[发明专利]用于限制喘振风险的涡轮发动机上的提取的控制方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于限制喘振风险的涡轮发动机上的提取的控制方法和装置。本发明涉及用于飞机推进的涡轮发动机（T）上的机械能和/或空气提取的控制方法。它基于能量管理器和涡轮发动机控制系统之间的交换请求/授权协议。在对提取需求的修改之后执行该协议。本发明旨在检查喘振裕度是否与提取需求的修改可兼容，并且如果需要的话，采用临时措施以避免涡轮发动机的喘振，例如通过缓冲器提供至少一部分的能量需求。以此方式研发的本发明允许优化用于飞机推进的涡轮发动机的操作，同时完全避免涡轮发动机的喘振风险。

技术领域

本发明涉及涡轮发动机及其控制的领域。本发明尤其涉及设在配有涡轮发动机的一些飞机上的推进器组的控制。

本发明尤其适用于涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机（其中包括桨扇发动机，英语中一般用术语“open rotors”（开式转子发动机）或“propfans”（桨扇发动机）表示），其可以用于飞机的推进。涡轮螺旋桨发动机与涡轮喷气发动机的区别是设有无涵道式螺旋桨桨叶。涡轮风扇发动机或英语中的“turbofan”包括用作螺旋桨的涵道风扇。本发明尤其适用于这些类型的涡轮发动机。

背景技术

用于飞机推进的涡轮发动机还可以简称为“发动机”。因此在本文中，术语“发动机”对应于用于飞机推进的涡轮发动机。

这些涡轮发动机使用一个或多个气体涡轮机，同时回收在由一个或多个压缩机供给空气的燃烧室中所产生的能量。

在涡轮发动机操作期间，在压缩机处可能出现的一种已知现象是称为“喘振”的现象。这种现象在下文中通过飞机推进器组的涡轮喷气发动机的示例来进行解释，但是这在涡轮螺旋桨发动机中（或者通常在任何的涡轮发动机的压缩机中）也是相同的。

喘振现象对应于压缩机叶片的空气动力学失速。

这对应于从压缩机的高压区向低压区回流的趋势。这会引起压缩机流率的以振荡形式的不稳定性。

通常，应该注意避免这种现象的发生，因为流率（débit）的变化或反转可能导致涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机性能的降低。

因此，已知控制涡轮喷气发动机的压缩机的操作，以避免在将要发生喘振的操作点的范围（也称为“喘振区”）内或在该范围附近进行操作。换言之，对于给定的流速，要确保压缩机的压力比（或其压缩率）不超过一定限度，或者相反地，压缩机中根据其压力比或其负载存在足够的流量。在实践中，往往使压缩机在最大可允许压力比下进行操作，以便于确保涡轮发动机的良好效率。

在飞机的涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的情况下，涡轮增压器的负载不但取决于由涡轮发动机提供的用于飞机推进的功率，还取决于用于飞机推进之外的其它功能的机械功率或空气的提取（prélèvement）。

提取可以有两种性质：机械提取和/或空气提取。

机械（能量）提取对应于在涡轮机和压缩机之间的驱动轴处经由机械传动装置进行的功率提取。例如这允许为飞机的液压设备产生液压功率，和/或驱动一个或多个发电机以供应电能。

空气提取（在航空领域中通常用英文术语“bleed air（放气）”来表示）在于提取由压缩机所压缩的空气的一部分，以便于供给（例如）除霜系统、空调系统、载荷冷却系统、燃料惰化系统和/或发动机的内部冷却系统。

这些提取会影响相对于喘振区的裕度。通常在高压轴上实现的机械功率的提取使压缩机的操作点更接近涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的喘振区。空气提取往往主要增加压缩机中的流量（空气的质量流量），而空气提取对压力比的影响通常可以忽略不计，这样会使压缩机的操作点远离喘振区。

发动机在喘振方面的最关键的操作点处于其空转转速（或“空转速度”）下。事实上，在发动机的最低转速下，压缩机被低速驱动并且当然具有低压力比，但是压缩机中的空气流量也极大减小，从而可能会在低压力比下发生喘振。因此在空转压力比方面提供的裕度非常小。