СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ СРЫВА ПОТОКА В КОМПРЕССОРЕ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2022 года по МПК F04D27/02 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к общей области авиационных газотурбинных двигателей. В частности, оно касается обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя летательного аппарата.

Предпочтительно, но не ограничительно, изобретение находит свое применение в турбореактивных двигателях гражданских самолетов и, в частности, самолетов, которым приходится совершать взлет в очень холодную погоду при температурах, как правило, ниже -20°. Более конкретно, изобретение находит свое применение для двухкорпусных турбореактивных двигателей (с корпусом низкого давления и корпусом высокого давления) относительно небольшого размера, например, турбореактивных двигателей, которыми оснащены бизнес-самолеты. Действительно, относительно небольшой размер двухкорпусного турбореактивного двигателя предопределяет размер и/или архитектуру компрессора высокого давления. Обычно это приводит к отличиям в поведении на уровне компрессора высокого давления по отношению к более объемному двигателю, используемому на лайнерах, в которых компрессор высокого давления должен иметь больший размер. Следовательно, риск появления вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя относительно небольшого размера является сравнительно более высоким, чем в турбореактивном двигателе большего размера.

Как известно, вращающийся срыв потока представляет собой аэродинамическую неустойчивость, которая проявляется в компрессоре турбореактивного двигателя и характеризуется присутствием одного или несколько локальных воздушных мешков (называемых ячейками или карманами срыва потока), распространяющихся в окружном направлении компрессора со скоростью, как правило, ниже скорости вращения компрессора.

В целом, эта неустойчивость становится причиной ухудшения характеристик сжатия и выражается, в частности, резким снижением производительности компрессора, что приводит к перегреву турбореактивного двигателя. Когда это явление перегрева происходит при запуске турбореактивного двигателя, запуск необходимо прекратить, то есть турбореактивный двигатель запуститься не может. Кроме того, неустойчивость в результате присутствия вращающегося срыва потока становится источником значительных вибрационных явлений, которые могут привести к преждевременному износу лопаток компрессора.

Таким образом, понятно, насколько важно быстро и надежно обнаруживать появление вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя.

В документе WO 2012/004506 описан способ обнаружения, включающий в себя отслеживание нескольких поведенческих сигнатур, связанных с явлением вращающегося срыва потока. В частности, вращающийся срыв потока в компрессоре турбореактивного двигателя обнаруживается, когда определяют, что температура на выходе турбины турбореактивного двигателя повышается сверх заранее определенного порога по отношению к значению, которое она имела в конкретный момент, соответствующий идентификации ненормального ускорения турбореактивного двигателя, ненормального падения его скорости или ненормальной линии работы компрессора (соотношение между давлением на выходе камеры сгорания турбореактивного двигателя и общим давлением на входе вентилятора).

Изобретением предложен альтернативный способ обнаружения, который больше всего подходит для турбореактивных двигателей, используемых в бизнес-авиации, или для турбореактивных двигателей эквивалентного размера.

Раскрытие сущности изобретения

Объектом изобретения является способ обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя, при этом способ содержит:

- этап определения уровня изменения статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя вокруг среднего значения этого статического давления;

- этап сравнения уровня изменения статического давления по отношению к первому порогу;

- этап сравнения температуры, измеренной на выходе турбины турбореактивного двигателя, по отношению к второму порогу; и

- если уровень изменения статического давления превышает первый порог и если температура на выходе турбины превышает второй порог, - этап обнаружения присутствия вращающегося срыва потока.

Соответственно, объектом изобретения является устройство обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя, содержащее:

- модуль определения, выполненный с возможностью определения уровня изменения статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя вокруг среднего значения этого статического давления;

- первый модуль сравнения, выполненный с возможностью сравнения уровня изменения статического давления по отношению к первому порогу;

- второй модуль сравнения, выполненный с возможностью сравнения температуры, измеренной на выходе турбины турбореактивного двигателя, по отношению к второму порогу; и

- модуль обнаружения присутствия вращающегося срыва потока, активируемый, если уровень изменения статического давления превышает первый порог и если температура на выходе турбины превышает второй порог.

Таким образом, изобретением предложен метод обнаружения, основанный на двух поведенческих сигнатурах вращающегося срыва потока, а именно таких как присутствие «шума» на статическом давлении на уровне камеры сгорания турбореактивного двигателя и ненормально высокий уровень температуры на выходе турбины турбореактивного двигателя, например, такой как турбина низкого давления в случае двухкорпусного турбореактивного двигателя, и эта температура известна также под названием температуры EGT (от Exhaust Gas Temperature).

В данном случае под шумом следует понимать, что статическое давление подвергается возмущениям или ненормальным изменениям (то есть изменениям, превышающим данный порог) вокруг своего среднего значения, называемого также номинальным значением. Это среднее значение можно определять, например, применяя фильтрацию высоких частот на сигнале статического давления в камере сгорания.

