KR100402960B1 - Control method of gas turbine engine - Google Patents

Control method of gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
KR100402960B1
KR100402960B1 KR10-2001-0051405A KR20010051405A KR100402960B1 KR 100402960 B1 KR100402960 B1 KR 100402960B1 KR 20010051405 A KR20010051405 A KR 20010051405A KR 100402960 B1 KR100402960 B1 KR 100402960B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
speed
compressor inlet
physical
maximum
Prior art date
Application number
KR10-2001-0051405A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20030017208A (en
Inventor
지원호
박경근
Original Assignee
삼성테크윈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성테크윈 주식회사 filed Critical 삼성테크윈 주식회사
Priority to KR10-2001-0051405A priority Critical patent/KR100402960B1/en
Publication of KR20030017208A publication Critical patent/KR20030017208A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100402960B1 publication Critical patent/KR100402960B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26Control of fuel supply
    • F02C9/44Control of fuel supply responsive to the speed of aircraft, e.g. Mach number control, optimisation of fuel consumption
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems

Abstract

가스터빈엔진의 제어방법을 개시한다.A control method of a gas turbine engine is disclosed.

본 발명에 따른 가스터빈엔진의 제어방법은, (a) 엔진의 압축기 입구에서의 전온도와 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따른 압축기 입구의 정압력을 이용하여, 운전이 가능한 물리적 최대회전수를 설정하는 단계; (b) 엔진이 장착된 대상의 비행속도와 엔진의 압축기 입구에서의 정압력과의 관계를 설정하는 단계; (c) 물리적 최대회전수와 보정된 최대회전수와의 관계를 설정하는 단계; (d) 압축기 입구에서의 전온도에 따른 보정된 최대회전수와, 압축기 입구에서의 정압력에 따른 보정된 최대회전수를 설정하는 단계; (e) 상기 (d)단계로부터 설정한 보정된 최대회전수들 중 작은 값을 선택하여, 상기 (c)단계에서 설정된 관계로부터 물리적 최대회전수로 변환하는 단계; 및 (f) 상기 변환된 물리적 최대회전수를 엔진에 입력시키는 단계;를 포함한다.The control method of a gas turbine engine according to the present invention, (a) the physical maximum rotational speed that can be operated by using the constant pressure of the compressor inlet according to the total temperature at the compressor inlet of the engine and the flying speed of the target to which the engine is mounted Setting up; (b) establishing a relationship between the flight speed of the object on which the engine is mounted and the static pressure at the compressor inlet of the engine; (c) establishing a relationship between the physical maximum speed and the corrected maximum speed; (d) setting the corrected maximum speed according to the total temperature at the compressor inlet and the corrected maximum speed according to the static pressure at the compressor inlet; (e) selecting a smaller value among the corrected maximum rotational speeds set in step (d) and converting them into physical maximum rotational speeds from the relationship established in step (c); And (f) inputting the converted physical maximum speed into an engine.

Description

가스터빈엔진의 제어방법{Control method of gas turbine engine}Control method of gas turbine engine

본 발명은 가스터빈엔진에 관한 것으로, 상세하게는 추력을 동일하게 유지하기 위한 가스터빈엔진의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine engine, and more particularly, to a control method of a gas turbine engine for maintaining the same thrust.

일반적으로 엔진은 열에너지를 받아 이것을 기계적 에너지로 바꾸어 공급하는 기계장치를 말하며, 대표적으로 외연기관, 내연기관, 가스터빈엔진, 로켓엔진 및 원자력엔진 등이 있다.In general, an engine refers to a mechanical device that receives thermal energy and converts it into mechanical energy, and typically includes an external combustion engine, an internal combustion engine, a gas turbine engine, a rocket engine, and a nuclear engine.

여기서, 가스터빈엔진(10)은 도 1에 도시된 일종의 회전식 내연기관이며, 고온고압의 연소가스를 팽창시키며 터빈(13)을 돌려 회전력을 얻는 기관이다.Here, the gas turbine engine 10 is a kind of rotary internal combustion engine shown in FIG. 1 and expands a combustion gas of high temperature and high pressure, and rotates the turbine 13 to obtain rotational force.

