106与高压压缩机103可操作地联接。当高压涡轮106的定子轮叶和转子叶片从燃烧气体提取能量时，高压轴110绕其旋转轴线被驱动，这进而驱动高压压缩机103旋转。类似地，低压轴112将低压涡轮108与低压压缩机102可操作地联接。当低压涡轮108的定子轮叶和转子叶片从燃烧气体中提取能量时，低压轴112绕其旋转轴线被驱动，这进而驱动低压压缩机102旋转。
附加部件可以与高压和/或低压轴110、112可操作地联接。作为一个示例，可操作地构造成驱动风扇叶片44的风扇转子38可以与低压轴110可操作地联接，例如，如图1所示。作为另一个示例，如图2所示的实施例中所示，发电机114与低压轴110可操作地联接。以这种方式，发电机114也与低压涡轮108，尤其是增压器102可操作地联接。发电机114可以是用于发电的任何类型的装置。特别地，发电机114构造成当由扭矩源或在该示例性实施例中由燃气涡轮发动机100驱动时产生电能。附加地或替代地，在一些实施例中，发电机与高压轴110可操作地联接。以这种方式，在这样的实施例中，发电机还与高压涡轮106，尤其是高压压缩机103可操作地联接。此外，在一些实施例中，发电机114可以包括转子轴，该转子轴与低压轴112或高压轴110可操作地联接。
图3提供了图2的发电机114的示意图。如图3所示，发电机114包括发电机转子122，发电机转子122在发电机定子124内绕旋转轴线旋转。发电机转子122与低压轴112可操作地联接。发电机转子122绕其旋转轴部分地由低压轴112驱动，并且部分地由发电机转子122和发电机定子124的绕组和/或磁场之间的相互作用驱动。发电机转子122的旋转使发电机114以本领域技术人员所理解的方式产生电力。此外，在该示例中，发电机转子122的旋转将扭矩负载施加在轴系统或低压轴112上。调节轴系统上的扭矩负载会导致轴系统的转速发生变化。在一些实施例中，如上所述，发电机114可与发电机轴可操作地联接，发电机轴与低压轴112可操作地联接。
返回图2，如图所示，一个或多个电负载116可与发电机114电连接，例如，以从其接收电力。一个或多个电负载116可以包括车辆系统(例如，航空电子设备，空调单元，灯，泵等)，用于驱动一个或多个推进器(例如，用于混合动力推进系统)的电动机，它们的某种组合，能量存储装置等。发电机114可通过电力总线系统118的一条或多条有线或无线通信线电连接到一个或多个电负载116。例如，电力总线系统118可以包括可移动以选择性地将各种电负载116与发电机114电连接的各种开关或其他电力电子设备。另外，电力总线系统118还可包括电力电子设备，例如逆变器，转换器，整流器等，用于调节或转换电力(例如，从AC到DC，反之亦然)，并且进一步用于修改提供给电连接至发电机114的各种电力负载116或从中提取的电力量。
另外，如图2所示，燃气涡轮发动机100包括构造成用于控制发电机114的控制器120，和/或电连接至发电机114的一个或多个电负载116以及电力总线系统118上的其他部件，例如可控源119(控制元件，开关等)。对于该实施例，控制器120被构造成执行一个或多个操作或功能，用于对燃气涡轮发动机100的一个或两个压缩机102、103进行主动稳定性控制，例如以解决旋转失速和喘振。控制器120可以以与以下参考图12描述的示例性计算系统500基本相同的方式构造(并且可以构造成执行本文描述的示例性方法(400)的一个或多个功能)。控制器120可以是多个控制器的系统或单个控制器。控制器120可以是专用于压缩机102、103的主动稳定性控制的独立控制器，或者可以是通用控制器。例如，在一些实施例中，控制器120可以是专用于控制发电机114的控制器。在一些实施例中，控制器120可以是发动机控制器。控制器120可以是例如配备有完全授权数字引擎控制(FADEC)的电子引擎控制器(EEC)或电子控制单元(ECU)。
根据本公开的示例性方面，利用经由轴系统与压缩机可操作地联接的发电机来为一个或多个压缩机或更广泛地为压缩系统提供稳定性控制。特别地，可以调节发电机的一个或多个控制参数(例如，速度，扭矩，功率，电压)以改变轴系统的输出，例如轴速度。附加地或替代地，可以调节电连接至发电机(或电力总线系统上的其他可控源)的一个或多个电负载的一个或多个控制参数，以改变轴系统的输出，例如轴速度。轴系统的输出的调节最终改变了压缩机(例如，旋转的压缩机叶片)的转速。轴系统输出的相对较小的调节可用于抑制压缩机内或流经压缩机的加压空气流的不稳定性波动，例如旋转失速和喘振。
举例来说，对于图2所示的实施例，发电机114用于对低压压缩机或增压器102内的空气流进行稳定性控制(并且还可以为高压压缩机103提供稳定性控制)。如上所述，可以调节发电机114的一个或多个控制参数(例如，速度，扭矩，功率)以改变轴系统的输出，例如轴速度。至少部分地基于指示压缩机102的系统状态的控制数据来调节发电机114的控制参数。轴系统的输出的调节可用于抑制压缩机102内的加压空气流的不稳定性波动，因此，可控制旋转失速和喘振。控制器120可以控制主动稳定性控制系统的各个方面，如下文进一步所述。
更具体地，为了提供对增压器102的主动稳定性控制，控制器120被构造成接收指示压缩机102的系统状态的控制数据。控制器120可以以预定间隔等接收控制器120的每个时间步骤的控制数据。压缩机102的系统状态可以由以下压缩机参数中的一个或多个指示：流过压缩机102的空气流的质量流量(例如，在上游入口和/或下游出口处)，流过压缩机102的空气流的压力波动以及低压轴112的转速。指示压缩机状态的其他压缩机参数同样可以包括在控制数据中。分别沿着压缩机102、103定位的一个或多个传感器126、128可以感测或测量一个或多个压缩机参数。一旦被感测或测量，就可以将一个或多个信号从一个或多个传感器126、128传送到控制器120以进行处理。