Такие изменения являются признаками неустойчивости в компрессоре турбореактивного двигателя. Авторы изобретения отметили, что эта поведенческая сигнатура в сочетании с чрезмерной температурой EGT являются релевантными для надежного обнаружения присутствия вращающегося срыва потока в турбореактивном двигателе размером, соответствующим двигателям, используемым в бизнес-авиации. Благодаря этому надежному обнаружению, изобретение дает возможность быстро и эффективно применять методы обработки такого вращающегося срыва потока. Такие методы сами по себе известны, и их описания опускается.

В частном варианте выполнения этап определения включает в себя:

- этап оценки, на множестве выборок сигнала измерения статического давления в камере сгорания, разности между значением статического давления для этих выборок и средним значением статического давления;

- для каждой пары последовательных выборок из множества выборок, содержащей первую и вторую выборки:

- этап вычисления отклонения между разностью, оцененной для первой выборки, и разностью, оцененной для второй выборки;

- этап обновления счетчика в зависимости от определенного отклонения, причем этот счетчик отображает уровень изменения статического давления по отношению к его среднему значению.

Соответственно, в этом варианте выполнения модуль определения заявленного устройства обнаружения содержит:

- модуль оценки, выполненный с возможностью оценки, на множестве выборок сигнала измерения статического давления в камере сгорания, разности между значением статического давления для этих выборок и средним значением статического давления;

- модуль вычисления и модуль обновления, активируемые для каждой пары последовательных выборок из множества выборок, содержащей первую и вторую выборки:

- при этом модуль вычисления выполнен с возможностью вычисления отклонения между разностью, оцененной для первой выборки, и разностью, оцененной для второй выборки; и

- модуль обновления выполнен с возможностью обновления счетчика в зависимости от определенного отклонения, причем этот счетчик отображает уровень изменения статического давления по отношению к его среднему значению.

В этом конкретном варианте выполнения предложено оценивать уровень изменения статического давления камеры сгорания, отталкиваясь от принципа длины хорды сигнала, то есть в данном случае длины хорды сигнала измерения этого статического давления. Этот принцип основан на следующем выводе: сигнал, начиная от исходного состояния, достигает конечного состояния, проходя по пути данной длины. Расстояние, пройденное по этому пути, при сравнении с номинальным (средним) расстоянием прохождения для достижения конечного состояния, начиная от исходного состояния, позволяет узнать, прошел ли сигнал расстояние, превышающее предусмотренное расстояние, и, следовательно, было ли его прохождение нарушено по отношению к нормальному. Нарушенное прохождение соответствует сигналу, который претерпел изменения, то есть нарушения по отношению к своему номинальному значению, и который в данном случае считается зашумленным по отношению к этому номинальному значению. Как было указано выше, такой сигнал является симптомом неустойчивости в компрессоре высокого давления турбореактивного двигателя и представляет собой поведенческую сигнатуру срыва потока в компрессоре.

Среднее значение статического давления используют, чтобы определить, является ли зашумленным сигнал давления. Оценка отклонения от этого среднего значения позволяет определить неустойчивый характер шума. Если изменение во времени между отклонениями, соответствующими двум последовательным выборкам сигнала, является большим, это значит, что происходит сильное изменение сигнала вокруг его среднего значения. Обновление счетчика в зависимости от временного изменения, отмеченного между двумя последовательными выборками сигнала давления, позволяет количественно определить уровень изменения сигнала давления вокруг его среднего значения и обнаружить, отражает или нет этот уровень изменения ненормальное поведение турбореактивного двигателя. Когда счетчик достигает определенного порога, активируется индикатор, отображающий потенциальное присутствие вращающегося срыва потока; в сочетании с показаниями температуры EGT этот индикатор позволяет сделать вывод, присутствует ли реально вращающийся срыв потока в турбореактивном двигателе или нет.

В частном варианте выполнения этап обновления включает в себя:

- декрементацию счетчика, если определенное отклонение меньше или равно третьему порогу; и

- инкрементацию счетчика, если определенное отклонение превышает третий порог.

Этот вариант выполнения позволяет приспособиться к присутствию «естественного» шума, связанного, в частности, со считыванием сигнала измерения давления, с его цифровой обработкой (то есть с цифровыми погрешностями фильтрации сигнала давления для определения его номинального значения), и т.д.

Например, во время инкрементации счетчика его инкрементируют на значение, которое является возрастающей функцией определенного отклонения, и/или во время декрементации счетчика его декрементируют на значение, меньшее значений, используемых, чтобы инкрементировать счетчик во время инкрементаций счетчика.

Это позволяет удерживать в памяти (то есть в текущем значении счетчика) тот факт, что произошло существенное изменение статического давления по отношению к его среднему значению, и продолжать активно контролировать счетчик.

