JP2022122754A - 航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システム及び燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギアポンプの内部リークモデルを高精度で同定できる燃料供給システムを提供する。【解決手段】ギアポンプ１２０と、その下流で互いに並列接続されたオリフィス１４０及び逆止弁１５０を含む計量セクション１６０と、その下流に配置された最低加圧逆止弁１７０と、制御装置１８０とを備え、逆止弁１５０は、ギアポンプ回転数が上方閾値未満の時に閉じ上方閾値以上の時に開き、最低加圧逆止弁１７０は、シリンダと、シリンダ内を計量セクション出口に連通する第１室とシステム入口に連通する第２室とに区画するピストンとを備え、ピストンは第１室へ向かう方向にバネ付勢されており、シリンダ側壁には、ピストンの往復移動により開度が調整される流出ポートが設けられており、最低加圧逆止弁１７０は、ギアポンプ回転数が下方閾値以上中間閾値以下の時に、システム入口と計量セクション出口との間の差圧を一定に維持するよう構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システム、特に、ポンプを駆動する電動モータの回転数を制御することにより燃料流量を制御するように構成された燃料供給システムであって、低燃料流量時にポンプの内部リークモデルを同定しておき、高燃料流量時には、当該モデルに基づいて推定されるポンプの内部リーク量を加味して燃料流量の推定値を算出し、当該推定値と目標値との偏差がゼロとなるよう電動モータの回転数を制御するように構成された燃料供給システムに関する。更に、本開示は、そのように構成された燃料供給システムを用いた燃料供給方法に関する。

航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムは、航空機の例えば主翼内に設けられた燃料タンクから、当該航空機に搭載されたガスタービンエンジン（例えばターボファンエンジン）の燃焼器内に設置された燃料ノズルへ、ガスタービンエンジンの運転条件に応じた所定の流量の燃料を供給するためのシステムである。

燃料供給システムは、燃料を昇圧するためのポンプを備えているが、当該ポンプは、通常、非容積型ポンプ（例えば遠心ポンプ）として構成された低圧ポンプと、容積型ポンプ（例えばギアポンプ）として構成された高圧ポンプとから成っている。

これらのポンプは、従来、ＡＧＢ（Accessory Gear Box）を介して抽出されたガスタービンエンジンのメインシャフトの動力により駆動されていた。しかしながら、近年、地球温暖化防止のために航空機用ガスタービンエンジンの電動化が積極的に推進されており、上述したポンプを電動モータによって駆動するように構成された燃料供給システムが検討されている。

特許文献１は、ポンプを駆動する電動モータの回転数を制御することにより燃料流量を制御するように構成された、航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムを開示している。

当該燃料供給システムは、高圧ポンプの下流側にオリフィス流量計を備えており、低燃料流量時には、当該オリフィス流量計による燃料流量の計測値と目標値との偏差がゼロとなるよう、ポンプを駆動する電動モータの回転数が制御される。しかしながら、オリフィス流量計の前後差圧は燃料流量の増大と共にその２乗に比例して急激に増大するため、燃料流量の全範囲に亘って当該オリフィス流量計を燃料流量の計測に用いようとすると、非常に大きな昇圧能力を有する大型のポンプが必要となる。これは重量の増加を招くこととなるため、軽量化が求められる航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムにとっては望ましくない。

そのため、上記燃料供給システムは、高燃料流量時に、燃料の一部がオリフィス流量計をバイパスして流れるように構成されている。そして、この状態においては、燃料流量は高圧ポンプの回転数に基づいて推定され、この推定値と目標値との偏差がゼロとなるよう、ポンプを駆動する電動モータの回転数が制御される。

しかるに、上記燃料供給システムの構成要素である高圧ポンプはギアポンプとして構成されており、経年劣化に伴い内部リークが徐々に増大する。そのため、高燃料流量時の燃料流量制御を高精度で行うためには、当該内部リークを加味して燃料流量の推定値を算出する必要がある。

そこで、特許文献１が開示する燃料供給システムにおいては、吐出流量に占める内部リーク量の比率が大きい低燃料流量時に、オリフィス流量計による燃料流量の計測値を用いて、高圧ポンプの内部リークモデルの同定が行われる。当該内部リークモデルに基づいて推定される内部リーク量は、高燃料流量時に、高圧ポンプの回転数に基づいて燃料流量の推定値を算出する際に加味される。

