KR20130100774A

KR20130100774A - 항공기용 자유 터빈 동력유닛의 제어를 최적화하기 위한 방법 및, 상기 방법을 수행하기 위한 제어유닛

Info

Publication number: KR20130100774A
Application number: KR1020137005237A
Authority: KR
Inventors: 쟝-미쉘 하일롯
Original assignee: 터보메카
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-09-11
Also published as: FR2964155B1; CN103097696B; RU2584393C2; CA2807912A1; KR101860582B1; US9303566B2; EP2609313A1; CN103097696A; PL2609313T3; FR2964155A1; WO2012025689A1; EP2609313B1; US20130151112A1; RU2013110056A; US20160146116A1; US9500137B2; JP2013540928A; CA2807912C; ES2645365T3

Abstract

본 발명은 구체적으로 연료 주입 제어를 최적화하기 위한 것에 관한 것이다. 상기 목적을 위하여, 장치들의 구동속도들이 동력에 따라 터빈 속도 TL을 제어하여 조정된다.
본 발명에 의하면, 동력(Pd1, Pd2,....)을 장치(E1, E2,...)에 공급하고 고압 몸체 HP와 연결된 저압 몸체(BP)를 가진 항공기의 자유 터빈 TL 동력 패키지의 제어를 최적화하기 위한 방법은, 상기 장치(E1, E2,...)에 의해 공급되는 동력(Pf)이 일정하게 유지되도록 고압 몸체(HP)를 위한 최소 속도(VHP)를 구하기 위해 저압몸체(BP)의 속도(VHP)를 변화시는 단계를 포함한다. 특히, 상기 장치(E1, E2,...)에 의해 공급되는 동력은, 저압몸체(BP)의 속도 설정 점(CBP)이 상기 장치(E1, E2,...)의 최소속도(Vm1, Vm2,...)의 최대값(Max Vm(i))에 의존하며 각각의 요구되는 동력 크기 최적화되어 구해질 수 있고 상기 장치(E1, E2,...)의 ISO 동력 공급에 대한 고압 몸체(HP)의 속도(V_HP)를 최소화하기 위하여 저압 몸체(BP)의 속도 설정점(CBP)에 추가되는 양 또는 영의 증분(e)에 의존한다.

Description

항공기용 자유 터빈 동력유닛의 제어를 최적화하기 위한 방법 및, 상기 방법을 수행하기 위한 제어유닛{METHOD FOR OPTIMIZING THE CONTROL OF A FREE TURBINE POWER PACKAGE FOR AN AIRCRAFT AND CONTROL FOR IMPLEMENTING SAME}

본 발명은, 항공기내에서 동력을 제공할 수 있는 자유 터빈 동력유닛(free turbine power unit)의 제어를 최적화하기 위한 방법 및, 상기 방법을 수행하기 위한 제어유닛에 관한 것이다.

본 발명은, 비행기(airplane) 및 헬리콥터(helicopter)와 같은 항공기내에 조립되고 동력을 제공할 수 있는 자유 터빈 동력유닛들에 관한 것이다. 특히, 상기 유닛들은, 다중 감속(multiple- reduction)기능을 가진 감속기(reducers)를 포함한 동력전달장치(power transfer boxes)들을 통해 직접 및/또는 간접적으로 항공기의 장비(알터네이터(alternater), 펌프, 수퍼 차져, 공기조화기)에 동력을 전달할 수 있다.

상기 동력유닛은, 보조 동력유닛(auxiliary power units)(간단히 APUs라고 약칭함) 및 메인 동력유닛(main power unit)(간단히 MPUs라고 약칭함)을 포함한다. 상기 APUs는, 지상에서 항공기의 메인 엔진을 시동 및/또는 비추진 에너지(공압, 전기 및/또는 유압)를 제공하기 위해 이용된다. 고정된(secured) 일부 APUs는 또한, 엔진 고장시 비행에 관여하여 엔진을 다시 시동 및/또는 상기 장비에 에너지를 공급하려한다.

상기 MPUs는 특히 엔진 고장시 메인 엔진에 관한 안전기준을 만족시키기 때문에 MPUs는 엔진 범주에 속한다. 상기 유닛들은, 엔진 형태의 라벨링(labelling)을 구하기 위해, 재료와 치수면에서 상대적으로 안정한 APU에 기초한다.