В частном варианте выполнения способ обнаружения дополнительно содержит:

- этап обнаружения изменения положения изменяющейся геометрии турбореактивного двигателя, которое может привести к изменению статического давления в камере сгорания; и

- этап приостановки этапа обновления счетчика, пока обнаруживают указанное изменение положения изменяющейся геометрии.

Этот вариант выполнения позволяет учитывать события, такие как изменения положения изменяющейся геометрии турбореактивного двигателя, которые могут оказывать влияние на статическое давление в камере сгорания турбореактивного двигателя и могут привести к его иногда значительным изменениям. Поскольку эти изменения являются нормальными, их не учитывают в этом варианте выполнения для оценки уровня изменения статического давления, чтобы избегать ошибочного обнаружения вращающегося срыва потока. Это позволяет повысить надежность заявленного способа обнаружения.

Следует отметить, что в варианте приостановка обновления счетчика, отображающего уровень изменения статического давления вокруг его среднего значения, может быть связана и с другими событиями.

В частном варианте выполнения после обнаружения присутствия вращающегося срыва потока способ содержит:

- этап обработки вращающегося срыва потока; и

- после этапа обработки этап повторной инициализации счетчика.

Это позволяет возобновить контроль турбореактивного двигателя и учитывать работы, произведенные на турбореактивном двигателе для устранения вращающегося срыва потока.

В частном варианте выполнения этап определения уровня изменения статического давления и этапы сравнения осуществляют после обнаружения зажигания турбореактивного двигателя и реального разрешения на впрыск топлива в турбореактивный двигатель.

Это позволяет оптимизировать контроль и ограничиваться ситуациями, в которых вращающийся срыв потока может действительно встретиться в турбореактивном двигателе.

В частном варианте выполнения различные этапы заявленного способа обнаружения определяются командами компьютерных программ.

Следовательно, объектом изобретения является также компьютерная программа на носителе информации, причем эта программа может применяться в устройстве обнаружения или, в целом, в компьютере, причем эта программа содержит команды, предназначенные для осуществления этапов описанного выше способа обнаружения.

Эта программа может использовать любой язык программирования и может представлять собой код источника, код объекта или промежуточный код между кодом источника и кодом объекта как в частично компилированной форме, так и в любой другой необходимой форме.

Объектом изобретения является также носитель информации, считываемый компьютером и содержащий команды вышеупомянутой компьютерной программы.

Носителем информации может быть любое приспособление или устройство, способное записывать и хранить программу. Например, носитель может содержать средство хранения, такое как ROM, CD ROM или ROM микроэлектронной схемы, или магнитное средство записи, например, жесткий диск.

С другой стороны, носитель информации может быть передаваемым носителем, таким как электрический или оптический сигнал, который может передаваться через электрический или оптический кабель, по радио или при помощи других средств. В частности, заявленную программу можно загружать дистанционно через сеть типа Интернет.

В альтернативном варианте носитель информации может быть интегральной схемой, в которую включена программа, при этом схима может быть выполнена с возможностью исполнять или использоваться при осуществления рассматриваемого способа.

Объектом изобретения является также турбореактивный двигатель, содержащий заявленное устройство обнаружения.

Турбореактивный двигатель имеет те же указанные выше преимущества, что и заявленные способ и устройство обнаружения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют не ограничительный пример выполнения. На этих чертежах:

Фиг. 1 - вид, показывающий турбореактивный двигатель в соответствии с изобретением в его среде, содержащей заявленное устройство обнаружения вращающегося срыва потока.

Фиг. 2 - схематичный вид материальной архитектуры вычислительного устройства турбореактивного двигателя, включающего в себя заявленное устройство обнаружения в частном варианте выполнения.

Фиг. 3 - основные этапы заявленного способа обнаружения, которые осуществляет устройство обнаружения, показанное на фиг. 1.

Фиг. 4А - изменения отклонений статического давления по отношению к его номинальному значению в одной ситуации.

Фиг. 4В - изменения отклонений статического давления по отношению к его номинальному значению в другой ситуации.

Фиг. 4С - изменения отклонений статического давления по отношению к его номинальному значению в еще одной ситуации.

Описание вариантов выполнения

Как было указано выше, изобретением предложено комбинировать различные показатели или поведенческие сигнатуры турбореактивного двигателя, связанные с явлением вращающегося срыва потока, чтобы надежно идентифицировать его присутствие в компрессоре турбореактивного двигателя. В данном случае под поведенческой сигнатурой следует понимать характеристическое поведение рабочего параметра турбореактивного двигателя (например, статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя, температуры на выходе турбины турбореактивного двигателя и т.д.) в присутствии вращающегося срыва потока.

