CN113217471B - 一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机控制技术领域，具体涉及一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法。包括：获取安装在发动机进口导叶上的多个温度传感器所采集的温度，所述温度传感器大致均匀的布满整个发动机进口导叶所在的截面；确定所采集的多个温度中的最高温度与最低温度的差值；基于分段表在采集的多个温度中选取若干个温度参与压气机进口换算转速的计算，所述分段表记载了不同温度段对应的参与计算的温度个数及选取方式；根据压气机进口换算转速与发动机进口换算转速调节压气机进口导叶角度。本申请利用发动机现有导叶结构，布置控制用的总温传感器，实现对温度畸变不均匀程度的有效捕捉，有效地保持了发动机遭遇温度畸变时的裕度水平。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机控制技术领域，特别涉及一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法。
背景技术
航空发动机遭遇温度畸变时，由于温度畸变温度分布的不均匀特性，常常会使发动机实际工作状态偏离，易导致发动机失稳。而航空发动机尤其是舰载机，在起飞过程、低空飞行、武器发射等情况下，极易遭遇较大的温度畸变，温度畸变叠加进气道本身的压力畸变后，对发动机气动稳定性产生重要影响，严重时甚至导致发动机喘振，影响飞行安全。
目前航空发动机设计中，常采用主动防喘的方式临时增加发动机稳定裕度，但增量有限，仍无法应对较大的温度畸变条件。
采用主动防喘的方法来应对温度畸变，需要设置主动防喘控制按钮，在预知发动机遭遇温度畸变时，给发动机一个防喘信号，发动机进行一系列动作(如增加喷口面积、减小发动机供油、关小压缩部件可调导叶等)，以达到临时提高发动机稳定裕度的目的，但提升量有效，且会带来一定的推力损失，无法使发动机稳定裕度水平保持在设计状态。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，利用已有的发动机进口导叶，布置一定数量的温度传感器，使发动机可以全面捕获进口遭遇的温度畸变情况，控制压气机可调导叶向设计状态调节，进而保持发动机稳定裕度基本保持在设计状态，具体的方法包括：
步骤S1、获取安装在发动机进口导叶上的多个温度传感器所采集的温度，所述温度传感器大致均匀的布满整个发动机进口导叶所在的截面；
步骤S2、确定所采集的多个温度中的最高温度与最低温度的差值；
步骤S3、基于分段表在采集的多个温度中选取若干个温度参与压气机进口换算转速的计算，所述分段表记载了不同温度段对应的参与计算的温度个数及选取方式；
步骤S4、根据压气机进口换算转速与发动机进口换算转速调节压气机进口导叶角度。
优选的是，步骤S1中，所述温度传感器包括多组，每一组的多个传感器按径向布置在各发动机进口导叶上，并布置在大致同一条由发动机进口导叶中心延伸至外环边的直线上，相邻两组传感器所在的直线之间的夹角不大于60°。
优选的是，每一组的多个传感器数量不少于5个，且各组传感器在径向方向上与其他组对应的传感器按等环面分布。
优选的是，步骤S3进一步包括：
当所述差值小于10℃时，以所有测量值的平均温度计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于10℃，且小于20℃时，按第一比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于20℃，且小于30℃时，按第二比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于30℃，且小于40℃时，按第三比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于50℃时，按第四比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
其中，所述第一比例大于所述第二比例，所述第二比例大于所述第三比例，所述第三比例大于所述第四比例。
优选的是，所述第一比例选取自60％～80％中的任一值，所述第四比例选取自5％～15％中的任一值，所述第二比例及所述第三比例介于所述第一比例与所述第二比例之间。
优选的是，所述第一比例为70％。
优选的是，所述第二比例为50％，所述第三比例为30％，所述第四比例为10％。
本申请的关键点在于：
在发动机进口导叶布置用于控制发动机的总温传感器；在发动机遭遇温度畸变条件下，采用温度差值分段控制压气机导叶角度，用于保持发动机稳定裕度。
本申请有效地保持了发动机遭遇温度畸变时的裕度水平，利用发动机现有导叶结构，布置控制用的总温传感器，实现对温度畸变不均匀程度的有效捕捉，并且在未遭遇温度畸变的条件下，能够保持发动机控制规律不发生改变。
附图说明
图1是本申请温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法的一优选实施例的流程图。
图2是本申请图1所示实施例的温度传感器周向布置示意图。
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。
本申请提供了一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、获取安装在发动机进口导叶上的多个温度传感器所采集的温度，所述温度传感器大致均匀的布满整个发动机进口导叶所在的截面；
步骤S2、确定所采集的多个温度中的最高温度与最低温度的差值；
步骤S3、基于分段表在采集的多个温度中选取若干个温度参与压气机进口换算转速的计算，所述分段表记载了不同温度段对应的参与计算的温度个数及选取方式；
步骤S4、根据压气机进口换算转速与发动机进口换算转速调节压气机进口导叶角度。
本申请的主要原理为：发动机主要压缩部件，风扇和压气机均可以发生喘振，而温度畸变条件对发动机压气机的影响更大，故考虑发动机整机的稳定裕度保持时，可以采用保持压气机裕度的方式来替代。而压气机进口导叶角度是否按照其设计规律控制直接影响压气机裕度。压气机进口导叶角度按照发动机进口换算转速和压气机进口换算转速综合调节，而压气机换算转速计算公式为：
其中温度T可以是发动机进口的温度也可以是压缩部件进口的温度，当发动机无空间上的温度不均匀时，温度传感器周向位置不会影响压缩部件可调导叶的角度。现有航空发动机中这个温度传感器位置一般根据飞机的发动机舱空间以及发动机外部结构布局确定，不考虑温度畸变的影响。此外，从安全角度考虑一般设计成主、辅两个传感器，主辅传感器周向位置也无特殊要求，考虑空间限制布置。
