专利名称：螺旋桨发动机的加速方法及加速系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺旋桨发动机领域，特别地，涉及一种螺旋桨发动机的加速方法。此夕卜，本发明还涉及一种使用上述的螺旋桨发动机加速方法的加速系统。
背景技术：
目前现有的单转子涡轮螺旋桨发动机，其控制系统采用液压机械式控制系统，控制系统主要由机械液压式燃油调节器和调速器组成。发动机采用等转速控制规律，在控制方式上燃油调节器和调速器之间没有任何交联，发动机从一个小状态加速到一个大状态时，首先推油门杆，燃油调节器感受到油门角度的变化控制燃油的增加，然后发动机转速上升，调速器感受到转速上升后再控制螺旋桨变大距，最终达到一个新的平衡，是一种串联控制方式。采用现有的控制方式及控制系统，发动机从一个小状态加速到一个大状态时，加速时间较长，不能满足飞机对发动机的加速性要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种螺旋桨发动机的加速方法及加速系统，以解决目前螺旋桨发动机加速时间长的技术问题。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种螺旋桨发动机的加速方法，包括采集步骤采集大气压力PH、大气温度t/、飞行马赫数M、油门角度α ΛΠ及发动机实际转速η ;计算步骤根据采集的大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α ΛΠ得到给定燃油流量;根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的发动机实际转速η与发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α _1与前一时刻的油门角度α ΛΠI1的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角得到给定螺旋桨桨叶角β η;转化步骤将给定燃油流量转化为燃油流量电信号，再将燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号；将给定螺旋桨桨叶角β η转化为螺旋桨桨叶角电信号，再将螺旋桨桨叶角电信号转化为相对应的螺旋桨桨叶角液压信号；以及控制步骤通过燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制发动机的功率；通过螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨的桨叶角，以控制发动机的转速。进一步地，计算步骤中，给定燃油流量Gws分别按等功率控制方式和等涡轮前温度控制方式进行计算，其中，等功率控制方式的给定燃油流量Gjtm的计算如下Gws!=980 [O. 4 + 0. 002Ρη-0· 005Ρη ( δ进气· B_l) ] · C，其中，Ph为大气压力，δ进气为发动机进气道总压损失系数，B为冲压系数，C为油门角度系数；等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量Gm2的计算如下G_S2=12. 3·Α· δ βη·Β·ΡΗ·(，其中，A为温度系数；给定燃油流量为等功率控制方式的给定燃油流量!和等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量Gm2中的最小值。进一步地,计算步骤中，给定螺旋桨桨叶角β η的计算如下β η = β η_! + O. 3( α油门一α πη-ι> + O. 005 (η —η额定)，其中，β ^为给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的给定螺旋桨桨叶角，α 为前一时刻的油门角度。进一步地，控制步骤中，燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制发动机的功率，使发动机的转速偏离发动机额定转速;螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨的桨叶角，螺旋桨的桨叶角调整发动机的转速回到发动机额定转速本发明的另一方面还提供了一种螺旋桨发动机的加速系统，包括采集装置，用于采集大气压力PH、大气温度t/、飞行马赫数M、油门角度α ΛΠ及发动机实际转速η并发送给控制装置；控制装置，用于根据大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α ΛΠ得到给定燃油流量，将给定燃油流量6__转化为相应的燃油流量电信号，并发送给燃油计量单元；用于根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角βη的前一时刻的发动机实际转速η与控制装置内存储的发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α 与前一时刻的油门角度a 的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角Plri得到给定螺旋桨桨叶角βη，将给定螺旋桨桨叶角β η转化为螺旋桨桨叶角电信号，并发送给桨叶角控制单元；燃油计量单元，用于接收控制装置发出的燃油流量电信号，将燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号，并控制燃油的输出量，以控制发动机的功率；以及桨叶角控制单元，用于接收控制装置发出的螺旋桨桨叶角电信号，将螺旋桨桨叶角电信号转化为对应的螺旋桨桨叶角液压信号，以调整螺旋桨桨叶角。