CN116857066A - 涡轴发动机气动调节系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种涡轴发动机气动调节系统及其控制方法。所述涡轴发动机气动调节系统包括：压气机；粒子分离器，其内流道壁上设置有第一引气口；第一气调流路，其一端与压气机相连通，另一端与第一引气口相连通，第一气调流路适于调节导入气流流道内的压缩空气的流量以调节粒子分离器的流场；动力涡轮导叶，其上开设有第二引气口；第二气调流路，其一端与压气机相连通，另一端与第二引气口相连通，第二气调流路适于调节导入动力涡轮叶间通道内的压缩空气的流量以调节动力涡轮的流函数。本发明提供的涡轴发动机气动调节系统，能够根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性，提高发动机性能和环境适应能力。

Description

涡轴发动机气动调节系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种涡轴发动机气动调节系统及其控制方法。

背景技术

航空燃气涡轮轴发动机简称涡轴发动机，是各类先进武装直升机的动力系统的主要组成部分。在结构组成方面，涡轴发动机与涡喷/涡扇发动机类似，包括压气机、燃烧室、涡轮和附件传动装置等主要组成部分，不同之处在于，涡轴发动机包含恒转速调节的动力涡轮，一般带有粒子分离器过滤砂尘。

现有的涡轴发动机的部件特性设计及控制技术一般都是基于非主动控制的思想，不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，部件采取折衷设计以满足一定工作范围下的安全性和性能水平要求。其中，粒子分离器虽然具有砂尘分离效果，但是带来进气损失较大，降低了发动机输出功率达2％-3％，造成大部分场景下带来额外的进气损失，使得飞行器航程缩短；高速直升机或者倾转旋翼要求输出动力涡轮转速降低20％以上，常规的动力涡轮设计，由于不同飞行状态下，输出轴转速变化，导致的动力涡轮流量及工作点适应性问题，使得动力涡轮非设计点效率下降到5％以上，发动机输出功率损失达5％以上，全包线耗油率增加，严重影响了配装涡轴发动机的飞行器航程航时，综上所述，现有的涡轴发动机不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，发动机性能和环境适应能力较弱。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中现有的涡轴发动机不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，发动机性能和环境适应能力较弱的缺陷，从而提供一种能够根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性，提高发动机性能和环境适应能力的涡轴发动机气动调节系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的涡轴发动机气动调节系统，包括：

压气机；

粒子分离器，包括内流道壁和外流道壁，所述内流道壁和所述外流道壁之间间隔形成气流流道；所述内流道壁上沿径向设置有第一引气口，所述第一引气口适于将压气机的压缩空气沿径向导入所述气流流道内；

第一气调流路，其一端与所述压气机相连通，另一端与所述第一引气口相连通，所述第一气调流路适于调节沿径向导入所述气流流道内的压缩空气的流量，以调节所述粒子分离器的流场；

动力涡轮导叶，其上开设有第二引气口，所述第二引气口适于将压气机的压缩空气导入动力涡轮叶间通道内；

第二气调流路，其一端与所述压气机相连通，另一端与所述第二引气口相连通，所述第二气调流路适于调节导入所述动力涡轮叶间通道内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数。

可选的，所述涡轴发动机气动调节系统还包括砂尘浓度监测模块，所述砂尘浓度监测模块内置于所述气流流道内靠近所述粒子分离器的空气进口的一端，所述砂尘浓度监测模块适于实时监测由所述空气进口进入至所述气流流道内的砂尘浓度。

可选的，所述第一气调流路上设置有第一阀门，所述第一阀门与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接；所述第一阀门适于根据所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路内的压缩空气的流量；

所述第二气调流路上设置有第二阀门，所述第二阀门与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接；所述第二阀门的通流面积连续可调，所述第二阀门适于根据所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度调节所述第二气调流路内的压缩空气的流量。

可选的，所述粒子分离器的气流流道在分流唇口处分流形成清除流通道和主气流通道；

所述涡轴发动机气动调节系统还包括鼓风机，所述鼓风机设置于所述清除流通道沿气流流向远离所述分流唇口的一端；所述鼓风机与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接，所述鼓风机的电机功率大小与所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度大小成正相关。

