JP4599652B2 - ジェットエンジンの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機を備えたジェットエンジンの制御方法及び制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンを備えた航空機（機体）の飛行中において、エンジンの燃焼室に燃料が供給されなかったり、飛行中にエンジンがストールするなどの何らかの原因によって、燃焼室の燃焼が停止し、エンジンの作動が停止する場合がある（以下、ジェットエンジンの燃焼が停止する状態のことを「フレームアウト」と称する）。
【０００３】
従来において、エンジンの作動が停止した場合、フレームアウトが生じたか否かの判断や、再始動（再着火）可能な飛行状態か否かの判断は、操縦者によって行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ジェットエンジンにフレームアウトが生じた場合において、再始動動作を行うまでの複数段階における判断及び操作は全て操縦者に委ねられていた。したがって、操縦者の負担が大きいとともに、ヒューマンエラーが生じる可能性が高かった。さらに、判断及び操作は全て操縦者によって行われるため、フレームアウトが生じてから再始動が行われるまでに時間がかかり、安全性が低下するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、操縦者の負担を低減してヒューマンエラーを防止するとともに、フレームアウトが生じてから再始動するまでの時間を短縮することができるジェットエンジンの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のジェットエンジンの制御方法は、圧縮機を備えたジェットエンジンの制御方法において、前記圧縮機の出口圧力を検出し、該検出結果に基づいてジェットエンジンが作動状態か否かを判断し、作動状態でないと判断した場合には前記圧縮機の出口圧力に関する情報に基づいて再始動が可能か否かを判断し、再始動動作に関して所定の処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
このような制御方法は、圧縮機を備えたジェットエンジンの制御装置において、前記圧縮機の出口圧力を検出可能な圧力検出装置と、ジェットエンジンに対して着火可能な着火装置とを備え、前記圧力検出装置の検出結果に基づいてジェットエンジンが作動状態か否かを判断し、作動状態でないと判断した場合には前記圧縮機の出口圧力に関する情報に基づいて再始動が可能か否かを判断し、再始動動作に関して所定の処理を行うよう前記着火装置に指示する制御部とを備えることを特徴とするジェットエンジンの制御装置によって行うことができる。
【０００８】
本発明によれば、圧縮機の出口圧力に基づいて、ジェットエンジンが作動状態か否かを制御装置によって判断することができる。この場合の判断は、出口圧力の検出結果と、例えば実験などによって予め求められた所定値とに基づいて行うことができる。そして、制御装置は、圧縮機の出口圧力に関する情報に基づいてジェットエンジンの再始動が可能か否かを判断することができる。このように、所定の処理を自動的に行うことができるので、操縦者の負担を低減してヒューマンエラーを防止することができるとともに、フレームアウトが生じてから再始動するまでの時間を短縮することができる。
【０００９】
このとき、再始動が可能か否かの判断は、圧縮機の出口圧力とジェットエンジンを搭載し飛行する機体の高度又は速度との関係を予め求めておき、該関係と前記出口圧力の検出結果とに基づいて行うことができる。
【００１０】
これは、前記制御装置に、予め求められた、圧縮機の出口圧力とジェットエンジンを搭載し飛行する機体の高度又は速度との関係を記憶する記憶装置を備えさせ、該記憶装置に記憶された前記関係と前記圧力検出装置の検出結果とに基づいて、再始動が可能か否かを判断することができる。
【００１１】