동력유닛은 전형적으로, 가스 발생기를 형성하는 연소실/터빈/압축기의 조립체를 포함한다. 공기/연료의 혼합물이 연소된 후에, 고온가스는 고압터빈(high pressure turbine)(간단히 HP라고 약칭함)의 단(stages)내에서 팽창하고, 상기 고압터빈은 발생된 열 동력을 부분적으로 고압 축(shaft) 또는 HP 몸체를 통해 HP 압축기의 단들로 전달한다. 상기 배출가스의 열동력은 또한 자유 터빈(free turbine)(간단히 TL이라고 약칭함)을 구동하고 다음에 저압 LP 축을 통해 동력발생기의 장비(알터네이터, 펌프, 수퍼 차져 등)에 기계적으로 동력을 전달한다.

전형적으로, 제어시스템은 가스발생기의 연소실을 원하는 동력 크기로 조절하기 위해, 상기 연소실내부로 주입되고 공급되는 연료량을 측정한다. 상기 HP 몸체의 속도는 가속 또는 감속 후에 일정한 속도에 도달하고 열 동력을 LP 몸체에 공급하도록 상기 주입작용에 적응된다. 다음에 상기 LP 몸체에 전달된 동력은, 전자제어 장치(BEC)에서 요구하는 일정한 속도로 원하는 동력을 공급한다.

동력 유닛내에서, 연료주입제어작용은 공지된 방법에 따라,

- 연료를 연소실내부에 적합한 압력으로 주입하기 위해 연료를 압축하는 단계,

- 가스 발생기에 의해 공급되는 동력의 크기를 원하는 크기로 조절하기 위해 미리 정해진 유동 속도 한계(flow rate limits)내의 연료유동을 측정하는 단계,

- 상기 HP 몸체의 로터 속도를 측정하고 제어하여 상기 속도가 미리 정해진 작동한계내에 유지시키는 단계,

- 상기 LP 몸체의 로터 속도를 측정하고 제어하는 단계 및,

- 상기 LP 몸체 속도의 설정 점(set-point) 값과 LP 몸체의 측정된 속도사이의 차이에 따라 HP 몸체 속도의 설정 점 값을 결정하고, HP 몸체 속도의 결정된 설정 점 값과 HP 몸체의 이전에 측정된 값사이의 차이에 따라 연소실내부로 주입되는 연료유동의 설정 점 값을 결정하는 단계를 포함한다.

다음에 각 장비의 회전속도는, 장비의 동력 공급능력이 최대가 되는 최대허용 속도와 근접한 속도를 예비적으로 선택하여 적용된다. 상기 조건들에서 각 장비의 중량과 비용은 상기 속도에서 영구적인 작용을 위해 최소화된다. 또한, 수퍼 차져와 같은 일부 장비들은, 비행중 중요하고 지상에서 작은 가변 조정 유동(variable adjusted flow)을 제공할 수 있어야 한다. 상기 유동속도는, 공기 유입구에서 대기상태와 무관하게 유동 속도를 비교할 수 있도록 조정된 값들로 표현된다. 다음에 전체 비행구간(flight envelope)동안 기능을 위하여, 가변 량의 공기 유동이 상기 수퍼 차져에 제공된다.

상기 연료주입제어의 적응 최적화는, 원하는 양의 동력을 제공하기 위해 구동되는 장비들의 속도를 상기 LP 몸체에 의해 최대속도와 근사하게 유지하여 달성된다. 특히, 상기 수퍼 차져의 운전속도는 변화하지 않는다. 다음에, 단지 가변 크기의 공기 유동을 선택하면, 수퍼 차져가 고비용으로 힘들게 구성된다.

다음에, TL 터빈 속도의 예비적인 선택은, 변화된 크기의 동력을 공급하는 동안 효율 최적화 없이 단지 최대 동력 공급에 의해 이루어진다.

상기 상태에서, 동력의 천이과정(transient) 동안, LP 몸체의 설정속도보다 작은 LP 몸체의 저속(underspeed)이 감지될 때에만 동력유닛의 제어시스템이 반응한다. 동력의 천이과정동안 상기 LP 몸체의 속도변화는, 연결된 동력 터빈을 가진 가스 발생기에 대해 LP 축의 작은 관성 및 제어루프(loop)의 높은 반응시간 때문에 중요하다. 특히 갑작스런 동력 발생시 최대속도를 초과하거나 동력요구가 클 때 최소속도를 하회하는 변화들, 허용범위 밖에 상당한 속도변화가 관찰될 수 있다.

따라서 속도초과(overspeed)시, 함께 구동되는 장비들은 각 장비에 대해 요구되는 동력을 더 이상 공급할 수 없다. 속도초과시, 확인(certification)을 위해 감시수단은 상기 동력유닛을 즉시 정지시키고 따라서 모든 동력공급은 더 이상 제공되지 않는다.

본 발명의 목적은 정확하게 말해서, 상기 문제점을 회피하기 위하여 연료주입 조절기능을 최적화하는 것이다. 상기 목적을 위하여, 장치들의 구동속도는, 동력에 따라 TL 터빈 속도의 조절에 의해 적응된다.

좀더 정확하게 말하면, 본 발명의 대상은 항공기를 구성하는 장치들의 동력을 공급하고 상기 형태를 가진 자유 터빈(free turbine) 동력유닛의 제어를 최적화하기 위한 방법이다. 상기 방법에 의하면, LP 몸체 속도는 최소 HP 몸체 속도를 구하기 위해 변하여 장치들에 의해 공급되는 동력이 일정하게 유지된다.

선호되는 실시예에 의하면, 장치들에 의해 공급되는 동력의 크기는, 장치들이 LP 몸체에 의해 구동되는 속도에 의존하기 때문에, 상기 TL 터빈의 LP 몸체의 속도 설정 점은 장치 최소 속도의 최대값에 의존하여 각각 요구되는 동력 크기가 최적화되어 구해지고 장치들에 의해 공급되는 동일한 동력에서 HP 몸체 속도를 최소화하기 위해 LP 몸체의 속도 설정 점에 추가되는 양 또는 영의 증분에 의존한다.

특정 실시예에 의하면, 각각의 장치들에 의해 연속적으로 공급되는 동력 측정값에 의해 안정된 동력 공급 요청작동이 감지되고 이 경우, 증분이 활성화된다.

유리한 실시예에 의하면, 상기 증분은, 장치들과 자유 터빈의 효율 곡선으로부터 계산에 의해 결정되거나 상기 HP 몸체 속도의 변화를 감지하여 결정되고, 상기 증분은 다음에 HP 몸체 속도가 최소일 때까지 적용된다.

특히, 각각의 장치, 상기 LP 몸체로 전달되는 HP 몸체의 열 동력의 크기 및 동력유닛의 유입구에서 온도와 압력의 각 대기상태에 대하여, 최대 기계 동력을 축에 공급할 수 있는 LP 몸체의 회전속도가 존재한다.

각각의 장치에 공급되는 동력이 제조업자에 의해 계산된 제한 범위내에서 유지될 때, 상기 장치가 상기 LP 터빈에 의해 직접 또는 간접적으로 구동되는 속도는 상기 범위내에서 공급 동력의 능력(capacity)을 결정한다. 상기 능력에 따라 상기 동력을 공급하면, 동력요구량과 공급되는 동력 크기사이에 형성되고 낭비(wasting)를 방지하는 부분 동력(part power)만이 이용될 수 있다. 각각의 장치에 대하여, 공급되는 동력크기는 장치가 구동되는 속도의 함수이고, 요구되는 동력의 공급은 장치가 구동되는 속도에 따라 최적화된다.

또한, LP 터빈의 설정 점 속도(set- point speed)가 결정되면,

- 전체 비행 (flight envelope)동안 상기 장치들이 최대 능력으로 작동하고,

- 연료소비를 감소시키기 위해 LP 터빈 및 장치들의 총 효율을 증가시키며,

- 장치들에 의해 발생되는 노이즈(noise)를 정해진 범위 특히, 지상에서 장치의 속도를 변화시켜서 제한하기 위해 장치들의 속도를 최대로 증가시킬 수 있다.

또한, 수퍼 차져(supercharger)는, 비행시 작동하는 동안, 회전속도 변화를 통해 추가의 자유도를 가진다. 수퍼 차져가 동일한 성능을 유지하는 동안 체적은 감소된다.

상기 비행중 조정되는 공기 유동은, 수퍼 차져에 대해 사이징(sizing)된다. 상기 사이징은 최대 속도에서 발생된다. 따라서, 조정된 요구 공기 유동이 지상에서 상대적으로 감소되기 때문에, 구동속도는 감소된다. 또한, TL 터빈의 효율변화는 지상에 비해 비행중 TL 터빈의 속도를 증가시킨다. 사기 두 개요인들의 조합에 의해 연료소비가 감소된다.