国際公開第２０１９／１７２３７２号

本開示は、ポンプを駆動する電動モータの回転数を制御することにより燃料流量を制御するように構成された、航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムであって、特許文献１と異なる構成で、高圧ポンプの内部リークモデルの同定を高精度で行うことができるように構成された燃料供給システムを提供することを目的とする。更に、本開示は、そのように構成された燃料供給システムを用いた燃料供給方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の第１の態様の燃料供給システムは、システム入口から流入する燃料を昇圧して吐出するギアポンプと、前記ギアポンプの下流に配置され、互いに並列に接続されたオリフィス及び逆止弁を含む計量セクションと、前記計量セクションとシステム出口との間に配置された最低加圧逆止弁と、制御装置と、を備え、前記逆止弁は、前記ギアポンプの回転数が上方閾値未満である場合に閉じ、前記上方閾値以上である場合に開き、前記最低加圧逆止弁は、シリンダと、前記シリンダ内を往復移動可能なピストンと、を備え、前記シリンダ内は、前記ピストンによって、流入ポートを介して前記計量セクションの出口と連通する第１室と、前記システム入口と連通する第２室と、に区画されており、前記ピストンは、前記第２室内に配置されたバネによって、前記第１室へ向かう方向の力を受けており、前記シリンダの側壁には、前記流入ポートと前記システム出口とを連通させるための開口である流出ポートが設けられており、前記流出ポートは、前記ピストンの往復移動によって、その開度が調整されるように構成されており、前記最低加圧逆止弁は、前記ギアポンプの回転数が、前記上方閾値よりも小さな下方閾値以上であって、かつ、前記下方閾値よりも大きくかつ前記上方閾値よりも小さな中間閾値以下である場合に、前記システム入口と前記計量セクションの出口との間の差圧を一定に維持するように構成されている。

本開示の燃料供給システムによれば、内部リークモデルの同定を高精度で行うことができるという、優れた効果を得ることができる。

本開示の実施形態の航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムの構成を示すブロック図である。 本開示の実施形態の航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムに設けられた最低加圧逆止弁の構造を示す概略説明図である。 本開示の実施形態の航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムに設けられた最低加圧逆止弁のピストンの移動態様を示す概略説明図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本開示の実施形態の航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システムの構成を示すブロック図である。

燃料供給システム１００は、航空機２００の例えば主翼内に設けられた燃料タンク２１０からブーストポンプ２２０を経て供給された燃料を、ガスタービンエンジン３００（例えばターボファンエンジン）の燃焼器３１０内に設置された燃料ノズル３２０へ、ガスタービンエンジン３００の運転条件に応じた所定の流量で供給するためのシステムである。

燃料供給システム１００は、主要構成要素として、低圧ポンプ１１０、高圧ポンプ１２０、電動モータ１３０、オリフィス１４０及び加圧弁１５０を含む計量セクション１６０、最低加圧逆止弁（ＭＰＣＶ；Minimum Pressurizing Check Valve）１７０及び燃料供給制御装置（制御装置）１８０を備えている。なお、燃料供給システム１００は、通常、これらの構成要素の他に、燃料フィルタ、潤滑油冷却器（ＦＣＯＣ；Fuel Cooled Oil Cooler）等を備えているが、本開示には直接的に関係しないため、それらの図示は省略している。

低圧ポンプ１１０は、航空機２００の燃料タンク２１０からブーストポンプ２２０を経て供給された燃料を、昇圧して高圧ポンプ１２０へ送給するためのポンプである。低圧ポンプ１１０は、非容積型ポンプ（例えば遠心ポンプ）として構成されており、電動モータ１３０によって駆動される。

高圧ポンプ１２０は、低圧ポンプ１１０から供給された燃料を、昇圧して下流側へ送給するためのポンプである。高圧ポンプ１２０は、容積型ポンプ（例えばギアポンプ）として構成されており、電動モータ１３０によって駆動される。なお、低圧ポンプ１１０と高圧ポンプ１２０との間の燃料流路上のポイントＰ_Ｌには温度センサＳＴが設けられており、当該温度センサＳＴによって計測された高圧ポンプ１２０の入口における燃料温度Ｔの信号は、燃料供給制御装置１８０へ伝送される。

なお、電動モータ１３０から低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０への動力の伝達は、如何なる態様で行われてもよい。また、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０を、共通の１つの電動モータ１３０によって駆動することに代えて、それぞれのポンプを個別の電動モータによって駆動してもよい。

電動モータ１３０は、上述したように低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０を駆動する機能を有している。電動モータ１３０には、回転数センサＳＮが付設されており、当該回転数センサＳＮによって計測された回転数Ｎ_ｍの信号は、燃料供給制御装置１８０へ伝送される。また、電動モータ１３０の回転数は、当該燃料供給制御装置１８０から出力される回転数指令信号Ｎ_ｒによって制御される。