つまり、フレームアウトをおこしたジェットエンジンが再始動可能か否かは、飛行する航空機の飛行高度又は速度に依存し、この飛行高度及び速度は圧縮機の出口圧力と相関関係にあるため、この出口圧力に関する情報を求めることにより、エンジンの再始動が可能か否かを判断することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるジェットエンジンの制御方法及び制御装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のジェットエンジンの制御装置を説明するための構成図である。
【００１３】
図１において、ジェットエンジンＥは、空気取入口Ｆと、空気取入口Ｆから取り入れられた空気を圧縮空気に変換する圧縮機Ｐと、圧縮機Ｐの下流側に配置され、燃料供給装置（不図示）からの燃料と圧縮機Ｐからの圧縮空気とを燃焼する燃焼室Ｂと、燃焼室Ｂによって生成された高温高圧ガスを膨張させ、その熱エネルギーを各出力部を駆動するための機械仕事として取り出すタービンＴと、排気ガスを排出するための排気ノズルＮとを備えている。
【００１４】
ジェットエンジンＥの制御装置ＣＯＮＴは、圧縮機Ｐの空気の流れ方向下流側に配置され、この圧縮機Ｐの出口圧力を検出可能な圧力検出装置１と、燃焼室Ｂ内に配置され、圧縮空気と燃料との混合ガスに対して着火可能な着火装置２と、ジェットエンジンＥの回転数を検出可能な回転数検出装置３とを備えている。そして、圧力検出装置１及び回転数検出装置３のそれぞれの検出結果は、制御部（制御装置）Ｃに出力されるとともに、着火装置２の動作は、制御部Ｃの指示に基づいて行われるようになっている。
【００１５】
また、タービンＴの入口にはタービン入口温度検出装置４が設けられており、排気ノズルＮには排気ガス温度検出装置５が設けられている。そして、これらタービン入口温度検出装置４及び排気ガス温度検出装置５は制御部Ｃに接続されており、これら各検出装置４、５の検出結果は制御部Ｃに出力されるようになっている。
【００１６】
さらに、制御部Ｃには、飛行する機体（航空機）に搭載され、フレームアウトしたエンジンが再始動可能な飛行高度及び速度に関する情報を記憶した記憶装置７が接続されている。
【００１７】
制御装置ＣＯＮＴ（制御部Ｃ）は、いわゆる、全ディジタル電子式エンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ：Full Authority Digital Electoric Control）によって構成されており、エンジンへの燃料の供給量などの制御を、従来の油圧機械式とは異なって、数値演算に基づく電子式な制御によって行うものである。
【００１８】
以上説明した構成を有するジェットエンジンＥの制御装置ＣＯＮＴによる制御方法について、図２、図３を参照しながら説明する。ここで、図２は本発明の制御方法のフローチャート図を、図３は本発明の制御方法を行うにあたり用いる航空機の速度と高度との関係を説明するための図である。
【００１９】
ジェットエンジンＥを搭載した航空機（機体）の飛行中において、燃焼室Ｂに燃料が供給されなかったり、飛行中にエンジンＥがストールしてしまうなどの何らかの原因によって、燃焼室Ｂの燃焼が停止する（以下、ジェットエンジンの燃焼が停止する状態のことを「フレームアウト」と称する）。
【００２０】
フレームアウトが生じると、ジェットエンジンＥ全体の作動も停止するとともに、圧縮機Ｐの出口圧力は低下する。圧縮機Ｐの下流側に配置されている圧力検出装置１は、この出口圧力を検出し、検出結果を制御部Ｃに出力する。
【００２１】
制御部Ｃは、圧力検出装置１の検出結果に基づいて、圧縮機Ｐの出口圧力が所定値以下であるか否かを判断する。この所定値は、フレームアウトが生じたか否かを判断するために予め設定された値であり、予め実験などによって求めることができる。あるいは、通常作動状態（フレームアウトが生じていない状態）における出口圧力の所定の範囲を予め実験などによって求めておき、出口圧力の変化量がこの所定範囲以上であるか否かを判断する構成とすることもできる。この所定値（所定範囲）に関するデータは、制御部Ｃ又はこの制御部Ｃに接続された記憶装置Ｋに記憶させておくことができる。