또한, 각각의 장치에 대하여, 상기 방법에 따라 각각의 장치에 공급되는 동력으로부터 구해지는 속도 및 장치가 구동되는 속도에 따라 최적효율과 음향크기가 구해질 수 있다. 특히, 속도 감소는 수퍼 차져와 가스 발생기에 의해 방출되는 음향 수준(sound level)을 감소시켜서 지상과 최종 접근 작동(final approach)에서 소음 공해 요구치를 충족시킬 수 있다.

유리한 실시예에 의하면, LP 몸체의 회전속도 설정 점이 우선 제어되어 항상,

- 각각의 장치들에 의해 요구되는 동력의 공급에 LP 몸체 회전속도를 적응시키고,

- 요구되는 동력에 따라 HP 몸체에 의해 공급되는 동력을 최소화하여 최대 총 효율에 LP 몸체 회전속도를 적응시키며,

- LP 몸체의 회전속도를 특정 사용조건에 적응키며, 특히 음향 크기를 최소화한다.

선호되는 실시예에 의하면, 상기 방법은 요구되는 동력 및/또는 측정된 동력의 변화에 따라 동력유닛의 HP 몸체 속도 설정 점이 제어되는 예상(anticipation) 작용의 단계를 제공한다. 상기 예상 기능은, 엔진속도 제어의 정상적인 반응을 예상한다. 따라서, 정상상태(steady- state)에서 구해지는 이전의 HP 몸체 속도와 관련된 이전의 동력 요청으로부터 HP 몸체 속도와 관련된 새로운 동력요청으로 진행하기 위해 HP 몸체의 회전속도 변화를 예상할 수 있다. 다음에, 요구 동력의 변화에 관해 매우 신속하게 구해진 데이터에 의해 HP 몸체의 반응을 가장 양호하게 예상할 수 있다.

요구 동력에 관한 순간적인 인식은, HP 몸체 설정 점에 즉시 작용할 수 있고 따라서 HP 속도에 직접 작용하며, LP 몸체의 속도가 훨씬 더 적게 변화하도록 만든다. 따라서, 구해진 상기 변화는 장치의 제조업자들에 의해 허용된 제한 값 및 상기 TL 터빈의 제한 범위내에 유지되고, 상기 변화는 예를 들어 30%에서 10%로 감소한다. 쉐딩(shedding)은 불필요하며 동력 공급의 안정성이 보장된다.

본 발명은, 또한 상기 방법을 수행할 수 있는 조절 제어유닛에 관한 것이다. 상기 조절 제어유닛은, LP 몸체 속도 제어기, HP 몸체 속도 제어기 및 연료 유동 제어기를 결합한다. 상기 LP 몸체 속도제어기는, 각 장치에 대해 속도에 따라 동력변화 데이터로부터 동력유닛에 의해 구동되는 각 장치에서 요구되는 동력의 크기에 해당하는 최소 회전속도(minimum rotational speed) 및 공급되는 동력의 크기를 측정하기 위한 수단에 의해 전송되는 측정값들로부터 LP 몸체 속도 설정 점을 형성하기 위한 비교 툴(comparison tool)을 포함한다.

차감기는 상기 형성된 설정 점과 LP 몸체 속도사이의 차이를 측정한다. 상기 차이는, 상기 차이를 HP 몸체의 속도 제어기로 전송하는 HP 몸체의 속도 차이로 변환시키는 제 1 변환기로 전송된다. 상기 HP 제어기는 상기 제 1 변환기로부터 HP 몸체 속도 설정 점을 형성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 HP 속도 설정 점은 허용 범위내에서 설정 점 값들을 다시 정의하는 제한 필터를 통과한다.

다시 정의된 설정 점(set- point value)은 다음에 제 2 변환기를 통해 유동속도 설정 점 형태로 유동제어기로 전송된다. 유동 제어기내에서, 유동제어기 설정 점은, 연료 측정 밸브로 전달되기 전에, 허용 범위내에서 설정값들을 명령 형태로 다시 정의하는 제한 필터를 통과한다.

특정 실시예에 의하면,

- HP 몸체 속도값들의 차감기는 연속된 두 개의 시점들에서 LP 속도 설정 점을 형성하기 위한 툴로 수정 증분을 공급하고 LP 몸체 속도를 수정하기 위한 툴내에서 측정된 동력의 일정한 특성(constancy)을 고려한다.

