CN114837821B - 一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机起动控制技术领域，具体涉及一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法及系统。该方法包括步骤S1、获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；步骤S2、根据预置的加速控制规律确定与高压换算转速对应的转速上升率给定值；步骤S3、确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值；步骤S4、根据比值与调整范围之间的关系，调整转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。本申请保证了发动机性能衰减后的地面起动可靠性。

Description

一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法及系统

技术领域

本申请属于航空发动机起动控制技术领域，具体涉及一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法及系统。

背景技术

随着航空发动机使用时数的增加，各部件均会存在一定的衰减，地面起动性能也相应会存在着一定的衰减。对于采用转速上升率控制的发动机来说，起动性能的衰减会导致其达到同样的转速上升率，需要加入更多的燃油，发动机油气比增加，严重时可能导致发动机失速或喘振。

现有技术中，通常在发动机地面起动之后，如果出现失速或喘振，会通过人工判读和调整来避免该问题的再次发生，属于事后处理，不仅影响用户的使用感受，还会增加用户维护的工作量，降低用户的出勤率。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法及系统，将发动机达到同样的状态所需的燃油流量给定值(Wfmdem)与当前状态对应的加速供油量给定值(Wfmacc)的比值作为起动过程性能衰减的识别依据，对发动机地面起动进行供油规律的自适应调整。

本申请第一方面提供了一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，主要包括：

步骤S1、获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；

步骤S2、根据预置的加速控制规律确定与所述高压换算转速对应的转速上升率给定值，所述加速控制规律给出了发动机地面起动时高压换算转速与转速上升率之间的关系；

步骤S3、确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，其中，所述当前状态燃油流量给定值是指为满足所述转速上升率给定值的燃油供给量，所述加速供油量给定值是指加速过程按给定油气比方式控制下的燃油供给量；

步骤S4、根据所述比值与调整范围之间的关系，调整所述转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。

优选的是，步骤S1进一步包括，在发动机进入地面起动的设定时间段之后，进行航空发动机地面起动供油规律自适应调整，所述设定时间段为4～5s。

优选的是，步骤S4进一步包括：

判断调整后的转速上升率是否超过转速上升率的上下限保护系数，若调整后的转速上升率高于转速上升率的上限，则以所述转速上升率的上限控制发动机地面起动，若调整后的转速上升率低于转速上升率的下限，则以所述转速上升率的下限控制发动机地面起动。

优选的是，步骤S4之后还包括：

步骤S5、判断本次发动机地面起动阶段是否发生喘振或失速，若发生喘振或失速，则记录喘振或失速前一时刻的燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，并将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数，通过修订后的调整范围对下一次的发动机地面起动的供油规律进行自适应调整。

优选的是，步骤S4之后还包括：

步骤S6、记录发动机地面起动阶段各时刻所述高压换算转速与调整后的转速上升率，并将其作为下一次发动机地面起动阶段的加速控制规律。

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，主要包括：

高压换算转速获取模块，用于获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；

转速上升率给定值确定模块，用于根据预置的加速控制规律确定与所述高压换算转速对应的转速上升率给定值，所述加速控制规律给出了发动机地面起动时高压换算转速与转速上升率之间的关系；

比值计算模块，用于确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，其中，所述当前状态燃油流量给定值是指为满足所述转速上升率给定值的燃油供给量，所述加速供油量给定值是指加速过程按给定油气比方式控制下的燃油供给量；

转速上升率调整模块，用于根据所述比值与调整范围之间的关系，调整所述转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。

优选的是，所述自适应调整系统还包括计时模块，用于在发动机进入地面起动的设定时间段之后，进行航空发动机地面起动供油规律自适应调整，所述设定时间段为4～5s。

优选的是，所述转速上升率调整模块包括：转速上升率调整保护单元，用于判断调整后的转速上升率是否超过转速上升率的上下限保护系数，若调整后的转速上升率高于转速上升率的上限，则以所述转速上升率的上限控制发动机地面起动，若调整后的转速上升率低于转速上升率的下限，则以所述转速上升率的下限控制发动机地面起动。

优选的是，所述自适应调整系统还包括：参数修改模块，用于判断本次发动机地面起动阶段是否发生喘振或失速，若发生喘振或失速，则记录喘振或失速前一时刻的燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，并将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数，通过修订后的调整范围对下一次的发动机地面起动的供油规律进行自适应调整。

优选的是，所述自适应调整系统还包括：加速控制律修订模块，用于记录发动机地面起动阶段各时刻所述高压换算转速与调整后的转速上升率，并将其作为下一次发动机地面起动阶段的加速控制规律。

