用于可变面积扇形喷嘴的光纤感测制造技术

本申请涉及用于可变面积扇形喷嘴的光纤感测。具体地，公开了一种控制系统，该控制系统用于具有多个瓣的可变面积扇形喷嘴VAFN。控制系统可以包括：至少一个光纤形状传感器，所述至少一个光纤形状传感器沿着所述多个瓣中的至少一个瓣延伸；和光源，该光源操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器。控制系统包括：接收器，该接收器操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器；和VAFN控制单元，该VAFN控制单元与所述多个瓣和接收器操作地通信。VAFN控制单元可以被配置为从接收器接收指示沿着至少一个光纤形状传感器的所测量的应变的信号，并且基于所测量应变来计算VAFN的喷嘴面积。

Optical fiber sensing for variable area fan nozzles

The present application relates to optical fiber sensing for variable area fan nozzles. In particular, a control system for a variable area sector nozzle VAFN with a plurality of valves is disclosed. The control system may include at least one shape of optical fiber sensor, the at least one fiber shape sensor along at least one of the plurality of flap valve in the extension; and the light source, the light source is operatively connected to the at least one shape of optical fiber sensor. The control system includes a receiver operatively connected to the at least one optical fiber shape sensor; and a VAFN control unit that operates in communication with the plurality of lobes and receivers operated by the VAFN control unit. The VAFN control unit may be configured to receive signals from the receiver that indicate the measured strain along at least one optical fiber shape sensor, and calculate the nozzle area of the VAFN based on the measured strain.

