JP6040050B2 - センサベースの性能追求ガスタービンエンジン制御 - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題は、全体として、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの動作を制御するための方法及び装置に関する。

いくつかのガスタービンエンジンは、圧縮器部、燃焼器部、及び、少なくとも１つのタービン部を含むことができる。圧縮器は空気を圧縮し、その空気は、燃料と混合されて燃焼器に運ばれる。次に、混合気に点火され、高温燃焼ガスを発生する。燃焼ガスはタービンに運ばれ、タービンは、発電機など負荷に動力を供給するため又は飛行中の航空機を推進させるための有用な仕事を行うと共に、圧縮器に動力を供給するためのエネルギーを燃焼ガスから抽出する。

いくつかのガスタービンエンジンでは、特定の制御パラメータを、エンジンの動作状態に基づいて調整することができる。例えば、航空機を推進させるように又は発電機を駆動するように構成されたガスタービンエンジンでは、圧縮器の可変静翼の角度位置を、予め決められたスケジュールに従うなどにより補正されたコア速度で変化するように構成することができる。予め決められたスケジュールを、エンジン間の製造品質のばらつき、運転の長年の動作に渡るエンジン構成要素の劣化、制御センサの測定誤差、動作条件（例えば、湿度）の変化等を最大限に考慮しながら、エンジンが少なくとも最低予想量の推力又は動力出力を発生し、動作範囲を通じて最低限必要な失速マージンを維持するように確立することができる。その結果、また設計によって、エンジンは、多くの状況において、その潜在的な能力未満で、推力又は動力出力が低いレベルになることも、効率が最適に満たないレベルになることもある。

米国特許第６８２３６７５号公報

特定の制御パラメータに関する予め決められたスケジュールの使用による最適に満たない制御パラメータ設定でガスタービンを動作させることは、燃料効率、動作温度、エンジン寿命、排気物質等に影響を及ぼす可能性がある。

上述した課題の解決策は、例示的な教示のために与えられ、限定を意味するものではない、例示的な実施形態を含むように、本開示によって提供される。

本開示の少なくともいくつかの態様によるガスタービンエンジンの動作を制御する方法の一例は、所望の出力を発生するようにガスタービンエンジンを動作させながら、エンジン入力パラメータを変化させるステップを含むことができる。エンジン入力パラメータを変化させるステップは、所望の出力を発生させている間、ガスタービンエンジンを初期値のエンジン入力パラメータで動作させながら、エンジン動作パラメータの調節前値を測定するサブステップと、エンジン入力パラメータを、初期値とは異なる現在の調節値に調節するサブステップと、所望の出力を発生させている間、ガスタービンエンジンを調節値のエンジン入力パラメータで動作させながら、エンジン動作パラメータの調節後値を測定するサブステップとを含むことができる。方法の一例は、エンジン入力パラメータの初期値、エンジン動作パラメータの調節前値、エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいて、エンジン動作パラメータに関してエンジン入力パラメータの現在の調節値よりエンジン入力パラメータの最適値に近いエンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップを含むことができる。方法の一例は、前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、エンジン入力パラメータを変化させるステップと、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップを反復的に繰り返すステップを含むことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様によるガスタービンエンジンのための制御システムの一例は、ガスタービンエンジンに関連付けられたエンジン動作パラメータを測定するように動作可能な動作パラメータセンサと、ガスタービンエンジンの出力を測定するように動作可能な出力センサと、ガスタービンエンジンに関連付けられたエンジン入力パラメータ（例えば、可変静翼、可変入口案内翼、可変抽気又はバイパス気流、タービンノズル又はケーシングへの冷却空気流、或いは、燃焼器燃料流分布パターン）を調節するように動作可能なアクチュエータと、動作パラメータセンサ、出力センサ及びアクチュエータに結合して動作するプロセッサと、プロセッサに結合して動作する記憶媒体とを含むことができ、記憶媒体は機械可読命令を備える。機械可読命令は、プロセッサが、動作パラメータセンサによって測定された（又は、動作パラメータセンサによって測定されたデータに解析モデル演算を使用して計算された）（推力／動力出力、タービン入口／排気温度、排気物質、燃料効率など）エンジン動作パラメータの調節前値を受け取り、ガスタービンエンジンの出力を出力センサによって測定されるような所望の出力に実質的に維持するようにガスタービンエンジンを動作させながら、アクチュエータにエンジン入力パラメータを初期値から現在の調節値に調節させ、動作パラメータセンサによって測定されたエンジン動作パラメータの調節後値を受け取り、エンジン入力パラメータの初期値、エンジン動作パラメータの調節前値、エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいて、エンジン動作パラメータに関してエンジン入力パラメータの現在の調節値よりエンジン入力パラメータの最適な値に近いエンジン入力パラメータの将来の調節値を決定し、ガスタービンエンジンの出力を所望の出力に実質的に維持するようにガスタービンエンジンを動作させながら、前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、反復的にエンジン入力パラメータを調節し、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定することを作動的に可能にしてもよい。

