專利名稱：控制渦輪機的方法
技術領域：
本發明涉及航空的一般領域。具體地，本發明涉及一種在發動機吸入水或冰雹的情況下控制飛行器渦輪發動機的方法。通常，渦輪發動機的操作由電子控制單元調節，其執行主調節循環以根據所需推力將在發動機上取得的測量值(速度、發動機壓力比(EPR)...)的組合伺服控制到指定設定值，其中所需推力作用于燃料釋放到燃燒腔的流速。電子控制單元也對在發動機中的可變幾何形狀的裝置執行次級調節循環。在此使用的術語“可變幾何形狀”表示一件裝置的尺寸、形狀、位置和/或速度可以根據檢測的結果或限定的參數進行修改以作用于發動機的操作。可變幾何形狀的裝置的示例包括用于從壓縮機放出空氣的閥(具有可變開口的閥)、具有可變節距的壓縮機定子葉片、在頂端的間隙可變的渦輪機葉片等等。具體地，已知根據低速XN25R來控制在壓縮機中的可變節距定子葉片(也稱為可變定子葉片(VSV))的螺旋角，低速XN25R本身是根據高壓轉子的速度XN25和在發動機的壓縮機的入口處的溫度T25來確定。在發動機吸入水和冰雹的情況下，當由相應傳感器測量的溫度T25下降時，其導致低速XN25R增大，并且因此導致葉片過度敞開。這種過度敞開會導致壓縮機的波動。為了避免這些缺陷，使用用于測量溫度T25的探針是已知的，該探針提供慣性集塵器用于保護探針的有效部分免于遭受水和冰雹損害，以便于在吸入水或冰雹的情況下避免受到干擾。也已經提出建議，設計控制各葉片具有一定余量的敞開角度的關系，該余量在對溫度T25的測量值有干擾的情況下也足以避免波動。然而，這種解決方案的可行性包括其他技術的折中。此外，在這種情況下檢測在渦輪發動機中吸入水和冰雹以及調整發動機的操作是已知的。例如，文獻FR2681377推薦根據在壓縮機入口處空氣溫度(在該文獻中表示為T2)和在來自壓縮機的出口處的空氣溫度T3之間的差值來檢測水吸入。如果吸入水，發動機的速度增大。

發明內容
本發明的目的在于提供一種不存在至少一些上述缺陷的控制渦輪發動機的方法。具體地，本發明的目的在于能夠使用不需要慣性集塵器的溫度傳感器。為此，本發明提供一種控制渦輪發動機的方法，該方法包括:-由第一溫度傳感器測量第一溫度的步驟，-由第二溫度傳感器測量第二溫度的步驟，-建模所述第一溫度估算第三溫度的步驟，以及-根據測量的所述第一溫度為發動機的至少一個可變幾何形狀的設備確定至少一個控制設定值的步驟；
所述方法特征在于，所述第一傳感器的時間常數Cl大于所述第二傳感器的時間常數C2，并且所述方法還包括:-根據測量的所述第二溫度的下降值，檢測水或冰雹的吸入的步驟，以及-當檢測到吸入水或冰雹時，根據估算的所述第三溫度確定所述控制設定值的步驟。在渦輪發動機吸入水和冰雹的情況下，由傳感器測量時第一和第二溫度下降。更精確地，第二溫度下降得比第一溫度快，因為第二溫度具有更短的時間常數。在第一溫度下降到足以干擾控制設定值的確定之前，第二溫度的更快下降使得能夠檢測水和冰雹的吸入。響應于檢測水或冰雹的吸入，然后根據第三溫度能夠確定控制設定值，即使用第一溫度的模型取代第一溫度本身，以便確保第一溫度的繼續下降不干擾控制設定值的確定。因此，本發明使得能夠使用可以具有相對較長時間常數的第一溫度傳感器。因而，第一傳感器可以具有簡單結構并且不需要慣性集塵器，并且因此可以具有較低的成本。此夕卜，控制關系能夠確定控制設定值，而不需要考慮安全余量以便在吸入水的情況下適用第一溫度的下降。在一個實施例中，為多個裝置部件確定多個設定值。