当发动机进口遭遇空间不均匀的温度畸变时，则发动机进口或是压缩部件进口截面上会出现高低温区，高低温区周向范围、位置与遭遇的温度畸变特性有关。根据压气机进口导叶角度控制规律，换算转速越高，角度越开。而按照低温区计算的换算转速比按照高温区计算的换算转速要高，故按照低温区控制的压气机进口导叶角度就会偏开，使处于高温区的部分压气机导叶角度偏离设计规律，向裕度减小的方向控制，易导致发动机喘振。反之，则可以保持压气机的稳定裕度，进而保持发动机整机稳定裕度。
基于上述思路，本发明提出一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，采用增加空间温度传感器的方式，捕捉发动机进口高温区，用于控制压气机导叶角度，使其保持在设计规律，从而保持发动机整机稳定裕度。这样可以确保高低温区不会因压气机导叶角度偏开控制而降低稳定裕度。
在一些可选实施方式中，步骤S1中，所述温度传感器包括多组，每一组的多个传感器按径向布置在各发动机进口导叶上，并布置在大致同一条由发动机进口导叶中心延伸至外环边的直线上，相邻两组传感器所在的直线之间的夹角不大于60°。
在一些可选实施方式中，每一组的多个传感器数量不少于5个，且各组传感器在径向方向上与其他组对应的传感器按等环面分布。
在发动机进口导叶上，设计安装用于发动机控制的温度传感器。传感器空间分布情况可以根据发动机进口导叶的实际分布情况进行分布，但至少要保证周向两个安装温度传感器的叶片角度不大于60度，径向按照等环面分布，不少于5点；这样发动机进口导叶上分布的温度传感器个数不少于30个，如图2所示，基本可以捕捉到发动机遭遇到的温度畸变不均匀度情况，满足工程实际控制需要。
在一些可选实施方式中，步骤S3进一步包括：
当所述差值小于10℃时，以所有测量值的平均温度计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于10℃，且小于20℃时，按第一比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于20℃，且小于30℃时，按第二比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于30℃，且小于40℃时，按第三比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于50℃时，按第四比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
其中，所述第一比例大于所述第二比例，所述第二比例大于所述第三比例，所述第三比例大于所述第四比例。
在一些可选实施方式中，所述第一比例选取自60％～80％中的任一值，例如65％，75％等，所述第四比例选取自5％～15％中的任一值，例如8％，10％等，所述第二比例及所述第三比例介于所述第一比例与所述第二比例之间。
在一些可选实施方式中，所述第一比例为70％。
在一些可选实施方式中，当所述第一比例为70％时，所述第二比例为50％，所述第三比例为30％，所述第四比例为10％。
本申请采用温度差分段控制压气机导叶角度。为规避测量误差及外界气流速度等因素导致各传感器测量温度的差异，同时考虑更贴合压气机导叶角度设计规律，对发动机进口温度测量值分段，分段时，在温度差值较大的情况下，优先考虑较高的温度，采用这部分较高的温度参与计算，获得相对较小的换算转速，进而控制导叶偏转角度，能够保持发动机整机稳定裕度。
本申请有效地保持了发动机遭遇温度畸变时的裕度水平，利用发动机现有导叶结构，布置控制用的总温传感器，实现对温度畸变不均匀程度的有效捕捉，并且在未遭遇温度畸变的条件下，能够保持发动机控制规律不发生改变。
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 (6)
1.一种温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取安装在发动机进口导叶上的多个温度传感器所采集的温度，所述温度传感器大致均匀的布满整个发动机进口导叶所在的截面；
步骤S2、确定所采集的多个温度中的最高温度与最低温度的差值；
步骤S3、基于分段表在采集的多个温度中选取若干个温度参与压气机进口换算转速的计算，所述分段表记载了不同温度段对应的参与计算的温度个数及选取方式；
步骤S4、根据压气机进口换算转速与发动机进口换算转速调节压气机进口导叶角度；
步骤S3进一步包括：
当所述差值小于10℃时，以所有测量值的平均温度计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于10℃，且小于20℃时，按第一比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于20℃，且小于30℃时，按第二比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于30℃，且小于40℃时，按第三比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
当所述差值大于等于50℃时，按第四比例自高到低选取多个测量值，求取平均温度后计算压气机进口换算转速；
其中，所述第一比例大于所述第二比例，所述第二比例大于所述第三比例，所述第三比例大于所述第四比例。
2.如权利要求1所述的温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，其特征在于，步骤S1中，所述温度传感器包括多组，每一组的多个传感器按径向布置在各发动机进口导叶上，并布置在大致同一条由发动机进口导叶中心延伸至外环边的直线上，相邻两组传感器所在的直线之间的夹角不大于60°。
3.如权利要求2所述的温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，其特征在于，每一组的多个传感器数量不少于5个，且各组传感器在径向方向上与其他组对应的传感器按等环面分布。
4.如权利要求1所述的温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，其特征在于，所述第一比例选取自60％～80％中的任一值，所述第四比例选取自5％～15％中的任一值，所述第二比例及所述第三比例介于所述第一比例与所述第二比例之间。
5.如权利要求1所述的温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，其特征在于，所述第一比例为70％。
6.如权利要求5所述的温度畸变条件下发动机稳定裕度保持方法，其特征在于，所述第二比例为50％，所述第三比例为30％，所述第四比例为10％。
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