高圧ポンプ１２０の下流には分岐（ポイントＰ_Ｈ）が設けられており、当該分岐の下流には、互いに並列に接続されたオリフィス１４０及び加圧弁１５０を含む計量セクション１６０が配置されている。

オリフィス１４０は、これと並列に接続された差圧計ＳＤＰと共にオリフィス流量計を構成している（当該流量計は、互いに並列に接続されたオリフィス１４０及び差圧系ＳＤＰが配置された流路（並列流路）に基づき流量を計測する。なお、当該並列流路は、上述した分岐を介し、加圧弁１５０（逆止弁）と並列に設けられている）。当該オリフィス流量計は、後述するように、オリフィス１４０と並列に接続された加圧弁１５０が閉じている状態において燃料流量を計測する機能を有し、そのために、差圧計ＳＤＰによって計測されたオリフィス１４０の前後差圧ΔＰ_Ｍの信号は、燃料供給制御装置１８０へ伝送される。

計量セクション１６０に流入する燃料流量が少ない時（低燃料流量時）、加圧弁１５０は閉じた状態にある。この状態では、計量セクション１６０に流入する燃料の全てがオリフィス１４０を通過し、上述したように、当該オリフィス１４０と差圧計ＳＤＰとから成るオリフィス流量計によって燃料流量の計測（計量）が行われる。

一方、計量セクション１６０に流入する燃料流量が増大すると、オリフィス１４０の前後差圧も増大し、当該差圧が、逆止弁である加圧弁１５０に固有の閾値を超えると、加圧弁１５０は開いた状態となる。この状態では、燃料供給システム１００からガスタービンエンジン３００の燃料ノズル３２０へ供給される総燃料流量を、上述したオリフィス流量計によって計測することができなくなる。そのため、この状態において、当該総燃料流量は、後述するように、高圧ポンプ１２０を駆動する電動モータ１３０の回転数に基づいて推定される。

最低加圧逆止弁１７０は、上述した並列流路の下流に設けられており、後述するように、高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定が行われる低燃料流量時に、燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）と計量セクション１６０の出口（ポイントＰ_Ｍ）との間の差圧ΔＰ_Ｔ（図１参照）を一定に維持する機能を有する弁であるが、先ずその構造について以下で説明する。

図２は、最低加圧逆止弁１７０の構造を示す概略説明図である。

最低加圧逆止弁１７０は、主要構成要素として、シリンダ１７２及びピストン１７４を備えている。

シリンダ１７２は、中空円筒状に形成されており、円筒の軸方向における第１の端部１７２Ｍ、第２の端部１７２Ｒ（それぞれ、図において左端部、右端部）には、それぞれ主燃料流入ポート（流入ポート）１７２ｉ、レファレンス燃料ポート１７２ｒが設けられている。また、円筒の側壁には、軸方向に延びる開口部である主燃料流出ポート（流出ポート）１７２ｏが設けられている。

主燃料流入ポート１７２ｉは、計量セクション１６０の出口（ポイントＰ_Ｍ）と連通しており、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０によって昇圧され計量セクション１６０を通過した燃料を受け入れる。また、主燃料流出ポート１７２ｏは、（燃料供給システム１００の出口を経て）燃料ノズル３２０と連通しており、主燃料流入ポート１７２ｉを介して受け入れた燃料をガスタービンエンジン３００の燃料ノズル３２０へ流出させる。更に、レファレンス燃料ポート１７２ｒは、ポンプ（高圧ポンプ１２０）の上流で参照圧を取得するために、レファレンス燃料管ＴＲ（図１参照）を介して燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ（参照圧取得部））と連通している。

ピストン１７４は、シリンダ１７２の内部に配置され、その外周面がシリンダ１７２の内周面と気密に接触した状態で、シリンダ１７２の円筒の軸方向に往復移動し得るように構成されている。ピストン１７４によって、シリンダ１７２の内部空間は、第１の端部１７２Ｍ側（図において左側）の主燃料室ＣＭ（第１室）と、第２の端部１７２Ｒ側（図において右側）のレファレンス燃料室ＣＲ（第２室）とに区画されている。レファレンス燃料室ＣＲ内には、ピストン１７４を、シリンダ１７２の第２の端部１７２Ｒと連結するバネ１７６が配置されており、当該バネ１７６によって、ピストン１７４には、シリンダ１７２の第２の端部１７２Ｒから第１の端部１７２Ｍへ向かう方向の力Ｆが作用している。

以上のように構成された最低加圧逆止弁１７０において、ピストン１７４は、主燃料室ＣＭ内の圧力（流入した燃料の圧力）及びレファレンス燃料室ＣＲ内の圧力（参照圧）の変動に応じて、これら両圧力の差圧に起因する力（復元力）とバネ１７６（復元力付勢部材）から受ける力Ｆとが釣り合う平衡位置へ移動し、これにより、軸方向に延びる主燃料流出ポート１７２ｏ（流出ポート）の開度（開口面積）が調整される。

