ТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02C7/28 

Предпосылки создания изобретения

Изобретение относится к области турбинных двигателей и их регулировке.

В настоящем контексте термин "турбинный двигатель" используется для обозначения любой машины для преобразования тепловой энергии рабочей текучей среды в механическую энергию посредством расширения упомянутой рабочей текучей среды в турбине. Более конкретно, рабочая текучая среда может представлять собой газообразный продукт сгорания, получаемый из химической реакции сгорания с воздухом в камере сгорания, после сжатия воздуха в компрессоре, который приводится турбиной через первый вращающийся вал. Таким образом, согласно настоящему контексту, турбинные двигатели включают в себя, среди прочего, двухконтурные и недвухконтурные турбореактивные двигатели, турбовинтовые двигатели и газотурбинные двигатели. В приведенном ниже описании, термины "выше по потоку" и "ниже по потоку" определены относительно нормального направления потока рабочей текучей среды через такой турбинный двигатель.

В частности, описание относится к способам регулировки турбинных двигателей, которые содержат по меньшей мере компрессор, камеру сгорания ниже по потоку от компрессора, первую и вторую турбины ниже по потоку от камеры сгорания, первый вращающийся вал, удерживаемый с возможностью вращения по меньшей мере с упомянутым компрессором и упомянутой первой турбиной, второй вращающийся вал, удерживающийся с возможностью вращения со второй турбиной, причем второй вращающийся вал, тем не менее, может свободно вращаться относительно первого вращающегося вала, и регулятор для управления подачей топлива к камере сгорания. Такие турбинные двигатели называют "газотурбинными двигателями", в частности, для статических применений, "турбовинтовыми двигателями", когда второй вращающийся вал используется для приведения движущего пропеллера, или "турбовальными двигателями", когда они установлены на борту транспортного средства, но используются для приведения движущего устройства, отличающегося от движущего пропеллера. Таким образом, турбовальные двигатели в частности используются для приведения вращающихся крыльев летательного аппарата.

В этой области и, более конкретно, в случае авиационных турбовальных двигателей и турбовинтовых двигателей, и, в частности, в случае турбовальных двигателей, которые предназначены для приведения вращающихся крыльев, случайное прерывание передачи мощности от второй турбины, или "свободной" турбины, может привести к опасному забросу второй турбины. Для исключения более серьезного повреждения в результате такого заброса, разработаны предложения, заключающиеся в том, чтобы регулятор отсекал подачу топлива к камере сгорания, если частота вращения упомянутого второго вращающегося вала превышает максимальную пороговую величину.

Тем не менее, задание этой максимальной пороговой величины требует значительных технических компромиссов. В некоторых применениях, достижение значительных забросов оборотов второго вала является желательным при некоторых условиях работы двигателя. Таким образом, в области винтокрылых летательных аппаратов, это может быть использовано для обеспечения переходных пиковых величин частоты вращения вращающегося крыла в случае выполнения летательным аппаратом жестких маневров. Тем не менее, a высокая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала также требует значительного увеличения размеров второй турбины и второго вращающегося вала по сравнению с максимальным крутящим моментом, который передается посредством второго вращающегося вала в стабильных условиях, в частности, в условиях максимальной продолжительной мощности (maximum continuous power (MCP)) или в условиях максимальной взлетной мощности (maximum takeoff power (TOP)). Такое увеличение размеров обычно может быть достигнуто только посредством ухудшения эффективности двигателя, и сопровождается значительным увеличением его веса, причем это увеличение является особенно нежелательным в области авиации.

Для борьбы с этим недостатком в многодвигательных силовых установках, имеющих по меньшей мере два таких двигателя, одним решением, предложенным в предшествующем уровне техники, является встраивание в силовую установку закольцованного подавляющего устройства, предназначенного для исключения одновременной отсечки питания обоих двигателей в результате превышения вторым вращающимся валом упомянутой максимальной пороговой величины частоты вращения. Тем не менее, это решение имеет другие недостатки и, в частности, в случае прерывания передачи мощности ниже по потоку от обоих двигателей во время происшествия.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков предшествующего уровня техники. В частности, в настоящем описании предложен способ регулировки турбинного двигателя, который позволяет исключать опасный уход в разнос свободной турбины в случае прерывания передачи мощности ниже по потоку, в это же время, тем не менее, не препятствуя возникновению умышленных пиков частоты вращения, не требующий увеличения размеров свободной турбины или передачи мощности ниже по потоку от нее.