图4提供了描绘根据本公开的示例性实施例的控制器120的各种输入和输出的流程图。如图4所示，控制器120接收指示压缩机102(图2)的系统状态132的控制数据130。例如，控制器120可以直接或间接地从一个或多个传感器126(图2)接收控制数据130。一旦接收到控制数据130，就可以对其进行过滤和处理。例如，控制数据130可用于计算或估计各种压缩机参数，例如质量流量。
至少部分地基于控制数据130，控制器120被构造成确定并产生阻尼控制命令140，该阻尼控制命令140指示用于调节发电机114和可电连接至发电机114的一个或多个电负载116中的至少一个的控制参数170的指令。例如，如果控制数据130指示压缩机102的系统状态使得加压空气流的压力幅度和/或质量流量波动使流动不稳定，控制器120确定适当的阻尼响应以抑制这种波动。这样，压缩机以更稳定的方式操作。阻尼控制命令140可以如下面进一步解释的那样确定。
如上所述，阻尼控制命令140可以代表用于调节发电机114的一个或多个控制参数170的指令。例如，控制参数170可以是发电机114的速度输出，或更具体地，可以是发电机114的发电机转子的速度。控制参数170也可以是发电机114的扭矩输出。此外，控制参数170可以是发电机114的功率输出。另外，控制参数170可以是发电机114的电压输出。此外，阻尼控制命令140可以指示用于调节例如经由电力总线系统118与发电机114电连接的一个或多个电负载116的一个或多个控制参数170的指令。阻尼命令140可以指示用于直接调节电负载116的控制参数170的指令，或者可以指示用于间接调节电负载116的控制参数170的指令，例如通过位于电力总线系统118上的可控源119(图2)或元件。例如，控制参数170可以是一个或多个电负载116从发电机114汲取的电力量。为了间接地控制提供给电负载116的电力量，可以使用可控源或开关来“关闭”和“接通”开关或调制电负载116以改变发电机114上的电力负载。为了直接控制提供给电负载116(例如，能量存储设备)的电力量，可以控制电负载116本身以从发电机114汲取变化电力量。控制参数170也可以是其他合适的参数。
控制器120还被构造成控制发电机114和一个或多个电负载116中的至少一个，以至少部分地基于阻尼控制命令140来调节控制参数170(可以是一个或多个控制参数)，以改变轴系统的输出，以抑制压缩机102内的加压空气流的不稳定性波动。例如，一旦由控制器120基于控制数据130确定阻尼控制命令140，就可以调节发电机114和/或电连接至其的电负载116的一个或多个控制参数170。当发电机114的一个或多个控制参数170被调节时，轴系统上的扭矩负载被改变并且因此轴系统的输出也被改变。对于该实施例，调节低压轴112的输出。即，低压轴112的轴速度被改变。特别地，当改变低压轴112的轴速度时，可以减轻压缩机102内的加压空气流的不稳定性波动。
图5提供了根据本公开的示例性实施例的可以调节发电机114的控制参数170的一种示例性方式的示例性框图。如图5所示，指示压缩机的系统状态132的控制数据130包括一个或多个测量或估计的压缩机参数(统称为“测量的压缩机参数136”)，例如流过压缩机的空气流的质量流量(例如，在上游进口和/或下游出口)，流过压缩机的空气流的压力，和/或将电机与压缩机可操作地联接的一根或多根轴的转速。如图所示，将测量的压缩机参数136输入到求和块144。参考压缩机参数138同样被输入到求和块144中。参考压缩机参数138的值至少部分地基于压缩机的操作点。即，基于压缩机正在操作的特定操作点处的预测或建模值来输入参考压缩机参数138的值。例如，对于燃气涡轮发动机核心的特定速度设置以及其他参数的设置，参考压缩机参数在该特定操作点具有期望值或建模值，并且该值在该操作点输入到系统中。参考压缩机参数138可以是流过压缩机的空气流的期望质量流量，流过压缩机的空气流的期望压力，和/或将电机与压缩机可操作地联接的一个或多个轴的期望转速。在求和块144处，从参考压缩机参数138中减去测得的压缩机参数136。例如，可以从参考质量流量中减去测得的质量流量。作为另一个示例，可以从参考压力中减去测得的压力。作为又一个示例，可以从压缩机的参考转速中减去测得的压缩机转速。在求和块144处的操作的差被发送到增益块146，在增益块146中确定系统的增益。系统的增益是阻尼控制命令，对于该实施例，该命令是阻尼扭矩命令140。阻尼扭矩命令140被发送到求和块148，在该求和块148中，从控制命令中减去阻尼扭矩命令140，该控制命令对于该实施例是扭矩命令150。简而言之，阻尼扭矩命令140用于调节扭矩命令150，如将在下面进一步解释的。
进一步如图5所示，将生成的扭矩命令150发送给求和块148。一个或多个控制器可以至少部分地基于压缩机的转速来产生控制命令，在该实施例中为扭矩命令150。在其他实施例中，一个或多个控制器可以至少部分地基于指示压缩机的转速的参数(例如发电机速度)来产生控制命令。在一些应用中，涡轮发动机的功率设置确定流向燃烧室104(图2)的燃料，其进而设置压缩机的转速。因此，可以利用这些参数来最终生成控制命令(例如，扭矩命令150)。例如，在求和块148处，从扭矩命令150中减去阻尼扭矩命令140。该操作的差作为调节的控制命令被发送到控制回路156，对于该实施例，该命令是调节的扭矩命令158。基于调节的扭矩命令158，控制回路156生成命令信号160。命令信号160用于调节发电机114(图2)的控制参数170(图4)，从而调节发电机114施加在轴上的扭矩负载，从而可以调节轴系统的输出。轴系统的调节，例如轴速度，用于减轻压缩机的流动不稳定性。将理解的是，图5提供了一种示例性方式，其中发电机的控制参数可以被调节，并且其他控制方法是可能的。
