CN1199005C - 调整驱动直升飞机转子的功率组件的功率的器件和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于调整驱动直升机转子的功率组件的功率的器件，包括：测燃料馈送率的装置。本发明的特征在于它还包括电子控制器件(1)，包含对应于转子旋转速度NP的输入信号的采集装置(8)；处理所述输入信号的装置，包含微分元件(11)和求和元件(13)；阈值比较器(15)，用于接收所述处理装置的输出信号；以及致动器件(2)，用于接受电子控制器件(1)的输出信号并激励测燃料馈送率的装置(3)。

Description

调整驱动直升飞机转子的功率组件的功率的器件和方法
技术领域
本发明的主体是用于调整驱动直升飞机转子的功率组件的功率的器件，更确切地说，是在用于调整直升飞机转子旋转速度的主要系统出现故障的情况下，允许以紧急备用模式协助导航。
本发明的主体也是在主要调整系统出现故障的情况下所用的调整方法。
背景技术
直升飞机的涡轮发动机通常装备了具有或多或少复杂功能的调整系统。然而，调整系统的主要功能是在飞行中调整涡轮发动器提供的功率，以便于使直升飞机转子的旋转速度维持在基本恒定的数值上。
当今经常遇到的调整系统是装备了手动紧急备用器件的电子调整系统。
在正常操作中，调整是由接收来自各种各样传感器的信号并控制各种各样致动器的电子计算机来管理的，以便于能自动调整引擎所提供的功率。在电子调整系统出现故障且引起电子计算机难以调整引擎所提供的功率的情况下，直升飞机的导航必须采用手动紧急备用器件，根据直升机机动情况(设定倾角，降低倾角，着落，等等)产生的要求来手动改变涡轮发动机所提供的功率。从而，实质地增加了导航的负担。特别是，飞行员必须瞬时手动地调整供给涡轮发动机燃料的馈送率。这尤其限制单引擎直升机，直升机的任何机动都要求燃料馈送率的特定手动改变。
因此，有必要适当地训练飞行员以适应这特殊的情况。然而，为了减少不适当的飞行员训练所引起的风险，涡轮发动机的制造商倾向于使主要调整系统保证非常低的故障率，从而承担了较大的复杂性且因此增加了调整系统在整体中的成本。
发明内容
本发明的主体是一个简单，价廉的器件，它能够在主要调整系统出现故障的情况下改善功率组件的功率的调整，且能容易地以紧急备用模式来导航。
本发明的主体也是一个调整器件，它可增加在发生故障情况下的安全性且能以相对较低廉的价格来实现。
根据本发明，用于调整驱动直升机转子的功率组件的功率的器件包括，测燃料馈送率的装置；电子控制器件，它包含对应于转子旋转速度(NP)的输入信号的采集装置；处理所述输入信号的装置，它包含微分元件和求和元件，求和元件被设置成对旋转速度信号和它的微分值NP/dt)求和；以及基于阈值的比较器，它接收所述求和元件的输出信号且对致动器件发出输出信号，该信号能在增加或减小馈送率的方向上对测燃料馈送率的装置逐步起作用。致动器接收来自电子控制器件的输出信号并逐步激励测燃料馈送率的装置，使其以增加馈送率，减小馈送率，或维持馈送率不变。
这类器件特别简单，容易安装和容易使用，由于它不需要使用任何手动控制，从而就去除了操纵杆，连杆和曲柄等等。在主要调整系统出现故障的情况下，直升机的飞行员就不用再担心要手动调整燃料的馈送率，因为它可以自动控制。
在主要调整系统出现故障的情况下，相对于手动改变功率的紧急备用导航，大大简化了直升机的导航。这是因为飞行员只要采用平稳导航，而不需要任何生硬的动作和必须遵循引擎的最大转速以及直升机转子的转矩和速度上的限制。飞行员不再需要担心燃料的馈送率，因为这将由本发明的器件自动监视着。特别是，飞行员不再需要瞬时地手动改变燃料馈送率，以适应直升机机动情况(例如，设定倾角，降低倾角，着陆，等等)所产生的功率要求。
