JP3078822B2 - ガスタービンエンジン用加速制御装置 - Google Patents
ガスタービンエンジン用加速制御装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/04—Purpose of the control system to control acceleration (u)
- F05D2270/044—Purpose of the control system to control acceleration (u) by making it as high as possible
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は航空機に動力を付与するためのガスタービ
ンエンジンに関し、特に、加速時における燃料供給量を
適切な値に制御することのできるガスタービンエンジン
用の加速制御装置に関する。
ンエンジンに関し、特に、加速時における燃料供給量を
適切な値に制御することのできるガスタービンエンジン
用の加速制御装置に関する。
［従来の技術］ 公知のように、軸流圧縮機を利用するガスタービンエ
ンジンはストール（stall）およびサージ（surge）を受
け易い。ストールは、迎え角および他の条件により圧縮
機ブレードに隣接する空気の境界層が分離して圧力脈動
を誘起する場合に圧縮機に生じ易い。脈動が静まらずか
つ他のブレードに伝搬するように許容されるならば、圧
縮機全体がサージし、エンジン不調に至るかも知れな
い。従って、この分野においては、発生したサージを除
去し、又は発生したサージの継続を防止する手段を設け
る試み、さらに、サージを未然に防ぐための手段を設け
る試みが為されてきている。
ンジンはストール（stall）およびサージ（surge）を受
け易い。ストールは、迎え角および他の条件により圧縮
機ブレードに隣接する空気の境界層が分離して圧力脈動
を誘起する場合に圧縮機に生じ易い。脈動が静まらずか
つ他のブレードに伝搬するように許容されるならば、圧
縮機全体がサージし、エンジン不調に至るかも知れな
い。従って、この分野においては、発生したサージを除
去し、又は発生したサージの継続を防止する手段を設け
る試み、さらに、サージを未然に防ぐための手段を設け
る試みが為されてきている。
従来、燃料制御装置はエンジンがサージを発生するこ
となく加速されることを保証するのに十分なサージマー
ジンを有する開ループスケジユールを設けるように設計
される。かかるスケジユールに許容される原理はエンジ
ン条件がいかなる状態にあってもサージが回避されるよ
うに最悪の運転条件においてエンジン運転ラインとサー
ジラインとの間に十分なマージンを設けることにある。
この原理を使用して設けられたマージンは最も安全な運
転条件下で達成されることができる加速率と最悪の運転
条件に要求されるサージマージンとの間の妥協である。
加速時間がサージを回避するために常に犠牲にされるの
で、加速時間は最悪の運転条件以外の運転条件下におい
ては所望されるようには速くならない。もちろん、でき
るだけ速くエンジンを加速するのが理想である、その結
果、総ての運転条件において急速な加速を許容しながら
サージの回避を保証する手段がこの技術において望まれ
る目標である。
となく加速されることを保証するのに十分なサージマー
ジンを有する開ループスケジユールを設けるように設計
される。かかるスケジユールに許容される原理はエンジ
ン条件がいかなる状態にあってもサージが回避されるよ
うに最悪の運転条件においてエンジン運転ラインとサー
ジラインとの間に十分なマージンを設けることにある。
この原理を使用して設けられたマージンは最も安全な運
転条件下で達成されることができる加速率と最悪の運転
条件に要求されるサージマージンとの間の妥協である。
加速時間がサージを回避するために常に犠牲にされるの
で、加速時間は最悪の運転条件以外の運転条件下におい
ては所望されるようには速くならない。もちろん、でき
るだけ速くエンジンを加速するのが理想である、その結
果、総ての運転条件において急速な加速を許容しながら
サージの回避を保証する手段がこの技術において望まれ
る目標である。
加速時に要求されるサージマージンは、通常、エンジ
ンが遭遇する可能性のある（その可能性が極めて低いと
しても）最も厳しい運転条件に基づいて設定されるの
で、エンジン運転状態が最悪の場合のサージマージンを
想定しない制御を実行するならば、ほとんどの運転条件
において加速効率を高められることは明らかである。し
かしながら、サージは飛行安全を保証するためにすべて
の運転条件において回避されねばならないので、このよ
うなことは問題に対して許容し得ない解決である。
ンが遭遇する可能性のある（その可能性が極めて低いと
しても）最も厳しい運転条件に基づいて設定されるの
で、エンジン運転状態が最悪の場合のサージマージンを
想定しない制御を実行するならば、ほとんどの運転条件
において加速効率を高められることは明らかである。し
かしながら、サージは飛行安全を保証するためにすべて
の運転条件において回避されねばならないので、このよ
うなことは問題に対して許容し得ない解決である。
公知のように、本出願の譲受人である、ユナイテツド
テクノロジーズ コーポレーションのハミルトン・ス
タンダード・デビジヨンによつて製造されたJFC−12,JF
C−60およびJFC−68のごとき燃料制御装置はエンジンの
意図されるすべての運転においてストール回避のために
十分なストールマージンを有する開ループスケジユール
を提供する。加速制御装置の詳細に関しては、上述され
た制御モデルを参照すべきである。かかる制御装置にお
いては、Wf/PB（Wfはポンド／時間における燃料流量そ
してPBはポンド／平方フイート絶対単位におけるバーナ
圧力である）によって示される制御パラメータが用いら
れる。このパラメータは、ツインスプールエンジンの圧
縮機速度（低圧圧縮機N1かまたは高圧圧縮機N2）及び圧
縮機速度を基準値に補正するために選択される他のエン
ジンパラメータの関数として変化し、バーナ圧力（PB）
の実際値又はこれと同等のパラメータ値によつて乗算さ
れ、これにより、加速時におけるエンジンへの燃料供給
量が決定される。
テクノロジーズ コーポレーションのハミルトン・ス
タンダード・デビジヨンによつて製造されたJFC−12,JF
C−60およびJFC−68のごとき燃料制御装置はエンジンの
意図されるすべての運転においてストール回避のために
十分なストールマージンを有する開ループスケジユール
を提供する。加速制御装置の詳細に関しては、上述され
た制御モデルを参照すべきである。かかる制御装置にお
いては、Wf/PB（Wfはポンド／時間における燃料流量そ
してPBはポンド／平方フイート絶対単位におけるバーナ
圧力である）によって示される制御パラメータが用いら
れる。このパラメータは、ツインスプールエンジンの圧
縮機速度（低圧圧縮機N1かまたは高圧圧縮機N2）及び圧
縮機速度を基準値に補正するために選択される他のエン
ジンパラメータの関数として変化し、バーナ圧力（PB）
の実際値又はこれと同等のパラメータ値によつて乗算さ
れ、これにより、加速時におけるエンジンへの燃料供給
量が決定される。
他のエンジン制御機構においてはWf/PBパラメータと
同等の制御パラメータとして機能するdtN1またはdtN
2（速度変化率信号）を利用することができる。しか
し、いずれの場合においても、又はその組み合わせにお
いても、最悪の運転条件以外の条件下におけるストール
マージンは過剰気味にならざるを得ず、従って、本質的
に最悪の条件下で運転しないときには遅い加速時間を提
供することとなる。これらの装置のかかる欠点はさらに
エンジン運転状態が動力抽出、圧縮機抽気およびエンジ
ン効率低下等により標準状態から逸脱するときにより顕
著となる。
同等の制御パラメータとして機能するdtN1またはdtN
2（速度変化率信号）を利用することができる。しか
し、いずれの場合においても、又はその組み合わせにお
いても、最悪の運転条件以外の条件下におけるストール
マージンは過剰気味にならざるを得ず、従って、本質的
に最悪の条件下で運転しないときには遅い加速時間を提
供することとなる。これらの装置のかかる欠点はさらに
エンジン運転状態が動力抽出、圧縮機抽気およびエンジ
ン効率低下等により標準状態から逸脱するときにより顕
著となる。
［発明が解決すべき課題］ 従って、本発明の目的は、圧縮機抽気、動力抽出及び
エンジン効率低下等とは独立してエンジンの全運転領域
において適切なストールマージンを設定することのでき
るガスタービンエンジン用の加速制御装置を提供するこ
とにある。
エンジン効率低下等とは独立してエンジンの全運転領域
において適切なストールマージンを設定することのでき
るガスタービンエンジン用の加速制御装置を提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段及び作用］ 上記及び上記以外の目的を達成するために、本発明の
請求項１記載の構成によれば、 圧縮機、エンジン作動流体を発生するためのバーナ、
前記エンジン作動流体によつて駆動される前記圧縮機を
駆動するタービン、エンジン運転パラメータに応じて前
記バーナへ供給される燃料流量を制御する燃料制御手段
とを有し、ガスタービンエンジンの加速モードを制御す
る加速制御装置であって、前記圧縮機のストールマージ
ンを設定する手段を有し、該手段が、 前記圧縮機の速度に応じて、前記バーナの圧力と前記
エンジンの他の所定位置における圧力との比である基準
値としての圧縮機ストールリミット値を示す第１の信号
を生起する手段と、前記バーナの圧力の実際値を示す第
２の信号を生起する手段と、 前記第１及び第２の信号に応答して前記バーナに供給
される燃料流量を制限するように前記燃料制御手段を制
御する手段とから構成され、 前記ストールマージンが圧縮機抽気、動力抽出及びエ
ンジン効率低下から独立していることを特徴とするガス
タービンエンジン用加速制御装置が提供される。
請求項１記載の構成によれば、 圧縮機、エンジン作動流体を発生するためのバーナ、
前記エンジン作動流体によつて駆動される前記圧縮機を
駆動するタービン、エンジン運転パラメータに応じて前
記バーナへ供給される燃料流量を制御する燃料制御手段
とを有し、ガスタービンエンジンの加速モードを制御す
る加速制御装置であって、前記圧縮機のストールマージ
ンを設定する手段を有し、該手段が、 前記圧縮機の速度に応じて、前記バーナの圧力と前記
エンジンの他の所定位置における圧力との比である基準
値としての圧縮機ストールリミット値を示す第１の信号
を生起する手段と、前記バーナの圧力の実際値を示す第
２の信号を生起する手段と、 前記第１及び第２の信号に応答して前記バーナに供給
される燃料流量を制限するように前記燃料制御手段を制
御する手段とから構成され、 前記ストールマージンが圧縮機抽気、動力抽出及びエ
ンジン効率低下から独立していることを特徴とするガス
タービンエンジン用加速制御装置が提供される。
また、本発明の請求項10記載の構成によれば、圧縮
機、エンジン作動流体を発生するためのバーナ、前前記
エンジン作動流体によつて駆動され前記圧縮機を駆動す
るタービン、ファン、該ファンから吐出される空気を案
内するバイパスダクト、エンジン運転パラメータに応じ
て前記バーナへ供給される燃料流量を制御する燃料制御
手段とを有し、ガスタービンエンジンの加速モードを制