本開示の少なくともいくつかの態様による記憶媒体の一例は、１つ又は複数のプロセッサによって実行されると、ガスタービンエンジン制御システムが、ガスタービンエンジン制御システムに関連付けられたガスタービンエンジンに所望の出力を発生させながらエンジン入力パラメータを変化させることを作動的に可能にする、非一時的な機械可読命令が記憶されていてもよく、エンジン入力パラメータを変化させる動作は、所望の出力を発生させている間、ガスタービンエンジンを初期値のエンジン入力パラメータで動作させながら、エンジン動作パラメータの調節前値を測定する動作と、エンジン入力パラメータを初期値とは異なる現在の調節値に調節する動作と、所望の出力を発生させている間、ガスタービンエンジンを調節値のエンジン入力パラメータで動作させながら、エンジン動作パラメータの調節後値を測定する動作とを含む。機械可読命令の例は、ガスタービンエンジン制御システムが、エンジン入力パラメータの初期値、エンジン動作パラメータの調節前値、エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいてエンジン入力パラメータの将来の調節値を決定することを作動的に可能にしてもよく、将来の調節値は、エンジン動作パラメータに関して、エンジン入力パラメータの現在の調節値よりエンジン入力パラメータの最適値に近い。機械可読命令の例は、ガスタービンエンジン制御システムが、前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、反復的に、エンジン入力パラメータを変化させ、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定することを作動的に可能にしてもよい。

特許請求の範囲を得ようとする主題は、本明細書で具体的に指摘され、請求される。しかしながら、その主題及び実施形態は、添付図面と併せて以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。

航空機を推進させるように構成されたガスタービンエンジンの一例のブロック図である。 発電機を駆動するように構成されたガスタービンエンジンの一例のブロック図である。 ガスタービンエンジンの動作を制御する方法の一例の流れ図である。 すべて本開示の少なくともいくつかの態様による記憶媒体の一例を示すブロック図である。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面を参照する。図面では、文脈が特に示さない限り、同様の記号は一般に同様の構成要素を識別する。詳細な説明、図面及び特許請求の範囲に記載の例示的な実施形態は、限定的であることを意図していない。本明細書に示された主題の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。本明細書に全体として記載され図面中に例示された本開示の態様を、多種多様な異なる構成で配置し、置換し、組み合わせ、設計することができ、それらのすべては明示的に想定され、本開示の一部を形成することは、容易に理解されるであろう。

本開示は、とりわけ、ガスタービンエンジンの動作を制御するための方法及び装置を含み、より具体的には、ガスタービンエンジンの動作を制御するための、センサベースの性能追求方法及び装置を含む。

本開示は、飛行中の航空機を推進させるガスタービンエンジンなどガスタービンエンジンによって発生される推力の程度を直接測定することは非実際的である可能性があると想定する。したがって、いくつかのガスタービンエンジンは、発生されている推力の程度を間接的に確認するように構成された制御システムを使用することができる。いくつかのこのような制御システムは、ファンの回転速度、又は、エンジン圧力比（ＥＰＲ）（例えば、エンジン入口全圧力に対するタービン排気流圧の比）など、測定することができるパラメータからエンジン推力を推測することができる。例えば、いくつかの制御システムは、航空機のスロットル位置に対応するファン速度を発生するために、ガスタービンエンジンへの燃料流を必要に応じて調整するように構成することができる。同様に、いくつかの制御システムは、航空機のスロットル位置に対応するＥＰＲを発生するために、ガスタービンエンジンへの燃料流を必要に応じて調整するように構成することができる。スロットルを前進させることが結果として推力を増加させることができるように、異なった航空機スロットル位置が異なったファン速度及び／又はＥＰＲに対応し得る。

本開示の少なくともいくつかの態様によるいくつかの例示的な実施形態は、ガスタービンエンジンのための制御システムを含むことができる。制御システムの一例は、ガスタービンエンジン動作パラメータを測定するように構成された動作パラメータセンサと、ガスタービンエンジンの出力を測定するように構成された出力センサと、エンジン入力パラメータを調節するように構成されたアクチュエータと、動作パラメータセンサ、出力センサ及びアクチュエータに結合して動作するプロセッサと、プロセッサに結合して動作する記憶媒体とを含むことができる。記憶媒体は、機械可読命令を記憶することができる。