在较佳实施例中，致动器件是一种电器件，且电子控制器件还包括致动器件的电源装置。
为了能滤波输入信号可以采用低通滤波器。
比较器最好包括预置的高阈值和预置的低阈值。
致动器件最好设计成能以较低速度工作，且最好包括最小位置停止位。这样，就可以获得信号的合成效应。此外，对燃料馈送率变化速率的限制能够加速引擎，而不冒任何泵激的危险。同样，最小位置停止位能够减速引擎，而不冒任何停机的危险。
致动器件可以是，例如，在指定电源电压下旋转速度恒定的DC电机，或其它步进电机。
测燃料馈送率的装置可以包括与主要测燃料器合作的燃料辅助测燃料器，当辅助测燃料器与主要测燃料器并行工作时，它能在出现故障的瞬时增加一些馈送率，而当与主要测燃料器串行起作用时，它能去除一些馈送率。作为变化，测燃料装置可以是由具有双输入的步进电机控制的单个测燃料部件，其中一个输入由主要调整系统激励，而另一个输入在主要调整系统出现故障的情况下由本发明的器件来激励。
本发明特别适用于功率组件是涡轮发动机的情况。
以更一般的方式，本发明也涉及用于在主要调整系统出现故障的情况下调整驱动直升机转子的功率组件的功率的方法，其中该方法包括在主要调整系统出现故障时，测量并保持对功率组件的燃料馈送率，采集对应于转子旋转速度的信号；以及在主要调整系统的所述故障以后，相对于发生故障瞬时的馈送率，作为转子的旋转速度(NP)的函数，自动控制增加或减小功率组件的燃料馈送率。
用作转子旋转速度的单个输入信号允许以特别简单和廉价的装置来实现本发明的方法。
本发明还涉及一种直升机，它包括驱动其转子的功率组件和采用测燃料馈送率的装置为功率组件供料的主要调整系统，其中该直升机装备了在主要调整系统出现故障情况下用于备用的紧急器件，它包括：电子控制器件，包括对应于转子旋转速度(NP)的输入信号的采集装置；处理所述输入信号的处理装置，它包含微分元件和求和元件，其中求和元件被设置成对旋转速度信号和它的微分值求和；和基于阈值的比较器，它接收所述求和元件的输出信号且对致动器件发出输出信号，该信号能在增加或减小馈送率的方向上对测燃料馈送率的装置逐步起作用。
参照例子和附图的说明来讨论特殊实施例能更好地理解本发明。
附图说明
图1是说明根据本发明的器件基本原理的功能方框图；以及
图2是显示根据本发明的器件的典型实施例的功能方框图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明，用于调整驱动直升机的功率组件的功率的器件包括电子控制器件1，用于接收对应于转子旋转速度的输入信号NP。电子控制器件1与致动器件2相连接，致动器件2接收来自电子控制器件1的输出信号且逐步激励测燃料馈送率的装置3，随后通过图中4所示管道将燃料输送到驱动转子的功率组件，燃料是由储存箱(未显示)通过图中5所示的管道提供的。致动器2能够根据从电子控制器件1接收到的信号，通过测燃料装置3逐步增加或逐步减小燃料的馈送率。
电子控制器件1和致动器件2与测燃料装置3组合起来，构成了根据本发明的整个紧急备用器件，可用于控制输入功率组件(例如，涡轮发动机)的燃料馈送率，这样就可以相对发生故障瞬间的原有燃料馈送率，增加或去除燃料馈送率。
图1同样表示了在正常工作期间，即没有出现故障期间，为涡轮发动机提供燃料的主要调整系统。在这种情况下，主要调整系统6作用于主要测燃料装置7，通过导管4向涡轮发动机提供适于直升机飞行条件下每个瞬时的燃料馈送率。
众所周知，在飞行条件下，主要调整系统能够调整由引擎所提供的功率，使得直升机转子的旋转速度维持在一个基本恒定的数值上。本发明的功率调整器件能够在故障出现以后补偿主要调整系统6的失效，而不需要飞行员承担特别机敏的手动改变操作。
