JP2854583B2 - ガスタービンエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ガスタービンエンジンの制御装置に関す
るもので、特にガスタービンの外的要因による損傷に対
処するための制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 航空機のガスタービンエンジン制御の基本的な目的
は、エンジンの運転状態を調整してパイロツトの望む推
力を発生するとともに、エンジンの運転効率を向上し、
安全を確保し、更にエンジンの寿命を伸長するものであ
る。この種のガスタービンエンジンには、必要に応じて
コンプレツサより空気を抜くためのブリード弁が設けら
れている。通常状態では、ブリード弁はエンジンの運転
状態がストール条件からの充分なマージンを確保出来る
ように設定された開度スケジユールで制御される。

ガスタービンエンジンにおいてストールは、急加速
時、急減速時、先行機の高温ガス吸込み等によつて発生
する。多くの場合、ガスタービンエンジンには、ストー
ル状態からの回復機能が付与されており、また、エンジ
ンのストール状態はスロツトル開度を減少するこによつ
て回避される。アメリカ特許第4,603,546号には、スト
ールの原因が解消するまで、ブリードの制御スケジユー
ルを変更することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 一方、例えば鳥の吸込み等の外的要因によつてエンジ
ンが損傷する場合がある。このような外的要因によるエ
ンジンの損傷はその性質上、複数のエンジンに同時に発
生しがちである。この種の外的要因による損傷はエンジ
ンを破損するので通常のブリード制御スケジユールによ
つて制御を行なつた場合エンジンは頻繁にストールする
ことになる。このような場合に、ブリードの制御スケジ
ユールを変更してブリード空気を増加させることによつ
て、損傷を受けたエンジンの運転を継続することが可能
である。しかし乍ら、ブリードの制御スケジユールを変
更してエンジンを運転した場合には、エンジン性能の低
下を惹起するとともに、エンジン部品の温度上昇を起こ
す。一方、例えば離陸時等の特定の運転状態において
は、上記のような問題が生じるにもかかわらず、ブリー
ドの制御スケジユールの変更が必要となる場合がある。

そこで、本発明の目的は、外的要因によるエンジンの
ストールに応じてガスタービンエンジンのブリード弁を
制御してストールを回避出来るようにすることである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明によれば、ブリ
ード弁が全閉状態位置にあるときにエンジンの運転状態
を監視してストール状態を検出し、次いでエンジンのス
トール状態から回復を検出し、回復後所定時間内に再ス
トールが検出されないときには通常状態のエンジンの運
転を継続するとともに、前記所定時間内にエンジンの再
ストールが検出されたときには所定のスケジユールによ
りブリード弁を開放するようにして、外的要因によつて
ガスタービンエンジンに損傷を受けた場合に一定時間所
要推力を得るようにしたことを特徴とするガスタービン
エンジンの制御方法が提供される。

なお、好ましくは、前記所定スケジユールによるブリ
ード弁の開度制御を一定時間継続し、前記一定時間経過
後は通常のエンジン制御を行うようにして、スケジユー
ルの変更によるエンジンへの悪影響を回避する。また、
スロツトル開度を検出し、ストツトル開度が所定の最少
開度となつたときに前記所定スケジユールによるブリー
ド弁の開度制御を禁止して、通常のエンジン制御を行う
ことも可能である。

なお、前記の所定時間を10秒よりもに短く設定し、前
記の一定時間が４乃至６分間に設定することが望まし
い。

本発明の第二の発明によれば、ガスタービンのストー
ルを検出するストール検出手段と、ブリード弁の弁位置
を検出する弁位置検出手段と、前記ストール状態を検出
したときに第一のフラグをセツトする第一のフラグセツ
ト手段と、前記第一のフラグセツトされているときにエ
ンジンのストール状態からの回復を検出して第２のフラ
グをセツトする第二のフラグセツト手段と、タイマと、
前記第二のフラグのセツトとともに前記タイマを起動す
るタイマ起動手段と、前記タイマの計時中の所定の第一
の期間内にストールが検出されたときに第三のフラグを
セツトする第三のフラグセツト手段と、前記所定の第一
の期間内にストールが検出されないときに前記第一、第
二のフラグをリセツトするフラグセツト手段と、通常運
転状態におけるブリード弁制御スケジユールを設定する
手段と、ストールを回避するためのブリード弁制御スケ
ジユールを設定する手段前記第三のフラグがセツトされ
たときにブリード弁の制御スケジユールを前記通常運転
時の制御スケジユールからストール回避用の制御スケジ
ユールに切換える手段とによつて構成した航空機用ガス
タービンエンジンの外的要因による損傷時の制御装置が
提供される。