즉, 동압에 의해서 압력이 상승한 공기를 다시 압축기(11)로 압력을 높이고 이것을 연소실(12)에서 약 800∼1200℃의 고온가스로 만든 다음, 압축기(11)의 소요출력을 얻을 수 있는 압력비까지 터빈(13)에서 팽창시키고, 나머지 압력으로 가스를 제트노즐(14)을 통해 고속으로 분출시켜 추진력을 얻는다.In other words, the air whose pressure rises due to dynamic pressure is increased again by the compressor 11 and made into a hot gas of about 800 to 1200 ° C. in the combustion chamber 12, and then until the required pressure ratio to obtain the required output of the compressor 11. It expands in the turbine 13 and blows gas at high speed through the jet nozzle 14 at the remaining pressure to obtain propulsion.

이 가스터빈엔진(10)은, 왕복식 내연기관이나 증기터빈에 비해서 구조가 간단하고 가벼우며 취급이 용이하면서도 큰 마력의 에너지를 생산해내며, 저품위 연료가 사용이 가능하고 고장이나 진동이 적다는 이점이 있다. 따라서, 주로 발전소, 기관차, 선박 및 항공기 등에 사용된다.The gas turbine engine 10 has a simpler structure, lighter weight, easier handling, and produces large horsepower energy than a reciprocating internal combustion engine or steam turbine, and enables the use of low-grade fuel and less trouble or vibration. There is this. Therefore, it is mainly used for power plants, locomotives, ships and aircrafts.

통상적으로 가스터빈엔진의 최대회전수는 엔진의 추력을 제어하는 주요변수로 사용된다.Typically, the maximum rotational speed of the gas turbine engine is used as the main variable to control the thrust of the engine.

가스터빈엔진의 최대회전수가 증가하게 되면, 터빈입구의 온도가 상승하고, 회전부를 지지하는 베어링에 작용하는 축하중이 증가한다. 또한, 회전시 마찰열에의한 베어링의 온도가 상승하게 된다. 따라서, 최대회전수는 상기 요인들로 인해 제한을 받게 된다. 또한, 엔진회전체의 구조적 한계에 의해 최대회전수가 제한된다. 여기서 최대회전수는 물리적 최대회전수를 의미한다.As the maximum rotational speed of the gas turbine engine increases, the temperature at the turbine inlet rises and the axial load acting on the bearing supporting the rotating portion increases. In addition, the temperature of the bearing due to frictional heat during rotation is increased. Therefore, the maximum rotational speed is limited by the above factors. In addition, the maximum rotation speed is limited by the structural limitation of the engine rotor. Here, the maximum rotational speed means the physical maximum rotational speed.

도 2는 상기 제한요인들에 있어서의, 물리적 최대회전수를 나타낸다. 또한, 물리적 최대회전수를 설정하기 위하여, 종래에 사용된 전온도와 물리적 최대회전수와의 관계를 나타낸다.2 shows the physical maximum rotational speed for the above limiting factors. In addition, in order to set the physical maximum rotational speed, the relationship between the total temperature and the physical maximum rotational speed conventionally used is shown.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a detailed description will be given with reference to the drawings.

먼저, A선도, B선도는, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 각각 M1, M4일 때, 압축기 입구에서의 공기의 전온도(全溫度)에 따른 물리적 최대회전수를 나타낸다. 또한, 각 선도는 동일한 터빈입구온도의 조건을 가진다.First, A and B diagrams show the physical maximum rotational speeds according to the total temperature of the air at the compressor inlet when the flight speeds of the engine-mounted targets are M1 and M4, respectively. In addition, each diagram has the condition of the same turbine inlet temperature.

그리고, C선도, D선도, E선도, F선도는, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 각각 M1, M2, M3, M4일 때, 공기의 전온도에 따른 물리적 회전수를 나타낸다. 또한, 각 선도는 베어링에 작용하는 동일한 축하중의 조건을 가진다.The C diagram, the D diagram, the E diagram, and the F diagram show the physical rotation speeds according to the entire air temperatures when the flight speeds of the engine-mounted targets are M1, M2, M3, and M4, respectively. Each diagram also has the same axial conditions acting on the bearing.

또한, G선도, H선도, I선도, J선도는, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 각각 M1, M2, M3, M4일 때, 공기의 전온도에 따른 물리적 최대회전수를 나타낸다. 또한, 각 선도는 동일한 베어링 온도의 조건을 가진다.In addition, the G diagram, the H diagram, the I diagram, and the J diagram show the physical maximum rotational speeds according to all the temperatures of the air, when the flying speeds of the engine-mounted targets are M1, M2, M3, and M4, respectively. Each diagram also has the same bearing temperature conditions.

상기 M1, M2, M3, M4는 각각 마하수가 0.6, 0.7, 0.8, 0.85인 값이다. 여기서, 마하수는 엔진이 장착된 대상의 비행속도의 음속비를 말한다.M1, M2, M3, and M4 are Mach numbers 0.6, 0.7, 0.8, and 0.85, respectively. Here, the Mach number refers to the speed ratio of the flight speed of the target on which the engine is mounted.