本申请实现了“在识别到发动机起动性能衰减后”和“发生喘振或者失速后”，自适应调整转速上升率控制计划值，避免供油量过多导致的再次失速或喘振问题，省去了人工判读、调整和地面试车验证的工作量，不仅节约发动机维护时间和维护工作量，还节约发动机寿命，提高了发动机“空地比”和用户的出勤率。

附图说明

图1是本申请航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法的一优选实施例的流程图。

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。

本申请主要解决的技术问题为：如何准确的识别出发动机起动性能存在衰减，适当降低起动过程转速上升率控制计划值，达到“既能保证发动机地面起动过程工作可靠，又能保证发动机的起动时间满足用户使用需求”的目标。为此，本申请第一方面提供了一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，如图1所示，主要包括：

步骤S1、获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；

步骤S2、根据预置的加速控制规律确定与所述高压换算转速对应的转速上升率给定值，所述加速控制规律给出了发动机地面起动时高压换算转速与转速上升率之间的关系；

步骤S3、确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，其中，所述当前状态燃油流量给定值是指为满足所述转速上升率给定值的燃油供给量，所述加速供油量给定值是指加速过程按给定油气比方式控制下的燃油供给量；

步骤S4、根据所述比值与调整范围之间的关系，调整所述转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。

需要说明的是，在发动机地面起动过程中，属于起动加速阶段，通常基于给定的控制规律进行加速，本申请以“加速控制律”作为代称，加速控制律给出了发动机高压换算转速与转速上升率之间的关系，加速控制律坐标系内，横坐标为发动机高压换算转速，纵坐标为对应的转速上升率，基于步骤S1获得的某一时刻的高压换算转速，获得该时刻对应的转速上升率，称为调整前的转速上升率给定值，符号为ndot_dem调整前。

在步骤S3之前，本申请根据发动机持久试车结果可知：随着发动机试车时间的增加，各部件衰减后，发动机达到同样的状态所需的燃油流量给定值(Wfmdem)与当前状态对应的加速供油量给定值(Wfmacc)的比值整体存在增大的趋势(非单调增大)，因此，将该比值在步骤S3中作为起动过程性能衰减的识别依据。本实施例中，给定油气比方式控制下的燃油供给量即基于预置在控制系统中的传统油气比方式给出的燃油供给量。

在步骤S4中，对该比值设定了一个范围，该范围至少具有上限k1，当步骤S3计算的比值Wfmdem/Wfmacc大于k1时，认为调整前的转速上升率给定值过大，需要降低。备选实施方式中，为了防止控制系统误判，导致发动机转速上升率过低，起动时间过长的问题，增加相应保护，也就是上述范围通常还具有下限k2，当步骤S3计算的比值Wfmdem/Wfmacc小于k2时，认为调整前的转速上升率给定值过小，控制系统需要提高转速上升率控制计划值，以缩短起动时间，保证用户使用需求。本申请在一个具体实施例中，k1一般取值1.1～1.2，k2一般取值0.7～0.8。

备选实施方式中，k1的取值还可以通过计算的方式获得，k1作为识别起动过程性能衰减的识别判据，一般与两个参数k3和k4相关，表达式写成k1＝k3*(1-k4)，k3为根据试车验证的发动机各状态能够承受的Wfmdem/Wfmacc最大比例系数，k4为考虑附件供油精度、发动机分散度等给出的平均安全系数，通常情况下，k3取值1.2-1.3，k4取值0.05-0.1。

另外需要说明的是，上升或增大通常按照设定的步长执行，例如步长定为Δndot，具体值可以根据试车调整经验获得。经步长调整后，转速上升率控制计划值ndot_dem调整后一般为：

ndot_dem调整后＝ndot_dem调整前+Δndot。

需要说明的是，为了简化系统，上述公式写为通用公式，Δndot在步骤S4的判别结果出来后进行赋值，具体的，如果步骤S3计算的比值大于k1时，Δndot为负值，如果步骤S3计算的比值小于k2时，Δndot为正值。

基于上述方式，本申请按照发动机控制周期，在发动机地面起动阶段，循环执行上述步骤S1-步骤S4，多次记录发动机状态参数，对转速上升率进行修订。即在每一个周期内，根据高压换算转速确定当前周期的转速上升率给定值ndot_dem调整前，之后通过步骤S3-步骤S4，确定转速上升率控制计划值ndot_dem调整后，基于ndot_dem调整后控制发动机供油量。