御する加速制御装置であって、 前記圧縮機のストールマージンを設定する手段を有
し、該手段が、 前記圧縮機の速度の応じて、前記バーナの圧力と前記
エンジンの他の所定位置における圧力との比である基準
値としての圧縮機ストールリミット値を示す第１の信号
を生起する手段と、前記バーナの圧力の実際値を示す第
２の信号を生起する手段と、 前記第１及び第２の信号に応答して前記バーナに供給
される燃料流量を制限するように前記燃料制御手段を制
御する手段と、前記バイパスダクト内における圧力損失
を補償する手段とから構成され、 該圧力損失補償手段が、前記圧縮機の速度の関数とし
てのエンジン圧力比を示す第３の信号を生起する関数ジ
ェネレータと、前記第３の信号とエンジン圧力比の実際
値との差を示す信号を生起し、これにより前記第１の信
号を補正する比較手段とを有することを特徴とするガス
タービンエンジン用加速制御装置が提供される。
機、エンジン作動流体を発生するためのバーナ、前前記
エンジン作動流体によつて駆動され前記圧縮機を駆動す
るタービン、ファン、該ファンから吐出される空気を案
内するバイパスダクト、エンジン運転パラメータに応じ
て前記バーナへ供給される燃料流量を制御する燃料制御
手段とを有し、ガスタービンエンジンの加速モードを制
御する加速制御装置であって、 前記圧縮機のストールマージンを設定する手段を有
し、該手段が、 前記圧縮機の速度の応じて、前記バーナの圧力と前記
エンジンの他の所定位置における圧力との比である基準
値としての圧縮機ストールリミット値を示す第１の信号
を生起する手段と、前記バーナの圧力の実際値を示す第
２の信号を生起する手段と、 前記第１及び第２の信号に応答して前記バーナに供給
される燃料流量を制限するように前記燃料制御手段を制
御する手段と、前記バイパスダクト内における圧力損失
を補償する手段とから構成され、 該圧力損失補償手段が、前記圧縮機の速度の関数とし
てのエンジン圧力比を示す第３の信号を生起する関数ジ
ェネレータと、前記第３の信号とエンジン圧力比の実際
値との差を示す信号を生起し、これにより前記第１の信
号を補正する比較手段とを有することを特徴とするガス
タービンエンジン用加速制御装置が提供される。
［実 施 例］ 実施例においては、ツインスプール型軸流ガスタービ
ンフアンジエツト軍用型エンジンに関して記載されてい
るが、本発明に係る加速制御装置は非軍用用途に使用さ
れるストレートジエツトおよびエンジンのごとき、他の
型のエンジンにおいても用いることができることはいう
までもない。また、実施例においてはアナログ論理形式
において示されているが、DEEC（デジタル電子エンジン
制御）として知られるＦ−100系のエンジンおよびFADEC
（全権デジタル電子制御）として知られるＦ−119系の
改良型エンジンに使用される制御のごとき、すべての電
子デジタル型制御において用いることが可能である。。
F100系の軍用エンジンは、本件出願人である、ユナイテ
ツド テクノロジーズ コーポレーシヨンの１部門であ
るプラツト・アンド・ホイツトニー・エアクラフトによ
つて製造され、そしてF119は将来の軍事用途に現在開発
されている。
ンフアンジエツト軍用型エンジンに関して記載されてい
るが、本発明に係る加速制御装置は非軍用用途に使用さ
れるストレートジエツトおよびエンジンのごとき、他の
型のエンジンにおいても用いることができることはいう
までもない。また、実施例においてはアナログ論理形式
において示されているが、DEEC（デジタル電子エンジン
制御）として知られるＦ−100系のエンジンおよびFADEC
（全権デジタル電子制御）として知られるＦ−119系の
改良型エンジンに使用される制御のごとき、すべての電
子デジタル型制御において用いることが可能である。。
F100系の軍用エンジンは、本件出願人である、ユナイテ
ツド テクノロジーズ コーポレーシヨンの１部門であ
るプラツト・アンド・ホイツトニー・エアクラフトによ
つて製造され、そしてF119は将来の軍事用途に現在開発
されている。
第１図において、ツインスプール型軸流フアンジエツ
トエンジン10は、低圧タービン部分14によつて駆動され
るフアン／低圧圧縮機部分12を有する低圧スプールおよ
び高圧タービン部分18によつて駆動される高圧圧縮機部
分16からなる高圧スプールからなる。環状バーナ20には
燃料が供給され、この燃料がバーナ20に導入される加圧
空気と燃焼することにより高温ガスを発生してタービン
に動力を付与する。フアン12からから導入される空気は
その一部がコアエンジンに入り、他の部分がバイパスダ
クト15を通ってバイパスされてコアエンジン（タービ
ン）からの燃焼ガスと混合するようにスプリツタ13によ
つて分割される。
トエンジン10は、低圧タービン部分14によつて駆動され
るフアン／低圧圧縮機部分12を有する低圧スプールおよ
び高圧タービン部分18によつて駆動される高圧圧縮機部
分16からなる高圧スプールからなる。環状バーナ20には
燃料が供給され、この燃料がバーナ20に導入される加圧
空気と燃焼することにより高温ガスを発生してタービン
に動力を付与する。フアン12からから導入される空気は
その一部がコアエンジンに入り、他の部分がバイパスダ
クト15を通ってバイパスされてコアエンジン（タービ
ン）からの燃焼ガスと混合するようにスプリツタ13によ
つて分割される。
前記から明らかなように、バイパスダクトからの放出
空気とともにタービン（コアエンジン）から放出される
燃焼ガスは結局エンジンに推力を付与する排出ノズルを
通って放出される。多くの軍事用途および同様に幾つか
の他の用途において、オーグメンタがこの好適な実施例
において開示されるように使用される。オーグメンタ24