【技术实现步骤摘要】
用于可变面积扇形喷嘴的光纤感测
本公开总体涉及可变面积扇形喷嘴(variableareafannozzle)，更具体地涉及控制可变面积扇形喷嘴的喷嘴面积。
技术介绍
旁路涡轮扇发动机产生两个排气流(核心发动机流和扇形流)。核心发动机流在穿过核心发动机之后从核心流喷嘴排出。扇形流穿过由围绕核心发动机的机舱和扇形函道形成的环状通道。可以对于特定工况(诸如起飞、爬升、巡航等)优化这两个流所穿过的横截面积。包括可移动瓣(petal)的可变面积扇形喷嘴用于扩大或缩小扇形流的喷嘴面积，从而分别降低或提高排气速度。不同的力可以作用在瓣上，以使瓣从它们的预定位置移动并偏离预定喷嘴面积。
技术实现思路
根据一个实施方式，公开了一种控制系统，该控制系统用于具有多个瓣的可变面积扇形喷嘴(VAFN)。控制系统可以包括：至少一个光纤形状传感器，所述至少一个光纤形状传感器沿着所述多个瓣中的至少一个瓣延伸；和光源，该光源操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器。光源可以被配置为引导光穿过所述至少一个光纤形状传感器。控制系统还可以包括：接收器，该接收器操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器。接收器可以被配置为，接收来自所述至少一个光纤形状传感器的反射光，并基于反射光测量沿着所述至少一个光纤形状传感器的应变。控制系统还可以包括VAFN控制单元，该VAFN控制单元与所述多个瓣和接收器操作地通信。VAFN控制单元可以被配置为，从接收器接收指示沿着至少一个光纤形状传感器的所测量的应变的信号，并且基于所测量的应变来计算VAFN的喷嘴面积。在改进实施方式中，接收器还可以被配置为基于所测量的应变确定所述至少一个光纤形状传感器的位移。在另一个改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以包括：具有多个光纤布拉格光栅的光纤，所述多个光纤布拉格光栅被配置为反射预定波长光。在另一个改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以包括：光频域反射测量法(OFDR)技术，所述光频域反射测量法(OFDR)技术被配置为提供全分布式感测光纤。在另一个改进实施方式中，光源可以包括波长可调谐激光器。在另一个改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以包括：与光纤感测装置捆绑在一起的三个光纤，并且接收器还可以被配置为，基于来自捆绑在一起的三个光纤的所测量的应变来确定所述至少一个光纤形状传感器的三维位移。在另一个改进实施方式中，VAFN控制单元还可以被配置为，基于来自接收器的所确定的三维位移来确定所述多个瓣的三维位置。在另一个改进实施方式中，控制系统还可以包括：与VAFN控制单元通信的发动机电子控制器，该发动机电子控制器被配置为，生成用于VAFN的期望喷嘴面积并向VAFN控制单元发送对应信号。在另一个改进实施方式中，VAFN控制单元还可以被配置为，确定所计算的喷嘴面积与期望喷嘴面积之间的差。在另一个改进实施方式中，VAFN控制单元还可以被配置为，基于所计算的喷嘴面积与期望喷嘴面积之间的所确定的差来生成用于所述多个瓣的致动器命令。在另一个改进实施方式中，VAFN可以使用比例积分微分、线性二次回归或继电控制中的一个来生成致动器命令。在另一个改进实施方式中，发动机电子控制器可以被配置为，基于发动机工况来生成期望的喷嘴面积。根据另一个实施方式，公开了一种可变面积扇形喷嘴(VAFN)。该VAFN可以包括：多个瓣；至少一个光纤形状传感器，所述至少一个光纤形状传感器沿着多个瓣中的至少一个延伸；光源，该光源被配置为引导光穿过所述至少一个光纤形状传感器；接收器，该接收器被配置为从所述至少一个光纤形状传感器接收反射光，并基于反射光确定所述至少一个光纤形状传感器的位移；发动机电子控制器，该发动机电子控制器被配置为，基于发动机工况生成由所述多个瓣限定的开口的期望喷嘴面积；以及VAFN控制单元，该VAFN控制单元与所述多个瓣、接收器以及发动机电子控制器操作通信。VAFN控制单元可以被配置为，从接收器接收指示所确定的位移的信号，基于来自接收器的所确定的位移计算VAFN的喷嘴面积，从发动机电子控制器接收指示期望喷嘴面积的信号，确定所计算的喷嘴面积与期望喷嘴面积之间的差，并且基于所计算喷嘴面积与期望喷嘴面积之间的所确定的差来生成致动器命令。在改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以沿着所述多个瓣中的至少一个瓣的周边延伸。在另一个改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以包括：沿着所述多个瓣中的至少一个瓣的第一侧延伸的第一光纤形状传感器；和沿着所述多个瓣中的至少一个的第二侧延伸的第二光纤形状传感器，第一侧和第二侧彼此相反。在另一个改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以嵌入所述多个瓣中的至少一个瓣内部。在另一个改进实施方式中，所述至少一个光纤形状传感器可以附接到所述多个瓣中的至少一个瓣的表面。根据又一个实施方式，公开了一种控制可变面积扇形喷嘴(VAFN)的喷嘴面积的方法。该VAFN可以具有多个瓣和至少一个光纤形状传感器，所述至少一个光纤形状传感器在所述多个瓣中的至少一个瓣上。该方法可以包括以下步骤：借助所述至少一个光纤形状传感器发送光；接收来自所述至少一个光纤形状传感器的反射光；以及基于来自所述至少一个光纤形状传感器的所接收的反射光来测量应变。该方法还可以包括以下步骤：基于所测量的应变确定所述至少一个光纤形状传感器的位移，接收的步骤、测量的步骤以及确定的步骤由接收器来执行；基于所述至少一个光纤形状传感器的所确定的位移拉计算由所述多个瓣限定的开口的喷嘴面积；以及至少部分地基于所计算的喷嘴面积来生成致动器命令，计算的步骤和生成的步骤由VAFN控制单元来执行。在改进实施方式中，至少一个光纤形状传感器可以包括：形成所述至少一个光纤形状传感器的、具有光纤感测装置的三个捆绑的光纤，并且该方法还可以包括以下步骤：确定所述多个瓣的三维形状。在另一个改进实施方式中，该方法还可以包括以下步骤：向致动器发送致动器命令，该致动器被配置为使与多个瓣接触的柔性杆移动。附图说明图1是根据本公开的一个实施方式的、涡轮扇发动机的立体图；图2是根据另一个实施方式的、用于图1的涡轮扇发动机的可变面积扇形喷嘴(VAFN)的控制系统的示意图；图3是根据另一个实施方式的、从后向前看的VAFN的图；图4是根据另一个实施方式的、在VAFN的瓣上的光纤形状传感器的示意图；图5是根据另一个实施方式的、在VAFN的瓣上的两个光纤形状传感器的示意图；图6是根据另一个实施方式的、嵌在VAFN瓣内的光纤形状传感器的剖面图；图7是根据另一个实施方式的、附接到VAFN瓣的外表面的光纤形状传感器的剖面图；图8是根据另一个实施方式的三维光纤形状传感器的剖面图；图9是根据另一个实施方式的、图2的控制系统的示意图；图10是例示了根据另一个实施方式的、控制VAFN的喷嘴面积的示例处理的流程图；图11是飞行器生产和服务方法的流程图；以及图12是飞行器的框图。虽然本公开易受各种修改和另选构造影响，但下面将详细示出并描述本公开的特定例示性实施方式。本公开不限于所公开的特定实施方式，相反包括特定实施方式的所有修改、另选构造以及等同物。具体实施方式现在参照附图并且具体参照图1，示出了根据本公开的特定实施方式的发动机20。虽然发动机20被例示为涡轮扇发动机，但发动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制系统(60)，该控制系统(60)用于可变面积扇形喷嘴VAFN(24)，该可变面积扇形喷嘴VAFN(24)具有多个瓣(30)，所述控制系统包括：至少一个光纤形状传感器(62)，所述至少一个光纤形状传感器(62)沿着所述多个瓣中的至少一个瓣延伸；光源(64)，该光源(64)操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器，所述光源被配置为引导光穿过所述至少一个光纤形状传感器；接收器(66)，该接收器(66)操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器，所述接收器被配置为，接收来自所述至少一个光纤形状传感器的反射光，并基于所述反射光测量沿着所述至少一个光纤形状传感器的应变；以及VAFN控制单元(70)，该VAFN控制单元(70)与所述多个瓣和所述接收器操作地通信，所述VAFN控制单元被配置为，从所述接收器接收指示沿着所述至少一个光纤形状传感器的所测量的应变的信号，并且基于所测量的应变来计算所述VAFN的喷嘴面积。

【技术特征摘要】
2016.01.28 US 15/009,2981.一种控制系统(60)，该控制系统(60)用于可变面积扇形喷嘴VAFN(24)，该可变面积扇形喷嘴VAFN(24)具有多个瓣(30)，所述控制系统包括：至少一个光纤形状传感器(62)，所述至少一个光纤形状传感器(62)沿着所述多个瓣中的至少一个瓣延伸；光源(64)，该光源(64)操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器，所述光源被配置为引导光穿过所述至少一个光纤形状传感器；接收器(66)，该接收器(66)操作地连接到所述至少一个光纤形状传感器，所述接收器被配置为，接收来自所述至少一个光纤形状传感器的反射光，并基于所述反射光测量沿着所述至少一个光纤形状传感器的应变；以及VAFN控制单元(70)，该VAFN控制单元(70)与所述多个瓣和所述接收器操作地通信，所述VAFN控制单元被配置为，从所述接收器接收指示沿着所述至少一个光纤形状传感器的所测量的应变的信号，并且基于所测量的应变来计算所述VAFN的喷嘴面积。2.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述接收器(66)还被配置为，基于所测量的应变来确定所述至少一个光纤形状传感器(62)的位移。3.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述至少一个光纤形状传感器(62)包括具有多个光纤布拉格光栅的光纤，所述多个光纤布拉格光栅被配置为反射预定波长的光。4.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述至少一个光纤形状传感器(62)包括光频域反射测量法OFDR技术，该光频域反射测量法OFDR技术被配置为提供全分布式感测光纤。5.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述至少一个光纤形状传感器(62)包括与光纤感测装置捆绑在一起的三个光纤(94、96、98)，并且其中，所述接收器(66)还被配置为，基于来自捆绑在一起的所述三个光纤的所测量的应变来确定所述至少一个光纤形状传感器的三维位移，其中，所述VAFN控制单元(70)还被配置为，基于来自所述接收器的所确定的三维位移来确定所述多个瓣(30)的三维位置。6.根据权利要求1所述的控制系统(60)，所述控制系统(60)还包括：与所述VAFN控制单元(70)通信的发动机电子控制器(68)，所述发动机电子控制器(68)被配置为，生成用于所述VAFN(24)的期望喷嘴面积，并向所述VAFN控制单元发送对应信号。7.一种可变面积扇形喷嘴VAFN(24)，该可变面积扇形喷嘴VAFN...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·亚茨科夫斯基，K·E·卡尔诺夫斯基，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US