在一些可选实施方式中，步骤S1进一步包括，在发动机进入地面起动的设定时间段之后，进行航空发动机地面起动供油规律自适应调整，所述设定时间段为4～5s。

需要说明的是，由于起动前段未点火和点火成功刚进入转速闭环时，很难保证转速上升率反馈值跟上给定值，势必会出现快速加/减油，导致Wfmdem/Wfmacc过大或者过小。为了避免这一问题带来的误判，在此过程中控制系统不进行自适应调节，因此，本申请在地面起动过程中，进入转速上升率闭环控制t秒后再进行步骤S1-步骤S4的供油规律控制。本实施例中，t根据试车验证结果给出，一般为4～5s。

在一些可选实施方式中，步骤S4进一步包括：

判断调整后的转速上升率是否超过转速上升率的上下限保护系数，若调整后的转速上升率高于转速上升率的上限，则以所述转速上升率的上限控制发动机地面起动，若调整后的转速上升率低于转速上升率的下限，则以所述转速上升率的下限控制发动机地面起动。

需要说明的是，为了保证控制系统调整的安全性，需要增加转速上升率的上下限保护系数(根据实际试车调整经验以及发动机起动时间要求给出)进行限制，以防止在异常情况下控制系统调整过量出现的异常。该实施例中，转速上升率上限为ndot_demmax，下限为ndot_demmin，当根据步骤S4计算的转速上升率低于下限ndot_demmin时，则选择下限ndot_demmin作为转速上升率控制计划值ndot_dem调整后，当根据步骤S4计算的转速上升率高于上限ndot_demmax时，则选择上限ndot_demmax作为转速上升率控制计划值ndot_dem调整后。由此，对转速上升率控制计划值ndot_dem调整后的公式可以整为：

ndot_dem调整后＝max(ndot_demmin,min(ndot_dem调整前+Δndot,ndot_demmax))

在一些可选实施方式中，步骤S4之后还包括：

步骤S5、判断本次发动机地面起动阶段是否发生喘振或失速，若发生喘振或失速，则记录喘振或失速前一时刻的燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，并将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数，通过修订后的调整范围对下一次的发动机地面起动的供油规律进行自适应调整。

本申请为了能够很好的兼容控制系统附件供油精度和发动机自身起动性能的分散度，在现有的控制策略下，如果仍发生了喘振或者失速问题，则需要在下一次发动机地面起动时，修改步骤S4中的调整范围，主要是对范围上限k1进行修改。在一个具体实施方式中，如之前给定的k1由k3和k4两个参数决定的实施例中，则“将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数”可以理解为：如果本次起动出现失速或者喘振，则在下次发动机地面起动阶段，可以将参数k3设置为本次记录的比值，即将本次记录的Wfmdem/Wfmacc值赋给参数k3。根据本实施例描述的技术方案，k3降低之后，k1随之下降，避免后续再次发生喘振和失速问题，实现“事后处理”。

在一些可选实施方式中，步骤S4之后还包括：

步骤S6、记录发动机地面起动阶段各时刻所述高压换算转速与调整后的转速上升率，并将其作为下一次发动机地面起动阶段的加速控制规律。

可以理解是，本次发动机地面起动时，每个发动机控制周期内，根据步骤S1-步骤S4确定是否需要对转速上升率进行修订，在发动机地面起动结束之后，形成了一条新的控制曲线，即形成了一条新的用于描述转速上升率与高压换算转速之间关系的加速控制规律，基于该加速控制规律，可以控制下一次发动机的地面起动，保证了发动机性能衰减后的地面起动的可靠性。

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，主要包括：

高压换算转速获取模块，用于获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；

转速上升率给定值确定模块，用于根据预置的加速控制规律确定与所述高压换算转速对应的转速上升率给定值，所述加速控制规律给出了发动机地面起动时高压换算转速与转速上升率之间的关系；

比值计算模块，用于确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，其中，所述当前状态燃油流量给定值是指为满足所述转速上升率给定值的燃油供给量，所述加速供油量给定值是指加速过程按给定油气比方式控制下的燃油供给量；

转速上升率调整模块，用于根据所述比值与调整范围之间的关系，调整所述转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。

在一些可选实施方式中，所述自适应调整系统还包括计时模块，用于在发动机进入地面起动的设定时间段之后，进行航空发动机地面起动供油规律自适应调整，所述设定时间段为4～5s。

在一些可选实施方式中，所述转速上升率调整模块包括：转速上升率调整保护单元，用于判断调整后的转速上升率是否超过转速上升率的上下限保护系数，若调整后的转速上升率高于转速上升率的上限，则以所述转速上升率的上限控制发动机地面起动，若调整后的转速上升率低于转速上升率的下限，则以所述转速上升率的下限控制发动机地面起动。

在一些可选实施方式中，所述自适应调整系统还包括：参数修改模块，用于判断本次发动机地面起动阶段是否发生喘振或失速，若发生喘振或失速，则记录喘振或失速前一时刻的燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，并将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数，通过修订后的调整范围对下一次的发动机地面起动的供油规律进行自适应调整。