Более конкретно, как показано на фиг. 1, нас интересует двухкорпусной двухконтурный турбореактивный двигатель 1, которым оснащен бизнес-самолет и который содержит заявленное устройство 2 обнаружения. В частности, как известно, турбореактивный двигатель 1 содержит вентилятор, осевой компрессор низкого давления, осевой компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления и турбину низкого давления (на фиг. 1 не показаны), а также датчики 3, позволяющие измерять различные параметры работы турбореактивного двигателя 1, например, такие как статическое давление в камере сгорания (в дальнейшем тексте описания обозначаемое PS) или температура на выходе турбины низкого давления (в дальнейшем тексте описания обозначаемая как температура Т).

В описанном варианте выполнения статическое давление PS измеряют при помощи датчика 3А, расположенного на входе камеры сгорания, а температуру Т измеряют при помощи датчика 3В, установленного на выходе турбины низкого давления турбореактивного двигателя 1.

Такой турбореактивный двигатель является, например, двухкорпусным турбореактивным двигателем относительно небольшого размера, например, таким как двигатель, используемый в бизнес-самолетах. Вместе с тем изобретение можно применять для других турбореактивных двигателей, соответствующих такому контексту с риском появления вращающегося срыва потока в компрессоре.

Согласно изобретению, для обнаружения присутствия вращающегося срыва потока, влияющего на турбореактивный двигатель 1, устройство 2 обнаружения использует следующие два показателя:

- зашумленное (сверх определенного порога) статическое давление PS в камере сгорания турбореактивного двигателя 1; и

- температура Т на выходе турбины низкого давления турбореактивного двигателя 1.

Существование этих показателей дает возможность прогнозировать наличие вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя 1, например, в компрессоре высокого давления. Разумеется, кроме вышеупомянутых, можно предусмотреть и другие показатели, чтобы еще больше повысить надежность обнаружения и избегать, в частности, ложных тревог.

В описанном варианте выполнения устройство 2 обнаружения включено в вычислительное устройство 4 турбореактивного двигателя 1. Такое вычислительное устройство само по себе известно, и его описание опускается: например, речь идет об устройстве управления с полной ответственностью на самолете, приводимом в движение турбореактивным двигателем 1, которое известно под названием FADEC (Full Authority Digital Engine Control – электронно-цифровая система управления двигателем с полной ответственностью).

Устройство 2 обнаружения основано на материальных элементах вычислительного устройства 4, которое имеет материальную архитектуру компьютера, схематично показанную на фиг. 2. В частности, вычислительное устройство 4 содержит процессор 5, оперативную память 6, постоянную память 7, энергонезависимую флэш-память 8, средства 9 связи, позволяющие ему сообщаться с различными бортовыми датчиками 3 (и, в частности, с датчиками 3А и 3В давления и температуры) самолета, оснащенного турбореактивным двигателем 1, а также средства 10 входа/выхода, позволяющие устройству 2 обнаружения сигнализировать о присутствии вращающегося срыва потока в турбореактивном двигателе 1, например, с целью осуществления операции обслуживания для его устранения.

В описанном варианте выполнения постоянная память 7 устройства 2 обнаружения образует носитель информации в соответствии с изобретением, который считывается процессором 5 и на котором записана компьютерная программа PROG в соответствии с изобретением, содержащая команды для осуществления части этапов заявленного способа обнаружения.

Компьютерная программа PROG определяет функциональные (и в данном случае программные) модули устройства 2 обнаружения, которые используют или основаны, в частности, на указанных выше материальных элементах 5-10 вычислительного устройства 4. В частности, как показано на фиг. 1, эти модули включают в себя:

- модуль 2А определения, выполненный с возможностью определения уровня изменения статического давления PS в камере сгорания турбореактивного двигателя 1 относительно его среднего значения. В описанном варианте выполнения модуль 2А определения, в свою очередь, содержит несколько (под)модулей, позволяющих ему определять уровень изменения статического давления PS, а именно, модуль 2А1 оценки, модуль 2А2 вычисления и модуль 2А3 обновления, соответствующие функции которых будут более детально рассмотрены ниже;

- первый модуль 2В сравнения, выполненный с возможностью сравнения уровня изменения статического давления по отношению к первому порогу, обозначенному THR1;

- второй модуль 2C сравнения, выполненный с возможностью сравнения температуры T, измеренной на выходе турбины низкого давления турбореактивного двигателя 1, по отношению к второму порогу, обозначенному THR2; и

- модуль 2D обнаружения присутствия вращающегося срыва потока, активируемый, если уровень изменения статического давления PS превышает порог THR1 и если температура Т на выходе турбины низкого давления превышает порог THR2.

Далее следует более подробное описание модулей 2А-2D в связи с этапами заявленного способа обнаружения.

На фиг. 3 в виде блок-схемы представлены основные этапы заявленного способа обнаружения в частном варианте выполнения, в котором эти этапы осуществляет устройство 2 обнаружения, которым оснащен турбореактивный двигатель 1.