本開示の少なくともいくつかの態様によるいくつかの例示的な実施形態では、機械可読命令は、プロセッサによって実行可能であってもよく、及び／又は、プロセッサがガスタービンエンジンの動作の少なくともいくつかの側面を制御することを作動的に可能にしてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、技術的効果は、ガスタービンエンジンの動作の少なくともいくつかの側面の制御である。例えば、機械可読命令は、プロセッサが、動作パラメータセンサによって測定されたエンジン動作パラメータの調節前値を受け取ることができるようにしてもよい。機械可読命令は、プロセッサが、出力センサによって測定されるような所望の出力にガスタービンエンジンの出力を実質的に維持するようにガスタービンエンジンを動作させながら、アクチュエータにエンジン入力パラメータを初期値から現在の調節値に調節させることができるようにしてもよい。機械可読命令は、プロセッサが、動作パラメータセンサによって測定されたエンジン動作パラメータの調節後値を受け取ることができるようにしてもよい。機械可読命令は、プロセッサが、エンジン入力パラメータの初期値、エンジン動作パラメータの調節前値、エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいてエンジン入力パラメータの将来の調節値を決定することをできるようにしてもよく、将来の調節値は、エンジン動作パラメータに関して、エンジン入力パラメータの現在の調節値よりエンジン入力パラメータの最適値に近い。機械可読命令は、プロセッサが、ガスタービンエンジンの出力を所望の出力に実質的に維持するようにガスタービンエンジンを動作させながら、前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、反復的に、エンジン入力パラメータを調節し、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定することができるようにしてもよい。

本明細書で使用される最適は、他の値より望ましい又は良好な値を指すことができる。例えば、限定はしないが、エンジン入力パラメータの最適値は、最小限の燃料流量、最大電力出力、最大効率、最小限の排気物質測定値、最小限の熱消費率、及び／又は、最小限の出力タービン入口温度に対応する値を指すことができる。本明細書で使用される最適値は、最適値が厳密に数学的な最小値又は最大値であるかどうかにかかわらず、エンジンに関連付けられた特定の動作パラメータの制限など、特定の制約を考慮してより望ましい又は良好な値を指すことができる。例えば、ガスタービンエンジンを、性能、安全性、信頼性等の観点から確立することができる特定の動作制限内で動作させることもある。本明細書で使用されるエンジン入力パラメータの最適値は、ガスタービンエンジンを依然として動作制限内で動作させることができる、より望ましい又は良好な値を指すことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様によるいくつかの例示的な実施形態は、航空機エンジンに関連して使用されるように配置されてもよい。図１は、本開示の少なくともいくつかの態様による、航空機を推進させるように構成することができる、ガスタービンエンジン（ＧＴＥ）１００の一例のブロック図である。ＧＴＥ１００は、制御システム２００を含むことができる。制御システム２００は、動作パラメータセンサ２０２を含むことができ、動作パラメータセンサ２０２を、例えば、ＧＴＥ１００に供給される燃料１１０の燃料流量を含む動作パラメータを測定するように構成することができる。制御システム２００は、出力センサ２０４を含むことができ、出力センサ２０４を、例えば、ＧＴＥ１００のファン１０２の速度及び／又はＧＴＥ１００のＥＰＲを含む出力を測定するように構成することができる。制御システム２００は、アクチュエータ２０６を含むことができ、アクチュエータ２０６を、ＧＴＥ１００の圧縮器１０４内の可変静翼１０６の位置を調節するように構成することができ、可変静翼１０６の位置はエンジン入力パラメータを構成してもよい。エンジンのいくつかの例は、複数の可変静翼を備えてもよく、入力パラメータは、１つ又は複数の可変静翼１０６の１つ又は複数の位置を含むことができる。制御システム２００は、プロセッサ２０８を含むことができ、プロセッサ２０８は、動作パラメータセンサ２０２、出力センサ２０４、及び／又は、アクチュエータ２０６に結合して動作することができる。制御システム２００は、記憶媒体２１０を含むことができ、記憶媒体２１０は、プロセッサ２０８に結合して動作することができる。記憶媒体２１０は、機械可読命令２１１を含むことができ、機械可読命令２１１は、プロセッサ２０８によって実行可能であってもよい。