在一些可选实施方式中，所述自适应调整系统还包括：加速控制律修订模块，用于记录发动机地面起动阶段各时刻所述高压换算转速与调整后的转速上升率，并将其作为下一次发动机地面起动阶段的加速控制规律。

本申请实现了“在识别到发动机起动性能衰减后”和“发生喘振或者失速后”，自适应调整转速上升率控制计划值，避免供油量过多导致的再次失速或喘振问题，省去了人工判读、调整和地面试车验证的工作量，不仅节约发动机维护时间和维护工作量，还节约发动机寿命，提高了发动机“空地比”和用户的出勤率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，其特征在于，包括：

步骤S1、获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；

步骤S2、根据预置的加速控制规律确定与所述高压换算转速对应的转速上升率给定值，所述加速控制规律给出了发动机地面起动时高压换算转速与转速上升率之间的关系；

步骤S3、确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，其中，所述当前状态燃油流量给定值是指为满足所述转速上升率给定值的燃油供给量，所述加速供油量给定值是指加速过程按给定油气比方式控制下的燃油供给量；

步骤S4、根据所述比值与调整范围之间的关系，调整所述转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。

2.如权利要求1所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，其特征在于，步骤S1进一步包括，在发动机进入地面起动的设定时间段之后，进行航空发动机地面起动供油规律自适应调整，所述设定时间段为4～5s。

3.如权利要求1所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：

判断调整后的转速上升率是否超过转速上升率的上下限保护系数，若调整后的转速上升率高于转速上升率的上限，则以所述转速上升率的上限控制发动机地面起动，若调整后的转速上升率低于转速上升率的下限，则以所述转速上升率的下限控制发动机地面起动。

4.如权利要求1所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，其特征在于，步骤S4之后还包括：

步骤S5、判断本次发动机地面起动阶段是否发生喘振或失速，若发生喘振或失速，则记录喘振或失速前一时刻的燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，并将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数，通过修订后的调整范围对下一次的发动机地面起动的供油规律进行自适应调整。

5.如权利要求1所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整方法，其特征在于，步骤S4之后还包括：

步骤S6、记录发动机地面起动阶段各时刻所述高压换算转速与调整后的转速上升率，并将其作为下一次发动机地面起动阶段的加速控制规律。

6.一种航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，其特征在于，包括：

高压换算转速获取模块，用于获取发动机地面起动阶段的高压换算转速；

转速上升率给定值确定模块，用于根据预置的加速控制规律确定与所述高压换算转速对应的转速上升率给定值，所述加速控制规律给出了发动机地面起动时高压换算转速与转速上升率之间的关系；

比值计算模块，用于确定当前状态燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，其中，所述当前状态燃油流量给定值是指为满足所述转速上升率给定值的燃油供给量，所述加速供油量给定值是指加速过程按给定油气比方式控制下的燃油供给量；

转速上升率调整模块，用于根据所述比值与调整范围之间的关系，调整所述转速上升率，其中，当所述比值超过所述调整范围的上限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上降低设定步长，反之，当所述比值低于所述调整范围的下限时，所述转速上升率调整为在所述转速上升率给定值的基础上提高设定步长。

7.如权利要求6所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，其特征在于，所述自适应调整系统还包括计时模块，用于在发动机进入地面起动的设定时间段之后，进行航空发动机地面起动供油规律自适应调整，所述设定时间段为4～5s。

8.如权利要求6所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，其特征在于，所述转速上升率调整模块包括：

转速上升率调整保护单元，用于判断调整后的转速上升率是否超过转速上升率的上下限保护系数，若调整后的转速上升率高于转速上升率的上限，则以所述转速上升率的上限控制发动机地面起动，若调整后的转速上升率低于转速上升率的下限，则以所述转速上升率的下限控制发动机地面起动。

9.如权利要求6所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，其特征在于，所述自适应调整系统还包括：

参数修改模块，用于判断本次发动机地面起动阶段是否发生喘振或失速，若发生喘振或失速，则记录喘振或失速前一时刻的燃油流量给定值与加速供油量给定值的比值，并将该比值作为设置所述调整范围上限的一个参数，通过修订后的调整范围对下一次的发动机地面起动的供油规律进行自适应调整。

10.如权利要求6所述的航空发动机地面起动供油规律自适应调整系统，其特征在于，所述自适应调整系统还包括：

加速控制律修订模块，用于记录发动机地面起动阶段各时刻所述高压换算转速与调整后的转速上升率，并将其作为下一次发动机地面起动阶段的加速控制规律。

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