JPS59162324A - 燃料送出し信号を制御する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光Ｊしへ返」Ｌ鎖Ｉ− この発明はガスタービン機関に対する自動燃料制御装置
、更に具体的に云えば、機関速度の変化率に応答して機
関に供給される燃料の量を制御する自動燃料制御装置に
関する。

発　　明　　の　　背　　景 ガスタービン機関では、燃料を燃焼器で燃焼させて、推
力を発生する為に推進ガスを膨張させる熱を発生する。

機関はより多くの燃料を加えることによって加速するこ
とが出来る。然し、追加する燃料の量は、機関の失速と
呼ばれる状態を防止する為に、精密に制御しなければな
らない。機関の失速は、例えば機関が比較的低速にある
時に起り得る。この時、燃焼器を取巻く金属要素は比較
的低温である。一層多くの燃料を追加すると、燃焼は一
層強くなるが、燃焼によって発生された熱が、推進ガス
ではなく、金属要素によって吸収され、従ってガスの膨
張の増加は比較的少なく、機関が失速することがある。

これと反対に、機関が比較的高速で成る期間の間運転さ
れてから、一時的に比較的低い速度に下げ、この時追加
の燃料を噴射することによって加速しようと試みると、
失速が起ることがあるが、これは異なる理由で発生する
。即ち、それまでの高速状態によって燃焼器が高温にな
っている。低速状態では、普通は燃焼器の温度が低くな
るが、この特定の場合、燃焼器の金属は高温からまだ冷
めておらず、従って熱貯蔵部として作用する。機関を加
速しようとして燃料を噴射すると、燃焼する燃料と共に
燃焼器の金属要素が推進ガスに熱を注入する。この過剰
の熱が機関の失速を招く原因になり得る。

更、に、どんな状態でも、燃焼器に噴射し得る燃料の量
には限界がある。限界を定めないと、航空機のパイロッ
トが瞬時的な加速を要求した時、燃料制御装置が過大な
量の燃料を燃焼器に噴射し、機関を失速させる慣れがあ
る。

機関の失速を防止する様に加速を制御する古典的な方法
は、機関速度の関数として燃料の送出し流量を制御する
ものである。送出しの流量に誤りの余裕をプログラムす
ることにより、失速が少なくなる。即ち、例えば低温の
燃焼器に対する燃料の送出し流量は、同じ状態の下で高
温の燃焼器が許容し得る分だけ制限する。こういう余裕
により、低温の燃焼器に供給される燃料が少なすぎたり
、高温の燃焼器に供給される燃料が多過ぎたりする様な
状態が発生しない様にする。然し、こういう余裕を用い
ることは、理論的に可能な加速を達成出来ないことは明
らかである。所定の一組の動作状態で供給される燃料は
、一般的には所定の時刻に起きている状態に応答しない
誤りの余裕によって制限される。

更に、機関はどの２台を持って来ても、同一であるもの
はなく、従って、夫々に同じ量の燃料が供給されても、
加速が異なる。加速度が過大であると、機関の寿命を短
くする熱サイクルを起す惧れがあるので、機関の加速度
を感知して制御することが望ましい。加速度を感知する
ことは問題を孕む。これは、一般的に速度信号が高周波
数の雑音成分を含んでおり、加速度を制限する為に時間
微分を求める時に、この雑音成分が増幅されるからであ
る。この為、制御しようとする加速度を直接的に計算す
ることは困難である。

更に、多くの機関燃料制御装置は、入力バラメータとし
て圧縮機静吐出圧力（Ｐ３）を用いるの　　　　　　′
が普通である。これは少なくとも２つの問題を招く。１
つは、使われる圧力変換器によって発生される信号が一
般的にアナログ信号であってゲイジタル化しなければな
らないこと、もう１つは、必要な圧力範囲（約１０乃至
３５０ｐｓｉ）にわたって正確な圧力変換器が高価であ
ることである。