끝으로, K선도는, 엔진 회전체의 회전시 원심력이 작용함으로써 생기는 구조적 한계에 따른 물리적 최대회전수를 나타낸다.Finally, the K diagram shows the physical maximum rotational speed in accordance with the structural limit caused by the action of centrifugal force during rotation of the engine rotor.

종래에는 엔진의 압축기 입구에서의 전온도를 기준으로 가스터빈엔진의 물리적 최대회전수를 설정하는 방법이 사용되었다. 따라서, 상기의 각 제한요인들을 모두 충족시키는, 도 2의 L선도를 기준으로 하여, 압축기 입구의 전온도에 따른 물리적 최대회전수를 설정하였다.Conventionally, a method of setting a physical maximum rotational speed of a gas turbine engine based on the total temperature at the compressor inlet of the engine has been used. Therefore, on the basis of the L diagram of FIG. 2, which satisfies each of the above limiting factors, the physical maximum rotation speed according to the total temperature of the compressor inlet was set.

그런데, 종래의 제어방법은 엔진 외부에서의 공기의 정온도(static temperature, 停溫度)와 정압력(static pressure, 停壓力)이 일정한 경우, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 감소하게 되면, 엔진의 최대추력이 동일하게 유지되지 못하는 문제점이 있다.By the way, the conventional control method is that when the static temperature and static pressure of the air outside the engine are constant, when the flying speed of the target on which the engine is mounted decreases, the engine There is a problem that the maximum thrust of does not remain the same.

상기 문제점을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The problem is described with reference to FIG. 2 as follows.

먼저, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 감소하면 엔진의 압축기 입구에서의 공기의 전온도가 낮아지게 된다. 이는 일반적으로 다음 식으로부터 알 수 있다.First, when the flight speed of the target on which the engine is mounted decreases, the total temperature of air at the compressor inlet of the engine is lowered. This can generally be seen from the following equation.

상기 수학식과 같이 엔진이 장착된 대상의 비행속도의 감소로 인하여 엔진의 압축기에서의 공기의 전온도가 낮아지게 되면, 도면에 나타난 바와 같이, 최대회전수의 값이 작게 설정된다. 최대회전수의 값이 작아지면 엔진이 생산할 수 있는 최대추력이 감소하게 된다. 엔진의 최대추력이 감소하게 되면, 엔진이 장착된 대상의 속도가 가속력이 감소하게 되어 원활한 기동이 어려워진다. 즉, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 줄어들수록 엔진이 생산할 수 있는 최대추력이 감소하게 되고, 이에 따라, 엔진이 장착된 대상의 가속력이 줄어 다시 고속으로 속도회복을 하는 시간이 길어지게 된다.When the total temperature of the air in the compressor of the engine is lowered due to the decrease in the flying speed of the engine-mounted object as shown in the above equation, as shown in the figure, the value of the maximum rotation speed is set small. The smaller the maximum speed, the less the maximum thrust the engine can produce. When the maximum thrust of the engine is reduced, the acceleration of the target on which the engine is mounted decreases in acceleration, making smooth maneuvering difficult. That is, as the flight speed of the target on which the engine is mounted decreases, the maximum thrust that the engine can produce decreases. Accordingly, the acceleration force of the target on which the engine is mounted decreases, thereby increasing the time for speed recovery at a high speed again.

이러한 현상은 전온도가 정온도에 접근할 때까지 반복하게 된다. 그리고, 이것은 엔진의 최대회전수가 감소하며, 감소한 최대회전수에 따른 감소된 추력과, 엔진이 장착된 대상의 질량에 따른 운동속도가 균형을 이루는 시점에서 해소된다. 따라서, 결과적으로 추력을 동일하게 유지하지 못하게 된다.This phenomenon is repeated until the entire temperature approaches the constant temperature. And this is solved at the point where the maximum rotational speed of the engine decreases, and the reduced thrust according to the reduced maximum rotational speed and the movement speed according to the mass of the object on which the engine is mounted are balanced. As a result, the thrust cannot be kept the same.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 엔진의 추력을 직접적으로 측정하거나, 압축기 입구에서의 공기의 전온도 대신 정온도를 측정하는 방안이 이용될 수 있다. 또는, 압축기 입구에서의 공기의 전압력(全壓力)과 정압력을 측정하여 엔진이 장착된 대상의 비행속도를 구하는 방안도 이용될 수 있다.In order to solve the problem, a method of directly measuring the thrust of the engine or measuring the constant temperature instead of the total temperature of the air at the compressor inlet may be used. Alternatively, a method of calculating the flight speed of the target on which the engine is mounted by measuring the total pressure and the static pressure of air at the compressor inlet may be used.