は、２次燃焼器部分において燃料を燃焼することにより
エンジンに追加の推力を付加する。この場合に、オーグ
メンタは適宜な燃料ノズル、炎ホルダおよび排出ノズル
26を含んでいる。排出ノズル26は適切なエンジン熱力学
サイクルがオーグメンタ運転時及びオーグメンタ非運転
時において適切に維持されるようにその通路断面積が可
変に制御される。バーナに供給される燃料流量は、動力
レバー27の位置に応じてエンジンの定常運転状態および
過渡運転状態においてエンジン運転状態を最適に維持す
るように燃料制御装置30により自動的に最適値に制御さ
れる。尚、燃料制御装置30は、電子的に、機械的に、油
圧的に、油圧機械的にまたはその組み合わせで実施され
ることができる利用し得る従来の制御装置であってもよ
い。これらの従来制御装置においてはこの発明により利
用することができる速度、温度および圧力等が制御パラ
メータとして用いられている。
空気とともにタービン（コアエンジン）から放出される
燃焼ガスは結局エンジンに推力を付与する排出ノズルを
通って放出される。多くの軍事用途および同様に幾つか
の他の用途において、オーグメンタがこの好適な実施例
において開示されるように使用される。オーグメンタ24
は、２次燃焼器部分において燃料を燃焼することにより
エンジンに追加の推力を付加する。この場合に、オーグ
メンタは適宜な燃料ノズル、炎ホルダおよび排出ノズル
26を含んでいる。排出ノズル26は適切なエンジン熱力学
サイクルがオーグメンタ運転時及びオーグメンタ非運転
時において適切に維持されるようにその通路断面積が可
変に制御される。バーナに供給される燃料流量は、動力
レバー27の位置に応じてエンジンの定常運転状態および
過渡運転状態においてエンジン運転状態を最適に維持す
るように燃料制御装置30により自動的に最適値に制御さ
れる。尚、燃料制御装置30は、電子的に、機械的に、油
圧的に、油圧機械的にまたはその組み合わせで実施され
ることができる利用し得る従来の制御装置であってもよ
い。これらの従来制御装置においてはこの発明により利
用することができる速度、温度および圧力等が制御パラ
メータとして用いられている。
第１図に最良に略示されるように、この発明の加速制
御は補正された速度信号 を発生する。この速度信号は、海水面温度値（518.7゜
ランキン温度）（933.66゜ケルビン）により圧縮機入口
温度（Ｔ2.5）（下付き文字2.5はエンジンの特定の部位
（ステ−シヨン）を指定するものであり、その指定は種
々のエンジン系およびモデルにより変化することができ
る）を除算してθを求め、このθの平方根により高圧圧
縮機の回転速度N2を除算することにより求めることがで
きる。この演算において用いられる圧縮機入口温度は直
接検出された値であっても、または他の検出値から算出
した値であってもよい。この速度信号 は関数ジェネレータ32に入力される。関数ジェネレータ
32は、速度信号 の関数として予め設定されている基準値としてのストー
ルリミット信号（PB/PS13.2）をライン40に出力する。
この数値13.2はバイパスダクト15内における所定のエン
ジンステーションを指定しており、本実施例において
は、ファン12の下流側で且つオーグメンタ入口の上流側
である。尚、他のステーションにおける圧力（Ｐ2.5,P
16,P6等）を用いることも可能である。PB/PS13.2の値は
高圧圧縮器16の圧力比の近似値となる。即ち、バイパス
ダクト内の圧力（ライン36）はバイパスダクト15を介し
て高圧圧縮器16の入口圧力に直接関連付けられるととも
に、公知のように、バーナ圧力は、高圧圧縮器吐出圧力
にほぼ等しくなるからである。
御は補正された速度信号 を発生する。この速度信号は、海水面温度値（518.7゜
ランキン温度）（933.66゜ケルビン）により圧縮機入口
温度（Ｔ2.5）（下付き文字2.5はエンジンの特定の部位
（ステ−シヨン）を指定するものであり、その指定は種
々のエンジン系およびモデルにより変化することができ
る）を除算してθを求め、このθの平方根により高圧圧
縮機の回転速度N2を除算することにより求めることがで
きる。この演算において用いられる圧縮機入口温度は直
接検出された値であっても、または他の検出値から算出
した値であってもよい。この速度信号 は関数ジェネレータ32に入力される。関数ジェネレータ
32は、速度信号 の関数として予め設定されている基準値としてのストー
ルリミット信号（PB/PS13.2）をライン40に出力する。
この数値13.2はバイパスダクト15内における所定のエン
ジンステーションを指定しており、本実施例において
は、ファン12の下流側で且つオーグメンタ入口の上流側
である。尚、他のステーションにおける圧力（Ｐ2.5,P
16,P6等）を用いることも可能である。PB/PS13.2の値は
高圧圧縮器16の圧力比の近似値となる。即ち、バイパス
ダクト内の圧力（ライン36）はバイパスダクト15を介し
て高圧圧縮器16の入口圧力に直接関連付けられるととも
に、公知のように、バーナ圧力は、高圧圧縮器吐出圧力
にほぼ等しくなるからである。
高圧圧縮器ストールリミット値が速度信号 の関数として予かじめプロツトされているので、算出さ
れた速度信号に対応するストールリミット値を用いるこ
とにより適切なストールマージンを設定することが可能
となる。
れた速度信号に対応するストールリミット値を用いるこ
とにより適切なストールマージンを設定することが可能
となる。
演算器44にはストールリミット信号がライン40を介し
て入力されるとともに、ライン36を介してPS13.2の実際
値が入力され、PS13.2の実際値に対応する加速時用PBリ
ミット値がストールリミット信号とPS13.2の実際値との