第二の発明による制御装置にはさらに前記タイマによ
る計時時間が第二の所定時間を経過するまでの間前記ス
トール回避用制御スケジユールによるブリード制御を継
続し、第二の所定時間経過後にブリード制御スケジユー
ルを通常運転時の制御スケジユールに復帰させる手段を
設けることが出来る。

また、好ましくは、前記ブリード弁が実質的に開いて
いない状態においては前記第一のフラグセツト手段の動
作を禁止する手段を設け、あるいは、前記ブリード弁の
開度が25％よりも大きいときに、前記第三のフラグセツ
ト手段の動作を禁止する手段を設けることができる。

また、一方、第二の発明の装置には、スロツトル開度
を検出する手段と、スロツトル開度が小さいときに、前
記ブリードの制御スケジユールを前記ストール回避用ス
ケジユールから通常運転状態のスケジユールに切替える
手段を設けることも出来る。

本発明の第三の発明によれば、コンブレツサに設ける
ブリード弁と、該ブリード弁を所定のブリード開度位置
にブリード弁を駆動するブリードアクチユエータと、エ
ンジンのストール状態を検出する第一の手段と、エンジ
ンストールの発生間隔を測定して、所定間隔よりも短い
時間間隔のエンジンストール発生を検出する第二の手段
と、予め定めるブリード制御パラメータを検出して、こ
の制御パラメータに基づいて所定の第一のスケジユール
に従つてブリード開度を決定し、決定したブリード開度
を示すブリード制御信号を発生して、前記ブリードアク
チユエータを駆動してブリード弁の開度を前記決定した
ブリード開度に制御する第三の手段と、前記第二の手段
が所定時間間隔よりも短い時間間隔の発生を検出したと
きに、前記第三の手段により決定されるブリード開度
を、第二のスケジユールに従つて決定されるブリード開
度に置換する第四の手段とによつて構成したことを特徴
とするガスタービンエンジンのブリード制御装置が提供
される。

［実施例］ 以下に本発明の実施例によるガスタービンエンジンの
制御装置を添付図面を参照しながら説明する。

本発明の好適実施例による制御装置を適用するガスタ
ービンエンジン10は、コンプレツサ12と、燃焼器14とタ
ービン16を有している。制御装置は第１図に参照符号18
で示されており、この制御装置18は、燃料ポンプ20より
燃料供給ライン22を介して燃焼器14に供給される高圧燃
料を制御するとともに他のガスタービンエンジンの運転
パラメータを制御する。なお、図示の例では、制御装置
18が燃料供給ライン22の燃圧を制御するように示されて
いるが、実際には、制御装置はプレツシヤレギユレータ
を制御して燃圧の制御を行うものである。

コンプレツサ12にはブリード弁が設けられており、こ
のブリード弁駆動ユニツト24によつて駆動される。ブリ
ード弁駆動ユニツト24は、ブリード弁の弁位置制御を行
うと同時に、ブリード弁の弁位置検出をも行うように構
成されている。制御装置18は、ブリード弁駆動ユニツト
24にブリード制御信号を制御ライン26を介して出力して
ブリード弁を所望の弁位置に動作させる。一方、ブリー
ド弁駆動ユニツト24は、ブリード弁の弁位置を示すフイ
ードバツク信号をフイードバツクライン28を介して制御
装置18に入力する。更に、制御装置18には、フライト制
御30より、所望推力を示す推力制御信号が制御ライン32
を経て入力される。また更に、制御装置18には、他の運
転パラメートを示す複数の入力信号がデータ入力ライン
34を経て入力されるとともに、サージ検出に用いるサー
ジ制御信号がライン36を経て入力される。また、制御装
置18には、エンジンのストール状態を検出するストール
状態検出器35が接続されており、エンジンのストール状
態を検出したときにストール信号を制御装置に入力する
ように構成される。なお、ストール状態検出器は例えば
アメリカ特許第4,549,358号、アメリカ特許第4,594,051
号、アメリカ特許第4,060,979号、アメリカ特許第4,60
3,549号、アメリカ特許第4,117,668号等に示されたもの
が用いられる。

第２図は、本発明による制御装置における、フラグを
用いた制御方法を示すものである。なお、以下の説明に
おいてはフラグを用いたエンジン制御について説明する
が、本発明の他の方法においても同等の制御を行うこと
が可能となる。