可选的，所述涡轴发动机气动调节系统还包括涡轮转速监测模块，所述涡轮转速监测模块适于实时监测动力涡轮的转速；所述涡轮转速监测模块与所述第二阀门电连接和/或通信连接，所述第二阀门的通流面积大小与所述涡轮转速监测模块所感知的动力涡轮的转速大小成负相关。

本发明提供的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，应用于如上述所述的涡轴发动机气动调节系统，其中所述涡轴发动机气动调节系统包括压气机、粒子分离器、动力涡轮导叶、第一气调流路、第二气调流路和鼓风机，其中，所述粒子分离器的气流流道内设置有砂尘浓度监测模块，动力涡轮的转速由涡轮转速监测模块实时监测，所述第一气调流路上设置有第一阀门，所述第二气调流路上设置有第二阀门，所述涡轴发动机气动调节系统的控制方法包括：

接收发动机的运行状态；

基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块获取进入至气流流道内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块获取动力涡轮的实时转速；

基于所述砂尘浓度调节第一阀门的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门的通流面积大小。

可选的，当发动机处于高砂尘防护模式时，控制第一阀门开启，以将压缩空气沿径向导入所述气流流道内，同时将鼓风机的电机功率调至最大；

当发动机处于最大功率模式时，控制第一阀门关闭，降低鼓风机的电机功率，同时将第二阀门的通流面积调至最大；

当发动机处于最低油耗模式时，控制第一阀门关闭，降低鼓风机的电机功率，同时根据动力涡轮转速变化调节第二阀门的通流面积大小。

本发明还提供一种涡轴发动机气动调节系统的控制装置，应用于如上述所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，所述涡轴发动机气动调节系统的控制装置包括：

接收模块，用于接收发动机的运行状态；

控制模块，用于基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块获取进入至气流流道内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块获取动力涡轮的实时转速；

发送模块，用于基于所述砂尘浓度调节第一阀门的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门的通流面积大小。

本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如上述所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上述所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的涡轴发动机气动调节系统，通过在所述内流道壁上沿径向设置第一引气口，并通过设置第一气调流路，使得所述第一气调流路的一端与所述压气机相连通，另一端与所述第一引气口相连通，从而通过采用气动调节的方式主动调节所述粒子分离器的工作特性；通过在所述动力涡轮导叶上开设第二引气口，并通过设置第二气调流路，使得所述第二气调流路的一端与所述压气机相连通，另一端与所述第二引气口相连通，从而通过采用气动调节的方式主动调节动力涡轮的工作特性；当发动机处于砂尘环境下时，通过主动气动调节，从而提升所述粒子分离器的砂尘分离效率，增强所述粒子分离器的砂尘分离效果，同时主动调节动力涡轮的流函数，优化发动机总体匹配关系，提升发动机性能；当发动机处于砂尘环境良好的条件下时，可以减小甚至关闭所述粒子分离器的旁通通道，减小所述粒子分离器的损失，主动调节动力涡轮的流函数，优化发动机总体匹配关系，提升发动机性能；本发明可以实现发动机在砂尘环境和常规环境下的模式切换，兼顾砂尘环境的防砂功能和常规环境的经济性，从而提高发动机对不同砂尘环境和工况的适应能力和发动机性能水平。

2.本发明提供的涡轴发动机气动调节系统，所述第一气调流路上设置有第一阀门，所述第一阀门可以具有开启状态和关闭状态，从而将所述第一引气口与所述压气机选择性连通；所述第一阀门也可以为阀门通流面积连续可调的结构形式，从而调节所述第一气调流路内的压缩空气的流量大小；本发明通过气动调节的方式动态改变粒子分离器的工作特性，从结构上实现砂尘分离功能的开关调节，通过将所述第一阀门与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接，使得这一开关动作自动化，从而使得所述第一阀门能够根据所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路内的压缩空气的流量。所述第二气调流路上设置有第二阀门，为了实现能够根据动力涡轮的转速变化实时调节动力涡轮的吹气比例，所述第二阀门需设置为通流面积连续可调的结构形式，从而调节所述第二气调流路内的压缩空气的流量大小，通过将所述第二阀门与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接，从而使得所述第二阀门能够根据所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度实时调节所述第二气调流路内的压缩空气的流量大小，进而对动力涡轮的流函数实时主动调节。