在图1所说明的实施例中，测燃料装置3不同于主要测燃料装置7。测燃料装置3与主要测燃料装置7并行工作，则可相对于出现故障瞬时的燃料馈送率增加燃料馈送率；而测燃料装置3与主要测燃料装置7串行工作，则可相对于出现故障瞬时的燃料馈送率减小燃料馈送率。
在图2所说明的实施例中，我们再一次使电子控制  器件1接收对应于转子旋转速度的信号NP作为单个输入信号。电子控制器件1包括信号NP的采集装置8，之后是滤波器件9，如低通滤波器形式的。滤波器9的输出信号通过连接器10馈送至微分元件11并通过连接器12馈送至求和元件13。因此，求和器13的输出信号的形式是NP+K.dNP/dt的形式。该信号通过连接器14输送至基于阈值的比较器15，该基于阈值的比较器15包括具有高阈值的比较元件15a和具有低阈值的比较元件15b。高阈值的数值和低阈值的数值都分别通过连接器16a，16b送入比较器15a和15b。
因此，基于阈值的比较器15将信号NP+K.dNP/dt与高阈值和低阈值比较。比较器15通过它的输出端17a，17b之一发出一个输出信号，输出端与控制致动器件2的电源器件18相连接。因此，如果NP+K.dNP/dt低于低阈值就在增加燃料馈送率的方向上，或者如果NP+K.dNP/dt高于高阈值就在降低燃料馈送率的方向上，以全有或全无的模式实现对致动器2的控制。在比较器15没有任何输出信号的情况下，也就是说当信号NP+K.dNP/dt处于高和低的阈值之间时，致动器2就不会运行且燃料馈送率保持不变。
于是，本发明器件的作用使得信号NP的值维持在预定低阈值和预定高阈值之间，这样就使直升机的转子的旋转速度保持在两个类似的预定阈值之间。
一旦功率要求的变化引起直升机的转子旋转速度的变化，因此引起信号NP的变化时，就可能根据导数项“K.dNP/dt”来预测致动器件2的控制。
电致动器件2最好以相当低的速度运行。此外，它最好包括最小位置停止位。这样，如以上所指出的，就能够得到对燃料馈送率的变化速率的限制以及对低数值燃料馈送率的限制，因此就能加速涡轮发动机而没有泵激的风险，或减速涡轮发动机而没有关机的风险。
电致动器件2可以是DC电机或步进电机，以保证相对低的运行速度下。
致动器件2的电源器件18能够控制恒定的运行速度，或根据信号NP和运行方向控制运行速度。
从整体上看，电子控制器件1可以有几种方法来构成。于是，它可以采用运算放大器，使其成为模拟电子器件。它也可以采用EPLD型的可编程数字元件，ASIC型的专用元件或直接利用软件控制的微处理器，使其获得以上所讨论的功能。
电子控制器件1可以集成在对应于调整的紧急备用操作的专用盒中，另一方面，它也可集成在执行直升机其它功能的盒中。
本发明的调整器件能以较低的生产管理成本，在主要调整系统出现故障的情况下提供操作的紧急备用模式，飞行员使用该器件比使用纯手动紧急备用器件更容易且更安全。
在主要调整系统出现故障的情况下，本发明的器件相对于发生故障时存在的馈送率来自动地命令增加或减小提供给功率组件的燃料馈送率，而燃料馈送率是直升机转子旋转速度的独立函数。由此使飞行员所承受的负担要比使用常规类型的手动紧急备用器件小得多。特别是，依赖于本发明的调整器件，飞行员只需要采用平稳导航，并小心地去遵循既适合引擎又适合直升机飞行的操作限制。燃料的馈送率由本发明的调整器件自动地监视着。
对单引擎直升机来说，这种简化特别值得做，在单引擎直升机中，直升机的任何机动都需要燃料馈送率的手动改变。
此外，本发明的器件提高了安全性，因为它只需要飞行员少量的机敏性。另外，依赖本发明的器件，就不再需要飞行员去经受特殊的训练来使用紧急备用模式的导航，从而为操作者展示可观的经济效益。