具体的なピストン１７４の移動態様を、図３を参照して以下で説明する。なお、以下の説明においては、燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）の圧力とレファレンス燃料室ＣＲ内の圧力、計量セクション１６０の出口（ポイントＰ_Ｍ）の圧力と主燃料室ＣＭ内の圧力とは、それぞれ実質的に等しいと仮定する。

電動モータ１３０が停止しており、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０が作動していない状態では、主燃料室ＣＭ内の圧力とレファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との間に差はなく、ピストン１７４は、バネ１７６の力Ｆによって、シリンダ１７２の第１の端部１７２Ｍに押し付けられている（図３（Ａ）参照））。

電動モータ１３０が起動され、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０が作動を開始すると、これら両ポンプの負荷（例えば電動モータ１３０の回転数）が上昇し、それに伴い主燃料室ＣＭ内の圧力は徐々に上昇し、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との差圧に起因してピストン１７４に作用する力がバネ１７６の力Ｆに打ち勝つ状態になると、ピストン１７４はシリンダ１７２の第２の端部１７２Ｒ側へ移動を開始する。なお、この状態では、シリンダ１７２の主燃料流出ポート１７２ｏはピストン１７４によって閉鎖されているが、このときの主燃料流出ポート１７２ｏの開度を、本明細書においては、便宜的にマイナス（０％未満）の開度と見なす。

電動モータ１３０の回転数が上昇し、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０の昇圧量が増大すると、主燃料室ＣＭ内の圧力は上昇し、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との差圧が第１の閾値ΔＰ_１を超えた時点で、シリンダ１７２の主燃料流出ポート１７２ｏが開き始める（図３（Ｂ）参照）。即ち、上述した差圧が第１の閾値ΔＰ_１に等しい時の主燃料流出ポート１７２ｏの開度は０％である。

電動モータ１３０の回転数が更に上昇し、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０の昇圧量が更に増大すると、主燃料室ＣＭ内の圧力は更に上昇し、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との差圧が第２の閾値ΔＰ_２に到達した時点で、シリンダ１７２の主燃料流出ポート１７２ｏは全開状態となる（図３（Ｃ）参照）。即ち、上述した差圧が第２の閾値ΔＰ_２に等しい時の主燃料流出ポート１７２ｏの開度は１００％である。

このように、最低加圧逆止弁１７０は、燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）の圧力と計量セクション１６０の出口（ポイントＰ_Ｍ）の圧力との差圧ΔＰ_Ｔ（図１参照）が、第１の閾値ΔＰ_１以上かつ第２の閾値ΔＰ_２以下の場合、即ち、以下の式（１）を満たす場合に、ピストン１７４による主燃料流出ポート１７２ｏの開度が、０～１００％の範囲で調整され得るように構成されている。
ΔＰ_１≦ΔＰ_Ｔ≦ΔＰ_２ （１）

ここで、航空機２００のブーストポンプ２２０の運転状態の変化に起因して、当該ブーストポンプ２２０の吐出圧力が、想定される変動の中央値を基準として±ΔＰ_Ｂ（ΔＰ_Ｂ：吐出圧力の最大偏差）の範囲で変動し得るものと仮定し、ブーストポンプ２２０が、その吐出圧力が上述した変動の中央値に等しい状態で作動しており、かつ、燃料供給システム１００が、以下の式（２）を満たした状態で定常作動している（即ち、モータ１３０が一定の回転数で作動している）ような状況について考える。
ΔＰ_１＋ΔＰ_Ｂ≦ΔＰ_Ｔ≦ΔＰ_２－ΔＰ_Ｂ （２）

この状況において、ブーストポンプ２２０の吐出圧力がΔＰ_Ｂだけ低下すると、当該圧力変化は、燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）からレファレンス燃料管ＴＲ及びレファレンス燃料ポート１７２ｒを介してレファレンス燃料室ＣＲに伝播する。すると、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力が主燃料室ＣＭ内の圧力よりも一時的にΔＰ_Ｂだけ低くなるため、平衡位置にあったピストン１７４は、バネ１７６の力Ｆに抗して第２の端部１７２Ｒ側へ（図において右側へ）移動する。これにより、主燃料流出ポート１７２ｏの開度が増加するため、その上流側に位置する主燃料室ＣＭ内の圧力は低くなる。その結果、主燃料室ＣＭ内の圧力とレファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との差圧は、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力が低下する前の状態に復帰し、ピストン１７４も元の平衡位置に復帰する。