В описанном примере предусмотрено обнаружение вращающегося срыва потока, влияющего на работу компрессора высокого давления турбореактивного двигателя 1. Однако это не является ограничением, и изобретение можно применять также для компрессора низкого давления турбореактивного двигателя 1.

Как известно, турбореактивный двигатель может сталкиваться с ситуацией вращающегося срыва потока во время двух разных фаз работы турбореактивного двигателя, а именно:

- во время фазы запуска или повторного запуска турбореактивного двигателя (турбореактивный двигатель в режиме работы “sub-idle”); и/или

- во время фазы регулирования тяги после запуска (турбореактивный двигатель в режиме работы “off-idle”).

Согласно описанному варианту выполнения, чтобы сохранять ресурсы самолета и вычислительного устройства 4, устройство 2 обнаружения применяет заявленный способ обнаружения, только когда обнаруживают зажигание турбореактивного двигателя 1 и реальное разрешение на впрыск топлива в турбореактивный двигатель 1 (этап Е10). Эти два события можно легко обнаружить, анализируя команды запуска турбореактивного двигателя 1, показывающие, находится ли он в фазе запуска/повторного запуска, а также заданные значения впрыска топлива, выдаваемые, в частности, вычислительным устройством 4.

В другом варианте выполнения заявленный способ обнаружения можно применять, только когда обнаруживают, что турбореактивный двигатель 1 находится в одной или другой из двух вышеупомянутых фаз, чтобы еще лучше сохранять ресурсы самолета и вычислительного устройства 4.

После этого обнаружения устройство 2 обнаружения запускает контроль статического давления PS в камере сгорания турбореактивного двигателя 1 и температуры Т на выходе турбины низкого давления турбореактивного двигателя, в соответствии с изобретением.

Чтобы контролировать статическое давление PS в камере сгорания турбореактивного двигателя 1 и, в частности, уровень изменения статического давления относительно его среднего значения, в описанном варианте выполнения устройство 2 обнаружения использует счетчик CNT, называемый также «счетчиком шума». Этот счетчик CNT шума инкрементируют и декрементируют таким образом, чтобы он отображал уровень изменения статического давления PS. Его устанавливают на ноль после обнаружения зажигания турбореактивного двигателя 1 и реального разрешения на впрыск топлива в турбореактивный двигатель 1 (этап Е20). Другие события, которые могут повлечь за собой повторную инициализацию счетчика CNT, будут подробнее описаны ниже.

При каждом измерении, обозначаемом PS (t=nTe), считываемом в момент t=nTe датчиком 3А статического давления PS в камере сгорания (этап Е30), где Те обозначает период считывания датчика 3А, и n является целым числом, превышающим или равным 0, модуль 2А определения устройства 2 обнаружения оценивает при помощи своего модуля 2А1 оценки разность ΔPS(nTe) между значением PS(nTe) статического давления PS, полученным при измерении, и средним (номинальным) значением PSnom(nTe) статического давления PS, оцененным в этот момент (этап Е40), то есть: ΔPS(nTe)=PS(nTe)-(PSnom(nTe)).

Следует отметить, что каждое измерение, считываемое датчиком 3А, представляет собой выборку в момент nTe временного сигнала измерения PS(t) статического давления в рамках изобретения, где t обозначает время.

В описанном варианте выполнения номинальное или среднее значение PSnom(nTe) статического давления в момент nTe получают, фильтруя сигнал измерения PS(t), выдаваемый датчиком 3А давления, при помощи фильтра нижних частот. Эта фильтрация позволяет исключить колебания давления в сигнале измерения (освобождая его от высокочастотных составляющих), иначе говоря, «обесшумить» сигнал, считываемый датчиком 3А измерения. Параметры фильтра нижних частот (коэффициент усиления, порядок, задержка и т.д.) выбирают таким образом, чтобы отфильтровывать полезный сигнал: их определение не представляет никакой трудности для специалиста в данной области, и его описание опускается.

Разность ΔPS(nTe) сохраняется модулем 2А определения в его энергонезависимой памяти вместе с моментом выборки nTe.

Затем при помощи своего модуля 2А2 вычисления модуль 2 определения вычисляет отклонение δ(nTe) между разностью ΔPS(nTe), вычисленной в момент nTe, и разностью ΔPS((n-1)Te), вычисленной при измерении статического давления в предыдущий момент (n-1)Te (этап Е50). В описанном варианте выполнения отклонение δ(nTe) вычисляет модуль 2А2 вычисления на основании следующего отношения: δ(nTe)=⏐ΔPS(nTe)-ΔPS((n-1)Te)⏐, где ⏐⏐ обозначает абсолютную величину. Вычисленное таким образом отклонение δ(nTe) соответствует длине сигнала измерения PS(t) статического давления между выборками в моменты nTe и (n-1)Te.