此外，在一些实施例中，参考图2和图4，由控制器120接收的控制数据130还包括通过与发电机114电连接的一个或多个电负载116施加在发电机114上的电力需求134。在这样的实施例中，发电机114被控制为至少部分地基于电力需求134来调节控制参数170。值得注意的是，通过考虑发电机114上的电负载116的电力需求134，实现了许多优点。例如，在某些情况下，如果需要用可操作地联接到其上的发电机114来抑制压缩机的不稳定性，则可能不需要调节发电机114的控制参数170或至少可能不需要调节到由于发电机114上的电负载的变化而需要调节的程度或范围。例如，一个或多个电负载116可能在特定的时间点需要更多或更少的电力，或者可能电连接到发电机114或与发电机114电断开。当这种情况发生时，发电机114上的电负载迅速变化，这与发电机114的控制参数170的调节类似，引起发电机114施加在轴系统上的扭矩负载的变化。因此，发电机114上的电负载也调节轴系统的输出，例如低压压缩机112的轴速度。因此，在这样的实施例中，控制器120考虑到压缩机的系统状态132和控制数据130的电力需求134，并且可以相应地调节发电机114的一个或多个控制参数170。
此外，通过考虑发电机114上的电负载116的电力需求134，控制器120可以确保发电机114可以满足电连接到其上的电负载116的电力需求。即，发电机114必须满足与其连接的电负载116的平均电力。例如，如果发电机114正在向驱动用于飞行器的混合动力推进系统的推进器的电动机提供电力，则发电机114必须满足电动机的电力需求。在这种情况下，如果未满足电动机的需求电力或者如果这种调节将导致推力不稳定性，则可以不调节发电机114的控制参数170。在这种情况下，控制器120可以控制其他致动系统，例如排气阀或节流阀，以主动控制压缩机中的流动不稳定性，直到可以安全地利用发电机114进行轴阻尼为止。此外，在一些情况下，控制器120可以优先考虑电负载和由发电机114和/或电连接到发电机114的电负载116提供的阻尼响应，以在不牺牲安全运输的同时优化不稳定性阻尼。此外，通过考虑发电机114上的电负载116的电力需求134，可以更好地保持发电机的电负载116所接收的电力的质量。阻尼作用可以是额定扭矩的一小部分。例如，在一些实施例中，阻尼作用可以小于额定扭矩的百分之十(10％)。
图6提供了描绘根据本公开的示例性方面的对压缩机102(图2)中的流动不稳定性的示例阻尼响应的图表。如图6所示，曲线图A描绘了作为时间函数的压缩机102的质量流量波动，曲线图B描绘了作为时间函数的系统的驱动扭矩，其中驱动扭矩等于从涡轮扭矩(即，由涡轮发动机产生的扭矩)中减去发电机扭矩，而曲线图C描绘了作为时间函数的发电机114(图2)施加在轴系统上的扭矩负载。如上所述，可以通过调节发电机114的一个或多个控制参数，例如发电机扭矩，速度，功率或电压，或者通过调节电连接到发电机的一个或多个电负载的控制参数来调节轴系统上的扭矩负载。如通过比较图6的曲线图A，曲线图B和曲线图C所示，在压缩机102内的流动不稳定期间，施加在轴系统上的扭矩负载会波动以抵消或抑制质量流量波动。更特别地，可以调节通过发电机114或通过电连接到其上的一个或多个电负载116施加在轴系统上的扭矩负载，从而使涡轮发动机上的扭矩负载(继而引起轴速度调节)与压缩机102内加压空气流的质量流量波动同相位，这可以通过比较曲线图A和曲线图C来最好地描述。以这种方式，曲线图B中所示的总驱动扭矩的波动与曲线图A中所示的质量流量波动的相位相差约一百八十度(180°)。以这种方式，可以抑制压缩机102的不稳定性波动。对于驱动压缩机或泵的电动机，驱动扭矩的波动与需要抑制的质量流量波动的相位相差或约为一百八十度(180°)。在本文中，“约”是指在所述值的十五度(15°)以内。
此外，在一些实施例中，由于系统动力学，可以选择扭矩负载调节和质量流量波动之间的不同相位关系。这样的替代相位关系可以被确定并且被应用为控制系统的一部分。例如，可以调节由发电机114和/或电连接到其上的电负载116施加在轴系统上的扭矩负载，从而使发动机上的扭矩负载波动(继而引起轴速度调节)与压缩机102内的加压空气流的质量流量波动异相或相位差约四十五度(45°)。可以设置这样的相位滞后或偏移，使得可以解决控制系统中的意外滞后，发电机和电力系统物理学上的滞后以及流体和旋转系统中的滞后，使得最终驱动扭矩波动实际上与质量流量波动异相一百八十度(180°)。
通过用与之可操作地联接的发电机来抑制压缩机的不稳定性，可以实现许多优点。例如，由于发电机的高控制带宽以响应主动阻尼命令，因此压缩机可以在失速区域附近(即，稳定控制线或稳定裕度的左侧)或稳定地操作。能够更接近失速线操作的能力允许更少的失速裕度，并且允许压缩机和整个涡轮发动机在空气动力学或热力学效率更高的点操作。下面提供了一个示例。
图7提供了描绘根据本公开的示范性实施例的压缩机的各种特性曲线的示范性压缩机图。对于该实施例，针对涡轮发动机的各种核心速度绘制特性曲线N1，N2和N3。压缩机图还描绘了失速线SL。失速线SL的右侧是稳定的操作区域，而失速线SL的左侧是不稳定的操作区域。在将发电机用于不稳定性波动的轴阻尼之前，在稳定操作区域中，在距失速线SL一定距离处绘制出初始失速控制线SCL1。将失速线SL与初始失速控制线SCL1之间的距离定义为初始失速裕度SM1。如上所述，在利用发电机对压缩机内的不稳定性波动进行轴阻尼时，在稳定操作区域中，在距失速线SL一定距离处绘制出新的失速控制线SCL2。将失速线SL与新的失速控制线SCL2之间的距离定义为新的失速裕度SM2。如图所示，压缩机可以更接近失速线SL操作，从而允许较小的失速裕度，并在空气动力学和热力学效率更高的点操作。在一些实施例中，压缩机可以直接在失速线SL上或者甚至在失速线SL的左侧操作，其中通过调节发电机的控制参数来提供轴阻尼。
另外，利用与之可操作地联接的发电机来抑制压缩机的不稳定性可以允许从涡轮发动机提取更大的瞬态或整体机械动力。例如，将减少或消除从压缩机排出空气或致动可变几何形状部件的需要，因此，流经压缩机的质量流量更大，可用于有用功。此外，利用与之可操作地联接的发电机来抑制压缩机的不稳定性可以允许较低的空转功率状况，这可能导致燃料流量减少。而且，根据该瞬态，如果可通过发电机阻尼来稳定该瞬态的区域中的操作，则利用与之可操作地联接的发电机来抑制压缩机的不稳定性可允许去除瞬态排气阀。