逆に、ブーストポンプ２２０の吐出圧力がΔＰ_Ｂだけ上昇すると、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力が主燃料室ＣＭ内の圧力よりも一時的にΔＰ_Ｂだけ高くなるため、平衡位置にあったピストン１７４は、第１の端部１７２Ｍ側へ（図において左側へ）移動する。これにより、主燃料流出ポート１７２ｏの開度が減少するため、その上流側に位置する主燃料室ＣＭ内の圧力は高くなる。その結果、主燃料室ＣＭ内の圧力とレファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との差圧は、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力が上昇する前の状態に復帰し、ピストン１７４も元の平衡位置に復帰する。

ここで、差圧ΔＰ_Ｔが、上述した式（２）によって規定される範囲の最大値ΔＰ_２－ΔＰ_Ｂに等しい場合、ピストン１７４は、主燃料流出ポート１７２ｏの開度が１００％よりも僅かに小さくなる平衡位置にある。この状態でブーストポンプ２２０の吐出圧力がΔＰ_Ｂだけ低下すると、差圧ΔＰ_Ｔは一時的にΔＰ_２まで増大するが、このときピストン１７４は、主燃料流出ポート１７２ｏの開度がちょうど１００％に等しくなる位置まで移動する。このように、最低加圧逆止弁１７０は、差圧ΔＰ_Ｔが上述した式（２）によって規定される範囲の最大値に等しい場合であっても、ブーストポンプ２２０の吐出圧力が低下した場合に、上述したようにピストン１７４が元の平衡位置に復帰するという作用を有していることになる。

また、差圧ΔＰ_Ｔが、上述した式（２）によって規定される範囲の最小値ΔＰ_１＋ΔＰ_Ｂに等しい場合、ピストン１７４は、主燃料流出ポート１７２ｏの開度が０％よりも僅かに大きくなる平衡位置にある。この状態でブーストポンプ２２０の吐出圧力がΔＰ_Ｂだけ上昇すると、差圧ΔＰ_Ｔは一時的にΔＰ_１まで減少するが、このときピストン１７４は、主燃料流出ポート１７２ｏの開度がちょうど０％に等しくなる位置まで移動する。このように、最低加圧逆止弁１７０は、差圧ΔＰ_Ｔが上述した式（２）によって規定される範囲の最小値に等しい場合であっても、ブーストポンプ２２０の吐出圧力が上昇した場合に、上述したようにピストン１７４が元の平衡位置に復帰するという作用を有していることになる。

このように、最低加圧逆止弁１７０は、燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）の圧力と計量セクション１６０の出口（ポイントＰ_Ｍ）の圧力との差圧ΔＰ_Ｔが、上述した式（２）によって規定される範囲内にあるときは、航空機２００のブーストポンプ２２０の吐出圧力が変化した場合であっても、差圧ΔＰ_Ｔを一定に維持する作用を有している。

そこで、燃料供給システム１００は、高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定が行われる低燃料流量時に差圧ΔＰ_Ｔが一定に維持されるよう、当該内部リークモデルの同定が、上述した式（２）が満たされる状態において行われるように構成されている。これについて、以下で説明する。

ここで、再び図１を参照して、燃料供給システム１００の動作について説明する。

航空機２００の燃料タンク２１０からブーストポンプ２２０を経て供給された燃料は、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０によって順次昇圧され、計量セクション１６０に流入する。

低燃料流量時、加圧弁１５０は閉じた状態にあり、計量セクション１６０に流入する燃料の全てがオリフィス１４０を通過する。このとき、オリフィス１４０と並列に接続された差圧計ＳＤＰによって計測されたオリフィス１４０の前後差圧ΔＰ_Ｍの信号は、燃料供給制御装置１８０へ伝送され、前後差圧と燃料流量との関係に基づいて、オリフィス１４０を通過する燃料流量Ｑ_Ｍが算出される。

燃料供給制御装置１８０で算出された燃料流量は、一方では、ガスタービンエンジン３００の制御装置から入力される燃料流量の目標値と比較され、両流量の偏差がゼロとなるよう、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０を駆動する電動モータ１３０へ回転数指令信号Ｎ_ｒが伝送される。他方、燃料供給制御装置１８０においては、算出された燃料流量Ｑ_Ｍを用いて、高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定が行われる。これについて、以下で説明する。

高圧ポンプ１２０の内部リークモデルは、上述した燃料流量Ｑ_Ｍを用いて高圧ポンプ１２０の内部リーク面積Ａ_ｌｅａｋを算出するモデルであり、以下の式（３）で表される。

ここで、Ｖ_ｔｈは高圧ポンプ１２０の理論吐出容積（定数）、Ｎ_Ｈは高圧ポンプ１２０の回転数（電動モータ１３０に付設された回転数センサＳＮによって計測された回転数Ｎ_ｍから算出）、Ｃｄは高圧ポンプ１２０の流量係数（定数）、ρは高圧ポンプ１２０の入口における燃料の密度（温度センサＳＴによって計測された高圧ポンプ１２０入口における燃料温度Ｔから算出）、ΔＰ_Ｈは高圧ポンプ１２０の前後差圧である。

この内部リークモデルに基づいて算出された高圧ポンプ１２０の内部リーク面積Ａ_ｌｅａｋは、次いで、以下の式（４）によって高圧ポンプ１２０の容積効率ηｖを算出するために用いられる。

このようにして算出された高圧ポンプ１２０の容積効率ηｖは、高燃料流量時（即ち、加圧弁１５０が開いた状態）において、以下の式（５）によって燃料流量（高圧ポンプ１２０の吐出流量）Ｑ_Ｈを推定するために用いられる。
Ｑ_Ｈ＝ηｖ・Ｖ_ｔｈ・Ｎ_Ｈ （５）

以上で述べた高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定において、高圧ポンプ１２０の前後差圧ΔＰ_Ｈは、以下の式（６）により算出される。
ΔＰ_Ｈ＝ΔＰ_Ｔ－（ΔＰ_Ｌ+ΔＰ_Ｍ） （６）

ここで、ΔＰ_Ｔは、上述したように燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）の圧力と計量セクション１６０の出口（ポイントＰ_Ｍ）の圧力との差圧、ΔＰ_Ｌは、低圧ポンプ１１０における昇圧量、ΔＰ_Ｍは、計量セクション１６０（オリフィス１４０）の前後差圧である（図１参照）。

このうち、ΔＰ_Ｌは、低圧ポンプ１１０を駆動する電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍを用いて、以下の式（７）に基づいて推定される。ここで、ｆ_ＬはＮ_ｍの関数であり、事前に試験などを行って決定される。
ΔＰ_Ｌ＝ｆ_Ｌ（Ｎ_ｍ） （７）

また、ΔＰ_Ｍは、オリフィス１４０と並列に接続された差圧計ＳＤＰによって計測される。

一方、ΔＰ_Ｔは、特許文献１が開示する燃料供給システムに倣えば、それぞれ圧力センサによって計測された、燃料供給システムの入口の圧力と計量セクションの出口の圧力との差として、算出することができる。

しかしながら、燃料供給システム１００においては、これらの圧力センサが設けられていないため、ΔＰ_Ｌと同様に、低圧ポンプ１１０及び高圧ポンプ１２０を駆動する電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍを用いて、以下の式（８）に基づいて推定される。ここで、ｆ_ＴはＮ_ｍの関数であり、事前に試験などを行って決定される。
ΔＰ_Ｔ＝ｆ_Ｔ（Ｎ_ｍ） （８）

そして、燃料供給システム１００においては、高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定が行われる際、上述した式（６）によって高圧ポンプ１２０の前後差圧ΔＰ_Ｈを高精度で算出することができるよう、同式における差圧ΔＰ_Ｔを一定に維持すべく、上述した最低加圧逆止弁１７０の作用が用いられる。

上述したように、最低加圧逆止弁１７０は、差圧ΔＰ_Ｔが上述した式（２）により規定される範囲内にあるときは、航空機２００のブーストポンプ２２０の吐出圧力が変化した場合であっても、差圧ΔＰ_Ｔを一定に維持する作用を有している。

そこで、燃料供給システム１００は、電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍが以下の式（９）を満たす場合に、高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定が行われ得るように構成されている。
Ｎ_１≦Ｎ_ｍ≦Ｎ_２ （９）

ここで、Ｎ_１は、差圧ΔＰ_Ｔが上述した式（２）によって規定される範囲の最小値ΔＰ_１＋ΔＰ_Ｂに等しくなるような電動モータ１３０の回転数（下方閾値）であり、Ｎ_２は、差圧ΔＰ_Ｔが上述した式（２）によって規定される範囲の最大値ΔＰ_２－ΔＰ_Ｂに等しくなるような電動モータ１３０の回転数（中間閾値）である。

上述した構成を実現するために、最低加圧逆止弁１７０は、上述した式（９）によって規定される回転数範囲において、主燃料流出ポート１７２ｏの開度が０～１００％の範囲で可変に調整され得るように構成されている。

具体的には、最低加圧逆止弁１７０は、以下の条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たすように設計されている（具体的には、これらの条件が満たされるよう、シリンダ１７２及びピストン１７４の各部の寸法、並びに、バネ１７６のバネ定数などが設定される）。
（Ａ）電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍが上述した式（９）によって規定される範囲の最小値Ｎ_１に等しい時、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力がΔＰ_Ｂだけ上昇した場合に、主燃料流出ポート１７２ｏの開度がちょうど０％となる。
（Ｂ）電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍが上述した式（９）によって規定される範囲の最大値Ｎ_２に等しい時、レファレンス燃料室ＣＲ内の圧力がΔＰ_Ｂだけ低下した場合に、主燃料流出ポート１７２ｏの開度がちょうど１００％となる。

なお、電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍが、上述した回転数Ｎ_２よりも大きな回転数Ｎ_３に到達すると、燃料流量の増大に伴ってオリフィス１４０の前後差圧が増大し、当該差圧が逆止弁である加圧弁１５０に固有の閾値に到達して、当該加圧弁１５０が開き始める。

このように加圧弁１５０が開いた状態では、オリフィス１４０を通過する燃料流量Ｑ_Ｍは、燃料供給システム１００からガスタービンエンジン３００の燃料ノズル３２０へ供給される総燃料流量とは一致しなくなる。

そのため、電動モータ１３０の回転数Ｎ_ｍが回転数Ｎ_３（上方閾値）以上となった状態では、上述したようにして同定された高圧ポンプ１２０の内部リークモデルを用いて、上述した式（４）及び式（５）に基づいて燃料流量（高圧ポンプ１２０の吐出流量）Ｑ_Ｈが推定され、この推定値と目標値との偏差がゼロとなるよう、電動モータ１３０の回転数が制御される。

なお、この状態においては、最低加圧逆止弁１７０のピストン１７４はシリンダ１７２の第２の端部１７２Ｒに押し付けられ、シリンダ１７２の主燃料流出ポート１７２ｏは全開状態となっている（図３（Ｄ）参照））。なお、この状態での主燃料流出ポート１７２ｏの開度を、本明細書においては、便宜的に１００％よりも大きな開度と見なす。

なお、以上においては、最低加圧逆止弁１７０のレファレンス燃料室ＣＲが、レファレンス燃料ポート１７２ｒ及びレファレンス燃料管ＴＲを介して燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）と連通している実施形態について説明したが、最低加圧逆止弁１７０のレファレンス燃料室ＣＲは、高圧ポンプ１２０の入口（ポイントＰ_Ｌ）と連通していてもよい。

また、以上においては、温度センサＳＴを低圧ポンプ１１０と高圧ポンプ１２０との間の燃料流路上のポイントＰ_Ｌに設ける実施形態について説明したが、温度センサＳＴは、燃料供給システム１００の入口（ポイントＰ_Ｉ）に設けてもよい。

更に、以上においては、最低加圧逆止弁１７０に関して、主燃料室ＣＭ内の圧力とレファレンス燃料室ＣＲ内の圧力との差圧が第１の閾値ΔＰ_１、第２の閾値ΔＰ_２に等しい時の主燃料流出ポート１７２ｏの開度が、それぞれ０％、１００％である実施形態について説明したが、これらの開度は、それぞれ０％以上、１００％以下であってもよい。

以上で説明したように、本開示の実施形態の航空機用ガスタービンエンジンの燃料供給システム１００においては、高圧ポンプ１２０の内部リークモデルの同定が行われている間、航空機２００のブーストポンプ２２０の吐出圧力が変化した場合であっても、その開度が０～１００％の範囲となるように構成された主燃料流出ポート１７２ｏを有する最低加圧逆止弁１７０が採用されているため、この間、システム入口（ポイントＰ_Ｉ）～最低加圧逆止弁１７０の差圧ΔＰ_Ｔを一定に維持することができ、それにより、上述した内部リークモデルの同定を高精度で行うことができる。

１００ 燃料供給システム
１２０ 高圧ポンプ（ギアポンプ）
１４０ オリフィス
１５０ 加圧弁（逆止弁）
１６０ 計量セクション
１７０ 最低加圧逆止弁
１７２ シリンダ
１７２ｏ 主燃料流出ポート（流出ポート）
１７４ ピストン
１７６ バネ
１８０ 制御装置
ＣＭ 主燃料室（第１室）
ＣＲ レファレンス燃料室（第２室）
Ｎ_１ 回転数の下方閾値
Ｎ_２ 回転数の中間閾値
Ｎ_３ 回転数の下方閾値
Ｐ_Ｉ 燃料供給システムの入口
Ｐ_Ｍ 計量セクションの出口

Claims (8)

1. システム入口から流入する燃料を昇圧して吐出するギアポンプと、
   前記ギアポンプの下流に配置され、互いに並列に接続されたオリフィス及び逆止弁を含む計量セクションと、
   前記計量セクションとシステム出口との間に配置された最低加圧逆止弁と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記逆止弁は、前記ギアポンプの回転数が上方閾値未満である場合に閉じ、前記上方閾値以上である場合に開き、
   前記最低加圧逆止弁は、シリンダと、前記シリンダ内を往復移動可能なピストンと、を備え、
   前記シリンダ内は、前記ピストンによって、流入ポートを介して前記計量セクションの出口と連通する第１室と、前記システム入口と連通する第２室と、に区画されており、前記ピストンは、前記第２室内に配置されたバネによって、前記第１室へ向かう方向の力を受けており、
   前記シリンダの側壁には、前記流入ポートと前記システム出口とを連通させるための開口である流出ポートが設けられており、前記流出ポートは、前記ピストンの往復移動によって、その開度が調整されるように構成されており、
   前記最低加圧逆止弁は、前記ギアポンプの回転数が、前記上方閾値よりも小さな下方閾値以上であって、かつ、前記下方閾値よりも大きくかつ前記上方閾値よりも小さな中間閾値以下である場合に、前記システム入口と前記計量セクションの出口との間の差圧を一定に維持するように構成されている、燃料供給システム。
2. 前記最低加圧逆止弁は、前記ギアポンプの回転数が、前記下方閾値以上かつ前記中間閾値以下である場合に、前記流出ポートの開度が０～１００％の範囲で可変に調整され得るように構成されている、請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記流出ポートの開度は、
   前記ギアポンプの回転数が前記下方閾値に等しい場合、前記システム入口の圧力が、想定される変動の中央値よりも所定の最大偏差だけ高い場合に０％以上となり、
   かつ、
   前記ギアポンプの回転数が前記中間閾値に等しい場合、前記システム入口の圧力が、前記変動の中央値よりも前記最大偏差だけ低い場合に１００％以下となる、請求項２に記載の燃料供給システム。
4. 前記ギアポンプの回転数が前記下方閾値以上かつ前記上方閾値未満である場合、前記ギアポンプの回転数は、前記制御装置によって、前記オリフィスを用いて計測される燃料流量に基いて制御され、
   前記ギアポンプの回転数が前記下方閾値以上かつ前記中間閾値以下である場合、前記制御装置は、前記オリフィスを用いて計測される燃料流量に基いて、前記ギアポンプの内部リークモデルの同定を行い、
   前記ギアポンプの回転数が前記上方閾値以上である場合、前記ギアポンプの回転数は、前記制御装置によって、前記ギアポンプの回転数と、同定された前記ギアポンプの内部リークモデルとを用いて推定される燃料流量に基いて制御される、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料供給システムを用いた燃料供給方法。
5. ポンプと、
   前記ポンプの上流で参照圧を取得する参照圧取得部と、
   前記ポンプの下流に設けられた分岐と、
   前記分岐の下流に設けられた逆止弁と、
   前記分岐を介し、前記逆止弁と並列に設けられた並列流路と、
   前記並列流路に基づき流量を計測する流量計と、
   前記並列流路の下流に設けられた最低加圧逆止弁と、を備え、
   前記最低加圧逆止弁は、流入した燃料の圧力と前記参照圧との差の増大に伴い、開口面積が増大する流出ポートを備え、
   前記逆止弁は、前記ポンプの負荷増大に伴い、前記流出ポートを介した燃料の流通が可能な状態に切り替わる、
   ガスタービンの燃料供給システム。
6. 前記最低加圧逆止弁は、
   前記流出ポートが設けられたシリンダと、
   前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
   前記ピストンで区画されたシリンダ内の第１室と第２室とを備え、
   前記第２室は、前記参照圧取得部と接続して参照圧を取得し、
   前記第１室は、前記ポンプを介し昇圧された燃料が流入し、
   前記ピストンには、前記第２室から、前記第１室に向けた復元力を付勢する部材が取り付けられ、
   前記ピストンは、前記流出ポートの少なくとも一部を覆う位置に移動可能な、請求項５に記載のガスタービンの燃料供給システム。
7. 前記流出ポートは、前記ポンプが駆動していない状態では、前記ピストンに覆われ、閉じている、請求項６に記載のガスタービンの燃料供給システム。
8. 請求項５～７に記載したガスタービンの燃料供給システムを用いた、リークモデルの同定方法であって、
   前記ポンプを駆動するステップと、
   前記ポンプが、前記逆止弁が燃料を流通させない負荷において、前記流量と、前記ポンプの負荷に基づき、リークモデルを同定するステップと、を含む
   リークモデルの同定方法。

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