本開示の少なくともいくつかの態様によるいくつかの例示的な実施形態では、制御システム２００を、所望のファン１０２の速度及び／又は所望のエンジン圧力比を実現するようにＧＴＥ１００への燃料１１０の燃料流量を制御するように構成することができる。エンジン入力パラメータの最適値は、所望の出力（例えば、所望のファン速度及び／又は所望のエンジン圧力比）を実質的に維持する最小限の燃料流量に対応する可変静翼１０６の位置を含むことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様によるいくつかの例示的な実施形態は、発電のために構成されたガスタービンエンジンを含むことができる。図２は、本開示の少なくともいくつかの態様による、発電機３０１を駆動するように構成することができるガスタービンエンジン（ＧＴＥ）３００の一例のブロック図である。ＧＴＥ３００は、低圧圧縮器３０２と、中間冷却器３０３と、高圧圧縮器３０４と、燃焼器３０８と、高圧タービン３１２と、中圧タービン３１４と、出力タービン３１６とを含むことができる。出力タービン３１６は、発電機３０１を駆動するように結合して動作することができる。

ＧＴＥ３００の一例は、制御システム４００を含むことができる。制御システム４００は、動作パラメータセンサ４０２を含むことができ、動作パラメータセンサ４０２は、例えば、発電機３０１の電力出力、ＧＴＥ３００の効率、排気物質パラメータ（例えば、ＮＯ_x濃度）、ＧＴＥ３００の熱消費率、ＧＴＥ３００に供給される燃料３１０の燃料流量、及び／又は、ＧＴＥ３００の出力タービンに関連付けられた出力タービン入口温度を含む動作パラメータを測定するように構成することができる。制御システム４００は、出力センサ４０４を含むことができ、出力センサ４０４は、例えば、発電機３０１の電気出力（例えば、交流電流周波数及び／又は電力出力）を含む出力パラメータを測定するように構成することができる。制御システム４００は、アクチュエータ４０６を含むことができ、アクチュエータ４０６は、例えば、（例えば、中間冷却器３０３を介して冷却水３０５の流れを制御することによって）ＧＴＥ３００の高圧圧縮器に関連付けられた高圧圧縮器入口温度、高圧圧縮器３０４に関連付けられた可変静翼３０６の位置、ブースタ３０２に関連付けられた可変入口案内翼３２０の位置、及び／又は、燃焼器３０８に供給される注入水３２２の流量を含むエンジン入力パラメータを調節するように構成することができる。制御システム４００は、プロセッサ４０８を含むことができ、プロセッサ４０８は、動作パラメータセンサ４０２、出力センサ４０４、及び／又は、アクチュエータ４０６に結合して動作することができる。制御システム４００は、記憶媒体４１０を含むことができ、記憶媒体４１０は、プロセッサ４０８に結合して動作することができる。記憶媒体４１０は、機械可読命令４１１を含むことができ、機械可読命令４１１は、プロセッサ４０８によって実行可能であってもよい。

いくつかの例示的な実施形態では、エンジン入力パラメータは、限定することなしに、可変性静翼、可変入口案内翼、可変抽気又はバイパス空気流、タービンノズル及び／又はケーシングへの冷却空気流、及び／又は、燃焼器燃料流分布パターンを含むことができる。いくつかの例示的な実施形態では、エンジン動作パラメータは、限定することなしに、推力／動力出力、タービン入口／排気温度、排気物質、及び／又は、燃料効率を含むことができる。

本明細書で使用される熱消費率は、燃料流量に燃料発熱量を乗じたものを動力出力で割ったものによって与えられる比を指すことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様によるいくつかの例示的な実施形態では、制御システム４００を、発電機３０１の所望の電力出力及び／又は所望の出力タービン３１６の速度を実現するようにＧＴＥ３００への燃料３１０の燃料流量を制御するように構成することができる。エンジン入力パラメータの最適値は、例えば、最大電力出力、最大効率、最小排気物質測定値（例えば、ＮＯ_x）、最小熱消費率、最小燃料流量、及び／又は、出力タービン３１６の入口の最低温度に対応し得る。