По меньшей мере в одном варианте осуществления, эта цель достигается посредством факта того, что максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала изменяется как функция по меньшей мере одного индикативного физического параметра, связанного с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания посредством второй турбины, причем упомянутая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала уменьшается, когда упомянутый индикативный физический параметр превышает более высокую пороговую величину и когда упомянутый индикативный физический параметр уменьшается ниже меньшей пороговой величины.

Благодаря этим условиям, эта максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала может отличаться от заброса оборотов, происходящего в результате прерывания передачи мощности ниже по потоку от свободной турбины, для умышленного и переходного отклонения частоты вращения свободной турбины.

С механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания посредством второй турбины, связано несколько разных физических параметров. Таким образом, в качестве примера, крутящий момент, передаваемый вторым вращающимся валом, вместе с его частотой вращения, имеет прямую взаимосвязь с упомянутой мощностью. То есть, в качестве примера, индикативный физический параметр, используемый в способе, может представлять собой крутящий момент, передаваемый вторым вращающимся валом.

Тем не менее, другие физические параметры двигателя также могут быть связаны с механической мощностью, передаваемой газообразным продуктом сгорания ко второй турбине. В частности, с этой мощностью также плотно связана частота вращения газогенератора. Таким образом, в качестве примера, индикативный физический параметр, используемый в способе, также может представлять собой частоту вращения первого вращающегося вала. В частности, в таких обстоятельствах, упомянутая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала может изменяться конкретно не только как функция по меньшей мере упомянутой частоты вращения первого вращающегося вала, но и как функция окружающего давления и/или температуры. В частности, окружающее давление и/или температура могут быть использованы для нормализации упомянутой частоты вращения первого вращающегося вала в функции для определения упомянутой максимальной пороговой величины частоты вращения второго вращающегося вала.

Другими физическими параметрами, связанными с мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания второй турбиной, и подходящими для использования в качестве индикативных физических параметров в способе, в качестве альтернативы или в дополнение к крутящему моменту, передаваемому вторым вращающимся валом и/или частоте вращения первого вращающегося вала, являются, например: давление ниже по потоку от упомянутого компрессора; температура ниже по потоку от упомянутой камеры сгорания; (массовый или объемный) расход топлива, подаваемого к камере сгорания; (массовый или объемный) расход воздуха, проходящего через упомянутый компрессор; и/или перемещение управляющего элемента для управления двигателем.

Таким образом, упомянутая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала возникает, когда упомянутый индикативный физический параметр превышает более высокую пороговую величину. Такое уменьшение максимальной пороговой величины частоты вращения второго вращающегося вала за более высокой пороговой величиной индикативного физического параметра, связанного с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания второй турбиной, позволяет раньше отсекать подачу топлива после прерывания передачи мощности ниже по потоку от свободной турбины, или в результате отказа, относящегося к регулировке подачи топлива, который приводит к неуправляемому увеличению частоты вращения двигателя. В это же время, более высокая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вала ниже этой более высокой пороговой величины индикативного физического параметра позволяет обеспечивать переходные забросы оборотов свободной турбины при низких частотах вращения газогенератора. Тем не менее, ниже упомянутой более высокой пороговой величины индикативного физического параметра, может быть записано предупреждение, если частота вращения второго вращающегося вала превышает пороговую величину выдачи предупреждения, которая значительно ниже, чем его максимальная пороговая величина, например, для сообщения о необходимости выполнения обследования двигателя после какого либо такого переходного заброса оборотов.

К тому же, упомянутая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала может постепенно уменьшаться с увеличением упомянутого индикативного физического параметра между промежуточной пороговой величиной частоты вращения первого вращающегося вала и его более высокой пороговой величиной, посредством этого приспосабливая максимальную частоту вращения второго вращающегося вала к увеличению мощности, извлекаемой из газообразного продукта сгорания второй турбиной и передаваемого нормальным образом посредством второго вращающегося вала. Это позволяет оптимизировать размеры второй турбины и второго вращающегося вала.