进一步地，燃油计量单元包括电液转换装置及燃油计量活门，电液转化装置用于将接收的给定燃油流量的电信号转化为燃油流量液压信号并发送给燃油计量活门，由燃油计量活门根据燃油流量液压信号调整燃油计量活门的开度。进一步地，桨叶角控制单元包括电液转换装置及压力阀，电液转换装置用于将接收的对应的螺旋桨桨叶角的电信号转化为相应的螺旋桨桨叶角液压信号并发送给压力阀，由压力阀根据螺旋桨桨叶角液压信号调整压力阀的开度，以控制螺旋桨的桨叶角。 进一步地，述控制装置控制燃油计量单元和桨叶角控制单元同步动作。本发明具有以下有益效果本发明的螺旋桨发动机的加速方法及加速系统通过燃油流量液压信号控制燃油流量、螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨的桨叶角，并使得燃油计量单元和桨叶角控制单元同步工作，从而使发动机的速度加快，大大缩短了发动机的加速时间；且本发明的螺旋桨发动机的加速系统采用同一控制器控制，使得发动机得到了良好的控制。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I是本发明优选实施例的螺旋桨发动机的加速方法的流程示意图；图2是本发明优选实施例的螺旋桨发动机的加速系统的结构示意图；图3是本发明的发动机进气道总压损失系数曲线图；图4是本发明的冲压系数曲线图；图5是本发明的油门角度系数曲线图；以及·
图6是本发明的温度系数示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图1，本发明的优选实施例还提供了一种螺旋桨发动机的加速方法，用以提高螺旋桨发动机的加速速度。其包括以下步骤，采集步骤采集大气压力PH、大气温度t/、飞行马赫数M、油门角度α ΛΠ及发动机实际转速η;计算步骤根据采集的大气压力Ph、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α ΛΠ得到给定燃油流量根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的发动机实际转速η与发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α趴^与前一时刻的油门角度a 的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角
得到给定螺旋桨桨叶角βη ;转化步骤将给定燃油流量转化为燃油流量电信号，再将燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号；将给定螺旋桨桨叶角βη转化为螺旋 桨桨叶角电信号，再将螺旋桨桨叶角电信号转化为相对应的螺旋桨桨叶角液压信号；以及控制步骤通过燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制发动机的功率；通过螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨桨叶角，以控制发动机的转速。步骤SI :采集步骤采集大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α ΛΠ及发动机实际转速η的数据；一般地，采集这些数据可采用传感器。步骤S2 :计算步骤将采集到的大气压力Ph、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α ΛΠ得到给定燃油流量Gm，给定燃油流量6 分别按等功率控制方式和等涡轮前温度控制方式进行计算，其中，按功率控制方式的给定燃油流量G I的计算如下G 燃油！=980 [O. 4 + 0. 002PH — O. 005ΡΗ ( δ 进气· B — I) ] .C，其中，Ph为大气压力，δ 为发动机进气道总压损失系数，B为冲压系数，C为油门角度系数；如图3所示，δ 发动机进气道总压损失系数，总压损失系数δ 与飞行马赫数M呈曲线关系。如图4所示，B为冲压系数，冲压系数B与飞行马赫数M呈曲线关系。如图5所示，C为油门角度系数，油门角度系数C与油门角度α 呈曲线关系。按等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量Gjttt2的计算如下Gm2=12. 3 · A · δ 进气· B · Ph · C ;其中，A为温度系数。如图6所示，A为温度系数，温度系数A与大气温度t/呈曲线关系。根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的发动机实际转速η与发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α _1与前一时刻的油门角度α趴^的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角Plri得到给定螺旋桨桨叶角β η;给定螺旋桨桨叶角βη的计算如下