図３は、本開示の少なくともいくつかの態様による、ガスタービンエンジンの動作を制御する方法５００の一例の流れ図である。ガスタービンエンジンの動作を制御する方法５００は、動作５０２によって開始することができ、動作５０２は、所望の出力を発生するようにガスタービンエンジンを動作させながら、エンジン入力パラメータを変化させるステップを含むことができる。エンジン入力パラメータを変化させるステップは、所望の出力を発生させている間、ガスタービンエンジンを初期値のエンジン入力パラメータで動作させながらエンジン動作パラメータの調節前値を測定するサブステップ、エンジン入力パラメータを初期値とは異なる現在の調節値に調節するサブステップ、及び／又は、所望の出力を発生させている間、ガスタービンエンジンを調節値のエンジン入力パラメータで動作させながらエンジン動作パラメータの調節後値を測定するサブステップを含むことができる。動作５０２に動作５０４を続けることができ、動作５０４は、エンジン入力パラメータの初期値、エンジン動作パラメータの調節前値、エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいて、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップを含むことができ、将来の調節値は、エンジン動作パラメータに関して、エンジン入力パラメータの現在の調節値よりエンジン入力パラメータの最適値に近い。動作５０４に動作５０６を続けることができ、動作５０６は、前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、エンジン入力パラメータを変化させるステップと、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップとを、反復して繰り返すステップを含むことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例では、所望の出力を発生させるようにガスタービンエンジンを動作させるステップは、所望の出力を実現するようにガスタービンエンジンへの燃料の燃料流量を制御するサブステップを含むことができる。所望の出力は、所望のファン速度及び／又は所望のエンジン圧力比など、エンジンによって発生される推力に関連付けられたパラメータの所望の値を含むことができる。エンジン動作パラメータは、燃料流量を含むことができる。エンジン入力パラメータは、ガスタービンエンジンの圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置を含むことができる。エンジン入力パラメータの最適値は、所望の出力を生じる最小限の燃料流量に対応する可変静翼の位置を含むことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例では、所望の出力は、ガスタービンエンジンに結合して動作する発電機の所望の電気出力を含むことができる。エンジン動作パラメータは、例えば、発電機の電力出力、ガスタービンエンジンの効率、ガスタービンエンジンに関連付けられた排気物質測定値、ガスタービンエンジンの熱消費率、ガスタービンエンジンに供給される燃料の燃料流量、及び／又は、ガスタービンエンジンの出力タービンに関連付けられた出力タービン入口温度を含むことができる。エンジン入力パラメータは、例えば、ガスタービンエンジンの高圧圧縮器に関連付けられた高圧圧縮器入口温度、高圧圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置、ガスタービンエンジンのブースタに関連付けられた可変入口案内翼の位置、及び／又は、ガスタービンエンジンの燃焼器に供給される注入水の注入水流量を含むことができる。エンジン入力パラメータの最適値は、例えば、最大電力出力、最大効率、最小排気物質測定値、最小熱消費率、最小燃料流量、及び／又は、出力タービンの入口の最低温度に対応し得る。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例では、所望の電気出力は、所望の交流電流周波数及び／又は所望の電力出力を含むことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例では、方法は、ガスタービンエンジンを動作させながらエンジン入力パラメータを変化させるステップの前に、ガスタービンエンジンが擬似定常状態で動作していると決定するステップを含むことができる。例えば、ガスタービンエンジンを航空機に搭載することができ、擬似定常状態は、巡航、上昇及び／又は降下を含むことができる。他の例として、ガスタービンエンジンは発電機に結合して動作することができ、擬似定常状態は、発電機の実質的に一定の電力出力を含むことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例では、エンジン入力パラメータは単一のパラメータで構成されてもよく、エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定する動作は、パラメータの最適化を含むことができる。パラメータの最適化を、二等分法又は傾斜探索など、一変量最適化のための既知の最適化手法のいずれかを使用して行うことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例では、エンジン入力パラメータは複数のパラメータを含むことができ、エンジン入力パラメータの将来の設定値を決定する動作を、共役勾配法又はニュートン法など勾配に基づく最適化、フック（Ｈｏｏｋｅ）−ジーヴズ（Ｊｅｅｖｅｓ）パターン探索など無勾配探索、或いは、遺伝的アルゴリズムなど集団に基づく方法を含む、多変量最適化のための既知の手法のいずれかを使用して行うことができる。

本開示の少なくともいくつかの態様による方法のいくつかの例は、ガスタービンエンジンの擬似定常状態動作の第１の期間中にエンジン入力パラメータの現在の調節値を記憶するステップと、擬似定常状態動作の第２の期間中に、記憶された現在の調節値をエンジン入力パラメータの初期値として使用するステップとを含むことができる。擬似定常状態動作の第１の期間と、擬似定常状態動作の第２の期間とは、非定常状態動作の介在期間によって分離されてもよい。

図４は、本開示の少なくともいくつかの態様による記憶媒体６００の一例を示すブロック図である。記憶媒体６００は、１つ又は複数の非一時的な機械可読命令６０２のセットを記憶することができる。機械可読命令６０２は、１つ又は複数のプロセッサ（例えば、プロセッサ２０８及び／又はプロセッサ４０８）によって実行可能であってもよく、全体として、以上に説明し図３に示した方法などガスタービンエンジンの動作を制御する方法をガスタービンエンジン制御システム（例えば、制御システム２００及び／又は制御システム４００）が実行することを作動的に可能にすることができる。いくつかの例示的な実施形態では、記憶媒体６００は、コンピュータプログラム製品、コンピュータ可読媒体及び／又は記録可能な媒体を備えることができる。