第一溫度可以是在渦輪發動機的壓縮機的入口處的溫度T25，而第二溫度可以是在來自所述壓縮機的出口處的溫度T3。在一個實施例中，所述第一溫度傳感器不具有慣性集塵器。通過示例，所述控制設定值是用于所述壓縮機的一組可變節距定子葉片的螺旋角。在一個實施例中，當沒有檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設定值同時使用第一控制關系，并且當檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設定值同時使用與第一控制關系不同的第二控制關系，并且其中對于指定輸入溫度，第二控制關系提供比第一控制關系提供更封閉的角度設定值。以相應的方式，本發明還提供一種計算機程序，該計算機程序包括當由計算機執行所述程序時用于執行本發明如上所述方法的指令。本發明還提供一種用于控制渦輪發動機的電子單元，所述電子單元包括存儲該計算機程序的存儲器。


通過閱讀下面借由非限制性指示并且參考附圖給出的描述可以更好地理解本發明，其中:圖1為渦輪發動機的透視圖；圖2為表示在本發明實施方式中的電子控制單元的視圖；圖3為用于執行在本發明實施例中的方法的控制方法的方框圖。
具體實施例方式下面主要在它應用到構成飛機推力發動機的氣體渦輪機的情況下描述本發明，例如，在圖1中以較高圖示化方式所示。然而，本發明可應用到其他渦輪發動機，尤其是應用直升飛機的渦輪機，工業渦輪機，用于輔助動力單元(APU)的渦輪機。在圖1中所示的渦輪發動機6包括燃燒腔1，其中來自腔I的燃燒氣體驅動高壓(HP)渦輪機2和低壓(LP)渦輪機3。HP渦輪機2由軸聯接到HP壓縮機4，HP壓縮機4在壓力下給燃燒腔I供應空氣，而LP渦輪機3由另一個軸聯接到LP壓縮機7以及聯接到在發動機的入口處的風扇5。發動機6的操作由電子控制單元20控制，如在圖2中所示，該單元執行主調節循環以根據所需推力將在發動機上取得的測量值組合伺服控制到設定值，所需推力作用于該流速釋放燃料到燃燒腔的流速。電子控制單元也對發動機的可變幾何裝置執行次級調節循環。為此，電子控制單元20獲取各個信號，其表示各個測量的操作參數，并且尤其是:-在HP壓縮機4的入口處的溫度T25；-在來自HP壓縮機4的出口處的溫度T3；-在風扇5的入口處的溫度T12;-環境壓力Pamb；以及-LP控制器7和LP渦輪機3的旋轉速度NI。電子控制單元20具有計算機的硬件架構，并且它包括微處理器21、只讀存儲器(ROM) 22、隨機存取存儲器(RAM) 23和接口 24。在操作中，微處理器21執行存儲在R0M22中的計算機程序同時使用RAM23。接口 24使電子控制單元20能夠獲取各個上述指定信號，并且發送表示設定值的信號給確定的控制。溫度T25和T3由溫度傳感器測量。當它們獲取測量值時，溫度傳感器通常承受對每個傳感器具有特異性的一定量的慣量，并且該慣量尤其是依賴于制造傳感器的材料以及它的重量(或大小)。該慣量引起在由傳感器獲取測量值的時刻與傳感器響應于該測量值發送信號的時刻之間的時間偏差。這就是在測量中所述的“牽制效應”。以已知的方式，傳感器的慣量可以以時間常數表示。例如，文獻US5080496推薦利用具有設定值的濾波器數字建模傳感器的慣量，所述設定值使通過估算傳感器的時間常數確定的。溫度T25由具有時間常數Cl的溫度傳感器測量，而溫度T3由具有比Cl短的時間常數C2的溫度傳感器測量。例如，與溫度T25相關的時間常數Cl的最大可接受值是:-對于20千克每秒每平方米(kg/(s.m2))的空氣流量為60秒；-對于50kg/(s.m2)的空氣流量為34.2秒；以及-對于350kg/(s.m2)的空氣流量為18秒；而與溫度T3相關的時間常數C2的最大可接受值是:-對于20kg/(s.m2)的空氣流量為4秒；-對于50kg/(s.m2)的空氣流量為I秒；以及-對于350kg/(s.m2)的空氣流量為0.8秒。本領域的技術人員可以觀察到時間常數Cl的上述值比在現有技術中通常使用的
值顯著更長。此外，電子控制單元20可以通過模型估算某些參數的值。例如，溫度T25可以由建模的溫度T25M估算。用于溫度T25M的模型對于本領域的技術人員來說是已知的并且不需要給出詳細描述。例如，溫度T25M可以根據溫度T12、旋轉速度N1、以及壓力Pamb來確定。如上解釋，吸入的水或冰雹可以干擾發動機6的操作。因此，電子控制單元20執行檢測水或冰雹的吸入的方法，并且當檢測到吸入時它調整發動機6的操作。本領域的技術人員已知有多種方法用于檢測水或冰雹的吸入，并且不需要詳細地描述它們。例如，可以根據溫度T3的下降檢測吸入。圖3為使得能夠控制發動機6的操作的控制方法的方框圖。例如，可以由執行計算機程序的電子控制單元20執行圖3的控制方法。圖3示出建模模塊11、檢測模塊12、選擇器13、以及確定模塊14。建模模塊11根據例如溫度T12、旋轉速度N1、以及壓力Pamb建模溫度T25并且確定溫度T25M。檢測模塊12根據溫度T3、T25以及Τ25Μ來檢測水或冰雹的吸入。更精確地，溫度Τ3的下降用來檢測吸入。也可以使用其他參數。選擇器13接收溫度Τ25和Τ25Μ以及來自檢測模塊12的輸出信號作為輸入。當檢測模塊12指示沒有吸入時，然后選擇器13輸出溫度Τ25的信號。當檢測模塊12指示吸入時，然后選擇器13輸出溫度Τ25Μ的信號。確定模塊14根據由選擇器13發送的輸入值確定用于在發動機6中的可變幾何形狀裝置的控制設定值。換句話說，如果沒有吸入，控制設定值根據溫度Τ25確定；如果有吸入，然后使用溫度Τ25Μ來取代溫度Τ25。自然地，確定模塊14也可以使用其他參數用于確定控制設定值。圖3控制方法如下操作。在不存在吸入水或冰雹情況下，選擇器13發送溫度Τ25給確定模塊14。在發動機吸入水或冰雹的情況下，當由傳感器測量時兩個溫度Τ25和Τ3都下降。更精確地，溫度Τ3下降得比溫度Τ25更快，因為用于溫度Τ3的傳感器具有時間常數C2，其比用于溫度Τ25的傳感器的時間常數Cl更短。相反，溫度Τ25Μ不下降，或者其下降至少以沒有溫度Τ25下降的顯著，因為它是根據不被吸入顯著干擾的參數確定。溫度Τ3的較快下降使得檢測模塊12能夠在溫度Τ25下降到足以干擾由確定模塊14確定控制設定值之前檢測已經吸入水或冰雹。響應于檢測已經吸入水或冰雹，選擇器13切換并且因此發送溫度Τ25Μ給確定模塊14。確定模塊14然后使用溫度Τ25Μ取代溫度Τ25，以便確定控制設定值。因此，在溫度Τ25方面的繼續下降不干擾控制的設定值的確定。因此，因為測量溫度Τ25的傳感器具有相對較長的時間常數Cl，所以測量的溫度Τ25在吸入水的情況下不會快速下降并且可以繼續在檢測吸入之前臨時用來確定控制設定值。該傳感器因此可以是在結構上較簡單的，不需要慣性集塵器，并且它可以是較低成本的。例如，確定模塊14確定用于HP壓縮機4的可變節距葉片的角度設定值，用于葉片閥的敞開位置，和/或在與推力相關的設定值的增加。因為相對較長的時間常數Cl，并且因為選擇器13，在吸入水或冰雹的情況下，發送到確定模塊14的輸入信號不顯著下降。