積として算出される。従って、ここで算出されたPBリミ
ット値は、圧縮機抽気、動力抽出及びエンジン効率低下
とは独立した値となり、これらのエンジン状態を補償す
るための特別の補正を行う必要はない。
て入力されるとともに、ライン36を介してPS13.2の実際
値が入力され、PS13.2の実際値に対応する加速時用PBリ
ミット値がストールリミット信号とPS13.2の実際値との
積として算出される。従って、ここで算出されたPBリミ
ット値は、圧縮機抽気、動力抽出及びエンジン効率低下
とは独立した値となり、これらのエンジン状態を補償す
るための特別の補正を行う必要はない。
比較器42には、算出されたPBリミット値及びPBの実際
値が入力され、これらを比較することによりエラー信号
が生起される。このエラー信号に基づいて燃料制御装置
30はバーナ20に供給する燃料流量を制御し、ここに閉ル
ープが形成される。
値が入力され、これらを比較することによりエラー信号
が生起される。このエラー信号に基づいて燃料制御装置
30はバーナ20に供給する燃料流量を制御し、ここに閉ル
ープが形成される。
最小値選択ゲート46を用いることが可能であり、この
最小値選択ゲート46により、定常運転時におけるPBリミ
ット値と本実施例に基づいて算出される加速時における
PBリミット値の小さい方の値が選択される。この最小値
選択ゲートは、本実施例が適用される特定の装置におい
て用いることが可能である。
最小値選択ゲート46により、定常運転時におけるPBリミ
ット値と本実施例に基づいて算出される加速時における
PBリミット値の小さい方の値が選択される。この最小値
選択ゲートは、本実施例が適用される特定の装置におい
て用いることが可能である。
第２図は、本発明の第２の実施例を示している。本実
施例においては、第１実施例におけるPS13.2に代えて、
オーグメンタ24の入口圧力P6を用いている。この結果、
バイパスダクト15内における圧力損失により、高圧圧縮
機の入口圧力との差が第１実施例に比して問題となる。
従って、第２実施例においては、この圧力損失を補償す
るための手段が設けられている。
施例においては、第１実施例におけるPS13.2に代えて、
オーグメンタ24の入口圧力P6を用いている。この結果、
バイパスダクト15内における圧力損失により、高圧圧縮
機の入口圧力との差が第１実施例に比して問題となる。
従って、第２実施例においては、この圧力損失を補償す
るための手段が設けられている。
第３図において、関数ジェネレータ60には、低圧圧縮
機の入口温度を標準海水面温度（518.7ランキン温度）
により除算した値の平方根により低圧圧縮機の回転速度
N1を除算した値である速度信号（N1C2）が入力される。
関数ジェネレータ60には予じめ基準値としてのエンジン
圧力比（EPR）が速度信号（N1C2）の関数として設定し
てあり、入力された速度信号に対応するEPRをライン62
を介して演算器64に出力する。
機の入口温度を標準海水面温度（518.7ランキン温度）
により除算した値の平方根により低圧圧縮機の回転速度
N1を除算した値である速度信号（N1C2）が入力される。
関数ジェネレータ60には予じめ基準値としてのエンジン
圧力比（EPR）が速度信号（N1C2）の関数として設定し
てあり、入力された速度信号に対応するEPRをライン62
を介して演算器64に出力する。
演算器64には、EPRの実際値が入力され、このEPRの実
際値とライン62からの基準値としてのEPRとからエラー
信号△EPRを算出し、これを関数ジェネレータ68に出力
する。尚、EPRの実際値は、P6（オーグメンタ入口圧
力）/P2（低圧圧縮機入口圧力）として算出される。ま
た、△EPRがバイパスダクトにおける圧力損失の関数で
あることはいうまでもない。関数ジェネレータ68には△
PB/P6が△EPRの関数として予じめ設定されており、入力
された△EPRに対応する△PB/P6をライン70に出力する。
この△PB/P6はバイパスダクトにおける圧力損失を補償
するための値であり、加算器72において第２図のライン
40を介して入力されるPB/P6に加算される。この加算補
正されたPB/P6は第２図及び第３図に示す演算器44に入
力され第１実施例と同様に処理される。
際値とライン62からの基準値としてのEPRとからエラー
信号△EPRを算出し、これを関数ジェネレータ68に出力
する。尚、EPRの実際値は、P6（オーグメンタ入口圧
力）/P2（低圧圧縮機入口圧力）として算出される。ま
た、△EPRがバイパスダクトにおける圧力損失の関数で
あることはいうまでもない。関数ジェネレータ68には△
PB/P6が△EPRの関数として予じめ設定されており、入力
された△EPRに対応する△PB/P6をライン70に出力する。
この△PB/P6はバイパスダクトにおける圧力損失を補償
するための値であり、加算器72において第２図のライン
40を介して入力されるPB/P6に加算される。この加算補
正されたPB/P6は第２図及び第３図に示す演算器44に入
力され第１実施例と同様に処理される。
第１及び第２実施例により算出されたPBリミット値
は、dtN2加速モードを使用する制御機構の上限値（トリ
ム値（trim）又はトツパー値（topper））として使用す
ることができる。この場合、エンジン状態よりdtN2に基
づく基準加速率が許容されない状態において、エンジン
ストール発生の危険性なしに過渡時における制御を行う
ことが可能である。尚、上記第１及び第２実施例に示す
ようにPB/PS13.2又はPB/P6による加速制御を単独で行う
場合には、最も迅速な過渡制御が可能であることはいう
までもない。
は、dtN2加速モードを使用する制御機構の上限値（トリ
ム値（trim）又はトツパー値（topper））として使用す