所望の構成に応じて、プロセッサ２０８及び／又はプロセッサ４０８は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセッサ、又はこれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の形式のものであってもよい。所望の構成に応じて、記憶媒体２１０及び／又は記憶媒体４１０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）又は他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、或いは、所望の情報を記憶するために使用することができ、プロセッサ２０８及び／又はプロセッサ４０８によってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができるがこれらに限定されない。

本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、又、当業者が、任意の装置又はシステムを形成及び使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて本発明を実施することができるようにするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、又は、それらが特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内であるものとする。

１００ ガスタービンエンジン
１０２ ファン
１０４ 圧縮器
１０６ 可変静翼
１１０ 燃料
２００ 制御システム
２０２ 動作パラメータセンサ
２０４ 出力センサ
２０６ アクチュエータ
２０８ プロセッサ
２１０ 記憶媒体
２１１ 機械可読命令
３００ ガスタービンエンジン
３０１ 発電機
３０２ 低圧圧縮器、ブースタ
３０３ 中間冷却器
３０４ 高圧圧縮器
３０５ 冷却水
３０６ 可変静翼
３０８ 燃焼器
３１０ 燃料
３１２ 高圧タービン
３１４ 中圧タービン
３１６ 出力タービン
３２０ 可変入口案内翼
３２２ 注入水
４００ 制御システム
４０２ 動作パラメータセンサ
４０４ 出力センサ
４０６ アクチュエータ
４０８ プロセッサ
４１０ 記憶媒体
４１１ 機械可読命令
５００ 方法
５０２ 動作
５０４ 動作
５０６ 動作
６００ 記憶媒体
６０２ 機械可読命令

Claims (19)