−明　　の　　　　　的 この発明の目的は、新規で改良されたタービン機関燃料
制御装置を提供することである。

この発明の目的は、広範囲の動作状態の下でタービンの
加速を一層一様に近い形で出来る様にする新規で改良さ
れたタービン機関燃料制御装置を提供することである。

この発明の別の目的は、機関の加速度を含むパラメータ
に応答して、供給される燃料を調整する新規で改良され
たタービン機関燃料制御装置を提供することである。

この発明の別の目的は、入力として圧縮機静吐出圧力に
依存しない新規で改良されＩＣ機関燃料制御装置を提供
することである。

この発明の別の目的は、所定の時刻に機関に供給される
燃料を制限する新規で改良された機関燃料制御装置を提
供することである。

明　　の　　概　　要 この発明は所望の燃料送出し流量を表わす信号に応答し
て動作し、機関の加速度の関数として並びに他の動作状
態の関数として、供給される燃料の量を調整するタービ
ン機関制御装置を提供する。

明の詳細な記載 図面に示すこの発明の実施例では、タービン機関３の所
望の速度を表わす入力信号が導線４に加えられ、アナロ
グ加算器７の正の入力（＋）に供給される。導線４の入
力信号は航空機のパイロットが出すことが出来る。アナ
ログ加算器７の出力が掛算器ブロック９に供給される。

このブロックの出力が最小値選択器１２の入力に供給さ
れる。

最大計量弁速度計画装置１６から取出した、コンジット
１５の信号がアナログ加算器１８の正の入力〈＋）に供
給され、その出力が掛算器ブロック２１に供給される。

ブロック２１の出力が最小値選択器１２の他方の入力に
供給される。アナログ加算器１日は、他の全てのアナロ
グ加算器と同じ　、く、その負の入力に入る信号をその
正の入力に入る信号から減算する様に作用する。選択器
１２が２つの入力信号の内の小さい方を選択して、その
信号を出力２４を介して第１の選択信号として送出す様
に作用する。選択器１２の作用は、出力２４に出る最大
値−を、アナログ加算器１８及び掛算器２１で修正した
コンジット１５の信号の値に制限することである。

最小値選択器１２の出力２４が最大値選択器２７０入力
に接続される。最小計量弁速度計画装置３１から取出し
た、コンジット３０の信号がアナログ加算器３３の正の
入力（＋〉に供給される。

アナログ加算器３３の出力が掛算器ブロック３５に供給
され、その出力が最大値選択器２７の他方の入力に供給
される。最大値選択器２７はその２つの入力信号の内の
大きい方を選択し、それを第２の選択信号として出力３
８に通ず。選択器２７の作用は、出力３８に出る最小値
を、アナログ加算器３３及び掛算器３５によって修正し
た導線３０の信号の値に制限することである。

出力３８が最小値選択器４１の入力に接続される。最小
値選択器４１の他方の入力がコンジット４４に接続され
る。このコンジットは最大加速度計画装置４７から取出
した信号を伝える。最小値選択器４１はその２つの入力
信号の内の小さい方の信号を選択して、それを第３の選
択信号として出力４９に通ず。選択器４１の１つの作用
は、その出力４９に出る最大値を計画装置４７によって
定められた限界に制限することである。

出力４９が最大値選択器５２の１つの入力に接続される
。最大値選択器５２の他方の入力がコンジット５５に接
続される。このコンジットは、最小加速度計画装置５８
（これは減速度計画装置とも呼ぶことが出来る）から取
出した信号を伝える。

最大値選択器５２が２つの入力信号の内の大きい方を選
択して、それを第４の選択信号として出力６０に通す。

選択器５２の１つの作用は、出力６０に出る最小値を計
画装置５８によって定められた限界に制限することであ
る。

出力６０が積分器６３の入力に接続される。積分器６３
の出力６４、即ち予備出力信号が、コンジット６５を介
してアナログ加算器７の負の入力（−）に帰還される。

積分器６３の出力６４がアナログ加算器６８の正の入力
（＋）に接続され、この加算器の負の入力（−）がコン
ジット７１に接続される。コンジット７１はタービン機
関３にある回転覆るファン羽根又は圧縮機の動翼の様な
部品の実際の回転速度を表わす信号を伝える。この速度
がこの装置の被制御変数である。

アナログ加算器６８の出力が安定化器ブロック７３の様
な動的補償手段の入力に接続される。このブロックの出
力が積分器７５の入力に接続されると共に、コンジット
７７を介してアナログ加算器１８．３３の負の入力（−
）に帰還される。安定化器ブロック７３は下記の伝達関
数を持つことが好ましい。