하지만, 이러한 방안들 역시, 추력의 측정과 정온도의 측정이 기존센서로는 불가능하고, 전압력의 측정도 압력센서의 설치에 있어 많은 제약이 따른다.However, these methods also, the measurement of the thrust and the measurement of the static temperature is impossible with the existing sensor, the measurement of the voltage force also has a lot of restrictions in the installation of the pressure sensor.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압축기 입구에서의 전온도 뿐만 아니라, 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따른 압축기 입구의 정압력과 물리적 최대회전수의 관계를 설정하여 엔진에 입력시킴으로써, 최대 추력을 일정하게 유지할 수 있는, 개선된 가스터빈엔진의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, by setting the relationship between the static pressure of the compressor inlet and the physical maximum rotational speed according to the flight speed of the target to which the engine is mounted, as well as the full temperature at the compressor inlet, input to the engine, It is an object of the present invention to provide an improved method of controlling a gas turbine engine that can maintain a constant maximum thrust.

도 1은 통상적인 가스터빈엔진을 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a conventional gas turbine engine,

도 2는 물리적 최대회전수를 설정하기 위하여, 종래에 사용된 전온도와 물리적 최대회전수와의 관계를 도시한 그래프,2 is a graph showing the relationship between the total temperature and the physical maximum rotation speed conventionally used to set the physical maximum rotation speed,

도 3은 본 발명에 따른, 전온도 및 엔진이 장착된 대상의 비행속도와 물리적 최대회전수와의 관계를 도시한 그래프,FIG. 3 is a graph showing the relationship between the full temperature and the engine's flight speed and the physical maximum speed according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른, 전온도와 보정된 최대회전수와의 관계를 도시한 그래프,4 is a graph showing the relationship between the total temperature and the corrected maximum rotation speed according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른, 정압력과 보정된 최대회전수와의 관계를 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the relationship between the static pressure and the corrected maximum rotation speed according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

11..압축기 12..연소실Compressor 12. Combustion chamber

13..터빈 14..제트노즐13.Turbine 14.Jet Nozzle

M1..마하수 0.6 M2..마하수 0.7M1 .. Mach Numbers 0.6 M2 .. Mach Numbers 0.7

M3..마하수 0.8 M4..마하수 0.85M3 Mach Numbers 0.8 M4 Mach Numbers 0.85

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스터빈엔진의 제어방법은,Control method of the gas turbine engine according to the present invention for achieving the above object,

(a) 엔진의 압축기 입구에서의 전온도와 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따른 압축기 입구의 정압력을 이용하여, 운전이 가능한 물리적 최대회전수를 설정하는 단계;(a) setting a maximum physical rotational speed that can be operated by using the constant pressure of the compressor inlet according to the total temperature at the compressor inlet of the engine and the flying speed of the target to which the engine is mounted;

(b) 엔진이 장착된 대상의 비행속도와 엔진의 압축기 입구에서의 정압력과의 관계를 설정하는 단계;(b) establishing a relationship between the flight speed of the object on which the engine is mounted and the static pressure at the compressor inlet of the engine;

(c) 물리적 최대회전수와 보정된 최대회전수와의 관계를 설정하는 단계;(c) establishing a relationship between the physical maximum speed and the corrected maximum speed;

(d) 압축기 입구에서의 전온도에 따른 보정된 최대회전수와, 압축기 입구에서의 정압력에 따른 보정된 최대회전수를 설정하는 단계;(d) setting the corrected maximum speed according to the total temperature at the compressor inlet and the corrected maximum speed according to the static pressure at the compressor inlet;

(e) 상기 (d)단계로부터 설정한 보정된 최대회전수들 중 작은 값을 선택하여, 상기 (c)단계에서 설정된 관계로부터 물리적 최대회전수로 변환하는 단계; 및(e) selecting a smaller value among the corrected maximum rotational speeds set in step (d) and converting them into physical maximum rotational speeds from the relationship established in step (c); And

(f) 상기 변환된 물리적 최대회전수를 엔진에 입력시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(f) inputting the converted physical maximum rotational speed into an engine.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 압축기 입구에서의 공기의 전온도 및 엔진이 장착된 대상의 비행속도와, 물리적 최대회전수와의 관계를 도시하고 있다.FIG. 3 illustrates the relationship between the total temperature of air at the compressor inlet, the flight speed of the engine-mounted object, and the physical maximum rotation speed according to the embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, M선도, N선도, O선도, P선도는 각각 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 M1, M2, M3, M4일 때, 공기의 전온도에 따른 물리적 최대회전수를 나타낸다.Referring to the drawings, the M diagram, the N diagram, the O diagram, and the P diagram, respectively, indicate the physical maximum rotational speeds depending on the total temperature of the air when the flying speeds of the engine-mounted targets are M1, M2, M3, and M4.

상기 도면의 선도들은 엔진구성품 시험 자료를 이용하여 작성된 가스터빈엔진의 성능해석 프로그램으로 엔진상태를 시뮬레이션함으로써, 공기의 전온도 및 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따른, 운전이 가능한 물리적 최대회전수를 구한 것이다.The diagrams in this figure simulate the engine condition using a gas turbine engine performance analysis program using the engine component test data. Is obtained.

개략적으로 상기 물리적 최대회전수는 공기의 전온도가 높아질수록 증가하며 또한, 상기 물리적 최대회전수는 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 감소할수록 증가하는 경향을 보인다.In general, the physical maximum rotational speed increases as the total temperature of the air increases, and the physical maximum rotational speed also increases as the flight speed of the target on which the engine is mounted decreases.

상기 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 제어방법을, 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 3, the control method according to the present invention will be described with reference to the following.

도면에 있어, 엔진 외부에서 공기의 정온도와 정압력이 일정한 경우, 만일 외부적 요인으로 엔진 압축기 입구로 유입되는 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 M4에서 M3로 감소함에 따라 엔진의 압축기 입구에서의 정압력이 감소하게 되면, 압축기 입구에서의 공기의 전온도가 엔진이 장착된 대상의 비행속도의 감소로 인하여 낮아지게 된다(수학식 1 참조).In the drawing, when the constant temperature and the constant pressure of the air outside the engine are constant, if the flight speed of the target equipped with the engine flowing into the engine compressor inlet due to external factors decreases from M4 to M3, When the static pressure decreases, the total temperature of the air at the compressor inlet is lowered due to a decrease in the flight speed of the engine-mounted object (see Equation 1).

만일, 종래의 제어방법에 따르면, 전온도만을 사용하므로 도면에서 동일한 엔진이 장착된 대상의 비행속도의 선도 즉, P선도를 따라, a점이 b점으로 바뀌게 된다. 따라서, 물리적 최대회전수가 감소하게 된다.According to the conventional control method, since only the entire temperature is used, the point a is changed to the point b along the diagram of the flight speed of the target equipped with the same engine in the drawing, that is, the P diagram. Therefore, the physical maximum rotation speed is reduced.

하지만, 본 발명에서는 전온도외에 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따른 엔진의 압축기 입구의 정압력을 변수로 도입함으로써, 전온도와 정압력에 따른 물리적 최대회전수를 설정한다. 따라서, 도면에서 c점에서의 물리적 최대회전수를 엔진이 생산할 수 있는 최대추력을 동일하게 유지한다.However, in the present invention, by introducing the static pressure of the compressor inlet of the engine according to the flight speed of the target to which the engine is mounted in addition to the full temperature, the physical maximum rotation speed according to the full temperature and the static pressure is set. Therefore, the physical maximum rotational speed at point c in the figure keeps the maximum thrust that the engine can produce.

한편, 상기 도 3은 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로서, 물리적 최대회전수를 설정하기 위해서는, 공기의 전온도와 엔진이 장착된 대상의 비행속도의 값이 주어져야 한다.On the other hand, Figure 3 shows a simulation result, in order to set the maximum physical speed, the air temperature and the value of the flight speed of the target engine is to be given.

하지만, 실제 엔진의 작동에 있어서는, 상기 공기의 전온도와 엔진이 장착된 대상의 비행속도는 센서에 의해 측정되어야 하는 값들인데, 앞서 종래 기술에서 언급하였듯이, 전온도의 경우 실제 엔진에서 측정이 가능하지만, 엔진이 장착된 대상의 비행속도의 측정에는 많은 제약이 따른다. 또한, 제한된 엔진 제어장치의 프로그래밍 용량을 고려할 때, 엔진의 최대회전수를 설정하는 로직은 단순하고 간략화하여 처리되어야 할 필요가 있다.However, in actual engine operation, the total temperature of the air and the flight speed of the target on which the engine is mounted are values to be measured by a sensor. As mentioned in the prior art, the full temperature can be measured in the actual engine. However, there are many limitations to the measurement of the flight speed of an engine mounted object. In addition, given the limited programming capacity of the engine controller, the logic for setting the maximum rpm of the engine needs to be handled simply and simplified.