ることができる。この場合、エンジン状態よりdtN2に基
づく基準加速率が許容されない状態において、エンジン
ストール発生の危険性なしに過渡時における制御を行う
ことが可能である。尚、上記第１及び第２実施例に示す
ようにPB/PS13.2又はPB/P6による加速制御を単独で行う
場合には、最も迅速な過渡制御が可能であることはいう
までもない。
［発明の効果］ 本発明の第１の構成においては、バーナ圧力と所定の
エンジン内圧力との比を圧縮機の速度に関連する基準値
としての関数として用い、この比とバーナ圧力の実際値
を用いることによりバーナ圧力の制御信号を生起し、こ
の制御信号に基づいて燃料供給量を制御するように構成
しているため、圧縮機抽気、動力抽出及びエンジン効率
低下等から独立したストールマージンの設定が可能とな
る。
エンジン内圧力との比を圧縮機の速度に関連する基準値
としての関数として用い、この比とバーナ圧力の実際値
を用いることによりバーナ圧力の制御信号を生起し、こ
の制御信号に基づいて燃料供給量を制御するように構成
しているため、圧縮機抽気、動力抽出及びエンジン効率
低下等から独立したストールマージンの設定が可能とな
る。
また、本発明の第２の構成においては、上記の効果に
加えて、バイパスダクト内における圧力損失が自動的に
補償され適切なストールマージンの設定が可能となる。
加えて、バイパスダクト内における圧力損失が自動的に
補償され適切なストールマージンの設定が可能となる。
第１図は本発明の第１の実施例に係るガスタービンエン
ジン用加速制御装置を示す概略図であり、第２図及び第
３図は、本発明の第２の実施例に係るガスタービンエン
ジン用加速制御装置を示す概略図である。 図中、符号10はツインスプール軸流フアンジエツトエン
ジン、12はファン／低圧圧縮器部分、14は低圧タービン
部分、15はバイパスダクト、16は高圧圧縮器部分、18は
高圧タービン部分、20はバーナ、24はオーグメンタ、30
は燃料制御装置、32,60は関数ジェネレータ、42,64は比
較器、46は最小値選択ゲートを示す。
ジン用加速制御装置を示す概略図であり、第２図及び第
３図は、本発明の第２の実施例に係るガスタービンエン
ジン用加速制御装置を示す概略図である。 図中、符号10はツインスプール軸流フアンジエツトエン
ジン、12はファン／低圧圧縮器部分、14は低圧タービン
部分、15はバイパスダクト、16は高圧圧縮器部分、18は
高圧タービン部分、20はバーナ、24はオーグメンタ、30
は燃料制御装置、32,60は関数ジェネレータ、42,64は比
較器、46は最小値選択ゲートを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−150433（ＪＰ，Ａ) 米国特許4117668（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開306064（ＥＰ，Ａ １)
Claims (17)
- 【請求項１】圧縮機、エンジン作動流体を発生するため
のバーナ、前記エンジン作動液体によって駆動され前記
圧縮機を駆動するタービン、エンジン運転パラメータに
応じて前記バーナへ供給される燃料流量を制御する燃料
制御手段とを有し、ガスタービンエンジンの加速モード
を制御する加速制御装置であって、 前記圧縮機のストールマージンを設定する手段を有し、
該手段は、 前記圧縮機の速度に応じて、前記バーナの圧力と前記エ
ンジンの他の所定位置における圧力との比である基準値
としての圧縮機ストールリミット値を示す第１の信号を
生成する手段と、 前記バーナの圧力の実際値を示す第２の信号を生成する
手段と、 前記第１及び第２の信号に応答して前記バーナに供給さ
れる燃料流量を制限するように前記燃料制御手段を制御
する手段と、を有し、 前記ストールマージンが圧縮機抽気、動力抽出及びエン
ジン効率低下から独立していることを特徴とするガスタ
ービンエンジン用加速制御装置。 - 【請求項２】前記エンジンは、ファン、ファン吐出空気
を案内するファンバイパスダクト及びオーグメンタを有
し、前記エンジンの他の所定位置が前記ファンバイパス
ダクト内に位置することを特徴とする請求項（１）に記
載の加速制御装置。 - 【請求項３】ファンダクトの実際の圧力を示す第３の信
号を発生するための手段と、 前記バーナの圧力の限界値を表す第４の信号を発生する
ために前記第１の信号および前記第３の信号を乗算する
ための乗算手段と、 前記燃料制御手段をさらに制御するために前記第４の信
号と実際のバーナ圧力との誤差に応答する手段と、を含
むことを特徴とする請求項（２）に記載の加速制御装
置。 - 【請求項４】前記第１の信号は前記圧縮機の入口の温度
と518.7゜ランキンを表す基準値に補正された圧縮器速
度に応答することを特徴とする請求項（３）に記載の加
速制御装置。 - 【請求項５】前記燃料制御手段は前記バーナの圧力の値
を制限する定常状態信号を確立しそして最小選択手段が
前記誤差応答手段を制御するために前記定常状態信号と
前記第４の信号とのいずれか小さいほうを選択すること
を特徴とする請求項（４）に記載の加速制御装置。 - 【請求項６】それぞれ高圧用タービンおよび低圧用ター
ビンによって駆動される高圧圧縮機および低圧圧縮機、
前記高圧用タービンおよび低圧用タービンに動力を付与
するためにガスを発生するためのバーナ、前記バーナへ
の燃料流を調整するための燃料制御手段、および加速運
転モードの間中前記エンジンを制御するための加速手段
を有するツインスプール、軸流ファンジェットエンジン
において、 速度信号を示す第１の信号を確立するために補正された
高圧圧縮機ロータ速度に応答する手段と、 前記第１の信号に応答して、バーナ圧力対比のエンジン
運転パラメータの限界比を表す基準値としてのストール
リミット値を示す第２の信号を発生する関数発生手段
と、 前記加速モードの間中前記バーナ圧力の限界を表す第３
の信号を発生するために前記パラメータの実際値および
前記第２の信号に応答する乗算手段と、 前記バーナ圧力の実際値と前記第３の信号に応答してエ
ラー信号を生成する手段と、を有し、前記燃料制御手段
は、このエラー信号を用いて前記エンジンの前記加速モ
ードでの前記高圧圧縮機のストールマージンを設定する
ことを特徴とする加速制御装置。 - 【請求項７】ファン吐出空気を案内するバイパスダクト
が設けられており、前記パラメータは前記バイパスダク
ト内の圧力であることを特徴とする請求項（６）に記載
の加速制御装置。 - 【請求項８】前記燃料制御手段は定常状態エンジン運転
の間中前記バーナ圧力の限界を表す第４の信号を発生す
るための手段と、 前記実際のバーナ圧力と前記第３の信号または前記第４
の信号との間の誤差を確立するために前記第３の信号と
前記第４の信号とのいずれか小さいほうに応答するゲー
ト手段と、を含むことを特徴とする請求項（７）に記載
の加速制御装置。 - 【請求項９】前記他のエンジン運転パラメータは、前記
オーグメンタの上流のエンジン圧力であることを特徴と
する請求項（６）に記載の加速装置。 - 【請求項１０】圧縮機、エンジン作動流体を発生するた
めのバーナ、前記エンジン作動流体よって駆動され前記
圧縮機を駆動するタービン、ファン、該ファンから吐出
される空気を案内するバイパスダクト、エンジン運転パ
ラメータに応じて前記バーナへ供給される燃料流量を制
御する燃料制御手段とを有し、ガスタービンエンジンの
加速モードを制御する加速制御装置であって、 前記圧縮機のストールマージンを設定する手段を有し、
該手段は、 前記圧縮機の速度に応じて、前記バーナの圧力と前記エ
ンジンの他の所定位置における圧力との比である基準値
としての圧縮機ストールリミット値を示す第１の信号を
生成する手段と、 前記バーナの圧力の実際値を示す第２の信号を生成する
手段と、 前記第１及び第２の信号に応答して前記バーナに供給さ
れる燃料流量を制限するように前記燃料制御手段を制御
する手段と、 前記バイパスダクト内における圧力損失を補償する手段
と、を有し、 該圧力損失補償手段が、前記圧縮機の速度の関数として
のエンジン圧力比を示す第３の信号を生成する関数ジェ
ネレータと、 前記第３の信号とエンジン圧力比の実際値との差を示す
信号を生成し、これにより、前記第１の信号を補正する
比較手段と、を有することを特徴とするガスタービンエ
ンジン用加速制御装置。 - 【請求項１１】前記エンジンはオーグメンタを含み、前
記他のステーションは前記オーグメンタの入口にあるこ
とを特徴とする請求項（10）に記載のガスタービンエン
ジン用加速制御装置。 - 【請求項１２】オーグメンタの実際の圧力を示す第４の
信号を発生するための手段と、 前記バーナの圧力の限界値を表す第５の信号を発生する
ために前記第１の信号および前記第４の信号を乗算する
ための乗算手段と、 前記燃料制御手段をさらに制御するために前記第５の信
号と実際のバーナ圧力との誤差に応答する手段と、を含
むことを特徴とする請求項（11）に記載の加速制御装
置。 - 【請求項１３】前記第１の信号は前記エンジンの入口の
温度と518.7゜ランキンを表す基準値に補正された圧縮
器速度に応答することを特徴とする請求項（12）に記載
の加速制御装置。 - 【請求項１４】前記燃料制御手段は前記バーナの圧力の
値を制限する定常状態信号を確立しそして最小選択手段
が前記誤差応答手段を制御するために前記定常状態信号
と前記第５の信号とのいずれか小さいほうを選択するこ
とを特徴とする請求項（13）に記載の加速制御装置。 - 【請求項１５】それぞれ高圧用タービンおよび低圧用タ
ービンによって駆動される高圧圧縮機および低圧圧縮
機、前記高圧用タービンおよび低圧用タービンに動力を
付与するためにガスを発生するためのバーナ、前記バー
ナへの燃料流を調整するための燃料制御手段、および加
速運転モード間中前記エンジンを制御するための加速手
段を有するツインスプール、軸流ファンジェットエンジ
ンにおいて、 速度信号を示す第１の信号を確立するために補正された
高圧圧縮機ロータ速度に応答する手段と、 第１の信号に応答して、バーナ圧力対他のエンジン運転
パラメータの限界比を表す基準値としてのストールリミ
ット値を示す第２の信号を発生する関数発生手段と、 前記加速モードの間中前記バーナ圧力の限界を表す第３
の信号を発生するために前記パラメータの実際値および
前記第２の信号に応答する乗算手段と、 バイパスダクトの圧力損失補正手段からの信号と、前記
バーナ圧力の実際値と前記第３の信号と、に応答してエ
ラー信号を生成する手段と、を有し、前記燃料制御手段
は、このエラー信号を用いて前記エンジンの前記加速モ
ードでの前記高圧圧縮機のストールマージンを設定し、 前記圧力損失補正手段は、補正された低圧圧縮機ロータ
速度の関数としてエンジン圧力比信号を発生するための
関数発生器と、発生したエンジン圧力比と前記第１の信
号を修正する実際のエンジン圧力比との間の差を計算す
るための手段と、を含むことを特徴とする加速制御装
置。 - 【請求項１６】前記燃料制御手段は定常状態エンジン運
転の間中前記バーナ圧力の限界を表す第４の信号を発生
するための手段と、 前記実際のバーナ圧力と前記第３の信号または前記第４
の信号との間の誤差を確立するために前記第３の信号と
前記第４の信号とのいずれか小さいほうに応答するゲー
ト手段と、を含むことを特徴とする請求項（15）に記載
の加速制御装置。 - 【請求項１７】前記低圧圧縮機ロータ速度はエンジン入