К тому же, ниже меньшей пороговой величины индикативного физического параметра, заброс оборотов второго вращающегося вала может означать серьезную неисправность. В частности, если крутящий момент, передаваемый вторым вращающимся валом, ниже некоторой пороговой величины, заброс оборотов второго вращающегося вала, скорее всего, вызван разрывом передачи мощности ниже по потоку от второго вращающегося вала. Даже если используемый индикативный физический параметр представляет собой какой-то другой параметр, заброс оборотов второго вращающегося вала ниже меньшей пороговой величины индикативного физического параметра может означать отказ датчика (датчиков), используемого, в частности, для измерения индикативного физического параметра. Если индикативный физический параметр, связанный с мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания второй турбиной, имеет величину ниже этой меньшей пороговой величины, то второй вращающийся вал находится в забросе оборотов, и это может означать, в частности, что величины, измеренные для индикативных физических параметров, не являются истинными величинами. Уменьшение упомянутой максимальной пороговой величины частоты вращения второго вращающегося вала, когда упомянутый индикативный физический параметр находится ниже его меньшей пороговой величины, позволяет сохранять высокую максимальную пороговую величину частоты вращения второго вращающегося вала, даже несмотря на то, что величина мощности, извлекаемой из газообразного продукта сгорания второй турбиной, фактически, является сомнительной.

В изобретении также разработан носитель информации, включающий в себя набор инструкций, подходящих для выполнения посредством программируемого цифрового регулятора, для осуществления такого способа регулировки. В настоящем контексте, термин "носитель информации" охватывает любое устройство хранения информации, которое может быть прочитано компьютерной системой, и, в частности, процессором, таким как программируемый электронный регулятор. Такой носитель информации, в частности, может представлять собой магнитное устройство хранения информации, такое как магнитный диск или лента, оптическое устройство хранения информации, такое как оптический диск, или электронное устройство хранения информации, такое как энергозависимая или энергонезависимая электронная память. Таким образом, в настоящем описании также разработан такой набор инструкций, в виде компьютерной программы и программного продукта.

К тому же, в изобретении также разработан турбинный двигатель, содержащий по меньшей мере компрессор, камеру сгорания ниже по потоку от компрессора, первую и вторую турбины ниже по потоку от камеры сгорания, первый вращающийся вал, удерживающийся с возможностью вращения по меньшей мере с упомянутым компрессором и упомянутой первой турбиной, второй вращающийся вал, удерживающийся с возможностью вращения со второй турбиной, причем второй вращающийся вал тем не менее может свободно вращаться относительно первого вращающегося вала, контур для подачи топлива к камере сгорания, и регулятор для управления подачей топлива к камере сгорания и выполненный с возможностью отсечки упомянутой подачи, если частота вращения упомянутого второго вращающегося вала превышает максимальную пороговую величину. По меньшей мере в одном варианте осуществления этого способа, упомянутая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала изменяется как функция по меньшей мере одного индикативного физического параметра, связанного с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания второй турбиной.

В изобретении также разработана силовая установка, включающая в себя по меньшей мере два таких турбинных двигателя, и летательный аппарат, и, в частности винтокрылый летательный аппарат, включающий в себя по меньшей мере один такой турбинный двигатель, и, возможно, по меньшей мере два.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- Фиг.1 представляет собой схематичный вид в изометрии винтокрылого летательного аппарата;

- Фиг.2 представляет собой схематичный вид силовой установки летательного аппарата с Фиг.1, имеющей два турбовальных двигателя; и

- Фиг.3 представляет собой график, на котором показано, как максимальная пороговая величина частоты вращения вращающегося вала, соединенного со свободной турбиной одного из двигателей с Фиг.2, изменяется как функция крутящего момента, передаваемого посредством вращающегося вала свободной турбины, или как функция частоты вращения вращающегося вала газогенератора этого же двигателя.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

На первой фигуре показан винтокрылый летательный аппарат 1, более конкретно вертолет, имеющий несущий винт 2 и рулевой винт 3 для гашения момента от несущего винта, которые соединены с силовой установкой 4 для их приведения. Показанная силовая установка 4 содержит два турбовальных двигателя 5. Более конкретно, эти двигатели 5 представляют собой турбовальные двигатели, каждый из которых имеет вал 6 отбора мощности, соединенный с главным редуктором 7 для приведения несущего винта 2 и рулевого винта 3.