１＋、ＳＶ＋ １＋ＳＵ２ こ）でＳは複素数周波数変数であり、ｔｌ及びｔｌはボ
ード解析又はナイキスト基準の様な古典的な周波数領域
方式によって計算される時定数である。安定化器ブロッ
ク７３が信号の過渡状態の影響を少なくする。積分器７
５の出力が燃料制御装置７９に接続される。この燃料制
御装置がガスタービン機関の燃焼器〈図に示してない）
に送出される燃料の量を制御する。毎分あたりのボンド
数で表わした送出される燃料の量は、積分器７５の出力
信号に比例することが好ましい。積分器７５の入力にあ
る信号が、燃料送出し流量の時間微分に比例することに
も注意されたい。この為、機関３の回転速度は燃料送出
し流量に大いに関係するから、そしてこの速度の時間微
分はこの燃料送出し流量の時間微分に大いに関係するか
ら、積分器７５の入力にある信号は、機関の回転速度の
時間微分、即ち機関の加速度を表わす。従って、燃料送
出し流ｍの時間微分を精密に制御することにより、機関
の加速度が制御される。これは機関の加速度の直接的な
測定を必要としない。

図面に示した装置の動作は次の通りである。最大及び最
小燃料計量弁速度計画装置１６．３１並びに最大及び最
小加速度計画装置４７．５Ｂが、予定のプログラミング
に従って、選ばれた温度、圧力及び機関の部品の速度の
様な機関の種々の動作パラメータを夫々考慮に入れる。

パラメータの数値が変換器（図に示してない）によって
感知される。特定のプログラミングは、機関の特性、及
び種々の運転状態に対して許容し得る燃料の流量に関す
る工学的な考慮を含めた多くの因子に関する。計画装置
１６．３Ｌ４’７．５８の構成はこの分野で周知であり
、プログラミングの方法自体も周知である。例とし−Ｃ
云えば、これらの計画装置は米国特許第４．１８４．３
２７号に記載されたファン速度計画装置３３の形式であ
ってよい。

感知されたパラメータの数値に応答して、計画装置が現
在の動作状態の下で機関の失速並びに過大及び過小加速
度の様な事態を防止する為に許容し得る燃料の最大量及
び最小量を表わす信号を発生する。計画装置１６．３１
の最大及び最小信号が、コンジット７７から来る帰還信
号により、アナログ加算器１８．３３で修正される。こ
の帰還信号は、安定化器ブロック７３の作用を無視する
と、予備出力信号（即ち、積分器６３の出力に出る）と
実際の機関速度（コンジット７１に出る）の間の差を反
映する。この様に修正された最大及び最小信号に、掛算
器ブロック２１．３５で重゛みがつけられ又は倍率がか
けられる。掛算器ブロック２１の出力が最小値選択器１
２に供給され、掛算器ブロック３５の出力が最大値選択
器２７に供給される。掛算器ブロック９．２１．３５に
よって倍率を掛けることは、それらが受取る信号のレベ
ルを調節して、これらの信号が、最大値選択器２７で行
なわれる様に、装置内の他の構成要素の信号と両立し得
る様に調節する様に作用する。

導線４の入ノ〕信号が、典型的には、ジェット機のパイ
ロットの様なタービンの運転者の制御の下にある装置に
よって発生されるのが典型的であるが、入力信号が自動
装置によって発生されてもよい。入力信号はパイロ゛ッ
トが希望する機関速度を表わす。アナログ加算器７で、
所望の機関速度を表わすこの信号から、積分器６３の出
力信号が減算される。その結果得られた信号に掛算器ブ
ロックって重みをかけて、最小値選択器１２に送る。

最小値及び最大値選択器１２．２７は、速度誤差信号を
表わすアナログ加算器７の出力を、計画装置１６．３１
によって設定された最大及び最小の限界にか（）る様に
作用する。即ち、最小値及び最大値選択器１２．２７は
、アナログ加算器７によって供給された速度誤差信号を
、コンジッ１〜１５．３０に出る２つの信号の間に事実
上制限する又は拘束する。この第１の拘束信号、即ち最
大値選択器２７の出力３８の信号が、コンジット４４．
５５に出る信号、即ち、坦在の運転状態の下で許され、
計画装置４７．５８によって設定された最大及び最小の
加速度を表わす信号の間に、最大値及び最小値選択器５
２．４１によって更に拘束される。見方を変えれば、導
線４と積分器６３の間にある回路素子は、所望の機関速
度信号の作用又は影響を制限する様に作用する。

Ｍ２の拘束された信号、即ち積分器６３の入力に出る信
号は、計画装置１６．３１．４７．５８によって定めら
れた限界内に拘束されているが、積分器６３によって積
分されると、出力６４の予備出力信号となり、この後予
備出力信号が、それから実際の機関速度を減算すること
によってアナログ加算器６８で更新される。アナログ加
算器６８の出力が安定化ブロック７３に送られる。この
ブロックは周知の方法で信号の安定性を高め、安定化し
た後の信号がコンジット７７を介して帰還され、最大及
び最小計量弁速度計画の効果を修正する。この後、安定
化器７３の出力信号が積分器７５によって積分され、燃
料供給制御装置７９に対する、燃料の送出しを制御する
信号として供給される。装置７９がタービン機関３に供
給される燃料の量を制御するが、この燃料制御作用を助
ける弁（図に示してない）を含んでいる。

この為、この発明は、運転者の指令に応答して、ガスタ
ービン機関に供給される燃料を修正することにより、機
関速度の様な被制御変数を制御する。

供給される燃料は、燃料計路弁速度計画によって定めら
れた最大及び最小の限界によって制限される。これらの
計画の目的は、燃料の流量を制限すること、並びに最大
及び最小機関加速度計画によって定められた限界の作用
を受ける様にすることである。この為、アナログ加算器
７に帰還される積分器６３の出力、アナログ加算器１８
．３３に帰還される積分器７５の入力、及び］コンジッ
ト１を介してアナログ加算器６８に帰還される実際の機
関速度と云う３つの帰還源を持つ閉ループ装置を説明し
た。

この発明の制御装置の重要な利点は、積分器６３が存在
すること（並びにアナログ加算器７を介して入力信号に
対する帰還ループが付設されていること）によって得ら
れる。その１つの理由は、コンジット６４の予備出力信
号が所望の機関速度の時間的な軌跡を表わすことである
。この軌跡が帰還並びに計画装置１６．３１．４７．５
８によって絶えず修正され、これらの計画によって定め
られた限界が殆んど同時に且つ絶えず保たれる様にする
。童に、加速度自体を実際に測定せずに、機関の加速度
がこの発明の装置に対する入力として間接的に利用され
る。

速度誤差信号を少なくとも２通りの方法で制限するこの
発明の詳細な説明しｌｃｏ第１に、誤差信号が燃料流量
の上限及び下限の間で制限される。

第２に、誤差信号が機関の加速度の上限及び下限の間で
制限される。この様に制限された誤差信号を積分し、現
在の機関速度で修正し、安定化して再び積分してから燃
料制御装置に印加し、機関に送出される燃料のωを制御
する。

こめ発明の１実施例を説明したが、当業者であれば、こ
の発明の範囲内で種々の変更が可能であることは明らか
であろう。従って、この発明は特許請求の範囲の記載の
みによって限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

図面はガスタービン機関に関連して示したこの発明の１
実施例のブロック図である。 主な符号の説明 ４：入力導線、 １２．４１＋最小値選択器、 １６．５２：最大燃料計画装置、 ２７：最大値選択器、 ３１：最小燃料計画装置、 ４７：最大加速度計画装置、 ５８：最小加速度計画装置。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガスタービン機関で燃料送出し信号を制御する装置
   に於て、（ａ　）機関に送出す燃料の所望の流量を表わ
   す入力信号を受取る手段と、（ｂ）燃料送出し流量の最
   大値及び最小値を表わす限界の間で前記入力信号の影響
   を制限する燃料送出し流量制限手段と、（Ｃ）機関の加
   速度の最大値及び最小値を表わす限界の間で前記入力信
   号の影響を制限する加速度制限手段とを有する装置。 ２、特許請求の範囲１）に記載した装置に於て、前記燃
   料送出し流量制限手段（ｂ）及び加速度制御手段（Ｃ）
   によって制限された信号を積分して予備出力信号を発生
   する積分手段を有づる装置。 ３）特許請求の範囲２）に記載した装置に於て、前記予
   備出力信号に従って前記入力信号を修正づる帰還手段を
   有する装置。 ４）特許請求の範囲３）に記載した装置に於て、機関の
   予定の部品の回転速度に従って前記予備出力信号を修正
   する手段を有する装置。 ５）特許請求の範囲４）に記載した装置に於て、前記予
   備出力信号から取出した信号に従って、前記燃料流量制
   限手段によ２て加えられる限界を修正する手段を有する
   装置。 ６）特許請求の範囲５）に記載した装置に於て、前記予
   備出力信号から取出した信号を積分して、燃料の送出し
   を制御する信号を発生する第２の積分手段を有する装置
   。 ７）入力信号によって表わされた所望の速度までガスタ
   ービン機関の速度を駆動する装置に於て、＜ａ　）前記
   入力信号から取出した微分信号に選ばれた数を乗する第
   １の掛算手段と、（ｂ）機関の選ばれた動作パラメータ
   の予定の関数として、最大燃料流量信号を発生する最大
   燃料計画手段と、（Ｃ）前記最大燃料流量信号に選ばれ
   た数を乗する第２の掛算手段と、＜ｄ　）機関の選ばれ
   た動作パラメータの予定の関数として最小燃料流量信号
   を発生する最小燃料計画手段と、（ｅ　）前記最小燃料
   流量信号に選ばれた数を乗する第３の掛算手段と、（ｆ
   ）前記微分信号及び前記最大燃料流量信号に選ばれた数
   を乗じた値の内の小さい方を選択して、それを表わす第
   １の選択信号を発生する第１の選択手段と、（（］）該
   第１の選択信号及び前記最小燃料流量信号に選ばれた数
   を乗じた値の内の大きい方を選択して、それを表わす第
   ２の選択信号を発生する第２の選択手段と、（ｈ）Ｉ関
   の選ばれた動作パラメータの予定の関数として最大機関
   加速度信号を発生する最大機関加速度計画手段と、（ｉ
   　）機関の選ばれた動作パラメータの予定の関数として
   最小機関加速度信号を発生ずる最小機関加速度計画手段
   と、（ｊ　＞前記第２の選択信号及び前記最大機関加速
   度信号の内の小さい方を選択して、それを表わす第３の
   選択信号を発生する第３の選択手段と、（ｋ）前記第゛
   ３の選択信号及び前記最小機関加速度信号の内の大きい
   方を選択して、それを表わす第４の選択信号を発生する
   第４の選択手段と、（１）前記第４の選択信号を時間積
   分して予備出力信号を発生ずる第１の積分手段と、（ｎ
   ＋　）該第１の積分手段の予備出力信号に従って前記入
   力信号を修正する第１の帰還手段と、（ｎ）機関の現在
   の速度に従って前記予備出力信号を更新する更新手段と
   、（０）該更新手段の更新した予備出力信号を安定化す
   る動的補償手段と、（＋１　）該補償手段の安定化した
   更新した予備出力信号に従って前記最大燃料流量信号及
   び最小燃料流量信号の両方を修正する第２の帰還手段と
   、（ｑ　）前記補償手段の安定化した更新された予備出
   力信号を時間積分して出力信号を発生する第２の積分手
   段と、（ｒ）前記出力信号に応答してｔａ関に供給され
   る燃料を修正する機関燃料制御手段とを有する装置。 ８）ガスタービン機関に送出される燃料を制御する方法
   に於て、（ａ＞ｅｌ関に送出される燃料の時間微分を表
   わす積分信号を発生し、（ｂ）該積分信号に略比例する
   流量で機関に対して燃料を送出す工程から成る方法。 ９）入力信号に応答して被制御変数を所望の値に駆動す
   る方法に於て、（ａ　）前記入力信号を処理して予定の
   範囲内の値を持つ処理済み信号を発生し、（１１）前記
   処理済み信号の値に略等しい時間微分を持つ予備出力信
   号を発生し、（Ｃ）前記予備出力信号から取出した信号
   を前記入力信号から減算し、（ｄ　＞前記被制御変数か
   ら取出した信号を前記予備出力信号から減算し、（ｅ）
   減算した予備出力信号に従って前記予定の範囲を修正し
   、（［）被制御変数から取出した信号を減算した後の予
   備出力信号の関数である時間微分を持つ出力信号を発生
   し、（（＋　＞該出力信号に従って被制御変数を修正す
   る工程から成る方法。