本发明的器件也能够减少对主要调整系统的可靠性，安全性以及有效性的限制，特别是，在发生故障的情况下具有有效的、可靠的和便于操作的紧急备用操作模式，它可以接受主要调整系统故障可接受频率的增加。
本发明的器件特别适用于安装在单引擎直升机上的涡轮发动机，因为与纯手动紧急备用器件相比，增加了飞行员使用的方便性。此外，在这种情况下，本发明的器件允许降低生产成本，而手动紧急备用器件需要高成本且难以制造的旋转操作控制器件。
本发明的器件也可以应用于双引擎的直升机。在这种情况下，当一个引擎切换到紧急备用模式时，为了避免在两个引擎之间过大的负载不平衡，就必须对保持在正常运行状态的另一个引擎提供自动适应的调整规则。
本发明的器件特别简单，因为只将单个参数作为输入，即转子的旋转速度，必要的计算函数十分简单(将速度信号与其导数之和与两个预定阈值比较)并且电致动器以全有或全无的模式来控制燃料馈送率的增加，燃料馈送率的减小，或维持燃料馈送率不变。

Claims (11)

1.用于调整驱动直升机转子的功率组件的功率的器件，包括：测燃料馈送率的装置；电子控制器件(1)，包含对应于转子旋转速度(NP)的输入信号的采集装置(8)；处理所述输入信号的装置，包含微分元件(11)和求和元件(13)，其特征在于，求和元件被设置成对旋转速度信号(NP)和它的微分值(K.dNP/dt)求和；基于阈值的比较器(15)接收所述求和元件的输出信号且对致动器件(2)发出输出信号，该信号能在增加或减小馈送率的方向上对测燃料馈送率的装置(3)逐步起作用。
2.如权利要求1所述的调整器件，其特征在于，致动器件是一个电器件，且电子控制器件进一步包括致动器件的电源装置(18)。
3.如权利要求1或2所述的调整器件，其特征在于，低通滤波器(9)进行输入信号的滤波。
4.如权利要求1或2所述的调整器件，其特征在于，比较器包括高阈值和低阈值。
5.如权利要求1或2所述的调整器件，其特征在于，致动器件以相对低的速度运行并包括最小位置停止位。
6.如权利要求5所述的调整器件，其特征在于，致动器件是DC电机，它的旋转速度对于指定的电源电压是恒定的。
7.如权利要求5所述的调整器件，其特征在于，致动器件是步进电机。
8.如权利要求1或2所述的调整器件，其特征在于，测燃料馈送率的装置包括与主要测燃料器(7)并行工作的辅助测燃料器(3)。
9.如权利要求1或2所述的调整器件，其特征在于，功率组件是涡轮发动机。
10.一种在主要调整系统出现故障的情况下用于调整驱动直升机转子的功率组件的功率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在主要调整系统出现故障时，测量并保持对功率组件的燃料馈送率，采集对应于转子旋转速度(NP)的信号；以及在主要调整系统的所述故障以后，相对于故障瞬时的馈送率，作为转子旋转速度(NP)的函数，来自动控制对功率组件的燃料馈送率的增加或减小。
11.一种直升机，它包括驱动其转子的功率组件和采用测燃料馈送率的装置为功率组件供料的主要调整系统，其特征在于，直升机装备了在主要调整系统出现故障情况下用于备用的紧急器件，它包括：电子控制器件(1)，包括对应于转子旋转速度(NP)的输入信号的采集装置(8)；处理所述输入信号的处理装置，它包含微分元件(11)和求和元件(13)，其中求和元件被设置成对旋转速度信号(NP)和它的微分值(K.dNP/dt)求和；和基于阈值的比较器，它接收所述求和元件的输出信号且对致动器件(2)发出输出信号，该信号能在增加或减小馈送率的方向上对测燃料馈送率的装置(3)逐步起作用。
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