Один из двигателей 5 силовой установки 4 показан более подробно на Фиг.2. Каждый двигатель 5 содержит компрессор 8, камеру 9 сгорания, первую турбину 10, соединенную посредством первого вращающегося вала 11 с компрессором 8, и вторую турбину 12, известную как "свободная" турбина, которая соединена с вторым вращающимся валом 13, который в свою очередь соединен с валом 6 отбора мощности. Узел, образуемый компрессором 8, камерой 9 сгорания, первой турбиной 10, и вращающимся валом 11, также известен как "газогенератор". Контур 14 питания предназначен для питания камеры 9 сгорания топливом в каждом из газогенераторов GG. Контур 14 питания включает в себя по меньшей мере один клапан 14a, соединенный в целях управления с цифровым регулятором 15, обычно относящимся к типу, известному как автономная цифровая система управления двигателем (full authority digital engine control (FADEC)). Регулятор 15 в частности может содержать программируемый электронный процессор, имеющий электронную память, содержащую набор инструкций для регулировки работы двигателя 5. Регулятор 15 также соединен с комплектом датчиков, включающим в себя в частности датчик 16 для определения частоты вращения первого вращающегося вала 11, датчик 17 для определения частоты вращения второго вращающегося вала 13, датчики 18 и 19, соответственно, для определения окружающих температуры и давления, датчик 20 для определения кручения второго вращающегося вала 13, датчик 21 для определения температуры между камерой 9 сгорания и первой турбиной 10, датчики 22 и 23, соответственно, для определения давления и расхода воздуха между компрессором 8 и камерой 9 сгорания, и датчик 24 для определения расхода топлива, подаваемого к камере 9 сгорания. Наконец, регулятор 15 также может быть соединен с управляющим рычагом 25 для приведения в действие пилотом летательного аппарата 1 для управления скоростью работы каждого двигателя 5.

В качестве примера, датчик 20 может представлять собой измеритель скручивающего момента, относящийся к типу, описанному в публикациях заявок на патент Франции FR 2 972 256 и FR 2 931 552, который измеряет крутящий момент M₂, передаваемый вторым вращающимся валом, посредством измерения его деформации кручения. Датчики 18 и 21 температуры, в частности, могут представлять собой термопары, несмотря на то, что датчик 21 также может представлять собой, например, пирометр. Датчик 24 может представлять собой вертушечный расходомер, или датчик для определения положения измерительного элемента в контуре питания топливом.

Как правило, размеры компонентов каждого двигателя 5 соответствуют четко определенному диапазону работы двигателя 5. Для оптимизации эффективности силовой установки 4 и летательного аппарата 1, предпочтительно исключать любое превышение размеров компонентов двигателей 5, и, в частности, вращающихся частей двигателей 5. Тем не менее, безопасность не должна быть ухудшена. Таким образом, для исключения заброса оборотов, который может привести к поломке этих вращающихся частей, и в частности заброса оборотов второй турбины 12, обломки которой могут повредить другие компоненты летательного аппарата 1, регулятор 14 выполнен таким образом, чтобы отсекать подачу топлива к камере 9 сгорания в случае, если частота N₂ вращения второго вращающегося вала 13, измеренная датчиком 17, превышает максимальную пороговую величину N_2,max. Эта конфигурация может быть осуществлена с использованием инструкций, хранящихся в электронной памяти регулятора 15.

В каждом двигателе 5, вторая турбина 12 и второй вращающийся вал 13 могут начать заброс по нескольким разным причинам. Например, в случае прерывания передачи мощности ниже по потоку от второй турбины 12 во время работы двигателя 5 на высоких оборотах, вовлечены ли в это ее второй вращающийся вал 13, вал 6 отбора мощности, или главный редуктор 7, вторая турбина 12 больше не затормаживается каким либо ощутимым крутящим моментом сопротивления и может уйти вразнос и быстро достичь опасного заброса оборотов. Опасный заброс оборотов второй турбины 12 вместе со вторым вращающимся валом 13 также может быть вызван неуправляемым увеличением частоты вращения, происходящим в результате отказа регулятора 15. В обеих ситуациях, заброс оборотов второго вращающегося вала 13 происходит в то время, как газогенератор работает с большой частотой вращения.

К тому же, жесткие маневры могут привести к переходному забросу второй турбины 12 и второго вращающегося вала 13. В качестве примера, если общий шаг несущего винта 2 внезапно изменяется для включения авторотации, в то время как свободное колесо в главном редукторе 7 застревает или заедает и временно сохраняет передачу мощности между второй турбиной 12 и несущим винтом 2, второй вращающийся вал 13 и вторая турбина 12 могут быть приведены в состояние заброса оборотов посредством несущего винта 2. Таким образом, эти переходные забросы оборотов могут происходить при значительно меньших частотах вращения газогенератора.