图8提供了根据本公开的示例性实施例的压缩系统300。如图8所示，压缩系统300包括泵304，该泵304构造成将进入的流体流加压成加压流体流。对于图8的所描绘的实施例，流体是液体，并且因此泵304被构造成将进入的液体流加压成加压液体流。然而，在其他实施例中，流体可以是气体。压缩系统300还包括轴系统，该轴系统包括轴306。轴306与泵304可操作地联接。
此外，压缩系统300包括电机302，电机302经由轴系统的轴306与泵304可操作地联接。在一些实施例中，电机302是构造成用于产生电力的发电机。在这样的实施例中，压缩系统300包括扭矩源312，扭矩源312被构造成可操作地驱动泵304。扭矩源312可以是能够提供扭矩输出以驱动泵304的任何合适的装置或系统，例如涡轮发动机，活塞驱动发动机等。扭矩源312可以经由轴306或经由另一合适的轴与泵304可操作地联接。在一些替代实施例中，电机302是电动机或驱动器，其构造成可操作地驱动泵304(即，使泵304绕其旋转轴线旋转)。因此，在这样的实施例中，电动机是泵304的扭矩源。
此外，压缩系统300包括用于控制电机302的控制器308。控制器308与一个或多个传感器310(图8中仅示出一个)通信地耦接。一个或多个传感器310被构造成感测指示操作期间泵304的系统状态的各种参数，例如质量流量，压力和/或轴306的转速等。
在电机302是发电机的实施例中，发电机可以用于以上述方式为泵304内的流体的不稳定性波动提供轴阻尼。即，控制器308被构造成接收指示泵304内的流体流的系统状态的控制数据。可以从一个或多个传感器310接收控制数据。在接收到控制数据时，控制器308以上述方式处理数据，并最终确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令最终用于调节发电机的控制参数。通过调节发电机的控制参数，控制器308至少部分地基于流体流的系统状态来控制发电机的输出以抑制加压流体流的压力波动。即，通过调节发电机的一个或多个控制参数，调节或改变发电机施加在轴306上的扭矩负载，并且这种变化也引起轴306的转速变化。这种轴速度变化用于抑制泵304内的流动不稳定性。
在电机302是电动机的实施例中，电动机可用于为泵304内的流体的不稳定性波动提供轴阻尼。特别地，控制器308被构造成接收指示泵304内的流体流的系统状态的控制数据。可以从一个或多个传感器310接收控制数据。在接收到控制数据时，控制器308以下面更全面描述的方式处理数据，并最终确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令最终用于调节电动机的控制参数，例如电动机扭矩输出或电动机扭矩速度。通过调节电动机的控制参数，控制器308至少部分地基于流体流的系统状态来控制电动机的输出以抑制加压流体流的压力波动。即，通过调节电动机的一个或多个控制参数，电动机的扭矩输出的改变会调节或改变轴306的轴速度。这种轴速度变化用于抑制泵304内的流动不稳定性。
图9提供了根据本公开的示例性实施例的其中可以调节电动机的控制参数的一种示例性方式的示例性框图。如图9所示，将测量的泵参数320(例如流经泵的流体流的质量流量或流经泵的流体流的压力)输入到求和块322。可以将测量的泵参数320接收为控制数据的一部分。参考泵参数324同样被输入到求和块322中。参考泵参数324同样可以作为控制数据的一部分被接收。参考泵参数324的值至少部分地基于泵的操作点。即，基于在泵正在操作的特定操作点处的预测或建模值来输入参考泵参数324的值。参考泵参数324可以是流过泵的流体流的期望质量流量，流过泵的流体流的期望压力等。在求和块322，从参考泵参数324中减去测得的泵参数320。例如，可以从参考质量流量中减去测得的质量流量。作为另一个示例，可以从参考压力中减去测得的压力。在求和块322处的操作差被发送到增益块326，在增益块326中确定系统的增益。系统的增益是阻尼控制命令，对于该实施例，该命令是阻尼扭矩命令328。阻尼扭矩命令328被发送到求和块330，在求和块330中，从控制命令中减去阻尼扭矩命令328，对于该实施例，该控制命令是扭矩命令332。简而言之，阻尼扭矩命令328用于调节扭矩命令332，如将在下面进一步解释的。
如图9进一步所示，扭矩命令332如下产生。将测量的泵速度334(可以是实际测量值或估计值)输入到求和块336。所测量的泵速度334可以作为控制数据的一部分被接收。参考泵速度338同样被输入到求和块336中。参考泵速度338可以被接收为控制数据的一部分。参考泵速度338的值至少部分地基于泵的操作点。在求和块336处，从参考泵速度338中减去测得的泵速度334。该操作的差被发送到比例积分块340。比例积分块340输出扭矩命令332。然后，扭矩命令332被发送到求和块330。从扭矩命令332中减去阻尼扭矩命令328。此操作的差是调节的扭矩命令342。基于调节的扭矩命令158生成命令信号344。命令信号344用于调节电动机的控制参数，从而电动机的扭矩输出调节轴系统的输出，例如图8的轴306。轴系统的调节，例如轴速度，用于抑制泵的流量不稳定。将理解的是，图9提供了一种示例性方式，在该方式中，可以调节电动机的控制参数，并且其他控制方法是可能的。
图10提供了根据本公开的示例性实施例的用于经由轴系统与发电机可操作地联接的压缩系统的主动稳定性控制的示例性方法(400)的流程图。例如，示例性方法(400)可用于例如本文所述的压缩机或泵的稳定性控制。应当理解，本文仅讨论示例性方法(400)以描述本主题的示例性方面，而无意于进行限制。
在(402)处，方法(400)包括接收指示压缩系统的系统状态的控制数据。例如，控制数据可以包括各种测量或估计的压缩系统参数。示例性压缩系统参数包括通过压缩系统的压力和/或质量流量。这样的压缩系统参数指示压缩系统的系统状态。在某些情况下，压缩系统参数可以揭示流动不稳定，例如失速的开始。压缩系统例如可以是压缩机或泵。控制器可以接收控制数据。