В описанном варианте выполнения модуль 2А определения определяет затем, происходят ли в данный момент заранее определенные события, которые могут привести к изменениям статического давления PS(nTe) камеры сгорания относительно его среднего значения (тестовый этап Е60). Таким событием является, например, изменение положения одной или нескольких изменяющихся геометрий турбореактивного двигателя 1. Изменяющаяся геометрия турбореактивного двигателя представляет собой подвижный орган, положением которого можно управлять для воздействия на прохождение текучей среды в турбореактивном двигателе, например, такой как газовый поток в проточном тракте первого контура, чтобы управлять поведением турбореактивного двигателя. Изменяющиеся геометрии могут быть вентилями, например, такими как разгрузочные воздушные вентили, обычно называемые также VBV (от Variable Bleed Valve – регулируемый дренажный клапан) или HBV (от Handling Bleed Valve – клапан отбора, регулируемого летчиком) в зависимости от их функции по отношению к компрессору низкого давления или к компрессору высокого давления двухкорпусного турбореактивного двигателя. Если модуль 2А определения обнаруживает такое событие на турбореактивном двигателе 1 (ответ «да» на тестовом этапе Е60), то счетчик CNT шума не обновляют, пока обнаруживается событие (этап Е70). Иначе говоря, обновление счетчика CNT шума приостанавливают в течение всего периода, пока происходит изменение положения изменяющейся геометрии.

В противном случае (ответ «нет» на тестовом этапе Е60) модуль 2А определения сравнивает при помощи своего модуля 2А3 обновления вычисленное отклонение δ(nTe) с различными порогами, чтобы решить, каким образом обновить счетчик CNT в зависимости от этого отклонения.

В частности, сначала он определяет, отражает ли отклонение δ(nTe) шум, вызванный неустойчивостью компрессора высокого давления турбореактивного двигателя 1, или он больше связан с искажениями или ошибками, соответствующими другим явлениям, которые не связаны собственно с ненормальной работой компрессора или турбореактивного двигателя (и тем более с вращающимся срывом потока), например, с шумом считывания сигнала измерения или с шумом от цифровых погрешностей при фильтрации сигнала измерения, осуществляемой для определения номинального значения статического давления, и т.д. Авторы изобретения заметили, что эти искажения по своей природе приводят к меньшим отклонениям между выборками сигнала измерения по сравнению с отклонениями, отмечаемыми в присутствии неустойчивости компрессора и, возможно, вращающегося срыва потока. На фиг. 4А представлен пример изменений отклонений статического давления по отношению к его среднему значению в случае присутствия вращающегося срыва потока. Иначе говоря, отмечается более слабое изменение от одной выборки к другой изменений статического давления относительно его среднего значения. Чтобы учитывать это поведение и определить, таким образом, отображает ли отклонение δ(nTe) шум, связанный с неустойчивостью компрессора высокого давления турбореактивного двигателя 1, модуль 2А3 обновления сравнивает отклонение δ(nTe) с порогом THR3 (третий порог в рамках изобретения), который можно легко определить экспериментальным путем (тестовый этап Е80).

Если отклонение δ(nTe) меньше или равно порогу THR3 (ответ «да» на тестовом этапе Е80, см. также фиг. 4В, на которой представлена данная ситуация), то модуль 2А3 обновления считает, что это отклонение не связано с неустойчивостью компрессора, ни тем более с вращающимся срывом потока: в этом случае модуль 2А3 обновления декрементирует счетчик CNT шума (этап Е90).

Если же отклонение δ(nTe) превышает порог THR3 (ответ «нет» на тестовом этапе Е80, см. также фиг. 4С, на которой представлена данная ситуация), то модуль 2А3 обновления считает, что это отклонение связано с неустойчивостью компрессора и потенциально с вращающимся срывом потока: в этом случае модуль 2А3 обновления инкрементирует счетчик CNT шума (этап Е100).

В описанном варианте выполнения значение, используемое для инкрементации счетчика CNT шума на этапе Е100, зависит от значения отклонения δ(nTe). В частности, в данном случае это значение меняется линейно в зависимости от отклонения δ(nTe) в соответствии с его возрастающей функцией. Кроме того, значение, используемое для декрементации счетчика CNT в случае необходимости на этапе Е90, выбирают меньшим из значений, используемых для инкрементации счетчика CNT. Таким образом, в значении счетчика CNT остается след значительного изменения статического давления PS.

Кроме того, отмечается, что для того, чтобы счетчик CNT не принимал аберрантных значений, можно заставить его не принимать значений ниже минимального значения (например, 0) и не превышать максимальное значение (например, 100). Иначе говоря, если несмотря на инкрементации и декрементации, значение счетчика становится отрицательным, его возвращают к 0, и если оно превышает максимальное значение (например, 100), его возвращают к этому максимальному значению.