Для обеспечения таких переходных забросов оборотов второго вращающегося вала 13 по причине жесткого маневрирования летательного аппарата 1, при одновременной быстрой реакции в случае заброса оборотов второго вращающегося вала 13, вызванного прерыванием передачи мощности ниже по потоку от второй турбины 12 или неисправностью регулятора 15, в первом варианте осуществления, максимальная пороговая величина N_2,lim, приложенная к частоте N₂ вращения второго вращающегося вала 13, измеренной датчиком 17, изменяется как функция скручивающего момента M₂, измеренного датчиком 20 на втором вращающемся вале 13.

Таким образом, как видно на Фиг.3, когда скручивающий момент M₂ больше, чем более высокая пороговая величина M_2,lim3, максимальная пороговая величина N_2,lim, приложенная к частоте N₂ вращения, соответствует стабилизированной максимальной частоте N_2,maxstab вращения, которая может быть достигнута второй турбиной 12 с ее максимальным крутящим моментом M_2,lim3, минус первая безопасная граница ΔN_2,sec1, тогда как, если крутящий момент M₂ меньше, чем промежуточный крутящий момент M_2,lim2, но все еще больше, чем меньшая пороговая величина M_2,lim1, упомянутая максимальная пороговая величина N_2,lim, примененная к частоте N₂ вращения, представляет собой величину, которая значительно больше и соответствует максимальной переходной частоте N_2,maxtrans вращения, достигаемой второй турбиной 12 с крутящим моментом M_2,lim2, минус вторая безопасная граница ΔN_2,sec2.

Между промежуточной пороговой величиной M_2,lim2 и более высокой пороговой величиной M_2,lim3 для крутящего момента M₂, передаваемого вторым вращающимся валом 13, регулятор 15 прилагает к частоте N₂ вращения максимальную пороговую величину N_2,max, которая постепенно уменьшается с увеличением крутящего моменте M₂.

К тому же, если вторая турбина 12 входит в заброс оборотов, в то время как крутящий момент M₂, передаваемый вторым вращающимся валом 3, меньше, чем меньшая пороговая величина M_2,lim1, это означает, что произошло прерывание передачи мощности ниже по потоку от второй турбины 12, или что произошел отказ датчика 20. Следовательно, максимальная пороговая величина N_2,max для частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 уменьшается. В частности, и как показано на Фиг.3, эта максимальная пороговая величина N_2,max для частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 может быть, по существу, идентична для крутящего момента M₂, меньшего, чем его меньшая пороговая величина M_2,lim1, и для крутящего момента M₂, большего, чем его более высокая пороговая величина M_2,lim3.

К тому же, регулятор 15 может быть выполнен так, чтобы записывать предупреждение, когда частота вращения второго вращающегося вала 13 превышает пороговую величину N_2,avert выдачи предупреждения, меньшую, чем максимальная пороговая величина N_2,max, по меньшей мере когда крутящий момент M₂, измеренный на втором вращающемся вале 13, лежит в диапазоне между его меньшей пороговой величиной M_2,lim1 и его более высокой пороговой величиной M_2,lim3. Таким образом, даже если регулятор 15 допускает большой переходный заброс оборотов при такой частоте вращения, он тем не менее записывает предупреждение в отношении этого события, возможно, для обследования силовой установки 4. Это может сопровождаться визуальным или звуковым сигналом предупреждения для привлечения внимания пилота.