在(404)处，该方法包括确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令表示用于至少部分地基于控制数据来调节发电机和可电连接至发电机的一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令。例如，阻尼控制命令可以至少部分地基于控制数据来确定。特别地，控制数据可以包括测量的压缩系统参数，例如，压缩系统内的流体流的质量流量或压力，并且可以从参考压缩系统参数中减去测量的压缩系统参数。该差被发送到增益块，该增益块将差乘以增益。增益块的输出是阻尼控制命令。阻尼控制命令表示用于调节发电机的控制参数的命令。更特别地，在一些实施方式中，方法(400)还包括至少部分地基于压缩系统的一个或多个旋转部件(例如，压缩机叶片，转子等)的转速(即，测量的转速)来产生控制命令。在这样的实施方式中，从压缩系统的一个或多个旋转部件的参考转速中减去测得的压缩系统的一个或多个旋转部件的转速。参考转速的值至少部分地基于压缩系统的操作点。即，参考转速的值是在压缩系统的特定操作点处的期望值。从参考转速减去测得的转速的差是控制命令，例如可以是扭矩命令。
在这样的实施方式中，方法(400)还包括至少部分地基于控制命令和阻尼控制命令来确定调节的控制命令。即，一旦由控制器生成或计算了阻尼控制命令和控制命令，则从控制命令中减去阻尼控制命令的差就是调节的控制命令，该调节的控制命令例如可以是调节的扭矩命令。此外，方法(400)包括生成指示用于调节发电机的控制参数的指令的命令信号。例如，调节的控制命令可以被发送到控制回路，该控制回路可以至少部分地基于调节的扭矩命令来生成命令信号。该命令信号代表用于调节电机和/或例如经由电力总线系统电连接至发电机的一个或多个电负载的控制参数的指令。例如，指令可以包括用于改变或调节发电机的转子的速度输出，发电机的扭矩输出，发电机的功率输出或发电机的电压输出的命令。作为其他示例，指令可以包括用于例如通过可控源或元件直接或间接地调制和断开电负载的命令。
在(406)处，方法(400)包括至少部分地基于阻尼控制命令来调节发电机和一个或多个电力负载中的至少一个的控制参数，以改变用于抑制压缩系统内的加压空气流的不稳定性波动的轴系统的输出。例如，一旦产生控制信号并将其传送到发电机的适当部件或电力总线系统上的电负载，就调节发电机的控制参数和/或一个或多个电负载。当调节控制参数时，发电机安置或施加在轴系统上的扭矩负载会发生变化。轴系统上的扭矩负载的调节导致可操作地将发电机与压缩系统联接的一个或多个轴的转速改变。轴速度的改变或调节用于抑制压缩系统内加压流体流的不稳定性波动。值得注意的是，发电机施加在轴系统上的扭矩负载可以被轻微且快速地调节，使得轴速度以适合于抑制不稳定性波动的方式振荡。
在一些实施方式中，方法(400)还包括访问数据库，该数据库使阻尼控制命令与在压缩系统的当前操作特性下使压缩系统稳定所需的剩余阻尼量相关。方法(400)还包括通过使阻尼控制命令与压缩系统的当前操作特性相关来确定剩余阻尼量。
图11提供了根据本公开的示例性实施例的数据库350的示例性视图。如图所示，数据库350将各种阻尼控制命令与在压缩系统的当前操作特性下使压缩系统稳定所需的剩余阻尼量相关联。也就是说，对于压缩系统的特定操作特性(即，N1，N2，N3等到NN)，数据库350将阻尼控制命令与稳定压缩系统所需的剩余阻尼量相关联。一旦访问数据库350，可以通过将阻尼控制命令与压缩系统的当前操作特性下的剩余阻尼量相关联来确定剩余的阻尼量。剩余的阻尼量可用于多种目的。例如，一个目的可以是允许压缩系统更接近失速线的正常操作，以提高效率或改善发动机瞬态响应。可以基于压缩系统的特征来选择操作点，并且如果给定的压缩系统需要在这样的操作点处进行抑制，则可以从失速情况的开始对操作点进行调节，以将操作点移至更稳定的区域。剩余阻尼量可有助于将操作点移动到稳定区域，而不会将操作点移动到不必要地远离失速线的点。进行主动抑制的稳定操作已经被证明超出失速线，因此可以在失速线的左侧选择操作点。当然，可以在失速线上和在失速线上沿右侧(即，在压缩系统图的稳定区域中)选择操作点。
此外，在一些实施方式中，至少部分基于剩余阻尼量来改变或调节增益块(例如，图5的146)的增益，以实现压缩系统的不稳定性波动的理想幅度衰减。因此，随着时间的流逝，增益块将输入(即，从参考压缩机参数138减去测得的压缩机参数136的差)乘以变化的增益，以实现更理想或更令人满意的幅度衰减(即，阻尼比)。
在一些实施方式中，压缩系统是涡轮发动机的系统，例如燃气涡轮发动机。涡轮发动机以与图2的涡轮发动机类似的方式构造。特别地，涡轮发动机包括高压压缩机，高压涡轮以及将高压压缩机与高压涡轮可操作地联接的高压轴。涡轮发动机还包括定位在高压压缩机的上游的低压压缩机，定位在高压涡轮的下游的低压涡轮，以及可操作地联接低压压缩机和低压涡轮的低压轴。在这种实施方式中，例如如图2所示，发电机与低压轴可操作地联接。此外，在这样的实施方式中，由控制器接收的控制数据指示高压压缩机的系统状态。值得注意的是，控制器可以至少部分地基于阻尼控制命令来控制发电机和一个或多个电负载中的至少一个以调节控制参数，以改变用于抑制高压压缩机内的加压气流的不稳定性波动的低压轴的输出。因此，可以通过改变与低压轴联接的发电机上的电负载来减轻在高压压缩机内发生的不稳定性波动。即，可以通过不直接与目标压缩系统联接的轴来提供轴阻尼。LP和HP压缩机的航空联接可利用低压轴来阻尼高压压缩机内加压空气流的不稳定性波动。
图12提供了根据本公开的示例实施例的示例计算系统500。例如，控制器120和/或308可以包括各种部件并执行以下描述的计算系统500的各种功能。
如图12所示，计算系统500可以包括一个或多个计算装置510。计算装置510可以包括一个或多个处理器510A和一个或多个存储装置510B。一个或多个处理器510A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器，微控制器，集成电路，逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储设备510B可以包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质，RAM，ROM，硬盘驱动器，闪存驱动器和/或其他存储装置。
一个或多个存储装置510B可以存储一个或多个处理器510A可访问的信息，包括可以由一个或多个处理器510A执行的计算机可读指令510C。指令510C可以是在由一个或多个处理器510A执行时使一个或多个处理器510A执行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令510C可以由一个或多个处理器510A执行以使一个或多个处理器510A执行操作，例如配置计算系统500和/或(一个或多个)计算装置510的任何操作和功能，用于压缩系统的主动稳定性控制的操作(例如，方法(400))，和/或一个或多个计算装置510的任何其他操作或功能。因此，方法(400)可以是计算机实现的方法，使得示例性方法(400)的每个步骤由一个或多个计算装置(诸如计算系统500的示例性计算装置510)执行。指令510C可以是用任何合适的编程语言编写的软件，或者可以以硬件实现。另外，和/或可替代地，指令510C可以在处理器510A上的逻辑和/或虚拟分离线程中执行。存储装置510B可以进一步存储可以被一个或多个处理器510A访问的数据510D。例如，数据510D可以包括模型，数据库等。
计算装置510还可以包括网络接口510E，该网络接口510E用于例如与系统500的其他部件通信(例如，经由网络)。网络接口510E可以包括用于与一个或多个网络接口的任何合适的部件，包括例如发射机，接收机，端口，控制器，天线和/或其他合适的部件。一个或多个外部装置，例如外部遥控器，可以被构造成从计算装置510接收一个或多个命令，或者向计算装置510提供一个或多个命令。
本文讨论的技术参考了基于计算机的系统以及由基于计算机的系统采取的动作以及从基于计算机的系统发送的信息以及从基于计算机的系统发送的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许部件之间以及部件中的任务和功能的多种可能的构造，组合和划分。例如，可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实现本文讨论的过程。数据库，内存，指令和应用程序可以在单个系统上实现，也可以分布在多个系统上。分布式部件可以顺序或并行操作。
尽管可以在一些附图中而非其他附图中示出各种实施例的特定特征，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。
以下条款的主题提供了本发明的其他方面：
1.一种涡轮发动机，包括：压缩机，其构造成将进入的空气流加压成加压空气流；燃烧室，其与压缩机流体连接，并构造成接收来自压缩机的加压空气流，其中，将燃料喷射到加压空气流中并在燃烧室中点燃，以提高加压空气流的温度和能级；涡轮，其与燃烧室流体连接，并构造成接收从燃烧室流出的燃烧产物；轴系统；发电机，其经由轴系统与压缩机可操作地联接；一个或多个电负载，其经由电力总线系统与发电机电连接；控制器，其构造成：接收指示压缩机的系统状态的控制数据；至少部分地基于控制数据，确定阻尼控制命令，阻尼控制命令指示用于调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令；以及控制发电机和一个或多个电负载中的至少一个以至少部分地基于阻尼控制命令来调节控制参数，以改变用于抑制压缩机内的加压空气流的不稳定波动的轴系统的输出。
2.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中指示压缩机的系统状态的控制数据包括通过压缩机的加压空气流的质量流量，流过压缩机的加压空气流的压力和压缩机的转速中的至少一项。
3.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中阻尼控制命令至少部分地基于测量的压缩机参数和参考压缩机参数来确定，其中，参考压缩机参数至少部分地基于压缩机的操作点。
4.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中在确定阻尼控制命令时，控制器被构造成：至少部分地基于压缩机的转速生成控制命令；至少部分地基于控制命令和阻尼控制命令来确定调节的控制命令；以及生成命令信号，命令信号指示用于调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令。
5.根据任何在前条项的涡轮发动机，进一步包括：一个或多个传感器，一个或多个传感器与控制器通信联接并且被构造成感测指示压缩机的系统状态的一个或多个压缩机参数，其中控制数据至少部分地从一个或多个传感器接收。
6.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中由控制器接收的控制数据进一步包括通过与发电机电连接的一个或多个电负载施加在发电机上的电力需求，并且其中，发电机和一个或多个电负载中的至少一个被控制以至少部分地基于电力需求来调节控制参数。
7.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中控制参数是发电机的速度输出，扭矩输出和功率输出中的一个。
8.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中轴系统的输出是轴系统的一个或多个轴的轴速度，并且其中，当轴系统的轴速度改变时，改变压缩机的转速以抑制压缩机内的加压空气流的不稳定波动。
9.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中阻尼控制命令指示用于至少部分地基于控制数据来调节电连接至发电机的一个或多个电负载的控制参数的指令，以及其中一个或多个电负载由电力总线系统上的一个或多个可控源直接或间接地控制，以至少部分地基于阻尼控制命令来调节控制参数，以改变用于抑制压缩机内的加压空气流的不稳定性波动的轴系统的输出。
10.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中压缩机是高压压缩机，涡轮是高压涡轮，并且轴系统包括高压轴，高压轴将高压压缩机与高压涡轮可操作地联接，并且其中，涡轮发动机进一步包括：低压压缩机，其位于高压压缩机的上游；低压涡轮，其位于高压涡轮的下游，其中，轴系统包括可操作地联接低压压缩机和低压涡轮的低压轴，以及其中，发电机与低压轴可操作地联接，并且控制数据指示高压压缩机的系统状态，并且其中，控制器构造成控制发电机和一个或多个电负载中的至少一个以至少部分地基于阻尼控制命令来调节控制参数，以改变用于抑制高压压缩机内的加压空气流的不稳定性波动的低压轴的输出。
11.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中涡轮发动机是航改燃气涡轮发动机。
12.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中涡轮发动机是辅助动力单元。
13.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中压缩机是离心压缩机。
14.一种用于通过轴系统与发电机可操作地联接的压缩系统的主动稳定性控制的方法，方法包括：接收指示压缩系统的系统状态的控制数据；至少部分地基于控制数据，确定阻尼控制命令，该阻尼控制命令指示用于调节发电机和电连接到发电机的一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令；以及至少部分地基于阻尼控制命令来调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数，以改变用于抑制压缩系统内的流体流的不稳定性波动的轴系统的输出。
15.根据条项14的方法，进一步包括：至少部分地基于压缩系统的一个或多个旋转部件的转速来产生控制命令；至少部分地基于控制命令和阻尼控制命令来确定调节的控制命令；以及生成命令信号，该命令信号指示用于调节发电机和一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令。
16.根据任何在前条项的方法，进一步包括：访问数据库，数据库使阻尼控制命令与在压缩系统的当前操作特性下使压缩系统稳定所需的剩余阻尼量相关联；以及在压缩系统的当前操作特性下通过与阻尼控制命令相关联来确定剩余阻尼量。
17.一种压缩系统，进一步包括：泵，其构造成对流体流加压；轴系统；电机，其通过轴系统与泵可操作地联接；控制器，其构造成用于控制电机并且被构造成：接收指示泵的系统状态的一个或多个压缩系统参数；以及至少部分地基于泵的系统状态，控制电机的扭矩输出以抑制流体流的压力波动。
18.根据条项17的压缩系统，其中电机是发电机。
19.根据任何在前条项的压缩系统，其中电机是电动机。
20.根据任何在前条项的压缩系统，其中流体流是液体流。

Claims (19)

1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：
压缩机，所述压缩机构造成将进入的空气流加压成加压空气流；
燃烧室，所述燃烧室与所述压缩机流体连接，并构造成接收来自所述压缩机的所述加压空气流，其中，将燃料喷射到所述加压空气流中并在所述燃烧室中点燃，以提高所述加压空气流的温度和能级；
涡轮，所述涡轮与所述燃烧室流体连接，并构造成接收从所述燃烧室流出的燃烧产物；
轴系统；
发电机，所述发电机经由所述轴系统与所述压缩机可操作地联接；
一个或多个电负载，所述一个或多个电负载能够经由电力总线系统与所述发电机电连接；
控制器，所述控制器构造成：
接收指示所述压缩机的系统状态的控制数据；
至少部分地基于所述控制数据，确定阻尼控制命令，所述阻尼控制命令指示用于调节所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令；并且
控制所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个以至少部分地基于阻尼控制命令来调节控制参数，以改变用于抑制所述压缩机内的所述加压空气流的不稳定性波动的所述轴系统的输出，
其中由所述控制器接收的所述控制数据进一步包括通过与所述发电机电连接的所述一个或多个电负载施加在所述发电机上的电力需求，并且其中，所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个被控制以至少部分地基于所述电力需求来调节所述控制参数。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中指示所述压缩机的系统状态的所述控制数据包括通过所述压缩机的所述加压空气流的质量流量，流过所述压缩机的所述加压空气流的压力和所述压缩机的转速中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述阻尼控制命令至少部分地基于测量的压缩机参数和参考压缩机参数来确定，其中，所述参考压缩机参数至少部分地基于所述压缩机的操作点。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中在确定所述阻尼控制命令时，所述控制器构造成：
至少部分地基于所述压缩机的转速生成控制命令；
至少部分地基于所述控制命令和所述阻尼控制命令来确定调节的控制命令；并且
生成命令信号，所述命令信号指示用于调节所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个的所述控制参数的指令。
5.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器与所述控制器通信联接并且构造成感测指示所述压缩机的所述系统状态的一个或多个压缩机参数，其中所述控制数据至少部分地从所述一个或多个传感器接收。
6.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述控制参数是所述发电机的速度输出，扭矩输出和功率输出中的一个。
7.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述轴系统的输出是所述轴系统的一个或多个轴的轴速度，并且其中，当所述轴系统的所述轴速度改变时，改变所述压缩机的转速以抑制所述压缩机内的所述加压空气流的不稳定性波动。
8.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述阻尼控制命令指示用于至少部分地基于所述控制数据来调节电连接至所述发电机的所述一个或多个电负载的控制参数的指令，并且
其中所述一个或多个电负载由所述电力总线系统上的一个或多个可控源直接或间接地控制，通过所述控制器以至少部分地基于所述阻尼控制命令来调节所述控制参数，以改变用于抑制所述压缩机内的所述加压空气流的不稳定性波动的所述轴系统的输出。
9.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述压缩机是高压压缩机，所述涡轮是高压涡轮，并且所述轴系统包括高压轴，所述高压轴将所述高压压缩机与所述高压涡轮可操作地联接，并且其中，所述涡轮发动机进一步包括：
低压压缩机，所述低压压缩机位于所述高压压缩机的上游；
低压涡轮，所述低压涡轮位于所述高压涡轮的下游，其中，所述轴系统包括可操作地联接所述低压压缩机和所述低压涡轮的低压轴，以及
其中，所述发电机与所述低压轴可操作地联接，并且所述控制数据指示所述高压压缩机的所述系统状态，并且其中，所述控制器构造成控制所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个以至少部分地基于所述阻尼控制命令来调节所述控制参数，以改变用于抑制所述高压压缩机内的所述加压空气流的不稳定性波动的所述低压轴的输出。
10.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮发动机是航改燃气涡轮发动机。
11.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮发动机是辅助动力单元。
12.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述压缩机是离心压缩机。
13.一种用于通过轴系统与发电机可操作地联接的压缩系统的主动稳定性控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
接收指示所述压缩系统的系统状态的控制数据；
至少部分地基于所述控制数据，确定阻尼控制命令，所述阻尼控制命令指示用于调节所述发电机和能够电连接到所述发电机的一个或多个电负载中的至少一个的控制参数的指令；以及
至少部分地基于所述阻尼控制命令来调节所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个的所述控制参数，以改变用于抑制所述压缩系统内的流体流的不稳定性波动的所述轴系统的输出，
其中所述控制数据进一步包括通过与所述发电机电连接的所述一个或多个电负载施加在所述发电机上的电力需求，并且其中，所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个被控制以至少部分地基于所述电力需求来调节所述控制参数。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括：
至少部分地基于所述压缩系统的一个或多个旋转部件的转速来产生控制命令；
至少部分地基于所述控制命令和所述阻尼控制命令来确定调节的控制命令；以及
生成命令信号，所述命令信号指示用于调节所述发电机和所述一个或多个电负载中的至少一个的所述控制参数的指令。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括：
访问数据库，所述数据库使所述阻尼控制命令与在所述压缩系统的当前操作特性下使所述压缩系统稳定所需的剩余阻尼量相关联；以及
在所述压缩系统的当前操作特性下通过与所述阻尼控制命令相关联来确定所述剩余阻尼量。
16.一种压缩系统，其特征在于，进一步包括：
泵，所述泵构造成对流体流加压；
轴系统；
电机，所述电机通过所述轴系统与所述泵可操作地联接；
控制器，所述控制器构造成用于控制所述电机并且构造成：
接收指示所述泵的系统状态的一个或多个压缩系统参数；以及
至少部分地基于所述泵的所述系统状态，控制所述电机的扭矩输出以抑制所述流体流的压力波动，
其中所述一个或多个压缩系统参数进一步包括通过与所述电机电连接的一个或多个电负载施加在所述电机上的电力需求，并且其中，所述电机和所述一个或多个电负载中的至少一个被控制以至少部分地基于所述电力需求来调节所述一个或多个压缩系统参数。
17.根据权利要求16所述的压缩系统，其特征在于，其中所述电机是发电机。
18.根据权利要求16所述的压缩系统，其特征在于，其中所述电机是电动机。
19.根据权利要求16所述的压缩系统，其特征在于，其中所述流体流是液体流。
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