Счетчик CNT шума, обновляемый модулем 2А3 обновления, отражает уровень изменения статического давления PS в камере сгорания турбореактивного двигателя 1 по отношению к его среднему значению. Первый модуль 2В сравнения устройства 2 обнаружения сравнивает его с порогом THR1 (первый порог в рамках изобретения), чтобы определить, является ли этот уровень изменения допустимым или, наоборот, свидетельствует о неустойчивости компрессора высокого давления турбореактивного двигателя 1 (тестовый этап Е110). Порог THR1 можно легко определить экспериментальным путем. Его выбирают достаточно большим, чтобы избежать любого риска ложного обнаружения.

Если счетчик CNT шума показывает значение, меньшее или равное порогу THR1 (ответ «да» на тестовом этапе 110), этапы Е30-Е110 повторяют с новым измерением статического давления PS при помощи датчика 3А.

Если первый модуль 2В сравнения определяет, что счетчик CNT шума превышает порог THR1 (ответ «нет» на тестовом этапе Е110), то он активирует так называемый индикатор I1 шума статического давления PS, показывающий, что есть подозрение на неустойчивость компрессора высокого давления турбореактивного двигателя 1 (этап Е120). В описанном варианте выполнения эта активация состоит в установке индикатора I1 на значение 1.

После этого этапы Е30-Е120 повторяют с новыми измерениями статического давления PS при помощи датчика 3А.

Как было указано выше, изобретение основано на контроле нескольких поведенческих сигнатур вращающегося срыва потока. Так, кроме изменений статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя 1, устройство 2 обнаружения отслеживает также в описанном варианте выполнения температуру Т на выходе турбины низкого давления турбореактивного двигателя 1. Чрезмерная температура Т в сочетании с уровнем изменения статического давления PS относительно его среднего значения, превышающим порог THR1, приводит к обнаружению вращающегося срыва потока.

Параллельно с этапами Е20-Е120 контроля уровня изменения статического давления PS устройство 2 обнаружения при помощи своего второго модуля 2С сравнения сравнивает каждое измерение температуры Т, считываемое температурным датчиком 3В (этап Е130), например, в момент nTe, с заранее определенным порогом THR2 (второй порог в рамках изобретения) (тестовый этап Е140). Порог THR2 фиксируют таким образом, чтобы обнаруживать чрезмерную температуру на выходе турбины низкого давления турбореактивного двигателя 1, которая свидетельствует о нарушении в работе компрессора и может быть вызвана явлением перегрева турбореактивного двигателя 1 по причине присутствия вращающегося срыва потока. Этот порог THR2 можно определить экспериментальным путем. Его выбирают достаточно большим, чтобы избегать риска ложного обнаружения.

Если температура Т(nTe) ниже или равна порогу THR2 (ответ «да» на тестовом этапе Е140), не предпринимают никакого действия и рассматривают новое измерение.

Если же, наоборот, температура Т(nTe) превышает порог THR2 (ответ «нет» на тестовом этапе Е140), активируют индикатор I2 чрезмерной температуры (этап Е150). В описанном варианте выполнения эта активация состоит в установке индикатора I2 на значение 1.

В описанном варианте выполнения модуль 2D обнаружения устройства 2 обнаружения выполнен с возможностью определять, активированы ли одновременно оба индикатора I1 и I2 (тестовый этап Е160), иначе говоря, обнаруживать, что в данный момент оба индикатора I1 и I2 установлены на значение 1.

В противном случае (ответ «нет» на тестовом этапе Е180) устройство 2 обнаружения продолжает отслеживать температуру на выходе турбины низкого давления и изменения статического давления в камере сгорания.

Если модуль 2D обнаружения определяет, что оба индикатора I1 и I2 активированы (ответ «да» на тестовом этапе Е160), то он обнаруживает присутствие вращающегося срыва потока, влияющего на работу компрессора высокого давления турбореактивного двигателя 1 (этап Е170), и оповещает об этом, например, через свои средства входа/выхода 10, чтобы запустить операцию обработки этого вращающегося срыва потока (этап Е180). Такая обработка сама по себе известна, и ее описание опускается.

После обработки вращающегося срыва потока индикаторы I1 и I2 опять устанавливают на ноль, как и счетчик CNT шума (этап Е190).

Настоящая группа изобретений относится к общей области авиационных газотурбинных двигателей. В частности, она касается обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя летательного аппарата. Технический результат заключается в обеспечении надежного обнаружения присутствия вращающегося срыва потока в турбореактивном двигателе, размер которого соответствует двигателям, используемым в бизнес-авиации. Способ обнаружения вращающегося срыва потока содержит: этап определения (Е90, Е100) уровня изменения статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя относительно среднего значения этого статического давления; этап сравнения (Е11) уровня изменения статического давления по отношению к первому порогу (THR1); этап сравнения (Е140) температуры, измеренной на выходе турбины турбореактивного двигателя, по отношению к второму порогу; и если уровень изменения статического давления превышает первый порог и температура на выходе турбины превышает второй порог, выполняют этап обнаружения (Е170) присутствия вращающегося срыва потока. Также представлены устройство обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя и турбореактивный двигатель, содержащий такое устройство. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя (1), характеризующийся тем, что содержит:

- этап определения (Е90, Е100) уровня изменения статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя относительно среднего значения указанного статического давления;

- этап сравнения (Е11) указанного уровня изменения статического давления по отношению к первому порогу (THR1);

- этап сравнения (Е140) температуры, измеренной на выходе турбины турбореактивного двигателя, по отношению к второму порогу; и

- если указанный уровень изменения статического давления превышает первый порог и температура на выходе турбины превышает второй порог, обнаруживают, на этапе обнаружения (Е170), присутствие вращающегося срыва потока.

2. Способ обнаружения по п. 1, в котором указанный этап определения включает в себя:

- этап оценки (Е140), выполняемый для множества выборок сигнала измерения статического давления в камере сгорания и множества разностей между значением статического давления для указанных выборок и средним значением статического давления;

при этом для каждой пары последовательных выборок из указанного множества выборок, содержащей первую и вторую выборки, выполняют:

- этап вычисления (Е50) отклонения между указанной разностью, оцененной для первой выборки, и указанной разностью, оцененной для второй выборки;

- этап обновления (Е90, Е100) счетчика (CNT) в зависимости от определенного отклонения, при этом указанный счетчик отображает уровень изменения статического давления по отношению к его среднему значению.

3. Способ обнаружения по п. 2, в котором этап обновления включает в себя:

- декрементацию (Е90) счетчика, если определенное отклонение меньше или равно третьему порогу (THR3); и

- инкрементацию (Е100) счетчика, если определенное отклонение превышает третий порог (THR3).

4. Способ обнаружения по п. 3, в котором во время инкрементации (Е100) счетчика его инкрементируют на значение, которое является возрастающей функцией указанного определенного отклонения.

5. Способ обнаружения по п. 3 или 4, в котором во время декрементации (Е90) счетчика его декрементируют на значение, меньшее из значений, используемых для инкрементирования счетчика при инкрементации счетчика.

6. Способ обнаружения по любому из пп. 2-5, дополнительно содержащий:

- этап обнаружения (Е60) изменения положения изменяющейся геометрии турбореактивного двигателя, которое способно привести к изменению статического давления в камере сгорания;

- этап приостановки (Е70) этапа обновления счетчика до тех пор, пока обнаруживают указанное изменение положения изменяющейся геометрии.

7. Способ обнаружения по любому из пп. 2-6, который дополнительно содержит после обнаружения присутствия вращающегося срыва потока:

- этап обработки (Е180) вращающегося срыва потока; и

- после этапа обработки этап повторной инициализации (Е190) счетчика (CNT).

8. Способ обнаружения по любому из пп. 1-7, в котором этап определения уровня изменения статического давления и этапы сравнения осуществляют после обнаружения (Е10) зажигания турбореактивного двигателя и реального разрешения на впрыск топлива в турбореактивный двигатель.

9. Устройство (2) обнаружения вращающегося срыва потока в компрессоре турбореактивного двигателя, содержащее:

- модуль (2А) определения, выполненный с возможностью определения уровня изменения статического давления в камере сгорания турбореактивного двигателя относительно среднего значения указанного статического давления;

- первый модуль (2В) сравнения, выполненный с возможностью сравнения уровня изменения статического давления по отношению к первому порогу;

- второй модуль (2С) сравнения, выполненный с возможностью сравнения температуры, измеренной на выходе турбины турбореактивного двигателя, по отношению к второму порогу; и

- модуль (2D) обнаружения присутствия вращающегося срыва потока, выполненный с возможностью активирования, если уровень изменения статического давления превышает первый порог и температура на выходе турбины превышает второй порог.

10. Устройство обнаружения по п. 9, в котором указанный модуль определения содержит:

- модуль (2А1) оценки, выполненный с возможностью оценки, на множестве выборок сигнала измерения статического давления в камере сгорания, разности между значением статического давления для указанных выборок и средним значением статического давления;

- модуль (2А2) вычисления и модуль (2А3) обновления, выполненный с возможностью активирования для каждой пары последовательных выборок из указанного множества выборок, содержащей первую и вторую выборки:

- при этом указанный модуль вычисления выполнен с возможностью вычисления отклонения между разностью, оцененной для первой выборки, и разностью, оцененной для второй выборки; и

- указанный модуль обновления выполнен с возможностью обновления счетчика в зависимости от указанного определенного отклонения, при этом указанный счетчик выполнен с возможностью отображения уровня изменения статического давления по отношению к его среднему значению.

11. Турбореактивный двигатель (1), содержащий устройство (2) обнаружения по п. 9 или 10.