- 노이즈 제한 필터는 LP 몸체 속도 수정 툴과 연결된다.

- 예상(anticipation) 비교기는, HP 몸체 속도 설정 점이 속도제한 필터로 전송되기 전에, 상기 측정된 동력과 공급된 동력사이의 변화에 따라 동력유닛의 HP 몸체 속도 설정 점을 수정할 수 있다.

- 각 장치에 연속적으로 공급되는 동력을 측정하기 위한 수단이 제공되고, 상기 측정은, 특히 와트 미터(wattmeter) 또는 토크미터 타코미터 조립체로 직접 수행되거나 특히 적절한 기구로부터 발생되는 전류- 전압 생성을 이용하여 데이터로부터 계산에 의해 간접적으로 수행된다.

- 요구되는 동력의 변화는, 조종작용에 의해 전송되는 명령들로부터 HP 속도 제어기의 입력에서 디지털 처리 유닛 및 이미 구해진 매개변수들, 특히 동력 발생기의 유입구/유출구들의 상태 또는 온도 및 압력의 대기상태로부터 항공기 비행 시스템의 제어유닛에서 정량화된다.

본 발명의 다른 특징, 특성 및 장점들이, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명을 제한하지 않는 특정 실시예들에 관한 하기 설명에서 제시된다.

도 1은, 다양한 대기상태에서 회전속도에 따라 LP 몸체에 의해 축으로 공급되는 기계적 동력의 변화를 나타내는 곡선의 선도.
도 2는, 상기 장치에서 요구되는 동력을 정의하기 위해 장치의 구동속도에 따라 장치의 효율을 나타내는 곡선.
도 3은, 본 발명을 따르는 조절 제어유닛의 예를 도시한 블록 선도.

도 1을 참고할 때, TL 터빈이 조립된 동력유닛의 LP 몸체에 의해 공급되는 기계적 동력(Pf)의 곡선(C1 내지 Cn)들이 도시된다. 상기 동력(Pf)은, 상기 LP 몸체의 유입구에서 온도와 압력에 관해 정해진 대기 상태(ambient condition) 및 상기 HP 몸체가 가지는 열 동력의 다양한 크기들(HP1 내지 HPn)에 대해 상기 LP 몸체의 회전속도(VBP)에 따라 제시된다. 각각의 곡선(C1 내지 Cn)들은, "두 개의 혼을 가진 모자(two- horned hat)"의 프로파일을 가진다. 동력 최대치(power maxima)(M1 내지 Mn)들은, 최적 곡선(C_M)을 따라 위치한 최적속도(Vo1,..., Von)들에 대응된다. 상기 최적 곡선(C_M)은 저장되어, 계산에 의해 증분의 크기(amplitude of increment)를 결정하기 위해 상기 최적 곡선은 제어 유닛내에서 이용될 수 있다.

이외에, 도 2를 참고할 때, 수퍼 차져와 같은 주어진 장치가 구동되는 속도(Ve)에 따라 상기 장치에 공급되는 동력의 주어진 크기에 대한 효율곡선(CR)이 도시된다. 허용 최대 속도(V_I)와 근접한 최적속도(V_O)에 대한 최대효율(R_M)이 구해진다. 모든 장치들에 대한 속도(V_O)들이, 하기 조절제어 유닛내에서 이용되도록 저장된다.

도 3을 참고할 때, 조절제어 유닛(1)의 예는 세 개의 제어기(11,12,13)들을 포함한다. 상기 조절 제어유닛은, 제어 데이터와 명령을 수신하기 위해 항공기 조종 시스템 및 제어유닛과 관련하여 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛내에 제공된다. 상기 제어유닛(1)의 제어기들은,

- 동력유닛 TL 터빈의 LP 몸체의 구동 축을 제어하기 위한 회전속도 제어기(11),

- 동력유닛 TL 터빈의 HP 몸체를 제어하기 위한 속도 제어기(12) 및,

- 동력유닛을 위한 연료 유동 제어기(13)를 포함한다.

각각의 장치(E1, E2...)에 대하여, 요구되는 양의 동력(Pd1, Pd2,...)에 해당하고 상기 LP 몸체의 유입구에 형성된 온도와 압력의 각 대기 상태를 위한 곡선(Cm1, Cm2....), 속도(V1, V2....)들이 제조업자에 의해 정해진다. 각각의 곡선(Cm1, Cm2....)에 의해, 상기 장치가 요구하는 부분 동력(part power)을 공급할 수 있는 최소속도(Vm1, Vm2...)를 항상 알 수 있다.

