提供优化效率的涡轮螺旋桨发动机控制系统及方法技术方案

一种用于涡轮螺旋桨发动机(1)的电子控制系统(30)，涡轮螺旋桨发动机(1)具有燃气涡轮(2，4，5，6)和联接到燃气涡轮的螺旋桨(7)，控制系统(10)具有基于输入请求(PLA)来联合地控制发动机动力输出的螺旋桨控制单元(14)和涡轮控制单元(15)，其中，螺旋桨控制单元(14)具有基于输入请求(PLA)来确定参考螺旋桨速度(N

【技术实现步骤摘要】
提供优化效率的涡轮螺旋桨发动机控制系统及方法
[0001]本申请是2018年02月16日所提出的申请号为201880012434.X、专利技术名称为“提供优化效率的涡轮螺旋桨发动机控制系统及方法”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]优先权要求
[0003]本申请要求于2017年2月17日提交的欧洲专利申请No.17425017.5的优先权，其公开内容通过引用的方式并入。


[0004]本解决方案涉及一种用于飞行器的涡轮螺旋桨(或涡桨)发动机的控制系统及方法。

技术介绍

[0005]如已知的，以及如图1中示意性示出的，涡轮螺旋桨发动机1包括燃气涡轮、齿轮箱和螺旋桨系统。
[0006]特别地，燃气涡轮大体包含：
[0007]轴向/离心压缩机2，其联接到进气口3；
[0008]高压涡轮4，其经由气体发生器轴5联接到轴向/离心压缩机2；
[0009]低压涡轮6(所谓的“动力涡轮”)，其与气体发生器轴5机械地断开联接并且通过热气膨胀驱动。
[0010]螺旋桨系统7经由动力轴8和齿轮箱9联接到动力涡轮6。
[0011]涡轮螺旋桨发动机1通过自动电子控制系统10管理，自动电子控制系统10包括电子处理单元(如，微处理器、微控制器或类似的处理单元)，其设置有储存合适软件指令的非易失性存储器，以便实施发动机控制策略，以满足源自于飞行员的杆的输入动力需求。
[0012]特别地，在(具有分离的螺旋桨和涡轮调节杆的)双杆控制的涡轮螺旋桨发动机上，期望飞行员通过使用公布的发动机/螺旋桨性能图来计算最优螺旋桨速度并且利用螺旋桨调节杆设定这种人工计算的速度。
[0013]显然，该途径需要飞行员的高工作量，尤其是在关键和安全相关的飞行器操纵期间。
[0014]在单杆控制的涡轮螺旋桨发动机上，飞行员利用单个调节杆同时设定转矩(或推力)和速度要求。假定典型的飞行器任务，根据被开发用来尽可能接近最优操作点地操作螺旋桨的预定调度表，螺旋桨速度是杆角位置的函数。
[0015]图2示出涡轮螺旋桨发动机(诸如图1中示出的涡轮螺旋桨发动机1)的控制系统(大体利用11标示)的示意性示图，控制系统接收指示输入动力请求(特别地，指示单个调节杆12的定位角度)的信号PLA。
[0016]控制系统11实施螺旋桨电子控制(PEC)单元14和涡轮电子控制(TEC)单元15的功能。
[0017]特别地，TEC单元15设计成调节燃料流量W
f
，以控制发动机转矩(或推力)，而PEC单
元14设计成调节螺旋桨叶片角度，以控制螺旋桨速度N
p
。两个控制单元紧密耦接；实际上，在调节燃料流量W
f
时，螺旋桨速度N
p
受影响，并且叶片角度的变动直接影响发动机转矩。
[0018]更详细地，PEC单元14包含：
[0019]第一参考发生器16，其包括第一调度器17，第一调度器17配置成接收输入信号PLA，并且根据预设的调度表来确定与调节杆12的定位角度α对应的参考螺旋桨速度N
pref
的值，预设的调度表表征涡轮螺旋桨发动机操作(如，通过制造商提供并且储存在电子控制系统10的处理单元的非易失性存储器中)。
[0020]第一加法器块18，在第一(正或求和)输入处接收参考螺旋桨速度N
pref
，在第二(负或减法)输入处接收测量的螺旋桨速度N
p
(作为反馈，其通过联接到涡轮螺旋桨发动机1的合适的传感器测量)，并且在输出处提供螺旋桨速度误差e
p
，作为参考螺旋桨速度N
pref
和测量的螺旋桨速度N
p
之间的减法函数；
[0021]第一调节器19，在其输入处接收螺旋桨速度误差e
p
，在其输出处基于旨在使该螺旋桨速度误差e
p
最小化的调节方案而产生供应到涡轮螺旋桨发动机1(如，到其伺服阀)的第一驱动量I
P
，例如电流，以控制螺旋桨叶片的角度(或间距)，以便调节螺旋桨速度N
p
的值。
[0022]因而，PEC单元14实施第一闭环控制，旨在基于调度参考和反馈测量的螺旋桨转速N
p
来控制螺旋桨速度N
p
。
[0023]TEC单元15又包含：
[0024]第二参考发生器20，其配置成接收输入信号PLA，并且确定与调节杆12的定位角度α对应且依赖于环境条件的参考发动机转矩TQ
ref
的值；
[0025]第二加法器块21，在第二(正或求和)输入处接收参考发动机转矩TQ
ref
，在第二(负或减法)输入处接收测量的发动机转矩TQ(作为反馈，其通过联接到涡轮螺旋桨发动机1的合适的传感器测量)，并且在输出处提供转矩误差e
TQ
，作为参考发动机转矩TQ
ref
和测量的发动机转矩TQ之间的减法的函数；
[0026]第二调节器23，在其输入处接收转矩误差e
TQ
，并且在其输出处基于旨在使该转矩误差e
TQ
最小化的调节方案而产生供应到燃料计量单元24的第二驱动量I
f
，例如电流，以控制到涡轮螺旋桨发动机1的燃气涡轮的燃料流量W
f
，以便调节发动机转矩TQ的值(因而，第二调节器23和燃料计量单元24限定燃料控制块22)。
[0027]因而，TEC单元15实施第二闭环控制，旨在基于调度参考和反馈测量的发动机转矩TQ来控制螺旋桨转矩TQ。
[0028]更详细地，以及如该图2中示出的，第二参考发生器20包含：
[0029]第二调度器25，其配置成接收输入信号PLA，并且根据预设的调度表来确定与调节杆12的定位角度α对应的参考螺旋桨转矩Q
pref
(在ISA，国际标准大气，标准海平面条件和零空速下)的值，预设的调度表表征发动机操作(如，再次通过制造商提供并且储存在电子控制系统10的处理单元的非易失性存储器中)。
[0030]计算块26，其配置成接收参考螺旋桨转矩Q
pref
(在ISA标准条件下)，并且产生对应的参考发动机转矩TQ
ref
的值，还考量到多个环境参数，其中可以是飞行器空速CAS，相对于标准ISA的温度偏差Δ
isa
和外部压力P0，以及FOD(异物损坏)舱壁状态，客户引气和防冰状态(由飞行员选择)。
[0031]上述论述的控制解决方案减少飞行员的工作量并且增加整体安全性；然而，申请
人意识到了该解决方案大体不允许优化发动机/螺旋桨效率，特别是不允许在所有可能的条件下达到最有效的操作点。