3.本发明提供的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，通过接收发动机的运行状态；基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块获取进入至气流流道内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块获取动力涡轮的实时转速；基于所述砂尘浓度调节第一阀门的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门的通流面积大小，实现了发动机在砂尘环境和常规环境下的模式切换，能够兼顾砂尘环境的防砂功能和常规环境的经济性，提高了发动机对不同砂尘环境和工况的适应能力和发动机性能水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明涡轴发动机气动调节系统的工作原理示意图；

图2为图1中粒子分离器与第一气调流路和鼓风机的连接原理示意图；

图3为粒子分离器的工作原理示意图；

图4为图1中动力涡轮导叶和机匣的引气原理示意图；

图5为图1中动力涡轮导叶的引气原理示意图；

图6为本发明涡轴发动机气动调节系统的控制方法流程示意图；

图7为本发明涡轴发动机气动调节系统的控制装置的结构示意图；

图8为本发明的计算机设备的结构示意图。

附图标记说明：

10、压气机；11、第一气调流路；110、第一阀门；12、第二气调流路；120、第二阀门；

20、粒子分离器；21、内流道壁；22、外流道壁；23、气流流道；230、分流唇口；231、清除流通道；232、主气流通道；24、第一引气口；

30、动力涡轮导叶；300、动力涡轮叶间通道；31、第二引气口；

40、砂尘浓度监测模块；

50、鼓风机；

60、涡轮转速监测模块；

70、机匣；71、第三引气口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一

改进前的涡轴发动机的部件特性设计及控制技术一般都是基于非主动控制的思想，不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，部件采取折衷设计以满足一定工作范围下的安全性和性能水平要求。为了进一步提高环境适应性和挖掘性能潜力，涡轴发动机迫切需要在当前燃油流量和压气机导叶调节措施外，探索主动调节动力涡轮流函数等技术，以进一步提高变转速高速飞行能力和高原发出功率能力。结合图1-图5所示，本实施例所提供的涡轴发动机气动调节系统，包括：

压气机10；

粒子分离器20，包括内流道壁21和外流道壁22，所述内流道壁21和所述外流道壁22之间间隔形成气流流道23；所述内流道壁21上沿径向设置有第一引气口24，所述第一引气口24适于将压气机10的压缩空气沿径向导入所述气流流道23内；

第一气调流路11，其一端与所述压气机10相连通，另一端与所述第一引气口24相连通，所述第一气调流路11适于调节沿径向导入所述气流流道23内的压缩空气的流量，以调节所述粒子分离器20的流场；

动力涡轮导叶30，其上开设有第二引气口31，所述第二引气口31适于将压气机10的压缩空气导入动力涡轮叶间通道300内；

第二气调流路12，其一端与所述压气机10相连通，另一端与所述第二引气口31相连通，所述第二气调流路12适于调节导入所述动力涡轮叶间通道300内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数。

需要说明的是，请参见图3所示，粒子分离器有多种类型，其中比较常见的是带预旋叶片的整体式粒子分离器，砂粒依靠预旋叶片和驼峰型流道产生的离心力向外流道运动，经过气动力拖曳、壁面反弹后进入清除流通道，清洁气流经过反旋叶片消除旋流后进入压气机。砂尘经过粒子分离器后，表现出明显的随流特性，位于分界轨迹线上方的砂粒在清除流道分离，其下方粒子则进入主流道。带粒子分离器的涡轴发动机可以很大程度地降低涡轴发动机因砂尘击伤或者堵塞冷却气通道，提升涡轴发动机在砂尘环境的适应能力，但粒子分离器会带来损失，降低发动机的功率输出。粒子分离器的损失与旁通比成正相关，旁通流量越大，损失也就越大，其中，所述旁通比指的是流经清除流管道的气流流量与进入主气流管道的气流流量之比。因此在高空或者砂尘环境良好的条件下工作时，改进前的带带粒子分离器的涡轴发动机因为粒子分离器旁通气流而造成的功率损失没办法挽回。