따라서, 예상되는 엔진의 운전조건에서 터빈입구온도의 제한요인을 충족시키는 한 지점을 기준으로 하여, 전온도의 변화에 따른 물리적 최대회전수를 구한다.Therefore, on the basis of a point that satisfies the limiting factor of the turbine inlet temperature in the expected engine operating conditions, the physical maximum rotation speed according to the change of the total temperature is obtained.

통상적으로, 터빈입구온도는 엔진의 연소기 입구, 즉 압축기 출구에서의 공기온도와, 연료량에 의하여 결정되는데, 상기 압축기 출구의 공기온도는 주어진 압축기 효율에서, 압축기의 압력비와 압축기 입구의 전온도를 이용하여 쉽게 구할 수 있으며, 상기 압축기의 압력비는 물리적 회전수에 따라 결정된다. 따라서, 엔진의 터빈입구온도는 전온도 및 물리적 회전수와 상당히 밀접한 관계가 있으므로, 실제 엔진의 운전을 위하여 터빈입구온도의 제한요인이 충족되어야 한다.Typically, the turbine inlet temperature is determined by the air temperature at the combustor inlet of the engine, i.e., the compressor outlet, and the amount of fuel, wherein the air temperature at the compressor outlet uses the pressure ratio of the compressor and the total temperature of the compressor inlet at a given compressor efficiency. The pressure ratio of the compressor is determined according to the physical rotation speed. Therefore, since the turbine inlet temperature of the engine is closely related to the total temperature and the physical rotation speed, the limiting factor of the turbine inlet temperature must be satisfied for the actual operation of the engine.

상기와 같이 구한 물리적 최대회전수를 추후 서술할 수학식 2에 대입하게 되면, 전온도에 따른 보정된 최대회전수의 관계를 구할 수 있다.Substituting the maximum physical speed obtained as described above into Equation 2 to be described later, it is possible to obtain the relationship between the corrected maximum speed according to the entire temperature.

도 4가 이와 같은 과정을 거쳐 구한 전온도와 보정된 최대회전수와의 관계를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between the total temperature obtained through such a process and the corrected maximum rotation speed.

상기 수학식에서 기준온도는 15℃일 때의 온도로서 절대온도 288.15K를 적용한다.In the above equation, the reference temperature is an absolute temperature of 288.15K as the temperature at 15 ° C.

상기 도면에서, Q선도는 각 데이터를 연결한 것이다. 그리고, 상기 데이터를 가장 잘 대표하는 함수로 나타낸 것이 R선도이다. 따라서, R 선도와 같이 전온도에 대한 보정된 최대회전수는 일차 함수식으로 나타낼 수 있다.In the figure, the Q diagram is the connection of the respective data. The best representation of the data is the R diagram. Therefore, the corrected maximum rotation speed for the entire temperature, such as the R diagram, can be represented by the linear function.

그리고, 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따라 엔진의 축하중 한계요인을 충족시키는 물리적 최대회전수를 구할 수 있다.And, according to the flight speed of the target on which the engine is mounted, it is possible to obtain a physical maximum rotation speed that satisfies the limiting factor during the celebration of the engine.

통상적으로, 엔진의 축하중은 엔진의 축을 따라 배치되어 있는, 엔진 흡입구, 압축기, 터빈에서의 압력차이에 의하여 발생되는 하중으로 베어링이 견디어야 하는 부하이다. 상기 부하는 압력에 의하여 생기는 것이므로, 비행체의 비행속도에 따라 발생하는 엔진 입구의 전압력과 엔진의 물리적 회전수에 의해 결정되는 압력비와 관계가 있다. 따라서, 실제 엔진 운전을 위하여 엔진의 축하중의 제한요인이 충족되어야 한다.Typically, the axial load of the engine is the load that the bearing must withstand by the load generated by the pressure difference in the engine inlet, compressor, and turbine, which is disposed along the axis of the engine. Since the load is generated by the pressure, it is related to the pressure ratio determined by the total pressure of the engine and the total pressure of the engine inlet generated according to the flying speed of the vehicle. Therefore, congratulatory limitations of the engine must be met for actual engine operation.

상기 물리적 최대회전수를 보정된 최대회전수로 변형하면 정압력과 일정한 관계를 보이는데, 이를 나타낸 것이 도 5이다.When the physical maximum rotation speed is modified to the corrected maximum rotation speed, a constant relationship with the static pressure is shown, which is illustrated in FIG. 5.