데이터 마이닝(data mining)을 용이하게 하기 위해, 예를 들어 동력전달 장치(power transfer box)에 의해 집중되는 기어 트레인들의 감소 및/또는 증가(mulitiplication) 요인들을 고려하여 장치의 회전에 관한 수치들이 LP 축의 회전속도 값들로 변환된다.

실시예에 형성된 장치들의 세트(Ei)에 대하여, 최소 속도(Vmi)에 관한 최대값(Max (Vmi)이 대기조건에서 결정된다. 상기 값 (Max (Vmi)은 세트(Ei)의 각 장치에 대한 최대허용속도이다. 상기 값(Vmi)에 의해, 구동되는 모든 장치들은 장치에 대해 요구되는 동력을 공급할 수 있다. 상기 구해진 값(Max (Vmi)은, 특히 50% 내지 100%의 범위에 대하여 허용 한계들과 비교되는 것이 유리하다.

상기 결정된 값 (Max (Vmi)은 LP 몸체 속도 제어기(11)의 합계(S1)로 전송된다. LP 몸체 속도 설정 점에 관한 각각의 시도에서, 상기 합계(S1)는 LP 몸체 속도 설정 점(C_BP)를 제공하기 위해 여기서 1%에 해당하는 양의 LP 속도 증분(LP speed increment)(e)를 합산한다.

C_BP= (Max (Vmi) + e

상기 LP 속도 증분 (e)은, 상기 HP 몸체의 속도(V_HP)가 최소화될 때까지 조건에 따라 도입된다. HP 몸체 속도의 변화는 차감기(subrtactor)(S2)내에서 차이 데이터(d)를 제공하여 감시된다. 시간(t)에서 측정된 HP 몸체 회전속도의 값((V_HP)t)이 이전시간(t-1)에서 측정값 ((V_HP)t-1)보다 작으면, 상기 값들의 차이(d)는 음이다. 또한, LP 몸체에서 측정된 동력(Pm)이 상기 시간 구간(time interval)(t- t-1)에서 일정하게 유지되면, 동력(Pm)이 적용되는 수정 툴(tool)(O1)은 1%에 해당하는 값(e)을 합계(S1)로 전송한다. 반대의 경우가 발생하면, 상기 증분 값은 영이다. 상기 수정에 의해 측정값 변동(measurement oscillations)이 제거되고 증분(e)이 계산될 수 있다.

또한, 상기 증분 과정(incrementation)은 계산에 의해 수행될 수 있다. 각 장치에 대해 제공된 동력에 대하여, 다양하게 형성될 수 있다: 모델링(modelling), 방정식의 형성 및 최소값의 검색, 반복(iteration) 등. 상기 목적은, 각 장치들에 의해 제공되는 동력이 일정하게 유지될 때 HP 몸체 속도를 최소화하는 LP 몸체 속도를 찾아내는 것이다. 예를 들어 동력(Pmi)을 공급하는 장치(i)에 대하여, 각각의 구동 속도(V_BP)가 장치(i)의 구동 동력(Pmi)에 대응된다. 상기 구동 동력(Pmi)의 합계는, 상기 속도(V_BP)에서 LP 몸체에 의해 공급되는 동력을 제공한다. "두 개의 혼을 가진 모자" 형상을 가진 곡선은, 구동 속도(V_BP)의 해당 값을 제공한다. 다음에 구동 속도(V_BP)의 최소값이 계산에 의해 결정된다.

노이즈(B1)에 관한 데이터가 수정 툴(O1)로 도입되는 것이 유리하다. 장치내에서 노이즈 크기가 상측값 예를 들어 100 dB 보다 크면, 상기 노이즈 데이터는 또한 증분(e)을 활성화시키고, 상기 임계값보다 작은 크기에서 노이즈의 최소화는 속도 (V_HP)의 최소화와 동일하게 제어된다.

상기 LP 몸체 속도에 관한 설정 점 값(C_BP)은, 합산기(S1)에 의해 제공되고 LP 몸체 속도의 측정값 (VmBP)를 값(C_BP)과 비교하는 차감기(S3)로 전송한다. 변환기(C2)는, LP 몸체 속도변화를 HP 몸체의 해당 속도변화(V_HP)로 변환시킨다.