【００２２】
そして、圧力検出装置１の検出結果が所定値以下であると判断した場合（あるいは、圧縮機Ｐの出口圧力の変化量が所定範囲以上であると判断した場合）には、制御部Ｃは、フレームアウトが生じたと判断する。一方、圧力検出装置１の検出結果が所定値以下でないと判断した場合（あるいは、圧縮機Ｐの出口圧力の変化量が所定範囲以内であると判断した場合）には、制御部Ｃは、フレームアウトが生じておらず、エンジンＥは正常な作動状態であると判断し、通常制御を継続する（ステップＳ１）。
【００２３】
ステップＳ１において、フレームアウト状態であると判断した場合、制御部Ｃは、圧縮機Ｐの出口圧力の検出結果に基づいて、エンジンＥの再始動（再着火）が可能か否かを判断する。このとき、制御部Ｃは、記憶装置７に予め記憶されている、出口圧力とジェットエンジンを搭載し飛行する機体（航空機）の高度又は速度との関係と、圧力検出装置１の検出結果とに基づいて、再始動が可能か否かを判断する。
【００２４】
記憶装置７には、図３に示すような、飛行する航空機において、フレームアウトしたエンジンＥが再始動可能な飛行高度及び速度の関係（データ）が記憶されている。制御部Ｃは、このデータと圧力検出装置１の検出結果とに基づいて、再始動が可能か否かを判断する。
【００２５】
図３は、フレームアウト状態のジェットエンジンＥが再始動可能な飛行高度と飛行速度との関係を示す図であり、横軸は飛行速度を、縦軸は飛行高度を示している。このとき、線Ｒ１（フライトエンベロープ）に囲まれた領域は、ジェットエンジンＥ及びこのジェットエンジンＥを搭載する機体の性能に基づいて求められた飛行可能な領域（飛行可能領域Ａ１）を示している。また、線Ｒ２（再始動エンベロープ）で囲まれた領域は、フレームアウトをおこしたジェットエンジンEが再始動可能である領域（再始動可能領域Ａ２）を示している。これら、飛行可能領域Ａ１及び再始動可能領域Ａ２は、予め実験などによって求めることができる。
【００２６】
このとき、フレームアウトしたエンジンＥを再始動する場合において、飛行速度及び飛行速度を検出し、このときの検出結果が再始動可能領域Ａ２内にあれば再始動を行うことができる。しかしながら、通常のＦＡＤＥＣにおいては、飛行高度や飛行速度を検出することができない。
【００２７】
この場合、圧縮機Ｐの出口圧力を検出し、この出口圧力に関する情報に基づいて、再始動可能領域Ａ２に対応する領域Ａ３を求めることができる。
このことについて、以下に説明する。
【００２８】
フレームアウトによってジェットエンジンＥが停止した際、この停止したジェットエンジンＥには、飛行に伴う空気が流入する。この流入する空気によってジェットエンジンＥは回転される。つまり、自力では回転していないジェットエンジンＥは、流入する空気の力によって回転される（以下、流入する空気によってエンジンが回転させられる状態を「ウインドミル回転」と称し、このときのエンジンの回転数を「ウインドミル回転数」と称する）。
【００２９】
このウインドミル回転によって、圧力検出装置１には所定の圧力が検出される。すなわち、例えば図３の線Ｒ３に示すように、飛行速度及び飛行速度に基づいて、ウインドミル回転時における圧縮機Ｐの出口圧力は一義的に求められる。この場合、線Ｒ３は、圧縮機Ｐの出口圧力が約０．３ｋｇ／ｃｍ²時における等高線であって、線Ｒ２とほぼ対応する値を示す。この線Ｒ３で示す等高線は予め実験などによって求めることができる。
【００３０】
このように、ウインドミル回転時における圧縮機Ｐの出口圧力と、図３に示したような飛行高度又は飛行速度との関係（データマップ）を予め求めておき、この求めた関係（データマップ）と検出した出口圧力とに基づいて、そのときの飛行高度を求めることができる。さらに、このとき、再始動可能領域Ａ２と領域Ａ３とが対応関係にあるため、圧縮機Ｐの出口圧力と、図３に示すような再始動可能な飛行高度又は飛行速度との関係（データマップ）を予め求めておき、この求めた関係（データマップ）と圧力検出装置１で検出した出口圧力とに基づいて、再始動が可能な飛行高度か否かを求めることができる。
【００３１】
なお、ウインドミル回転時か否かの判断や、ウインドミル回転時における回転数など、ウインドミル回転に関する情報は回転数検出装置３によって検出することができる。また、ウインドミル回転に関する情報はジェットエンジンＥの特性によって変化するものであり、予め実験などによって求めておくことができる。このとき、制御部Ｃは、回転数検出装置３の検出結果及び圧力検出装置１の検出結果に基づいて、再始動可能な飛行状態か否かを判断することができる。そして、制御部Ｃは、ウインドミル回転数及び圧縮機Ｐの出口圧力のそれぞれの値に基づいてそのときの飛行高度を演算によって求め、この飛行高度に基づいて再始動可能な飛行状態か否かを判断することができる。
【００３２】
このように、ウインドミル回転時における圧縮機Ｐの出口圧力と、このジェットエンジンＥを搭載し飛行する機体の高度又は速度との関係を図３に示すように予め求めておき、この関係と圧力検出装置１の検出結果とに基づいて、再始動が可能か否かを判断する。再始動が可能であると判断された場合には、再始動を行うための所定の処理を行うように次の工程に進み、再始動が不可能であると判断された場合には、通常制御を継続したまま、圧縮機Ｐの出口圧力が所定値になるように（圧力が上昇するように）飛行高度を下げたり飛行速度を調整したりする（ステップＳ２）。
【００３３】
次に、再始動可能なエンジン・制御状態であるか否かを判断する。
この場合、本実施形態の制御装置ＣＯＮＴであるＦＡＤＥＣは、フレームアウトが生じた原因を、各検出装置１、３、４、５によって検出可能となっている。この場合、フレームアウトの生じた原因が、制御システム（エンジン自体）に起因するものなのか、ストールに起因するものなのかを判断可能となっている。このとき、制御システム（エンジン自体）に起因するフレームアウト時において再着火を試みて燃料を供給しようとすると危険性が増加する場合がある。一方、ストールに起因するフレームアウト時においては、ジェットエンジンＥの再始動が可能である。したがって、ストールによってフレームアウトが生じたと判断した場合には、制御部Ｃは、ジェットエンジンＥを再始動（再着火）するように、所定の処理を行う。一方、エンジン自体に起因してフレームアウトが生じたと判断した場合には、制御部Ｃは、例えば注意灯を点灯しミッションアボードをリコメンドするなど、所定の処理を行う（ステップＳ３）。
【００３４】
そして、ステップＳ３において、再始動可能な状態であると判断した場合、制御部Ｃは、フレームアウト状態のジェットエンジンＥを再始動（再着火）するように、着火装置２に指示する（ステップＳ４）。
【００３５】
以上説明したように、圧縮機Ｐの出口圧力の値に基づいて、ジェットエンジンＥが作動状態か否かを制御装置ＣＯＮＴによって判断することができる。このとき、圧力検出装置１によって検出された出口圧力の値と、実験などによって予め求められた所定の値とを比較することにより、制御装置ＣＯＮＴ（制御部Ｃ）によってジェットエンジンＥが作動状態か否かを自動的に判断することができる。そして、制御装置ＣＯＮＴによってジェットエンジンＥの再始動が可能か否かを判断し、再始動が可能である場合には再始動動作を行い、不可能である場合には、例えば注意灯を点灯させるなど、所定の処理を自動的に行うことができるので、操縦者の負担を低減してヒューマンエラーを防止することができるとともに、フレームアウトが生じてから再始動するまでの時間を短縮することができる。
【００３６】
このとき、再始動が可能か否かの判断は、ジェットエンジンＥのウインドミル回転時における回転数や圧力検出装置１の検出結果である圧縮機Ｐの出口圧力に関する情報に基づいて、ジェットエンジンＥを搭載し飛行する航空機の飛行高度を求め、この求めた値に基づいて行うことができる。すなわち、フレームアウトをおこしたジェットエンジンがＥ再始動可能か否かは、飛行する航空機の飛行高度に依存するが、この飛行高度をエンジンの回転数及び出口圧力の値に基づいて求めることができる。したがって、装置構成を簡略化することができる。
【００３７】
なお、飛行高度及び飛行速度を検出可能な飛行高度検出装置及び飛行速度検出装置を設けることにより、図３に示したようなデータマップを予め求める必要はない。すなわち、飛行高度と飛行速度とに関する情報に基づいて、再始動可能か否かを判断することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のジェットエンジンの制御方法及び制御装置は以下のような効果を有するものである。
本発明によれば、圧縮機の出口圧力に基づいて、ジェットエンジンが作動状態か否かを制御装置によって判断することができる。この場合の判断は、出口圧力の検出結果と、例えば実験などによって予め求められた所定値とに基づいて行うことができる。そして、制御装置は、圧縮機の出口圧力に関する情報に基づいてジェットエンジンの再始動が可能か否かを判断することができる。このように、所定の処理を自動的に行うことができるので、操縦者の負担を低減してヒューマンエラーを防止することができるとともに、フレームアウトが生じてから再始動するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のジェットエンジンの制御装置の一実施形態を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明のジェットエンジンの制御方法の一実施形態を説明するためのフローチャート図である。
【図３】圧縮機の出口圧力とエンジンを再始動可能な飛行速度及び高度との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 圧力検出装置
２ 着火装置
３ 回転数検出装置
４ タービン入口温度検出装置
５ 排気ガス温度検出装置
７ 記憶装置
Ｃ 制御部（制御装置）
ＣＯＮＴ 制御装置
Ｅ ジェットエンジン

Claims (2)

1. 圧縮機を備えたジェットエンジンの制御方法において、
   前記圧縮機の出口圧力を検出する工程と、
   前記検出結果と、前記ジェットエンジンの作動が停止したか否かを判断するために予め設定された値とに基づいて、ジェットエンジンが作動状態か否かを判断する工程と、
   作動状態でないと判断した場合、予め求められた、自力で回転せずに流入する空気の力で回転する前記ジェットエンジンのウインドミル回転時における前記圧縮機の出口圧力と前記ジェットエンジンを搭載し飛行する機体の飛行高度又は飛行速度との関係と、検出した出口圧力とに基づいて、前記飛行高度を求める工程と、
   求めた前記飛行高度に基づいて、前記ジェットエンジンの再始動が可能な否かを判断する工程と、
   再始動が可能であると判断した場合、再始動を行うように、前記ジェットエンジンの燃焼室のガスに着火する工程と、を行うことを特徴とするジェットエンジンの制御方法。
2. 圧縮機を備えたジェットエンジンの制御装置において、
   前記圧縮機の出口圧力を検出する圧力検出装置と、
   ジェットエンジンに対して着火可能な着火装置と、
   予め求められた、自力で回転せずに流入する空気の力で回転する前記ジェットエンジンのウインドミル回転時における前記圧縮機の出口圧力と前記ジェットエンジンを搭載し飛行する機体の飛行高度又は飛行速度との関係を記憶する記憶装置と、
   前記出口圧力の検出結果と、前記ジェットエンジンの作動が停止したか否かを判断するために予め設定された値とに基づいて、ジェットエンジンが作動状態か否かを判断し、作動状態でないと判断した場合、前記記憶装置に記憶された前記関係と、検出した出口圧力とに基づいて、前記飛行高度を求め、求めた前記飛行高度に基づいて、前記ジェットエンジンの再始動が可能な否かを判断し、再始動が可能であると判断した場合、再始動を行うように、前記着火装置で前記ジェットエンジンの燃焼室のガスに着火する制御部とを備えることを特徴とするジェットエンジンの制御装置。

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