여기서, 정압력은 센서로부터 직접 측정이 가능한 값이다.Here, the static pressure is a value that can be measured directly from the sensor.

도면에서, S선도는 각 데이터를 연결한 것을 나타내고, 상기 데이터를 가장 잘 대표하는 함수로 나타낸 것이 T선도이다. 따라서, T선도로부터 정압력에 대한보정된 최대회전수는 이차 함수식으로 나타낼 수 있다.In the figure, the S diagram shows the connection of the respective data, and the T diagram is the best representative function of the data. Therefore, the corrected maximum rotation speed for the static pressure from the T diagram can be expressed as a quadratic function.

이와 같이, 전온도와 보정된 최대회전수와의 관계와 정압력과 보정된 최대회전수와의 관계를 각각 단일식으로 나타냄으로써 보다 제어로직이 단순화 될 수 있다.As such, the control logic can be simplified by expressing the relationship between the total temperature and the corrected maximum rotation speed and the relationship between the static pressure and the corrected maximum rotation speed, respectively.

상기 도 4와 도 5의 단일식으로 나타낸 함수식으로부터, 공기의 전온도에 따른 보정된 최대회전수와 정압력에 따른 보정된 최대회전수를 각기 구하고, 두 값 중 작은 보정된 최대회전수를 상기 수학식 2의 관계를 이용하여 물리적 최대회전수로 변환한다. 작은 값을 택하는 이유는 보다 엔진의 안정성을 확보하기 위해서이다.4 and 5, the corrected maximum rotation speed according to the total temperature of the air and the corrected maximum rotation speed according to the static pressure are respectively obtained, and the smaller corrected maximum rotation speed of the two values is obtained. Convert to the maximum physical rotation speed using the relationship of Equation 2. The reason for choosing a smaller value is to ensure engine stability.

상기 변환된 물리적 최대회전수를 엔진의 제어에 입력시킴으로써 동일한 최대추력을 유지하게 된다.The same maximum thrust is maintained by inputting the converted physical maximum rotation speed to the control of the engine.

본 발명에 따른 가스터빈엔진의 제어방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The control method of the gas turbine engine according to the present invention has the following effects.

첫째, 엔진이 장착된 대상의 비행속도가 감소함에 따라, 압축기 입구의 공기의 전온도가 낮아지더라도, 본 발명에 따른 엔진의 물리적 최대회전수를 설정함으로써, 엔진 최대추력을 동일하게 유지시켜 동일한 가속력을 낼 수 있다.First, as the flight speed of the target on which the engine is mounted decreases, even if the total temperature of the air at the compressor inlet decreases, by setting the physical maximum rotational speed of the engine according to the present invention, the engine maximum thrust is kept the same. Can accelerate.

둘째, 센서로 직접 측정하여 얻은 압축기 입구에서의 전온도와 정압력을 적용함으로써, 부가적인 센서가 필요하지 않다.Second, by applying the full temperature and static pressure at the compressor inlet obtained by direct measurement with the sensor, no additional sensor is required.

셋째, 전온도와 보정된 최대회전수와의 관계와 정압력과 보정된 최대회전수와의 관계를 각각 단일식으로 나타냄으로써 제어로직을 단순화시킬 수 있다.Third, the control logic can be simplified by expressing the relationship between the total temperature and the corrected maximum rotation speed and the relationship between the static pressure and the corrected maximum rotation speed, respectively.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (1)

