用于气体涡轮引擎的控制系统技术方案

本公开题为“用于气体涡轮引擎的控制系统”。本公开涉及一种用于气体涡轮引擎(10)的控制系统，该气体涡轮引擎包括引擎核心(11)，该引擎核心(11)包括燃烧设备(16)、涡轮(19)、压缩机(14)和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴(26)。该控制系统包括用于控制气体进入该引擎核心(11)的角度的至少一个可变定子叶片，并且在该引擎核心(11)内设置有旁路通道(31)用于引导气体流绕过该燃烧设备(16)。

Control system for gas turbine engine

【技术实现步骤摘要】
用于气体涡轮引擎的控制系统
技术介绍
本公开涉及引擎的热力循环的优化。常规的气体涡轮引擎被设计成在由于引擎环境条件和飞行速度的变化而产生的宽泛条件下工作，因此需要满足飞行周期期间所需的各种动力需求。气体涡轮引擎还需要被设计成适应部件劣化的影响，以确保该气体涡轮引擎在其整个使用寿命内提供最小的保证推力。因此，常规的气体涡轮引擎被设计成满足经常冲突的大量要求，从而导致对设计的折衷。例如，在达到峰值温度的最恶劣条件下，引擎的实际尺寸必须满足高动力需求，同时确保在部件的温度能力范围内的安全操作。然而，引擎将主要在低得多的动力需求和不太恶劣的条件下工作，为此引擎的尺寸将会过大，从而会损害诸如循环效率和引擎重量的属性。在仍然满足高动力需求的同时提高循环效率的一种已知方法是采用可变循环引擎。这些引擎中的大多数是在用于军事应用的航空衍生气体涡轮机的背景下开发的，这些引擎试图解决由于军事引擎需要满足的极端操作条件而导致的冲突要求。这些引擎背后的主要理念依赖于将高涡轮温度涡轮喷气的属性(即，高干比推力和低最大功率比燃料消耗)与涡轮风扇引擎的属性(即，低部件功率比燃料消耗)相结合。一些已知的可变循环引擎使用可变压缩机几何形状来影响引擎循环，而其他一些使用可变涡轮叶片来影响涡轮流动容量以改变引擎循环。其他已知的可变循环引擎通过控制进入核心和旁路的气流在用于最大功率的高推力模式和用于最佳燃料节省的高效模式之间交替。这是通过使用可调节的风扇和可控的空气管道来实现的，这些可控制的空气管道可控制进入核心中的空气量与进入旁路的空气量。>然而，在用于民用大型引擎(CLE)应用的航空气体涡轮中使用可变循环引擎是受限的，这主要是因为在应用这些方法时对引擎的影响。引擎长度、重量和复杂性的增加以及与此类引擎的开发和生产相关联的成本的增加通常超过所提供的任何优点。此外，常规气体涡轮引擎必须进行过度设计，以适应部件劣化而导致引擎的核心温度和轴速度增加的影响。确保在部件的温度能力内安全操作的一种已知方法是采用具有可变定子叶片的增压压缩机。已知这会在高动力需求期间降低核心涡轮温度，但也已知这对压缩机递送温度(T30)和高压(HP)轴速度具有不利影响。提出了一种引擎布置结构和/或控制克服或减轻前述问题中的一个或多个的引擎布置结构的方法。
技术实现思路
根据第一方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的控制系统，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括燃烧设备、涡轮、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴；该控制系统，该控制系统包括用于控制气体进入引擎核心的角度的至少一个可变定子叶片；以及设置在引擎核心内的旁路通道，用于引导气体流绕过该燃烧设备。该涡轮可以是第一涡轮，该压缩机可以是第一压缩机，并且该芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。旁路通道可将来自第二压缩机的气体流引导至第二涡轮。第二涡轮可包括至少一个喷嘴导向叶片，并且该旁路通道可在该至少一个喷嘴导向叶片的下游重新引入气体流。第一压缩机可包括该至少一个可变定子叶片。该至少一个可变定子叶片可包括在打开位置和关闭位置之间移动的至少一个可变定子叶片。该至少一个可变定子叶片可以是完全可变的。该至少一个可变定子叶片可包括多个可变定子叶片，并且该多个可变定子叶片中的每一者可同时移动到打开位置和关闭位置之间的同一位置。该至少一个可变定子叶片可被构造成根据标称调度进行调节，以便控制气体进入引擎核心的角度。标称调度可取决于第一压缩机的半维旋转速度(或校正速度)。该至少一个可变定子叶片的调节可被配置为响应于第一输入而从该标称调度被偏置。第一输入可指示引擎核心温度高于、等于或接近第一预先确定的阈值。第一预先确定的阈值可以是最大引擎核心温度工作极限。该第一输入可为功率设定参数、涡轮进气口的入口温度、涡轮入口温度和第二压缩机入口总温度中的任一者或其任何组合。旁路通道可包括用于控制进入该旁路通道的空气量的至少一个阀。该至少一个阀可包括在打开位置和关闭位置之间移动的至少一个完全可变阀。该至少一个阀可包括在打开位置和关闭位置之间移动的至少一个开关阀。该至少一个阀可包括多个阀，并且该多个阀中的每一者可被控制为一个实体。另选地，该多个阀中的每一者可以是独立可控的。该至少一个阀可被构造成根据标称调度进行调节，以便控制进入旁路通道的空气量。该标称调度可取决于功率设定参数和/或气体涡轮引擎的高度。该至少一个阀可被构造成响应于第二输入而从该标称调度被偏置。第二输入可指示压缩机递送温度高于、等于或接近第二预先确定的阈值。该第二预先确定的阈值可以是最大压缩机递送温度工作极限。第二输入可为功率设定参数、涡轮进气口的入口温度、压缩机递送温度和气体涡轮引擎的高度中的任一者或其任何组合。当气体涡轮引擎在怠速功率条件和/或低功率条件下工作时，该至少一个阀可被构造成处于打开位置。该控制系统还可包括至少一个处理器。该至少一个处理器可被配置为读取计算机可读指令以引起以下性能：根据标称调度来调节该至少一个可变定子叶片，以便控制气体进入引擎核心的角度，该标称调度取决于第一压缩机的半维旋转速度(或校正速度)；以及根据标称调度来调节该至少一个阀，以便控制进入旁路通道的空气量，该标称调度取决于功率设定参数。该至少一个处理器还可被配置为读取计算机可读指令以引起以下性能：响应于第一输入根据标称调度来偏置该至少一个可变定子叶片的调节；以及响应于第二输入根据标称调度来偏置该至少一个阀的调节。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括燃烧设备、涡轮、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴；风扇，该风扇位于引擎核心的上游，该风扇包括多个风扇叶片；齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比该芯轴低的旋转速度来驱动该风扇；至少一个可变定子叶片，该至少一个可变定子叶片用于控制气体进入引擎核心的角度；以及设置在引擎核心内的旁路通道，该旁路通道用于引导气体流以绕过燃烧设备。该涡轮可以是第一涡轮，该压缩机可以是第一压缩机，并且该芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心机还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴；并且该第二涡轮、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。根据第三方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的控制系统，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括燃烧设备、涡轮、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴；该控制系统，该控制系统包括用于控制气体进入引擎核心的角度的至少一个可变定子叶片；设置在引擎核心内的旁路通道，该旁路通道用于引导气体流以绕过燃烧设备，该旁路通道包括用于控制进入该旁路通道的空气量的至少一个阀；以及至少一个处理器；该至少一个处理器被配置为读取计算机可读指令以引起以下性能：根据标称调度来调节该至少一个可变定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气体涡轮引擎(10)的控制系统，所述气体涡轮引擎包括：引擎核心(11)，所述引擎核心包括燃烧设备(16)、涡轮(19)、压缩机(14)和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴(26)；/n所述控制系统，所述控制系统包括用于控制气体进入所述引擎核心(11)的角度的至少一个可变定子叶片；和/n旁路通道(31)，所述旁路通道被设置在所述引擎核心(11)内用于引导气体流绕过所述燃烧设备(16)。/n