第２図において、主論理ループのステツプ40では、フ
ラグレジスタにセツトされたフラグ値が０であるか否か
を判定する。ステツプ40においてフラグ値が０でない場
合には、ステツプ48で、ブリード弁の開度が１％以下
（99％以上閉じている）か否かをブリード弁駆動ユニツ
ト24から入力するフイードバツク信号に基づいて判断す
る。ステツプ48において、ブリード弁の開度か１％以下
であると判定された場合には、ステツプ50においてエン
ジンにストールが発生しているか否かを検出する。ステ
ツプ50においてストール発生が検出された場合には、ス
テツプ52でフラグ値を１にセツトする。

一方、ステツプ40においてフラグ値が０以外であつた
場合、又は、ステツプ48において検出されたブリード弁
の開度が１％よりも大きい場合、若しくはステツプ50に
おいてストールが検出されなかつた場合、主論理ループ
のステツプ42において、フラグレジスタにセツトされた
フラグ値が１であるか否かを判定する。

ステツプ42でフラグ値が１であると判定された場合、
ステツプ54において、エンジンがストール状態であるか
否かを検出し、ストール状態でない場合にはステツプ56
で、フラグのフラグ値を２にセツトする。

ステツプ42においてフラグ値が１以外である場合、又
はステツプ54においてエンジンのストール状態が検出さ
れた場合、若しくはステップ56にてフラグ値を２にセツ
トした後、主論理ループのステツプ44においてフラグ値
が２にセツトされているか否かを判断する。ステツプ44
でフラグ値が２にセツトされていると判定された場合に
は、スイテツプ58で計時カウント値CTRに所定値DTを加
算する。次いで、ステツプ60で計時カウンタのカウント
値CTRが判定基準値に達したか否から判定する。なお、
図示の実施例において、この判定基準値は10秒に設定さ
れる。

ステツプ60における比較の結果がカウント値CTRが判
定基準値よりも小さいと判定された場合には、ステツプ
62にてブリードの開度が25％よりも大きいか否かをチエ
ツクする。ステツプ62においてブリード開度が25％以下
であると判定された場合には、ステツプ68でエンジンの
ストール状態の有無をチエツクし、ストール状態が検出
された場合には、ステツプ70でフラグのフラグ値を３に
セツトする。

一方、ステツプ60の判定結果が計時カウンタのカウン
ト値CTRが判定基準値以上である場合には、ステツプ64
でフラグ値が３にセツトされているか否かを判定する。
ステツプ64においてフラグ値が３セツトされていないと
判定された場合には、ステツプ66で、計時カウンタのカ
ウント値とフラグレジスタのフラグ値をクリアする。

また、ステツプ44においてフラグ値が２以外であると
判定された場合、ステツプ64においてフラグが３である
と判定された場合、ステツプ62においてブリード開度が
25％よりも大きいと判定された場合、ステツプ68におい
てエンジンストールが検出されなかつた場合、及びステ
ツプ66にてカウント値及びフラグ値をクリアし、又はス
テツプ70にてフラグ値を３にセツトした後、主論理ルー
プのステツプ46で計時カウンタのカウント値CTRが時間
基準値（例えば330秒）に達したか否かを判定し、更に
スロツトル開度が減少したか否かを判定し、カウント値
が時間基準値を越える場合又はスロツトル開度が減少し
た場合には、ステツプ72で、フラグ値及びカウント値を
クリアする。

第３図は、制御装置18のブリード制御スケジユールの
設定部の構成を示すブロツク図であり、スイツチ機構82
は通常運転状態で使用する定常スケジユールの記憶手段
よりデータライン82を介して読出される定常スケジユー
ルと、ストールが連続して発生する運転状態において使
用されるストール回避スケジユールの記憶手段よりデー
タライン86を介して読出されるストール回避スケジユー
ルとを切換えてブリード弁駆動ユニツト24に出力する。
なお、ブリード弁開度と運転状態の関係を示す定常スケ
ジユールは、例えばアメリカ特許第4,251,985号、アメ
リカ特許第4,502,275号、アメリカ特許第3,972,641号等
に示されている。

スイツチ機構82はフラグレジスタのフラグ値に応じ
て、定常スケジユールとストール回避スケジユールを選
択してブリード弁駆動ユニツト24に送出する。即ち、フ
ラグ値が３以外の値となつているときは、定常スケジユ
ールを選択して、定常スケジユールによりブリード弁駆
動ユニツト24を制御する。一方、フラグ値が３セツトさ
れている場合には、ストール回避スケジユールを選択し
て、ストール回避スケジユールによりブリード弁駆動ユ
ニツト24を制御する。定常スケジユールにおいては、運
転効率等を最適化するように予め選択された運転パラメ
ータに応じてブリード弁を制御し、ストール回避スケジ
ユールにおいては、エンジン効率、耐久性等を度外視し
て、ストールを回避するのに充分なブリード空気をブリ
ード弁より導入するように、ブリード弁位置を動作させ
る。