本发明所提供的涡轴发动机气动调节系统，请参见图2所示，所述粒子分离器20包括内流道壁21和外流道壁22，所述内流道壁21和所述外流道壁22之间间隔形成气流流道23；通过在所述内流道壁21上沿径向设置第一引气口24，从而将压气机10的压缩空气沿径向导入所述气流流道23内；请参见图1所示，通过设置第一气调流路11，使得所述第一气调流路11的一端与所述压气机10相连通，另一端与所述第一引气口24相连通，从而调节沿径向导入所述气流流道23内的压缩空气的流量，进而调节所述粒子分离器20的流场，例如，当发动机在高砂尘环境条件下工作时，可以开启所述第一气调流路11进行主动气动调节，从而提升所述粒子分离器20的砂尘分离效率，增强所述粒子分离器20的砂尘分离效果；当发动机在高空或者砂尘环境良好的条件下工作时，可以关闭所述第一气调流路11，同时通过降低电机功率可以减小甚至关闭所述粒子分离器20的旁通通道，减小粒子分离器的损失。

需要说明的是，常规涡轴发动机涡轮叶片几何形状基本以某一工况性能最佳为目标而设计，在该工况下涡轮叶片以固定的几何形状运行在固定的速度下，当发动机运行条件发生改变时易导致非设计点性能下降，热应力提高等问题。尤其是对于诸如高速直升机、倾转旋翼机等宽转速范围飞行器，为解决螺旋桨与动力涡轮转速间的最佳匹配，在飞行过程中动力涡轮转速往往会在一个较大的范围内变化，这导致以固定几何设计的动力涡轮叶片无法适应由于转速宽范围变化带来的来流攻角、负荷变化，使得非设计点流动损失增加，效率降低。而传统的解决方案是采用几何可调涡轮构型，通过在导叶上增加可调机构及执行机构，从而通过改变动力涡轮安装角的方式，改变涡轮导向器喉部面积，从而适应不同工况下动力涡轮流函数改变的需求。但该方案一方面需增加额外的调节装置和运动机构，会引起结构复杂性和重量增大；而且，涡轮可调机构在通道内轮毂和机匣间增加了额外的运行间隙，带来了额外的间隙损失，使得包含设计点在内的各状态点效率降低；此外，涡轮属于高温部件，高温运行环境下，系统复杂程度的增加，对整机运行可靠性也带来较大的挑战。

本发明所提供的涡轴发动机气动调节系统，请参见图4所示，通过在所述动力涡轮导叶30上开设第二引气口31，从而将压气机10的压缩空气导入动力涡轮叶间通道300内；请参见图1所示，通过设置第二气调流路12，使得所述第二气调流路12的一端与所述压气机10相连通，另一端与所述第二引气口31相连通，从而调节导入所述动力涡轮叶间通道300内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数，具体而言，当导入所述动力涡轮叶间通道300内的压缩空气的流量增大时，所述动力涡轮的流函数减小，当导入所述动力涡轮叶间通道300内的压缩空气的流量减小时，所述动力涡轮的流函数增大，进而实现对动力涡轮的流函数的调节；另一方面，通过所述第二气调流路12和所述第二引气口31导入的压缩空气还具有冷却功能，可以提高发动机性能和环境适应能力。

本实施例中，通过在所述内流道壁21上沿径向设置第一引气口24，并通过设置第一气调流路11，使得所述第一气调流路11的一端与所述压气机10相连通，另一端与所述第一引气口24相连通，从而通过采用气动调节的方式主动调节所述粒子分离器20的工作特性；通过在所述动力涡轮导叶30上开设第二引气口31，并通过设置第二气调流路12，使得所述第二气调流路12的一端与所述压气机10相连通，另一端与所述第二引气口31相连通，从而通过采用气动调节的方式主动调节动力涡轮的工作特性；当发动机处于砂尘环境下时，通过主动气动调节，从而调节所述粒子分离器20的流场，提升所述粒子分离器20的砂尘分离效率，增强所述粒子分离器20的砂尘分离效果，同时主动调节动力涡轮的流函数，优化发动机总体匹配关系，提升发动机性能；当发动机处于砂尘环境良好的条件下时，可以减小甚至关闭所述粒子分离器20的旁通通道，减小所述粒子分离器20的损失，主动调节动力涡轮的流函数，优化发动机总体匹配关系，提升发动机性能；本发明可以实现发动机在砂尘环境和常规环境下的模式切换，兼顾砂尘环境的防砂功能和常规环境的经济性，从而提高发动机对不同砂尘环境和工况的适应能力和发动机性能水平。

可选的，所述涡轴发动机气动调节系统还包括机匣70，所述机匣70适于将所述动力涡轮导叶30固定；所述机匣70上沿径向开设有第三引气口71，所述第三引气口71适于将压气机10的压缩空气导入动力涡轮叶间通道300内；所述第三引气口71通过所述第二气调流路12与所述压气机10相连通，从而调节导入所述动力涡轮叶间通道300内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数，所述第三引气口71与所述第二引气口31的工作原理相同，在此不再赘述。

具体地，所述涡轴发动机气动调节系统还包括砂尘浓度监测模块40，所述砂尘浓度监测模块40内置于所述气流流道23内靠近所述粒子分离器20的空气进口的一端，所述砂尘浓度监测模块40适于实时监测由所述空气进口进入至所述气流流道23内的砂尘浓度。

需要说明的是，请参见图1所示，所述涡轴发动机气动调节系统还包括砂尘浓度监测模块40，所述砂尘浓度监测模块40可以包括一个或多个砂尘浓度传感器，在本实施例中对所述砂尘浓度监测模块40的数量、结构和连接形式不做具体的限定，可以根据实际情况调整；所述砂尘浓度监测模块40内置于所述气流流道23内靠近所述粒子分离器20的空气进口的一端，从而实时监测由所述空气进口进入至所述气流流道23内的砂尘浓度。

具体地，所述第一气调流路11上设置有第一阀门110，所述第一阀门110与所述砂尘浓度监测模块40电连接和/或通信连接；所述第一阀门110适于根据所述砂尘浓度监测模块40所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路11内的压缩空气的流量；

所述第二气调流路12上设置有第二阀门120，所述第二阀门120与所述砂尘浓度监测模块40电连接和/或通信连接；所述第二阀门120的通流面积连续可调，所述第二阀门120适于根据所述砂尘浓度监测模块40所感知的砂尘浓度调节所述第二气调流路12内的压缩空气的流量。

需要说明的是，请参见图1所示，所述第一气调流路11上设置有第一阀门110，所述第一阀门110可以具有开启状态和关闭状态，从而将所述第一引气口24与所述压气机10选择性连通；所述第一阀门110也可以为阀门通流面积连续可调的结构形式，从而调节所述第一气调流路11内的压缩空气的流量大小；本发明通过气动调节的方式动态改变粒子分离器的工作特性，从结构上实现砂尘分离功能的开关调节，通过将所述第一阀门110与所述砂尘浓度监测模块40电连接和/或通信连接，使得这一开关动作自动化，从而使得所述第一阀门110能够根据所述砂尘浓度监测模块40所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路11内的压缩空气的流量。仍参见图1所示，所述第二气调流路12上设置有第二阀门120，为了实现能够根据动力涡轮的转速变化实时调节动力涡轮的吹气比例，所述第二阀门120需设置为通流面积连续可调的结构形式，从而调节所述第二气调流路12内的压缩空气的流量大小，通过将所述第二阀门120与所述砂尘浓度监测模块40电连接和/或通信连接，从而使得所述第二阀门120能够根据所述砂尘浓度监测模块40所感知的砂尘浓度实时调节所述第二气调流路12内的压缩空气的流量大小，进而对动力涡轮的流函数实时主动调节。

具体地，所述粒子分离器20的气流流道23在分流唇口230处分流形成清除流通道231和主气流通道232；

所述涡轴发动机气动调节系统还包括鼓风机50，所述鼓风机50设置于所述清除流通道231沿气流流向远离所述分流唇口230的一端；所述鼓风机50与所述砂尘浓度监测模块40电连接和/或通信连接，所述鼓风机50的电机功率大小与所述砂尘浓度监测模块40所感知的砂尘浓度大小成正相关。

需要说明的是，请参见图2所示，所述粒子分离器20的气流流道23在分流唇口230处分流形成清除流通道231和主气流通道232；请参见图1所示，所述鼓风机50设置于所述清除流通道231沿气流流向远离所述分流唇口230的一端，一方面能够通过所述鼓风机50将所述清除流通道231内的砂尘及时排出至所述粒子分离器20的外部，另一方面能够在此过程中及时散热冷却，从而通过所述鼓风机50配合喷气功能实现节能和高效；所述鼓风机50与所述砂尘浓度监测模块40电连接和/或通信连接，所述鼓风机50的电机功率大小与所述砂尘浓度监测模块40所感知的砂尘浓度大小成正相关，当所述砂尘浓度监测模块40所监测的砂尘浓度增大时，所述鼓风机50的电机功率也随之增大，从而提高砂尘的分离效率，当所述砂尘浓度监测模块40所监测的砂尘浓度减小时，所述鼓风机50的电机功率也随之减小甚至关闭，从而减小粒子分离器旁通气流而造成的功率损失。

具体地，所述涡轴发动机气动调节系统还包括涡轮转速监测模块60，所述涡轮转速监测模块60适于实时监测动力涡轮的转速；所述涡轮转速监测模块60与所述第二阀门120电连接和/或通信连接，所述第二阀门120的通流面积大小与所述涡轮转速监测模块60所感知的动力涡轮的转速大小成负相关。

需要说明的是，请参见图1所示，所述涡轴发动机气动调节系统还包括涡轮转速监测模块60，所述涡轮转速监测模块60可以包括转速传感器，本实施例中对所述涡轮转速监测模块60的具体配置形式不做具体的限定，可以根据实际情况调整。所述涡轮转速监测模块60与所述第二阀门120电连接和/或通信连接，当所述涡轮转速监测模块60所感知的动力涡轮的转速增大时，所述第二阀门120的通流面积减小，当所述涡轮转速监测模块60所感知的动力涡轮的转速减小时，所述第二阀门120的通流面积增大，从而对动力涡轮流函数进行主动气动调节，在对动力涡轮进行冷却的同时，可以提高发动机性能和环境适应能力。

实施例二

本实施例所提供的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，应用于如上述所述的涡轴发动机气动调节系统，其中所述涡轴发动机气动调节系统包括压气机10、粒子分离器20、动力涡轮导叶30、第一气调流路11、第二气调流路12和鼓风机50，其中，所述粒子分离器20的气流流道23内设置有砂尘浓度监测模块40，动力涡轮的转速由涡轮转速监测模块60实时监测，所述第一气调流路11上设置有第一阀门110，所述第二气调流路12上设置有第二阀门120，结合图6所示，本实施例提供一种涡轴发动机气动调节系统的控制方法流程示意图，包括：

S81、接收发动机的运行状态；

S82、基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块40获取进入至气流流道23内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块60获取动力涡轮的实时转速；

S83、基于所述砂尘浓度调节第一阀门110的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门120的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机50的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门120的通流面积大小。

以下对S81-S83进行统一说明：

本发明实施例中，控制器接收发动机的运行状态，基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块40获取进入至气流流道23内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块60获取动力涡轮的实时转速；随后传递信号到第一阀门110、第二阀门120和/或鼓风机50，基于所述砂尘浓度调节第一阀门110的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门120的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机50的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门120的通流面积大小。

具体地，当发动机处于高砂尘防护模式时，控制第一阀门110开启，以将压缩空气沿径向导入所述气流流道23内，同时将鼓风机50的电机功率调至最大；

当发动机处于最大功率模式时，控制第一阀门110关闭，降低鼓风机50的电机功率，同时将第二阀门120的通流面积调至最大；

当发动机处于最低油耗模式时，控制第一阀门110关闭，降低鼓风机50的电机功率，同时根据动力涡轮转速变化调节第二阀门120的通流面积大小。

需要说明的是，本发明所提供的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，通过引入气动调节，使得发动机具有三种模式，通过感知直升机功率需求及砂尘环境，从而实现发动机模式的自动切换；粒子分离器和动力涡轮的模式都具有独立变化功能使得发动机建立多种工作模式成为可能，从而提高了发动机整机的性能潜力和环境适应性。以下为发动机性能收益仿真分析：

仿真结果表明，高砂尘防护模式下，C砂分离效率不小于90％，AC砂分离效率不小于80％，可使得涡轴电机再砂尘环境下寿命增长10倍以上；最大功率模式下，发动机功率提高5％以上；最低油耗模式下，耗油率下降3％以上。

综上所述，本发明所提供的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，通过接收发动机的运行状态；基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块40获取进入至气流流道23内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块60获取动力涡轮的实时转速；基于所述砂尘浓度调节第一阀门110的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门120的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机50的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门120的通流面积大小，实现了发动机在砂尘环境和常规环境下的模式切换，能够兼顾砂尘环境的防砂功能和常规环境的经济性，提高了发动机对不同砂尘环境和工况的适应能力和发动机性能水平。

实施例三

在本实施例中还提供了一种涡轴发动机气动调节系统的控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图7示出了本发明实施例的一种涡轴发动机气动调节系统的控制装置，的结构示意图。所述涡轴发动机气动调节系统的控制装置包括：

接收模块901，用于接收发动机的运行状态。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述，此处不再赘述。

控制模块902，用于基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块40获取进入至气流流道23内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块60获取动力涡轮的实时转速。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述，此处不再赘述。

发送模块903，用于基于所述砂尘浓度调节第一阀门110的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门120的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机50的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门120的通流面积大小。详细说明参见上述方法实施例对应的相关描述，此处不再赘述。

实施例四

本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图7所示的涡轴发动机气动调节系统的控制装置。

请参阅图8，图8是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图8所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器1000、存储器2000，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图8中以一个处理器1000为例。

处理器1000可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器1000还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。

其中，所述存储器2000存储有可由至少一个处理器1000执行的指令，以使所述至少一个处理器1000执行实现上述实施例示出的方法。

存储器2000可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器2000可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器2000可选包括相对于处理器1000远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

存储器2000可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器2000还可以包括上述种类的存储器的组合。

该计算机设备还包括通信接口3000，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，包括：

压气机(10)；

粒子分离器(20)，包括内流道壁(21)和外流道壁(22)，所述内流道壁(21)和所述外流道壁(22)之间间隔形成气流流道(23)；所述内流道壁(21)上沿径向设置有第一引气口(24)，所述第一引气口(24)适于将压气机(10)的压缩空气沿径向导入所述气流流道(23)内；

第一气调流路(11)，其一端与所述压气机(10)相连通，另一端与所述第一引气口(24)相连通，所述第一气调流路(11)适于调节沿径向导入所述气流流道(23)内的压缩空气的流量，以调节所述粒子分离器(20)的流场；

动力涡轮导叶(30)，其上开设有第二引气口(31)，所述第二引气口(31)适于将压气机(10)的压缩空气导入动力涡轮叶间通道(300)内；

第二气调流路(12)，其一端与所述压气机(10)相连通，另一端与所述第二引气口(31)相连通，所述第二气调流路(12)适于调节导入所述动力涡轮叶间通道(300)内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数。

2.根据权利要求1所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述涡轴发动机气动调节系统还包括砂尘浓度监测模块(40)，所述砂尘浓度监测模块(40)内置于所述气流流道(23)内靠近所述粒子分离器(20)的空气进口的一端，所述砂尘浓度监测模块(40)适于实时监测由所述空气进口进入至所述气流流道(23)内的砂尘浓度。

3.根据权利要求2所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，

所述第一气调流路(11)上设置有第一阀门(110)，所述第一阀门(110)与所述砂尘浓度监测模块(40)电连接和/或通信连接；所述第一阀门(110)适于根据所述砂尘浓度监测模块(40)所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路(11)内的压缩空气的流量；

所述第二气调流路(12)上设置有第二阀门(120)，所述第二阀门(120)与所述砂尘浓度监测模块(40)电连接和/或通信连接；所述第二阀门(120)的通流面积连续可调，所述第二阀门(120)适于根据所述砂尘浓度监测模块(40)所感知的砂尘浓度调节所述第二气调流路(12)内的压缩空气的流量。

4.根据权利要求2所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述粒子分离器(20)的气流流道(23)在分流唇口(230)处分流形成清除流通道(231)和主气流通道(232)；

所述涡轴发动机气动调节系统还包括鼓风机(50)，所述鼓风机(50)设置于所述清除流通道(231)沿气流流向远离所述分流唇口(230)的一端；所述鼓风机(50)与所述砂尘浓度监测模块(40)电连接和/或通信连接，所述鼓风机(50)的电机功率大小与所述砂尘浓度监测模块(40)所感知的砂尘浓度大小成正相关。

5.根据权利要求3所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述涡轴发动机气动调节系统还包括涡轮转速监测模块(60)，所述涡轮转速监测模块(60)适于实时监测动力涡轮的转速；所述涡轮转速监测模块(60)与所述第二阀门(120)电连接和/或通信连接，所述第二阀门(120)的通流面积大小与所述涡轮转速监测模块(60)所感知的动力涡轮的转速大小成负相关。

6.一种涡轴发动机气动调节系统的控制方法，应用于如上述权利要求1-5中任意一项所述的涡轴发动机气动调节系统，其中所述涡轴发动机气动调节系统包括压气机(10)、粒子分离器(20)、动力涡轮导叶(30)、第一气调流路(11)、第二气调流路(12)和鼓风机(50)，其中，所述粒子分离器(20)的气流流道(23)内设置有砂尘浓度监测模块(40)，动力涡轮的转速由涡轮转速监测模块(60)实时监测，所述第一气调流路(11)上设置有第一阀门(110)，所述第二气调流路(12)上设置有第二阀门(120)，其特征在于，所述涡轴发动机气动调节系统的控制方法包括：

接收发动机的运行状态；

基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块(40)获取进入至气流流道(23)内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块(60)获取动力涡轮的实时转速；

基于所述砂尘浓度调节第一阀门(110)的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门(120)的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机(50)的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门(120)的通流面积大小。

7.根据权利要求6所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，其特征在于，

当发动机处于高砂尘防护模式时，控制第一阀门(110)开启，以将压缩空气沿径向导入所述气流流道(23)内，同时将鼓风机(50)的电机功率调至最大；

当发动机处于最大功率模式时，控制第一阀门(110)关闭，降低鼓风机(50)的电机功率，同时将第二阀门(120)的通流面积调至最大；

当发动机处于最低油耗模式时，控制第一阀门(110)关闭，降低鼓风机(50)的电机功率，同时根据动力涡轮转速变化调节第二阀门(120)的通流面积大小。

8.一种涡轴发动机气动调节系统的控制装置，应用于如上述权利要求6至7中任意一项所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，其特征在于，所述涡轴发动机气动调节系统的控制装置包括：

接收模块，用于接收发动机的运行状态；

控制模块，用于基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块(40)获取进入至气流流道(23)内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块(60)获取动力涡轮的实时转速；

发送模块，用于基于所述砂尘浓度调节第一阀门(110)的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门(120)的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机(50)的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门(120)的通流面积大小。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求6至7中任意一项所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求6至7中任意一项所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法。