口温度および518.7゜ランキンの関数として計算される
基準値に補正されることを特徴とする請求項（16）に記
載の加速制御装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US359,451 | 1989-05-30 | ||
| US359,186 | 1989-05-30 | ||
| US07/359,186 US4984425A (en) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | Acceleration control for a gas turbine engine |
| US07/359,451 US5022224A (en) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | Acceleration control with duct pressure loss compensation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0318628A JPH0318628A (ja) | 1991-01-28 |
| JP3078822B2 true JP3078822B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=27000375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02141239A Expired - Fee Related JP3078822B2 (ja) | 1989-05-30 | 1990-05-30 | ガスタービンエンジン用加速制御装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0401152B1 (ja) |
| JP (1) | JP3078822B2 (ja) |
| KR (1) | KR960003682B1 (ja) |
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| DE (1) | DE69024849T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5726891A (en) * | 1994-01-26 | 1998-03-10 | Sisson; Patterson B. | Surge detection system using engine signature |
| EP0777828B1 (en) * | 1995-04-24 | 2002-08-21 | United Technologies Corporation | Compressor stall avoidance |
| US7047938B2 (en) * | 2004-02-03 | 2006-05-23 | General Electric Company | Diesel engine control system with optimized fuel delivery |
| JP5185791B2 (ja) | 2008-11-28 | 2013-04-17 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン制御装置 |
| DE102009055236B4 (de) * | 2009-12-23 | 2021-05-20 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Abgasturboladers |
| US10094288B2 (en) | 2012-07-24 | 2018-10-09 | Icr Turbine Engine Corporation | Ceramic-to-metal turbine volute attachment for a gas turbine engine |
| GB201420444D0 (en) * | 2014-11-18 | 2014-12-31 | Rolls Royce Plc | A method of starting a gas turbine engine |
| CN106523163B (zh) * | 2016-11-11 | 2018-03-02 | 中国航空动力机械研究所 | 航空燃气涡轮发动机喘振控制方法和电子控制器 |
| CN107489531B (zh) * | 2017-08-25 | 2019-04-16 | 中国人民解放军海军航空工程学院 | 基于半积分与增益自适应的高超声速发动机供油规律设计方法 |
| JP6969432B2 (ja) * | 2018-02-21 | 2021-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| CN110848045B (zh) * | 2019-11-22 | 2020-10-09 | 四川航天中天动力装备有限责任公司 | 一种小型涡喷发动机加力与自由喷管的耦合控制方法 |
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- 1990-05-30 CN CN90103483A patent/CN1052170A/zh active Pending
- 1990-05-30 DE DE69024849T patent/DE69024849T2/de not_active Expired - Fee Related
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