На Фиг.3, крутящий момент M₂ и частота N₂ вращения второго вращающегося вала 13 выражены как проценты, соответственно, номинального крутящего момента M_2,nom и номинальной частоты N_2,nom вращения, ожидаемых при номинальной полной частоте вращения. Таким образом, в показанном варианте осуществления, если крутящий момент M₂, измеренный на втором вращающемся вале 13, ниже меньшей пороговой величины M_2,lim1, например, равен 50% его номинального крутящего момента M_2,nom при полной частоте вращения, или выше более высокой пороговой величины M_2,lim3, например, равен 105% его крутящего момента M_2,nom при номинальной полной частоте вращения N₁, то, в качестве примера, максимальная пороговая величина N_2,max его частоты N₂ вращения составляет только 105% от его номинальной полной частоты N_2,nom вращения. К тому же, если крутящий момент M₂ лежит между меньшей пороговой величиной M_2,lim1 и промежуточной пороговой величиной M_2,lim2, например, равен 70% крутящего момента M_2,nom при номинальной полной частоте вращения, то максимальная пороговая величина N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 имеет значительно более высокую величину. В качестве примера, эта максимальная пороговая величина N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 в таком случае может составлять 121% его номинальной полной частоты N_2,nom вращения, чтобы обеспечивать переходные забросы оборотов. За промежуточной пороговой величиной M_2,lim2 крутящего момента M₂, максимальная пороговая величина N_2,max частоты N₂ вращения может постепенно уменьшаться, например, до 112% от его номинальной полной частоты N_2,nom вращения при более высокой пороговой величине M_2,lim3. К тому же, между меньшей пороговой величиной M_2,lim1 и более высокой пороговой величиной M_2,lim3 крутящего момента M₂, регулятор 15 выполнен с возможностью записи предупреждения, когда частота N₂ вращения второго вращающегося вала 13 превышает пороговую величину N_2,avert выдачи предупреждения, которая меньше, чем максимальная пороговая величина N_2,max для этого диапазона величин для крутящего момента M₂. Например, в показанном варианте осуществления, пороговая величина N_2,avert выдачи предупреждения составляет 105% частоты N_2,nom вращения второго вращающегося вала 13 при номинальной полной частоте N_2,nom вращения, то есть, на том же уровне, что и максимальная пороговая величина N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13, когда измеренная частота N₁ вращения первого вращающегося вала 11 меньше его меньшей пороговой величины N_1,lim1 или выше более высокой пороговой величины N_1,lim3. Каждая из этих числовых величин дана чисто в качестве иллюстрации, и для каждой пороговой величины могут быть выбраны другие, более подходящие величины, например, как функция параметров силовой установки 4 и летательного аппарата 1.

Тем не менее, в других вариантах осуществления, другие индикативные физические параметры, связанные с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания посредством второй турбины 12, могут быть использованы в качестве альтернативы крутящему моменту M₂ или в дополнение к нему.

Таким образом, во втором варианте осуществления, максимальная пороговая величина N_2,lim, приложенная к частоте N₂ вращения второго вращающегося вала 13, измеренной датчиком 17, измеряется как функция частоты N₁ вращения первого вращающегося вала 11, измеренной датчиком 16, и, таким образом, как функция частоты вращения газогенератора. Как видно на Фиг.3, изменение этой максимальной пороговой величины N_2,lim как функция частоты N₁ вращения первого вращающегося вала 11, измеренной датчиком 16, может быть аналогичной ее изменению как функции крутящего момента M₂ в первом варианте осуществления.

Таким образом, на Фиг.3, частота N₁ вращения также выражена как процент от частоты вращения при номинальной полной частоте N_1,nom вращения первого вращающегося вала 11, на той же оси, что и крутящий момент M2. Если измеренная частота N₁ вращения первого вращающегося вала 11 ниже меньшей пороговой величины N_1,lim1, например, равна 50% его номинальной полной частоты N_1,nom вращения, или выше более высокой пороговой величины N_1,lim3, например, равна 105% его номинальной полной частоты N_1,nom вращения, то, в качестве примера, максимальная пороговая величина N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 может составлять только 105% его номинальной полной частоты N_2,nom вращения. К тому же, если частота N₁ вращения первого вращающегося вала 11 лежит между меньшей пороговой величиной N_1,lim1 и промежуточной пороговой величиной N_1,lim2, например, равна 50% его номинальной полной частоты N_1,nom вращения, то максимальная пороговая величина N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 имеет существенно более высокую величину. В качестве примера, эта максимальная пороговая величина N_2,max для частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 в таком случае может быть равна 121% его номинальной полной частоты N_2,nom вращения, чтобы обеспечивать переходные забросы оборотов. За промежуточной пороговой величиной N_1,lim2 для частоты N₁ вращения первого вращающегося вала 11, максимальная пороговая величина N_2,max для частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 может постепенно уменьшаться, например, до 112% его номинальной полной частоты N_2,nom вращения при более высокой пороговой величине N_1,lim3, чтобы учитывать увеличивающийся крутящий момент, передаваемый вторым вращающимся валом 13. К тому же, между меньшей пороговой величиной N_1,lim1 и более высокой пороговой величиной N_1,lim3 для частоты N₁ вращения первого вращающегося вала 11, регулятор 15 выполнен с возможностью записи предупреждения, когда частота N₂ вращения второго вращающегося вала 13 превышает пороговую величину N_2,avert выдачи предупреждения, которая меньше, чем максимальная пороговая величина N_2,max в этом диапазоне частот N₁ вращения первого вращающегося вала 11. Например, как видно на чертежах, пороговая величина N_2,avert выдачи предупреждения составляет 105% частоты N_2,nom вращения второго вращающегося вала 13 при номинальной полной частоте N_2,nom вращения, то есть на том же уровне, что и максимальная пороговая величина N_2,max для частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13, когда измеренная частота N₁ вращения первого вращающегося вала 11 ниже его меньшей пороговой величины N_1,lim1 или выше более высокой пороговой величины N_1,lim3. Каждая из этих числовых величин дана чисто в качестве иллюстрации, и для каждой пороговой величины могут быть выбраны другие, более подходящие величины, например, как функция параметров силовой установки 4 и летательного аппарата 1.