1. ガスタービンエンジンの動作を制御する方法において、
   所望の出力を発生するようにガスタービンエンジンを動作させながらエンジン入力パラメータを変化させるステップであって、
   前記所望の出力を発生させている間、前記ガスタービンエンジンを初期値の前記エンジン入力パラメータで動作させながら、エンジン動作パラメータの調節前値を測定するサブステップと、
   前記エンジン入力パラメータを、前記初期値とは異なる現在の調節値に調節するサブステップと、
   前記所望の出力を発生させている間、前記ガスタービンエンジンを前記調節値の前記エンジン入力パラメータで動作させながら、前記エンジン動作パラメータの調節後値を測定するサブステップと
   を備える、エンジン入力パラメータを変化させるステップと、
   前記エンジン入力パラメータの初期値、前記エンジン動作パラメータの調節前値、前記エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、前記エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいて、前記エンジン動作パラメータに関して前記エンジン入力パラメータの現在の調節値より前記エンジン入力パラメータの最適値に近い前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップと、
   前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、前記エンジン入力パラメータを変化させるステップ及び前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップを反復的に繰り返すステップと
   を備える、ガスタービンエンジンの動作を制御する方法。
2. 前記所望の出力を発生するように前記ガスタービンエンジンを動作させるステップは、前記所望の出力を実現するように前記ガスタービンエンジンへの燃料の燃料流量を制御するサブステップを備え、前記所望の出力は、所望のファン速度及び所望のエンジン圧力比のうち少なくとも１つを含み、
   前記エンジン動作パラメータは燃料流量を含み、
   前記エンジン入力パラメータは、前記ガスタービンエンジンの圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置を含み、
   前記エンジン入力パラメータの最適値は、前記所望の出力を生じる最小限の燃料流量に対応する前記可変静翼の位置を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記所望の出力は、前記ガスタービンエンジンに結合して動作する発電機の所望の電気出力を含み、
   前記エンジン動作パラメータは、発電機の電力出力、前記ガスタービンエンジンの効率、前記ガスタービンエンジンに関連付けられた排気物質測定値、前記ガスタービンエンジンの熱消費率、前記ガスタービンエンジンに供給される燃料の燃料流量、及び、前記ガスタービンエンジンの出力タービンに関連付けられた出力タービン入口温度のうち少なくとも１つを含み、
   前記エンジン入力パラメータは、前記ガスタービンエンジンの高圧圧縮器に関連付けられた高圧圧縮器入口温度、前記高圧圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置、前記ガスタービンエンジンのブースタに関連付けられた可変入口案内翼の位置、及び、前記ガスタービンエンジンの燃焼器に供給される注入水の注入水流量のうち少なくとも１つを含み、
   前記エンジン入力パラメータの最適値は、最大電力出力、最大効率、最小排気物質測定値、最小熱消費率、最小燃料流量、及び、出力タービンの入口の最低温度のうち少なくとも１つに対応する、請求項１記載の方法。
4. 前記所望の電気出力は、所望の交流電流周波数及び所望の電力出力のうち少なくとも１つを含む、請求項３記載の方法。
5. 前記ガスタービンエンジンを動作させながら前記エンジン入力パラメータを変化させるステップの前に、前記ガスタービンエンジンが擬似定常状態で動作していると決定するステップをさらに備える、請求項１記載の方法。
6. 前記ガスタービンエンジンは航空機に搭載され、
   前記擬似定常状態は、巡航、上昇又は下降のうち１つを含む、請求項５記載の方法。
7. 前記ガスタービンエンジンは発電機に結合して動作し、
   前記擬似定常状態は、前記発電機の実質的に一定の電力出力を含む、請求項５記載の方法。
8. 前記エンジン入力パラメータは単一のパラメータから構成され、
   前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップは、パラメータの一変量最適化を含む、請求項１記載の方法。
9. 前記エンジン入力パラメータは複数のパラメータから構成され、
   前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定するステップは、多変量最適化を含む、請求項１記載の方法。
10. 前記ガスタービンエンジンの擬似定常状態動作の第１の期間中に前記エンジン入力パラメータの現在の調節値を記憶するステップと、
    前記擬似定常状態動作の第２の期間内に、前記記憶された現在の調節値を前記エンジン入力パラメータの初期値として使用するステップとをさらに備え、
    前記擬似定常状態動作の第１の期間と、前記擬似定常状態動作の第２の期間とは、非定常状態動作の介在期間によって分離される、請求項１記載の方法。
11. ガスタービンエンジンのための制御システムであって、
    ガスタービンエンジンに関連付けられたエンジン動作パラメータを測定するように動作可能な動作パラメータセンサと、
    前記ガスタービンエンジンの出力を測定するように動作可能な出力センサと、
    前記ガスタービンエンジンに関連付けられたエンジン入力パラメータを調節するように動作可能なアクチュエータと、
    前記動作パラメータセンサ、前記出力センサ及び前記アクチュエータに結合して動作するプロセッサと、
    前記プロセッサに結合して動作する記憶媒体とを備え、前記記憶媒体は、前記プロセッサが、
    前記動作パラメータセンサによって測定される前記エンジン動作パラメータの調節前値を受け取り、
    前記ガスタービンエンジンの出力を前記出力センサによって測定される所望の出力に実質的に維持するように前記ガスタービンエンジンを動作させながら、前記アクチュエータに、前記エンジン入力パラメータを初期値から現在の調節値に調節させ、
    前記動作パラメータセンサによって測定される前記エンジン動作パラメータの調節後値を受け取り、
    前記エンジン入力パラメータの初期値、前記エンジン動作パラメータの調節前値、前記エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、前記エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいて、前記エンジン動作パラメータに関して前記エンジン入力パラメータの現在の調節値より前記エンジン入力パラメータの最適値に近い前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定し、