상기 속도(V_HP) 변화는, HP 몸체 속도 제어기(12)의 예상 차감기(anticipation subtracter)(S4)로 전송된다. 상기 차감기(S4)는, HP 몸체를 위한 속도 설정 점 값(C_HP)를 구하기 위해, 예상 "법칙(law)"을 처리하기 위한 비교기(C3)로부터 산출된 값과 상기 속도변화 (V_HP)를 비교한다.

상기 예상 법칙은, 장치들에서 요구되는 동력(Pd)의 변화와 구동축(Pm)에서 측정된 동력의 변화에 따라 HP 몸체의 속도(V_HP)를 수정하는 것으로 구성된다.

따라서, 공급되고 측정되는 동력크기의 변화들로부터 상기 예상 법칙은, 동력요구량을 결정하고 새로운 동력 요구를 충족시키기 위해 적용되는 속도(V_HP)의 변화를 결정할 수 있게 한다.

다음에 HP 몸체를 위한 속도 설정 점(C_HP)은, 허용범위내에서 상기 설정 점들을 다시 정의하는 제한 필터(limiting filter)(22)의 제한 값들과 비교된다.

상기 필터(22)의 출력에서, 속도 설정 점(C_HP)은 차감기(S5)내에서 속도 측정값(Vm_HP)과 비교된다. 구해진 차이가, 상기 속도차이를 연료 유동 설정 점(CC)을 출력으로서 제공하기 위해 연료 유동 차이로 변환시키는 변환기(C4)속으로 합쳐진다.

상기 연료 유동 설정 점(CC)은, 명령형태로 유동제어기(13)로 전송되고 유동제한 밸브(24)를 통해 연료측정 밸브(23)로 전송된다. 동력유닛의 연소실로 주입되는 연료유동의 변화는 다음에, HP 몸체 속도(V_HP)를 수정하여 공급되는 에너지 크기를 수정한다. 일정한 동력요구에 대하여, HP 몸체 속도(V_HP) 변화는 LP 몸체 속도(V_BP)를 수정하고, 속도들을 제어하기 위해 새로운 제어루프가 형성된다.

12.....속도 제어기
13.....연료 유동 제어기(13).
23....연료측정 밸브
24...유동제한 밸브
E1, E2....장치.