上記のブリード制御スケジユールの選択動作について
更に説明すれば、フラグ値が０で（ステツプ40）、ブリ
ード開度が１％以下の状態（ステツプ48）で最初のスト
ールが発生（ステツプ50）すると、フラグ値が１にセツ
トされる（ステツプ52）、フラグ値が０の状態は、スト
ールが発生していないことを意味しているので、ステツ
プ40は、所定時間内にストールが一度発生しているか否
かの判定を行つている。また、ステツプ48においては、
ブリードの開度によつてエンジンの負荷状態を検出する
もので、周知のようにブリード弁はエンジンの全負荷状
態で全閉となり、無負荷状態は開放されるので、ブリー
ド弁の開度によつてエンジン負荷の判定が可能となる。
ステツプ48では、ブリード開度が１％以下のほぼ全負荷
に近い状態でのストール発生を回避するために、ストー
ル回避動作を必要としない運転領域（ブリード開度が１
％を越える領域）では、ステツプ50におけるストール検
出を行わないようになつている。従つて、全負荷領域以
外ではフラグ値が１にセツトされることはなく、従つて
本発明によるストール回避動作は行らわれない。

一方、ステツプ42では、フラグ値１を検出することに
よつて、全負荷状態でストールが発生したことを検出し
ており、この状態で制御装置は、ストール回避動作のス
タンバイ状態となる。この状態で、エンジンがストール
状態を脱すると、ステツプ56でストール発生後エンジン
運転がリカバリされたことを示すフラグ値２がセツトさ
れる。

通常の運転状態では、リカバリ後短時間で再びストー
ルが発生することはないので、この状態で再びストール
が短時間に発生した場合に例えば鳥の吸込み等の外的要
因によるエンジンの故障状態と判定することが出来る。

ステツプ60では、ステツプ58でカウントアツプされる
カウント値によつてストール回避後予め定めた時間、例
えば10秒が経過したか否かを検出し、予め定めた時間以
内であれば、ブリード弁開度をチエツクする。

周知のように、エンジンのストールを回避するために
は、ブリード弁開度を増加させてエンジン回転を回復さ
せ回転の回復に応じてブリード弁開度を減少するので、
ブリード弁開度が25％よりも大きい場合、エンジン回転
の回復が不充分であるか又はエンジン負荷が減少したと
判断される。この状態が所定時間以上継続した場合に
は、フラグとカウンタをクリアして、ストール回避制御
を停止する。一方、所定時間、10秒、以内にブリード弁
開度が25％以下となり、ステツプ68でストールが検出さ
れるとフラグ値３がセツトされて、ストール回避動作が
開始される。

ストール回避動作を長時間にわたつて継続すると、エ
ンジンの運転効率が低下するばかりでなく、エンジン各
部の温度上昇による悪影響があるので、本実施例ではス
トール回避動作の継続時間を330秒（５¹/₂分）に制限し
ている。

なお、本発明は、上記の好適実施例においては、特定
のプロセスによるストール回避制御を行つているが、本
発明はこれに特定されるものではなく、特許請求の範囲
を逸脱しない範囲のいかなる制御をも包含するものであ
る。

［効果］ 上記のように、本発明によれば、離陸時等の高負荷領
域の運転状態において、鳥の吸込み等の外的要因によつ
てストールが発生した場合にも、エンジンの回転を維持
することが出来るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好適実施例によるガスタービンエン
ジンの制御装置のブロツク図、 第２図は、第１図の制御装置の動作を示すフローチヤー
ト、 第３図は、第１図の制御装置の要部を示すブロツク図で
ある。 18:ガスタービンエンジン制御装置 24:ブリード弁駆動ユニツト 82:スイツチ