(a) 엔진의 압축기 입구에서의 전온도와 엔진이 장착된 대상의 비행속도에 따른 압축기 입구의 정압력을 이용하여, 운전이 가능한 물리적 최대회전수를 설정하는 단계;(a) setting a maximum physical rotational speed that can be operated by using the constant pressure of the compressor inlet according to the total temperature at the compressor inlet of the engine and the flying speed of the target to which the engine is mounted; (b) 엔진이 장착된 대상의 비행속도와 엔진의 압축기 입구에서의 정압력과의 관계를 설정하는 단계;(b) establishing a relationship between the flight speed of the object on which the engine is mounted and the static pressure at the compressor inlet of the engine; (c) 물리적 최대회전수와 보정된 최대회전수와의 관계를 설정하는 단계;(c) establishing a relationship between the physical maximum speed and the corrected maximum speed; (d) 압축기 입구에서의 전온도에 따른 보정된 최대회전수와, 압축기 입구에서의 정압력에 따른 보정된 최대회전수를 설정하는 단계;(d) setting the corrected maximum speed according to the total temperature at the compressor inlet and the corrected maximum speed according to the static pressure at the compressor inlet; (e) 상기 (d)단계로부터 설정한 보정된 최대회전수들 중 작은 값을 선택하여, 상기 (c)단계에서 설정된 관계로부터 물리적 최대회전수로 변환하는 단계; 및(e) selecting a smaller value among the corrected maximum rotational speeds set in step (d) and converting them into physical maximum rotational speeds from the relationship established in step (c); And (f) 상기 변환된 물리적 최대회전수를 엔진에 입력시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈엔진의 제어방법.(f) inputting the converted physical maximum speed into an engine; Gas turbine engine control method comprising a.
KR10-2001-0051405A 2001-08-24 2001-08-24 Control method of gas turbine engine KR100402960B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0051405A KR100402960B1 (en) 2001-08-24 2001-08-24 Control method of gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0051405A KR100402960B1 (en) 2001-08-24 2001-08-24 Control method of gas turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030017208A KR20030017208A (en) 2003-03-03
KR100402960B1 true KR100402960B1 (en) 2003-10-22

Family

ID=27720779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0051405A KR100402960B1 (en) 2001-08-24 2001-08-24 Control method of gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100402960B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4414807A (en) * 1980-12-08 1983-11-15 United Technologies Corporation Method and apparatus for controlling a gas turbine engine
US5160080A (en) * 1990-10-01 1992-11-03 General Electric Company Gas turbine engine and method of operation for providing increased output shaft horsepower
JPH0849562A (en) * 1994-08-05 1996-02-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fuel flow control device
JPH08114129A (en) * 1994-10-15 1996-05-07 Kawasaki Heavy Ind Ltd Method for controlling feedback of condition of gas turbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4414807A (en) * 1980-12-08 1983-11-15 United Technologies Corporation Method and apparatus for controlling a gas turbine engine
US5160080A (en) * 1990-10-01 1992-11-03 General Electric Company Gas turbine engine and method of operation for providing increased output shaft horsepower
JPH0849562A (en) * 1994-08-05 1996-02-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fuel flow control device
JPH08114129A (en) * 1994-10-15 1996-05-07 Kawasaki Heavy Ind Ltd Method for controlling feedback of condition of gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030017208A (en) 2003-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2952710B1 (en) Model-based optimal control for stall margin limit protection in an aircraft engine
US4489550A (en) System for controlling the thrust nozzle adjustment of dual cycle gas turbine jet propulsion engines
CA2904309A1 (en) Axial turbomachine compressor external casing with seal
US5160080A (en) Gas turbine engine and method of operation for providing increased output shaft horsepower
KR100402960B1 (en) Control method of gas turbine engine
Vézina et al. Design and experimental validation of a supersonic concentric micro gas turbine
Kong et al. A new scaling method for component maps of gas turbine using system identification
EP2431578B1 (en) Gas turbine engine bearing arrangement
Szanca et al. Research turbine for high-temperature core engine application. 2: Effect of rotor tip clearance on overall performance
Abdulhamitbilal et al. A Mathematical Model for Windmilling of a Turbojet Engine
US11739692B2 (en) Electronic engine controller
AYE et al. Conceptual Design of a Turbine for Micro Gas Turbine
Penkner et al. Analytic Rayleigh pressure loss model for high-swirl combustion in a rotating combustion chamber
Reutter et al. Experimental investigation of inlet distortion in a 4.5-stage axial compressor
Gusarov et al. Radial Three-Stage Power Turbine
EP4249732A1 (en) Prime mover for a gas turbine engine coupled to an accessory gearbox output shaft
Krivosheev et al. A Method of Selecting the Number of Stages and the Allocation of Works to Those in Compressor Design
CN115485193A (en) System for determining the angular setting of an annular stator blade row
Bobula et al. Effect of variable guide vanes on the performance of a high-bypass turbofan engine
Avwunuketa et al. Performance, Characterization and Evaluation of Axial Flow Turbine Engine
Szanca et al. Research Turbine for High-Temperature Core Engine Application
KR20230047013A (en) Turbine device
Cao et al. A Study on Counter Rotating Turbine/Counter Rotating Propfan Integrated Performance Simulation Methodology
Steffen et al. A Turbojet Simulator for Mach Numbers up to 2.0
Kofskey et al. Turbine for a low cost turbojet engine. 1: design and cold-air performance

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120928

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131002

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140926

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151001

Year of fee payment: 13

LAPS Lapse due to unpaid annual fee