    前記ガスタービンエンジンの出力を前記所望の出力に実質的に維持するように前記ガスタービンエンジンを動作させながら、前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、反復して、前記エンジン入力パラメータを調節して、前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定する
    ことを作動的に可能にする機械可読命令を備える、制御システム。
12. 前記ガスタービンエンジンの出力を前記所望の出力に実質的に維持するように前記ガスタービンエンジンを動作させることは、前記所望の出力を実現するように前記ガスタービンエンジンへの燃料の燃料流量を制御することを含み、前記所望の出力は、所望のファン速度及び所望のエンジン圧力比のうち少なくとも１つを含み、
    前記エンジン動作パラメータは燃料流量を含み、
    前記エンジン入力パラメータは、前記ガスタービンエンジンの圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置を含み、
    前記エンジン入力パラメータの最適値は、前記所望の出力を実質的に維持する最小限の燃料流量に対応する前記可変静翼の位置を含む、請求項１１記載の制御システム。
13. 前記所望の出力は、前記ガスタービンエンジンに結合して動作する発電機の所望の電気出力を含み、
    前記エンジン動作パラメータは、前記発電機の電力出力、前記ガスタービンエンジンの効率、前記ガスタービンエンジンに関連付けられた排気物質測定値、前記ガスタービンエンジンの熱消費率、前記ガスタービンエンジンに供給される燃料の燃料流量、及び、前記ガスタービンエンジンの出力タービンに関連付けられた出力タービン入口温度のうち少なくとも１つを含み、
    前記エンジン入力パラメータは、前記ガスタービンエンジンの高圧圧縮器に関連付けられた高圧圧縮器入口温度、前記高圧圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置、前記ガスタービンエンジンのブースタに関連付けられた可変入口案内翼の位置、及び、前記ガスタービンエンジンの燃焼器に供給される注入水の注入水流量のうち少なくとも１つを含み、
    前記エンジン入力パラメータの最適値は、最大電力出力、最大効率、最小排気物質測定値、最小熱消費率、最小燃料流量、及び、出力タービンの入口の最低温度のうち少なくとも１つに対応する、請求項１１記載の制御システム。
14. 前記所望の電気出力は、所望の交流電流周波数及び所望の電力出力のうち少なくとも１つを含む、請求項１１記載の制御システム。
15. 前記機械可読命令は、前記ガスタービンエンジン制御システムが、前記エンジン入力パラメータを変化させる前に、前記ガスタービンエンジンが擬似定常状態で動作していると決定することを作動的に可能にする、請求項１１記載の制御システム。
16. 非一時的な機械可読命令を記憶した記憶媒体であって、１つ又は複数のプロセッサによって実行されると、ガスタービンエンジン制御システムが、
    所望の出力を発生するように、前記ガスタービンエンジン制御システムに関連付けられたガスタービンエンジンを動作させながら、エンジン入力パラメータを変化させることを動作可能にし、前記エンジン入力パラメータを変化させることは、
    前記所望の出力を発生させている間、前記ガスタービンエンジンを初期値の前記エンジン入力パラメータで動作させながら、エンジン動作パラメータの調節前値を測定し、
    前記エンジン入力パラメータを、前記初期値とは異なる現在の調節値に調節し、
    前記所望の出力を発生させている間、前記ガスタービンエンジンを前記調節値のエンジン入力パラメータで動作させながら、前記エンジン動作パラメータの調節後値を測定することを含み、さらにガスタービンエンジン制御システムが、
    前記エンジン入力パラメータの初期値、前記エンジン動作パラメータの調節前値、前記エンジン入力パラメータの現在の調節値、及び、前記エンジン動作パラメータの調節後値に少なくとも部分的に基づいて、前記エンジン動作パラメータに関して前記エンジン入力パラメータの現在の調節値より前記エンジン入力パラメータの最適値に近い前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定し、
    前の反復の現在の調節値を次の反復のための初期値として使用し、前の反復からの将来の調節値を次の反復のための現在の調節値として使用して、反復的に、前記エンジン入力パラメータを変化させ、前記エンジン入力パラメータの将来の調節値を決定することを動作可能にする、記憶媒体。
17. 前記所望の出力を発生するように前記ガスタービンエンジンを動作させることは、前記所望の出力を実現するように前記ガスタービンエンジンへの燃料の燃料流量を制御することを含み、前記所望の出力は、前記ガスタービンエンジンによって発生される推力に関連付けられたパラメータの所望の値を含み、
    前記エンジン動作パラメータは前記燃料流量を含み、
    前記エンジン入力パラメータは、前記ガスタービンエンジンの圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置を含み、
    前記エンジン入力パラメータの最適値は、前記所望の出力を発生する最小限の燃料流量に対応する前記可変静翼の位置を含む、請求項１６記載の記憶媒体、
18. 前記所望の出力は、前記ガスタービンエンジンに結合して動作する発電機の所望の交流電流周波数及び所望の電力出力のうち少なくとも１つを含み、
    前記エンジン動作パラメータは、前記発電機の電力出力、前記ガスタービンエンジンの効率、前記ガスタービンエンジンに関連付けられた排気物質測定値、前記ガスタービンエンジンの熱消費率、前記ガスタービンエンジンに供給される燃料の燃料流量、及び、前記ガスタービンエンジンの出力タービンに関連付けられた出力タービン入口温度のうち少なくとも１つを含み、
    前記エンジン入力パラメータは、前記ガスタービンエンジンの高圧圧縮器に関連付けられた高圧圧縮器入口温度、前記高圧圧縮器に関連付けられた可変静翼の位置、前記ガスタービンエンジンのブースタに関連付けられた可変入口案内翼の位置、及び、前記ガスタービンエンジンの燃焼器に供給される注入水の注入水流量のうち少なくとも１つを含み、
    前記エンジン入力パラメータの最適値は、最大電力出力、最大効率、最小排気物質測定値、最小熱消費率、最小燃料流量、及び、出力タービンの入口の最低温度のうち少なくとも１つに対応する、請求項１６記載の記憶媒体。
19. 前記機械可読命令は、前記ガスタービンエンジン制御システムが、前記エンジン入力パラメータを変化させる前に、前記ガスタービンエンジンが擬似定常状態で動作していると決定することを作動的に可能にする、請求項１６記載の記憶媒体。