Таким образом, кривая, показанная на Фиг.3, также показывает изменение максимальной пороговой величины N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 как функцию измеренной частоты N₁ вращения первого вращающегося вала 11 при неизменных окружающих давлении p₀ и температуре T₀. Тем не менее, эта максимальная пороговая величина N_2,max также может изменяться как функция окружающего давления p₀ или температуры T₀, определяемых датчиками 18, 19. Например, максимальная пороговая величина N_2,max для частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 может быть выражена как функция нормализованной частоты N_G вращения газогенератора, которая выражена как результат умножения частоты N₁ вращения на окружающее давление p₀ и ее деления на квадратный корень окружающей температуры T₀.

В качестве альтернативы крутящему моменту M₂ или частоте N₁ вращения или в дополнение к ним могут быть использованы другие индикативные физические параметры. Таким образом, в других вариантах осуществления, максимальная пороговая величина N_2,max, в качестве примера, может изменяться как функция давления p₃ или расхода Q_a воздуха, измеренного датчиками 22, 23 в потоке воздуха, проходящего через двигатель 5 ниже по потоку от компрессора 8, температуры T₄₅ газообразного продукта сгорания, измеренной датчиком 21 между камерой 9 сгорания и первой турбиной 10, расхода Q_c топлива, измеренного датчиком 24 в контуре питания топливом, и/или положения управляющего рычага 25 относительно его нейтрального положения. Изменение максимальной пороговой величины N_2,max частоты N₂ вращения второго вращающегося вала 13 как функция каждого из этих индикативных физических параметров может быть аналогичным изменению, показанному на Фиг.3, как функции крутящего момента M₂ или частоты N₁ вращения.

В каждом из упомянутых выше вариантов осуществления, изменение максимальной пороговой величины N_2,max как функция по меньшей мере одного индикативного физического параметра может храниться в виде карты в регуляторе 15. Эта карта может, в частности, храниться на носителе информации внутри регулятора 15 и она может быть использована компьютерной программой, содержащей серию инструкций для выполнения этого способа регулировки двигателя 5, и, возможно, также хранится на носителе информации, который может быть считан процессором регулятора 15 в этом варианте осуществления. Тем не менее, регулятор 15 может быть выполнен в форме, отличающейся от программируемого цифрового регулятора. Таким образом, в качестве примера, он может в равной степени представлять собой механический, гидравлический или электронный регулятор, использующий схему с жесткой логикой.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретный вариант осуществления, ясно, что могут быть выполнены многочисленные модификации и изменения этих вариантов осуществления без отхода от объема изобретения, определенного в формуле изобретения. К тому же, описанные отдельные характеристики различных вариантов осуществления могут быть объединены в дополнительных вариантах осуществления. Следовательно, описание и чертежи следует понимать как иллюстративные, а не ограничивающие.

Изобретение относится к области турбинных двигателей. Способ регулирования по меньшей мере одного двигателя, который содержит компрессор, камеру сгорания, первую и вторую турбины ниже по потоку от камеры сгорания, первый вращающийся вал, удерживающийся с возможностью вращения, по меньшей мере, с упомянутым компрессором и упомянутой первой турбиной, второй вращающийся вал, удерживающийся с возможностью вращения со второй турбиной, причем второй вращающийся вал, тем не менее, может свободно вращаться относительно первого вращающегося вала, включает в себя регулятор для управления подачей топлива к камере сгорания. Упомянутый регулятор отсекает подачу топлива к камере сгорания, если частота (N₂) вращения упомянутого второго вращающегося вала превышает максимальную пороговую величину (N_2,max), которая изменяется как функция по меньшей мере одного индикативного физического параметра, связанного с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания посредством второй турбины. Изобретение позволяет повысить эффективность регулирования турбинных двигателей. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ регулировки для регулировки по меньшей мере одного турбинного двигателя (5), содержащий по меньшей мере:

- компрессор (8);

- камеру (9) сгорания ниже по потоку от компрессора;

- первую и вторую турбины (10, 12) ниже по потоку от камеры сгорания;

- первый вращающийся вал (11), удерживающийся с возможностью вращения по меньшей мере с упомянутым компрессором и упомянутой первой турбиной;

- второй вращающийся вал (13), удерживающийся с возможностью вращения со второй турбиной, причем второй вращающийся вал выполнен с возможностью свободного вращения относительно первого вращающегося вала; и

- регулятор (15) для управления подачей топлива к камере сгорания;

причем с помощью упомянутого регулятора отсекают подачу топлива к камере сгорания, если частота (N₂) вращения упомянутого второго вращающегося вала превышает максимальную пороговую величину (N_2,max), которая изменяется как функция по меньшей мере одного индикативного физического параметра, связанного с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания посредством второй турбины (12);

отличающийся тем, что упомянутую максимальную пороговую величину частоты вращения второго вращающегося вала уменьшают, когда упомянутый индикативный физический параметр превышает более высокую пороговую величину и когда упомянутый индикативный физический параметр опускается ниже меньшей пороговой величины.

2. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой крутящий момент, передаваемый вторым вращающимся валом.

3. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой частоту вращения первого вращающегося вала.

4. Способ регулировки по п. 3, в котором упомянутая

максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала изменяется как функция по меньшей мере упомянутой частоты вращения первого вращающегося вала, а также как функция окружающего давления и/или температуры (р₀, Т₀).

5. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой давление ниже по потоку от упомянутого компрессора (8).

6. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой температуру ниже по потоку от упомянутой камеры (9) сгорания.

7. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой расход топлива, подаваемого к камере (9) сгорания.

8. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой расход воздуха, проходящего через упомянутый компрессор (8).

9. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутый индикативный физический параметр представляет собой перемещение управляющего элемента (25) для управления двигателем (5).

10. Способ регулировки по п. 1, в котором, ниже упомянутой более высокой пороговой величины частоты вращения первого вращающегося вала, записывают предупреждение, если упомянутый индикативный физический параметр превышает пороговую величину (N_2,avert), которая значительно ниже, чем ее максимальная пороговая величина.

11. Способ регулировки по п. 1, в котором упомянутую максимальную пороговую величину частоты вращения второго вращающегося вала постепенно уменьшают с увеличением упомянутого индикативного физического параметра между промежуточной пороговой величиной и его более высокой пороговой величиной.

12. Носитель информации, включающий в себя набор инструкций, подходящих для выполнения посредством программируемого цифрового регулятора для осуществления способа регулировки по любому из пп. 1-11.

13. Турбинный двигатель (5), содержащий по меньшей мере:

- компрессор (8);

- камеру (9) сгорания ниже по потоку от компрессора;

- первую и вторую турбины (10, 12) ниже по потоку от камеры сгорания

- первый вращающийся вал (11), удерживающийся с возможностью вращения по меньшей мере с упомянутым компрессором и упомянутой первой турбиной;

- второй вращающийся вал (13), удерживающийся с возможностью вращения со второй турбиной, причем второй вращающийся вал выполнен с возможностью свободного вращения относительно первого вращающегося вала; и

- регулятор (15) для управления подачей топлива к камере сгорания, выполненный с возможностью отсечки упомянутой подачи, если частота (Ν₂) вращения упомянутого второго вращающегося вала превышает максимальную пороговую величину (N_2,max), которая изменяется как функция по меньшей мере одного индикативного физического параметра, связанного с механической мощностью, извлекаемой из газообразного продукта сгорания посредством второй турбины (12), отличающийся тем, что упомянутая максимальная пороговая величина частоты вращения второго вращающегося вала уменьшается, когда упомянутый индикативный физический параметр превышает более высокую пороговую величину и когда упомянутый индикативный физический параметр опускается ниже меньшей пороговой величины.