技术实现思路

[0032]本解决方案的目的是为涡轮螺旋桨发动机提供改进的控制解决方案，允许实现效率优化。
[0033]因此，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮螺旋桨发动机的电子控制系统，所述涡轮螺旋桨发动机具有燃气涡轮和联接到所述燃气涡轮的螺旋桨，所述控制系统包含配置成基于输入请求来联合地控制发动机动力输出的螺旋桨控制单元和涡轮控制单元，其中，所述螺旋桨控制单元包含第一参考发生器和第一调节器，所述第一参考发生器配置成基于所述输入请求来确定参考螺旋桨速度，所述第一调节器配置成调节螺旋桨速度，其特征在于，所述螺旋桨控制单元进一步包含参考校正级，所述参考校正级配置成，校正所述参考螺旋桨速度，并以此产生校正的参考螺旋桨速度，并且其中，所述第一调节器配置成基于所述校正的参考螺旋桨速度来调节所述螺旋桨速度，以实现优化效率，其中，所述第一调节器配置成通过使得螺旋桨叶片角度变化来调节所述螺旋桨速度的值，并且其中，所述螺旋桨控制单元的所述参考校正级进一步包含：第一螺旋桨图处理块和第二螺旋桨图处理块，所述第一螺旋桨图处理块和所述第二螺旋桨图处理块配置成使用螺旋桨性能图来确定最大效率并且相应地确定实际效率，并且在所述第二螺旋桨图处理块，确定对于所述螺旋桨叶片角度的实际测量值；以及优化器块，所述优化器块配置成接收效率误差，并且确定参考速度校正量，用于迭代地校正所述参考螺旋桨速度，以便将所述效率误差减少到阈值以...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞蒙，
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：