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブリード弁が全閉状態位置にあるときにエ
   ンジンの運転状態を監視してストール状態を検出し、次
   で、エンジンのストール状態から回復を検出し、回復後
   所定時間以内に再ストールが検出されないときには通常
   状態のエンジン運転を継続するとともに、前記所定時間
   内にエンジンの再ストールが検出されたときには所定の
   スケジユールによりブリード弁を開放するようにして、
   外的要因によつてガスタービンエンジンに損傷を受けた
   場合に一定時間所要推力を得るようにしたことを特徴と
   するガスクービンエンジンの制御方法。
2. 【請求項２】前記所定スケジユールによるブリード弁の
   開度制御を一定時間継続し、前記一定時間経過後は通常
   のエンジン制御を行うようにしたことを特徴とする請求
   項第１項記載のガスタービンエンジンの制御方法。
3. 【請求項３】スロツトル開度を検出し、スロツトル開度
   が所定の最少開度となつたときに前記所定スケジユール
   によるブリード弁の開度制御を禁止して、通常のエンジ
   ン制御を行うようにしたことを特徴とする請求項第２項
   記載のガスタービンエンジンの制御方法。
4. 【請求項４】前記の所定時間を10秒以下に設定すること
   を特徴とする請求項第１項乃至第３項のいずれかに記載
   のガスタービンエンジンの制御方法。
5. 【請求項５】前記の一定時間が４乃至６分間である請求
   項第２項又は第３項に記載のガスタービンエンジン制御
   方法。
6. 【請求項６】ガスタービンのストールを検出するストー
   ル検出手段と、ブリード弁の弁位置を検出する弁位置検
   出手段と、前記ストール状態を検出したときに第一のフ
   ラグがセツトする第一のフラグセツト手段と、前記第一
   のフラグがセツトされているときにエンジンのストール
   状態からの回復を検出して第二のフラグをセツトする第
   二のフラグセツト手段と、タイマと、前記第二のフラグ
   のセツトとともに前記タイマを起動するタイマ起動手段
   と、前記タイマの計時中の所定の第一の期間内にストー
   ルが検出されたときに第三のフラグをセツトする第三の
   フラグセツト手段と、前記所定の第一の期間内にストー
   ルが検出されないときに前記第一、第二のフラグをリセ
   ツトするフラグセツト手段と、通常運転状態におけるブ
   リード弁制御スケジユールを設定する手段と、ストール
   を回避するためのブリード弁制御スケジユールを設定す
   る手段と、前記第三のフラグがセツトされたときにブリ
   ード弁の制御スケジユールを前記通常運転時の制御スケ
   ジユールからストール回避用の制御スケジユールに切換
   える手段と、によつて構成した航空機用ガスタービンエ
   ンジンの外的要因による損傷時の制御装置。
7. 【請求項７】前記タイマによる計時時間が第二の所定時
   間を経過するまでの間前記ストール回避用制御スケジユ
   ールによるブリード制御を継続し、第二の所定時間径過
   後にブリード制御スケジユールを通常運転時の制御スケ
   ジユールに復帰させる手段を設けたことを特徴とする請
   求項第６項に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
8. 【請求項８】前記ブリード弁が実質的に開いていない状
   態においては前記第一のフラグセツト手段の動作を禁止
   する手段を設けたことを特徴とする請求項第６項又は第
   ７項に記載のガスタービンエンジンの制御装置。
9. 【請求項９】前記ブリード弁の開度が25％よりも大きい
   ときに、前記第三のフラグセツト手段の動作を禁止する
   手段を設けたことを特徴とする請求項第６項乃至第８項
   のいずれかに記載のガスタービンエンジンの制御装置。
10. 【請求項１０】スロツトル開度を検出する手段と、スロ
    ツトル開度が小さいときに、前記ブリードの制御スケジ
    ユールを前記ストール回避用スケジユールから通常運転
    状態のスケジユールに切替える手段を設けたことを特徴
    とする請求項第６乃至第９項に記載のガスタービンエン
    ジンの制御装置。
11. 【請求項１１】コンブレツサに設けるブリード弁と、該
    ブリード弁を所定のブリード開度位置にブリード弁を駆
    動するブリードアクチユエータと、エンジンのストール
    状態を検出する第一の手段と、エンジンストールの発生
    間隔を測定して、所定間隔よりも短い時間間隔のエンジ
    ンストール発生を検出する第二の手段と、予め定めるブ
    リード制御パラメータを検出して、この制御パラメータ
    に基づいて所定の第一のスケジユールに従つてブリード
    開度を決定し、決定したブリード開度を示すブリード制
    御信号を発生して、前記ブリードアクチユエータを駆動
    してブリード弁の開度を前記決定したブリード開度に制
    御する第三の手段と、前記第二の手段が所定時間間隔よ
    りも短い時間間隔の発生を検出したときに、前記第三の
    手段により決定されるブリード開度を、第二のスケジユ
    ールに従つて決定されるブリード開度に置換する第四の
    手段とによつて構成したことを特徴とするガスタービン
    エンジンのブリード制御装置。