因此，確定模塊14不需要考慮安全余量以便容許在吸入水或冰雹的情況下溫度T25的測量值的下降。在未示出的變形中，確定模塊14除了接收由選擇器13輸出的信號外還接收由檢測模塊12輸出的信號作為輸入，并且在不存在水吸入的情況下確定模塊14使用第一控制關系用于確定控制設定值，而在吸入水的情況下使用不同于第一控制關系的第二控制關系。對于給定輸入溫度，第二控制關系提供比第一控制關系提供的更封閉的角度設定值。因此，在該變形中，在吸入的情況下，激活極大的關閉以便補償在這種情況下波動增大的風險。上述參考與溫度T25和T3相關的實施例描述了本發明。在變形中，本發明也可以使用到在渦輪發動機中的不同位置處測量的兩個其他溫度。
權利要求
1.一種渦輪機發動機的控制方法，該方法包括: -由第一溫度傳感器測量第一溫度(T25)的步驟， -由第二溫度傳感器測量第二溫度(T3)的步驟， -建模所述第一溫度估算第三溫度(T25M)的步驟，以及 -根據測量的所述第一溫度，為所述發動機的至少一個可變幾何形狀的設備確定至少一個控制設定值的步驟； 所述方法特征在于，所述第一傳感器的時間常數Cl比所述第二傳感器的時間常數C2大，并且所述方法還包括: -根據測量的所述第二溫度的下降，檢測水或冰雹的吸入的步驟，以及 -當檢測到吸入水或冰雹時，根據估算的所述第三溫度，確定所述控制設定值的步驟。
2.根據權利要求1所述的控制方法，其中所述第一溫度是在所述渦輪發動機的壓縮機(4)的入口處的溫度T25，而所述第二溫度可以是在來自所述壓縮機的出口處的溫度T3。
3.根據前述權利要求所述的控制方法，其中所述第一溫度傳感器不具有慣性集塵器。
4.根據權利要求2或權利要求3所述的控制方法，其中所述控制設定值是用于所述壓縮機的一組變距定子葉片的角度設定值。
5.根據權利要求4所述的控制方法，其中，當沒有檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設定值同時使用第一控制關系，并且當檢測到水或冰雹吸入時，確定步驟包括確定所述控制設定值同時使用與所述第一控制關系不同的第二控制關系，并且其中對于給定輸入溫度，所述第二控制關系提供的角度設定值比所述第一控制關系提供的的角度設定值更封閉。
6.一種計算機程序，其包括當所述程序由計算機執行時用于執行根據權利要求1至5任意一項所述的方法的指令。
7.一種用于控制渦輪發動機的電子單元(20)，所述電子單元具有存儲根據權利要求6的計算機程序的存儲器(22)。
全文摘要
控制渦輪機的方法包括由第一溫度傳感器測量第一溫度(T25)的步驟，由第二溫度傳感器測量第二溫度(T3)的步驟，建模所述第一溫度估算第三溫度(T25M)的步驟，以及根據測量的所述第一溫度為渦輪機的至少一個可變幾何形狀的設備確定至少一個控制設定值的步驟；所述方法特征在于，所述第一傳感器的時間常數C1比第二傳感器的時間常數C2大，并且所述方法還包括根據測量的所述第二溫度的下降，檢測水或冰雹的吸入的步驟，以及當檢測到吸入水或冰雹時，根據估算的所述第三溫度確定所述控制設定值的步驟。
文檔編號F02C9/28GK103180577SQ201180051235
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月17日 優先權日2010年10月26日
發明者布魯諾·羅伯特·加利, 塞德里克·德杰拉西, 達拉赫·麥格拉斯, 吉恩-米歇爾·洛克斯 申請人:斯奈克瑪