【技术特征摘要】
20181105 GB 1818014.11.一种用于气体涡轮引擎(10)的控制系统，所述气体涡轮引擎包括：引擎核心(11)，所述引擎核心包括燃烧设备(16)、涡轮(19)、压缩机(14)和将所述涡轮连接到所述压缩机的芯轴(26)；
所述控制系统，所述控制系统包括用于控制气体进入所述引擎核心(11)的角度的至少一个可变定子叶片；和
旁路通道(31)，所述旁路通道被设置在所述引擎核心(11)内用于引导气体流绕过所述燃烧设备(16)。


2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述涡轮是第一涡轮(19)，所述压缩机是第一压缩机(14)，并且所述芯轴是第一芯轴(26)；
其中所述引擎核心(11)还包括第二涡轮(17)、第二压缩机(15)和将所述第二涡轮(17)连接到所述第二压缩机(15)的第二芯轴(27)；
所述第二涡轮(17)、所述第二压缩机(15)和所述第二芯轴(27)被布置成以比所述第一芯轴(26)高的旋转速度旋转；并且
其中所述旁路通道(31)将来自所述第二压缩机(15)的气体流引导至所述第二涡轮(17)。


3.根据权利要求2所述的控制系统，其中所述第二涡轮(17)包括至少一个喷嘴导向叶片(44)，并且所述旁路通道(31)在所述至少一个喷嘴导向叶片(44)的下游重新引入所述气体流。


4.根据任一述权利要求所述的控制系统，其中所述第一压缩机(14)包括所述至少一个可变定子叶片。


5.根据任一前述权利要求所述的控制系统，其中所述至少一个可变定子叶片包括在打开位置和关闭位置之间移动的至少一个可变定子叶片；并且可选地，其中所述至少一个可变定子叶片包括多个可变定子叶片，并且所述多个可变定子叶片中的每个可变定子叶片同时移动到所述打开位置和所述关闭位置之间的同一位置。


6.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述至少一个可变定子叶片被构造成根据标称调度进行调节，以便控制气体进入所述引擎核心(11)的所述角度，所述标称调度取决于所述第一压缩机(14)的半维旋转速度。


7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述至少一个可变定子叶片的所述调节被配置为响应于第一输入而根据所述标称调度被偏置；并且可选地，其中所述第一输入指示所述引擎核心温度高于、等于或接近第一预先确定的阈值，其中所述第一预先确定的阈值为例如最大引擎核心温度工作极限。


8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述第一输入为以下中的任一者或任何组合：功率设定参数、所述涡轮的进气口的入口温度、所述涡轮(19)入口温度和所述第二压缩机(15)入口总温度。


9.根据任一前述权利要求所述的控制系统，其中所述旁路通道(31)包括用于控制进入所述旁路通道(31)的空气量的至少一个阀(37)；可选地，其中所述至少一个阀(37)包括在打开位置和关闭位置之间移动的至少一个完全可变阀或开关阀，并且/或者所述至少一个阀(37)被构造成当所述气体涡轮引擎(10)在怠速功率条件和/或低功率条件下工作时处于打开位置。...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·F·拉诺，亚瑟·L·罗，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB