涡轮螺旋桨发动机从地面构造过渡到飞行构造期间的螺旋桨响应增强的系统和方法技术方案

用于具有燃气涡轮(20)和联接至燃气涡轮(20)的螺旋桨组件(3)的涡轮螺旋桨发动机(2)的电子控制系统(35)，该控制系统(35)实现螺旋桨控制单元(PEC)，以基于飞行员输入请求，经由被设计为调节螺旋桨叶片(10)的螺距角(β)的致动组件(29)的驱动量(I

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮螺旋桨发动机从地面构造过渡到飞行构造期间的螺旋桨响应增强的系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2018年3月23日提交的欧洲专利申请No.18425018.1的优先权，其公开内容通过引用合并于此。
本解决方案涉及飞行器的涡轮螺旋桨发动机从地面过渡到飞行构造期间的螺旋桨响应增强的系统和方法。
技术介绍
众所周知，涡轮螺旋桨发动机包括燃气涡轮和通过齿轮箱组件联接至燃气涡轮的螺旋桨组件。已知飞行器解决方案，其中飞行员使用单个操作者操纵的输入设备(动力杆或油门杆)来输入发动机动力请求；同一输入设备还用于确定螺旋桨螺距角或设定。考虑到操作和环境条件以及通过输入设备提供的输入动力请求，螺旋桨控制通常基于对螺旋桨速度和/或螺旋桨螺距参考值的闭环跟踪。控制动作的输出通常是驱动量，例如电流，其被供给至涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨致动组件(例如，伺服阀)，以控制螺旋桨叶片的螺距角，以便调节螺旋桨速度的值。螺旋桨致动组件通常设置有安全被动装置，即称为“液压锁”的机械锁，其目的是在飞行操作期间将螺旋桨螺距限制为最小值，即，所谓的“最小飞行螺距(MFP)”。不管螺旋桨控制系统如何控制螺距，如果接合了液压锁，螺距将永远不会低于MFP值。在起飞或飞行操作期间以低于MFP的螺距运行螺旋桨确实被认为是危险/灾难性的，因为这可能会导致螺旋桨超速和/或过大的阻力，从而导致无法控制飞行器(在双发动机应用中尤其如此)。在最坏的情况下，如果螺距降至“平螺距”以下，则会导致推力沿相反方向作用(反向推力)。因此，在大多数已知的涡轮螺旋桨发动机中，无论是在飞行操作状态还是在地面操作(例如滑行和保持)期间，只有单个发动机空转设定可用，最小螺旋桨螺距为MFP值。但是，MFP空转设定通常会提供比地面操作期间所需的推力更大的推力，从而增加制动器的使用和燃料消耗，并导致飞行员工作量大。通常，如果螺旋桨能够在MFP设定以下进行操作，则从飞行员工作量和效率的角度出发，可以优化例如滑行和保持的地面操作。为了解决该问题，以本申请人的名义于2017年7月28日提交的欧洲专利申请17425083.7公开了一种螺旋桨控制系统，其中，在地面操作期间，可以通过软件将螺旋桨螺距限制为“最小地面螺距(MGP)”值，其低于MFP值，其中液压锁脱离。特别地，上述专利申请公开了如何依据飞行或地面操作状态来选择MGP和MFP，如通过适当的传感器，例如WoW(车轮重量)传感器确定的。。由于通过控制系统脱离液压锁的可能性，可以在从最大值(所谓的“全顺桨”值，空气阻力最小)到低于MFP值的最小值(所谓的“全反向”值)的整个范围内调节螺距。特别地，从MFP到最大值或全顺桨值的螺距调节由控制系统通过调节到螺旋桨致动组件的第一腔室(所谓的“飞行通道”)中的加压油流来实现；而在飞行通道完全填满的情况下，螺距调节至低于MFP值，降低至最小值或全反向值由控制系统通过调节到同一致动组件的第二腔室(所谓的“地面通道”)的加压油流来实现。当接合液压锁时，油流被阻止到达地面通道，地面通道必须先完全排空。上述专利申请中公开的解决方案有利地允许改善飞行器的地面操作，在避开带中减轻螺旋桨的操作，改善燃料消耗并总体上改善飞行器和涡轮螺旋桨发动机的操作。然而，本申请人已经意识到，上述解决方案在从“地面”构造(液压锁脱离)过渡到“飞行”构造(液压锁接合)期间可能无法提供期望的螺旋桨响应。从“地面”构造到“飞行”构造的过渡确实需要先行完全清空螺旋桨致动组件的地面通道。一旦接合了液压锁，该操作将缓慢进行，并且独立于控制系统操作，即，在此阶段无法进行螺距调节：螺距将独立于控制动作而从其当前值缓慢漂移到MFP值。设计需要此操作的缓慢性，以应对反向操作期间无意的液压锁接合：在这种情况下，较好的是螺距缓慢地向MFP漂移，因为这会引起推力反转(从反向到前向)，并且控制系统和飞行员将有足够的时间减小动力，以免落入“相反方向的巨大推力”情况。当接合液压锁时，控制系统将暂时失去调节螺距的能力，直到地面通道完全排空；当控制系统再次能够调节螺距时，发动机动力可能会很高，以至于要求将螺距相对于系统能力增加得太快，以使螺旋桨速度与其期望值相匹配。这可能导致螺旋桨超速，或者在最坏的情况下，导致动力涡轮超速，从而导致保护性发动机关闭。图1中描述了这种情况，其显示了随时间变化的曲线图：PLA信号，表示飞行员基于单个操作者操纵的输入设备的定位角的输入动力请求；螺旋桨转速Nr；螺旋桨叶片的螺距角β。在地面运行期间，螺旋桨转速Nr由当前发动机动力和MGP值决定：速度参考值Nrref通常高于空转时可达到的值，因此螺旋桨控制系统将尝试减小螺距以提高螺旋桨速度，以便匹配速度参考值；由于螺距限于MGP，因此产生的速度明显低于参考值。当飞行员将动力杆移至起飞位置时，控制系统将在例如几秒钟的延迟间隔后接合液压锁。此延迟间隔是由于要求“确认”起飞请求，即，它可以限定确保命令是有意的所需的时间段(换句话说，延迟确保起飞命令是实际上需要的而不是无意的)；应当理解，该时间间隔的持续时间可以至少取决于飞行器的类型，功能，用途或任务。在发动机加速至起飞动力期间，螺旋桨加速，并且螺旋桨控制系统将尝试将螺距保持为尽可能低，以快速达到速度参考值Nrref。如上所述，当接合液压锁时，控制系统暂时失去了调节螺距的能力，直到地面通道完全排空为止；这发生在称为“地面到飞行(G2F)瞬变”的时间间隔期间。在此时间间隔期间，由于螺距朝向MFP值的缓慢漂移以及控制系统无法调节螺距，可能会发生螺旋桨超速(如示例性曲线图中所示，其中超速过高以致导致发动机关闭保护)。但是，如上所述，应避免螺旋桨超速，这对飞行器操作有潜在的危险。
技术实现思路
本解决方案的目的是提供一种用于涡轮螺旋桨发动机的改进的控制解决方案，从而允许在从地面到飞行构造的过渡期间实现增强的螺旋桨响应，这可以避免螺旋桨超速的发生，并且在最坏的情况下，可以避免发动机关闭的发生。因此，根据本解决方案，提供了如所附权利要求书所限定的控制系统和控制方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在参考附图，仅作为非限制性示例来描述其优选实施例，其中：图1是与涡轮螺旋桨发动机的已知控制解决方案有关的、与从地面过渡到飞行构造期间的螺旋桨操作有关的量的图；图2是设置有涡轮螺旋桨发动机的飞行器的立体图；图3是飞行器的操作者输入设备的示意图；图4是飞行器的涡轮螺旋桨发动机的示意性框图；图5A和5B是在不同操作条件下用于调节螺旋桨螺距的致动组件的示意性截面图；图6是根据本公开的实施例的与从地面过渡到飞行构造期间的螺旋桨操作有关的量的图；图7是根据本公开的实施例的涡轮螺旋桨发动机的控制系统的示意性框图；图8描绘了在图7的控制系统中使用的螺距角参考值βref的图；图9是图7的控制系统中的参考发生器的示意性框图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涡轮螺旋桨发动机(2)的电子控制系统(35)，其特征在于，所述涡轮螺旋桨发动机(2)具有燃气涡轮(20)和联接至所述燃气涡轮(20)的螺旋桨组件(3)，所述控制系统(35)实现螺旋桨控制单元(PEC)，所述螺旋桨控制单元构造为基于飞行员输入请求，经由被设计为调节所述螺旋桨组件(13)的螺旋桨叶片(2)的螺距角(β)的致动组件(29)的驱动量(I

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180323 EP 18425018.11.一种用于涡轮螺旋桨发动机(2)的电子控制系统(35)，其特征在于，所述涡轮螺旋桨发动机(2)具有燃气涡轮(20)和联接至所述燃气涡轮(20)的螺旋桨组件(3)，所述控制系统(35)实现螺旋桨控制单元(PEC)，所述螺旋桨控制单元构造为基于飞行员输入请求，经由被设计为调节所述螺旋桨组件(13)的螺旋桨叶片(2)的螺距角(β)的致动组件(29)的驱动量(IP)的产生来控制螺旋桨操作，
其中，所述控制系统(35)构造为在飞行操作模式期间接合机械锁，从而确定所述螺距角(β)的最小飞行值，并且在地面操作模式期间脱离所述机械锁，并将所述螺距角(β)控制在所述最小飞行值以下，直到小于所述最小飞行值的最小地面值，
所述控制系统(35)进一步构造为，在从所述地面操作模式过渡到所述飞行操作模式期间接合所述机械锁，从而使所述螺距角(β)朝向所述最小飞行值增加，
其中，所述螺旋桨控制单元(PEC)构造为在机械锁接合之前的时间段(T)，预测由于从所述地面操作模式过渡到所述飞行操作模式而导致的所述螺距角(β)的增加。


2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，其中，所述从所述地面操作模式过渡到所述飞行操作模式由飞行员起飞输入请求来确定；并且其中，所述螺旋桨控制单元(PEC)构造为在所述飞行员起飞输入请求之后并且在确认所述飞行员输入请求之前的时间段(T)预测所述螺距角(β)的增加；其中所述机械锁接合发生在确认所述飞行员起飞输入请求之后。


3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述飞行员起飞输入请求通过操作者操纵的输入设备(6)朝向起飞位置的致动来确定。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其特征在于，其中，所述螺旋桨控制单元(PEC)构造为实现螺距角闭合控制回路，所述螺距角闭合控制回路包括：
参考发生器(40)，所述参考发生器(40)构造为确定参考螺距角(βref)的值；和
调节器(42)，所述调节器(42)构造为基于所述参考螺距角(βref)与测得的螺距角(β)之间的误差(eβ)来产生控制量(IP2)，
其中，所述参考发生器(40)构造为在所述机械锁接合之前的所述时间段(T)，将所述参考螺距角(βref)从所述最小地面值增加到不小于所述最小飞行值的值，以预测所述螺距角(β)的增加。


5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，其中，所述螺旋桨控制单元(PEC)构造为实现螺旋桨速度闭合控制回路，所述螺旋桨速度闭合控制回路包括：
另一参考发生器(36)，所述另一参考发生器(36)构造为确定参考螺旋桨速度(Nrref)的值；和
另一调节器(39)，所述另一调节器(39)构造为基于所述参考螺旋桨速度(Nrref)与测得的螺旋桨速度(Nr)之间的误差(ep)来产生另一控制量(IP1)，
其中，所述螺旋桨控制单元(PEC)进一步包括优先级选择级(45)，所述优先级选择级(45)联接到所述调节器(39、42)以接收产生的控制量(IP1，IP2)，并且构造为实现优先级选择方案以选择产生的控制量(IP1，IP2)中的一个，并在其输出处提供要供给至所述涡轮螺旋桨发动机(2)的所述驱动组件(29)以控制所述螺旋桨叶片(10)的所述螺距角(β)的致动器驱动量(Ip)，以便调节所述螺旋桨速度(Nr)的值。


6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，其中，所述优先级选择级(45)构造为在所述地面操作模式和从所述地面操作模式过渡到所述飞行操作模式期间，选择由所述螺距角闭合控制回路的所述调节器(42)产生的所述控制量(IP2)。


7.根据权利要求4至6中的任一项所述的控制系统，其特征在于，其中，所述螺距角闭合控制回路的所述参考发生器(40)包括：
调度器(44)，所述调度器(44)构造为接收指示所述输入动力请求的信号(LA)和指示所述机械锁的接合或脱离的另一信号(HL_接合)，并确定所述螺距角(β)的第一参考值(βref1)；和
速率限制器(46)，所述速率限制器(46)联接到所述调度器(44)的输出以接收所述第一参考值(βref1)，并且构造为实现速率限制，从而产生所述螺距角(β)的第二参考值(βref2)，所述第二参考值(...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮尔保罗·福特，斯特凡诺·埃托雷，朱塞佩·多尼尼，
申请(专利权)人：通用电气阿维奥有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT