[发明专利]用于控制涡轮发动机螺旋桨的速度和功率的方法

说明书

本发明涉及用于控制涡轮发动机螺旋桨的速度和功率的方法，其中，实施至少两种运行模式：‑称为“速度模式”的一种运行模式，在该运行模式下，根据所需的螺旋桨速度来控制螺旋桨的桨距(β)，同时根据所需的扭矩来控制燃料流量；称为“β模式”的另一种运行模式，在该运行模式下，根据所需的螺旋桨速度来控制燃料流量，螺旋桨的桨距(β)被设定成一限制角度(βmin)，该限制角度限制了螺旋桨在两种运行模式下的桨距，基于与飞行条件有关的、实时评估的参数在飞行期间持续地计算和更新桨距角度(βmin(t))。

技术领域

本发明涉及涡轮螺旋桨发动机的功率调节。

背景技术

在现代涡轮螺旋桨发动机中，根据以下两个参数，通过调节器来监测螺旋桨的转速和传输到螺旋桨的功率：涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨的设定值和注入到燃烧室中的燃料的流量。

通常，两种调节模式被使用并根据运行阶段交替。

在称为“速度模式”的模式中，通过控制螺旋桨的设定角度来调节螺旋桨的速度。在该模式中，燃料流量用于限定输送到螺旋桨的扭矩或功率。

在称为“贝塔模式”的另一种模式中，通过燃料流量、螺旋桨的基于飞行条件和节流阀而限定的设定值来监测螺旋桨的转速。

在这种配置中，该设定值通常被限定为与最小桨距对应，低于该最小桨距时，螺旋桨不再以推进模式运行，从而不再消耗传输到螺旋桨的能量。

在涡轮螺旋桨发动机中，螺旋桨的转速能够通过根据动力装置的能量平衡推导出的等式表示：

应用于系统的外部功率是由动力涡轮输送的功率Pw_T和由螺旋桨消耗的功率Pw_H，该等式通过在施加到螺旋桨的功率不再平衡时螺旋桨/动力涡轮/传动轴组件的惯性矩J_Tot和螺旋桨的转速ω_P来表示螺旋桨的动能变化。因此，用于监测螺旋桨转速的装置用于通过注入的燃料流量和由螺旋桨消耗的功率来调节发动机输出的功率。

螺旋桨消耗的该功率可表示为：

Pw_H＝CP*ρ*n³*D⁵

功率系数记为(CP)，ρ是空气密度，n是螺旋桨的转速(每分钟的转数)，D是螺旋桨的直径。

螺旋桨的功率系数是用于表示由螺旋桨消耗的功率的数据，因而是用于表示该螺旋桨的效率的数据。

在飞行器的运行阶段期间，可能发生功率系数下降，或者甚至在某些情况下功率系数变为零。然后螺旋桨的牵引力被取消，于是不再消耗由发动机提供给螺旋桨的能量。这种能量积累导致螺旋桨的转速增加到螺旋桨的运行范围之外，然后螺旋桨被认为处于超速状态。

在更严重的情况下，相对气流对螺旋桨的作用向螺旋桨传输额外的能量，从而将功率系数的值CP转换到负值范围内，从而将螺旋桨的能量输入反映到发动机的机械元件。这种自加速现象不仅表现出对飞行器性能的威胁，而且还表现出对飞行器的机械元件的威胁。

因此，必须通过监测影响功率系数CP的参数以使功率系数保持为大于功率系数的最小极限值CPmin来保证螺旋桨的推进运行，功率系数的最小极限值CPmin通过在设计期间的研究确定。功率系数CPmin的最小极限可以基于不同的飞行参数(特别是速度和高度)而采用不同的值。然后基于这些参数建立功率系数的最小极限值CPmin的表格。