Claims

장치(E1, E2,...)에 동력을 공급하고 고압 HP 몸체와 연결된 저압 LP 몸체를 가진 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법에 있어서,
최소 HP 몸체 속도(V_HP)를 구하여 상기 장치의 최소속도(Vm1, Vm2)의 최대값(Max(Vmi)) 및 양 또는 영의 증분(e)에 따라 LP 몸체 속도(V_BP)를 변화시켜 상기 장치들에 의해 공급되는 동력(Pf)이 일정하게 유지되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
제 1 있어서, 상기 장치들에 의해 공급되는 동력(Pf)은, 상기 장치들이 상기 LP 몸체에 의해 구동되는 속도에 의존하기 때문에, 상기 TL 터빈의 LP 몸체의 속도 설정 점(C_BP)은 장치 최소 속도(Vm1, Vm2)의 최대 값(Max(Vmi))에 의존하여 각각 요구되는 동력 크기가 최적화되어 구해지고 장치들에 의해 공급되는 동일한 동력에서 HP 몸체 속도(V_HP)를 최소화하기 위해 LP 몸체의 속도 설정 점(C_BP)에 추가되는 양 또는 영의 증분(e)에 의존하는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 장치들에 의해 연속적으로 공급되는 동력 측정값(Pf)에 의해 안정된 동력 공급 요청작동이 감지되고 이 경우, 증분이 활성화되는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증분은, 장치들과 자유 터빈의 효율 곡선(CR)으로부터 계산에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
제 4 항에 있어서, 각각의 장치, 상기 LP 몸체로 전달되는 HP 몸체의 열동력의 크기 및 동력유닛의 유입구에서 온도와 압력의 각 대기상태에 대하여, 최대 기계 동력을 축에 공급할 수 있는 LP 몸체의 회전속도가 존재하는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증분은, 상기 HP 몸체 속도의 변화를 감지하여 결정되고 상기 증분은 다음에 HP 몸체 속도가 최소일 때까지 적용되는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
전항들 중 어느 한 항에 있어서, LP 몸체의 회전속도 설정 점(C_BP)이 우선 제어되어 항상, 각각의 장치들에 의해 요구되는 동력(Pd)의 공급에 LP 몸체 회전속도(V_BP)를 적응 및/또는 요구되는 동력에 따라 LP 터빈에 의해 공급되는 동력을 최소화하여 최대 총 효율에 LP 몸체 회전속도(V_BP)를 적응 및/또는 LP 몸체 회전속도(V_BP)를 특정 사용조건에 적응키며 특히 음향 크기(B1)를 최소화하는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
전항들 중 어느 한 항에 있어서, 동력유닛의 HP 몸체의 속도 설정 점(V_HP)이, 장치들로부터 요구되는 동력의 변화(Pd) 및 구동축에서 측정되는 동력의 변화(Pm)에 따라 제어되는 예상(anticipation)의 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 항공기의 TL 자유 터빈 동력 유닛의 제어를 최적화하기 위한 최적화 방법.
전항들 중 어느 한 항을 따르는 방법을 수행할 수 있는 조절 제어장치에 있어서,
LP 몸체 속도 제어기(11), HP 몸체 속도 제어기(12) 및 연료 유동 제어기(13)를 결합하고, 상기 LP 몸체 속도제어기는, 각 장치에 대해 속도에 따라 동력변화 데이터로부터 동력유닛에 의해 구동되는 각 장치에서 요구되는 동력(Pd) 크기에 해당하는 최소 회전속도(Vmi) 및 공급되는 동력(pf)의 크기를 측정하기 위한 수단에 의해 전송되는 측정값들로부터 LP 몸체 속도 설정 점(C_BP)를 형성하기 위한 비교 툴(O1)을 포함하며, 차감기는 상기 형성된 설정 점(C_BP)과 LP 몸체 속도(V_BP)사이의 차이를 측정하고, 상기 차이는 상기 차이를 HP 몸체 속도 제어기(12)로 전송하는 HP 몸체 속도 차이로 변환시키는 제 1 변환기(C2)로 전송되며, 상기 HP 제어기는 상기 제 1 변환기(C2)로부터 HP 몸체 속도 설정 점(C_HP)를 형성하기 위한 수단(S4,C3)을 포함하고, HP 속도 설정 점(C_HP)은 허용범위내에서 설정 점 값들을 다시 정의하는 제한 필터(22)를 통과하며 다시 정의된 설정 점은 다음에 제 2 변환기(C4)를 통해 유동속도 설정 점(CC) 형태로 유동제어기(13)로 전송되는 것을 특징으로 하는 조절 제어장치.
제 9 항에 있어서, 유동제어기 설정 점(CC)은, 연료 측정 밸브(23)로 전달되기 전에, 허용 범위내에서 설정값들을 다시 정의하는 제한 필터(24)를 통과하는 것을 특징으로 하는 조절 제어장치.
제 9 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, HP 몸체 속도값들의 차감기는 연속된 두 개의 시점들에서 LP 속도 설정 점(O1)을 형성하기 위한 툴로 수정 증분(e)을 공급하고 LP 몸체 속도(O1)를 수정하기 위한 툴내에서 측정된 동력의 일정한 특성(constancy)을 고려하는 것을 특징으로 하는 조절 제어장치.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 노이즈 제한 필터(B1)는 LP 몸체 속도 수정 툴(O1)과 연결되는 것을 특징으로 하는 조절 제어장치.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 예상(anticipation) 비교기는, HP 몸체 속도 설정 점(C_HP)이 속도제한 필터로 전송되기 전에, 구동축에서 측정되는 동력(Pm) 및 공급되는 동력(Pf)의 변화에 따라 HP 몸체 속도 설정 점(CHP)을 수정하는 것을 특징으로 하는 조절 제어장치.
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 요구되는 동력의 변화는, 조종작용에 의해 전송되는 명령으로부터 HP 속도 제어기의 입력에서 디지털 처리 유닛 및 이미 구해진 매개변수들로부터 항공기 비행 시스템의 제어유닛에서 정량화되는 것을 특징으로 하는 조절 제어장치.
연료 유동 속도 및 HP 및 LP 몸체속도들을 제어하기 위한 제어유닛 및 동력유닛을 포함한 항공기에 있어서,
상기 조절 제어유닛은, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항을 따르는 최적화 방법을 수행하기 위해 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항을 따르는 것을 특징으로 하는 항공기.