β n = βη + O. 3(α 油门一α 油门η—丄)+ O. 005 (η — η额定)，其中，为给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的螺旋桨桨叶角，a 当前时刻的油门角度，a 为与前一时刻的油门角度，η为发动机实际转速，为发动机额定转速。给定燃油流量取等功率控制方式的给定燃油流量Gjtm和等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量G中的最小值。步骤S3 :转化步骤将给定燃油流量转化为燃油流量电信号，再将燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号；将给定螺旋桨桨叶角β η转化为螺旋桨桨叶角电信号，再将螺旋桨桨叶角电信号转化为相对应的螺旋桨桨叶角液压信号；一般地，可通过电液转化装置进行转化。 步骤S4 :控制步骤通过燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制发动机的功率；通过螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨的桨叶角，以控制发动机的转速。燃油流量液压信号控制燃油流量与桨叶角的液压信号控制螺旋桨桨叶角度同步进行。燃油流量液压信号控制燃油流量的输出，从而改变燃油流量的大小，控制发动机的输出功率。螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨桨叶角角度，改变螺旋桨桨叶角的角度，控制螺旋桨桨叶角，以控制发动机的转速。需要说明的是，燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制发动机的功率，使发动机的转速偏离发动机额定转速;螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨的桨叶角，螺旋桨的桨叶角调整发动机的转速回到发动机额定转速，从而达到一个动态的平衡。请参见图2，本发明的另一方面还提供了使用上述螺旋桨发动机的加速方法的加速系统，包括采集装置，用于采集大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α _及发动机实际转速η并发送给控制装置；控制装置，用于根据大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数M、油门角度α ΛΠ得到给定燃油流量，并将给定燃油流量对应的电信号发送给燃油计量单元；用于根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的发动机实际转速η与控制装置内存储的发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α 与前一时刻的油门角度a 的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角得到给定螺旋桨桨叶角βη，并将给定螺旋桨桨叶角β η对应的电信号发送给桨叶角控制单元；燃油计量单元，用于接收控制装置发出的给定燃油流量电信号，将电信号转化为相对应的燃油流量液压信号，并控制燃油的输出量，以控制发动机的功率；以及桨叶角控制单元，用于接收控制装置发出的给定螺旋桨桨叶角βη的电信号，将电信号转化为对应的螺旋桨桨叶角液压信号，以调整螺旋桨的桨叶角。采集装置包括传感器，用来收集来自外界的大气压力Ph、大气温度t/、飞行马赫数M、油门角度α ΛΠ及发动机实际转速η;，采集装置将采集到的数据输出给控制装置。控制装置包括电子控制器，控制装置接收采集装置输出的数据，并进行相应的信号处理。控制装置根据大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α Λη得到相应的给定燃油流量，将该给定燃油流量6__转化为相应的燃油流量电信号，并发送给燃油计量单元。
具体地，控制装置根据大气条件和飞行速度的不同，将给定燃油流量分别按等功率控制方式得到给定燃油流量!和按等涡轮前温度控制方式得到给定燃油流量G
，其中，按等功率控制方式得到的给定燃油流量Gjtm的计算如下G 燃油！=980 [O. 4 + 0. 002PH — O. 005PH ( δ 进气· B — I) ] .C，其中，Ph为大气压力，δ 为发动机进气道总压损失系数，B为冲压系数，C为油门角度系数。请再次参见图3至图5，图3为总压损失系数δ 与飞行马赫数M的曲线关系；图4为冲压系数B与飞行马赫数M的曲线关系，图5为油门角度系数C与油门角度α _的曲线关系。按等涡轮前温度控制方式得到的给定燃油流量G_S2的计算如下G 燃油 2=12. 3 · A · δ 进气·Β·ΡΗ·〇； 其中Ph为大气压力，δ 为发动机进气道总压损失系数，B为冲压系数，C为油门角度系数，A为温度系数。图6为温度系数A与大气温度t/的曲线关系。给定燃油流量为等功率控制方式的给定燃油流量!和等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量G中的最小值。控制装置根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的发动机实际转速η与控制装置内存储的发动机额定转速ng 的差值、当前时刻的油门角度α ΛΠ与前一时刻的油门角度a 的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角Plri得到给定螺旋桨桨叶角βη，并将给定螺旋桨桨叶角β η转化为螺旋桨桨叶角电信号，并发送给桨叶角控制单元。具体地，给定螺旋桨桨叶角β η的计算如下β η = βη + O. 3(α 油门一α 油门η) + O. 005 (η — η额定)，其中，β n_i为给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的螺旋桨桨叶角，a 为前一时刻的油门角度。燃油计量单元，用于接收控制装置发出的给定燃油流量电信号，将电信号转化为相对应的燃油流量液压信号，并控制燃油的输出量，以控制发动机的功率；具体地，燃油计量单元包括电液转换装置和燃油计量活门，电液转换装置接收控制装置发出的燃油流量的电信号并将接收的给定燃油流量的电信号转化为燃油流量的液压信号，燃油计量活门用于接受燃油流量的液压信号并调整燃油计量活门的开度。燃油计量活门的开度改变，使得实际燃油流量也随着改变，从而使得发动机的功率相应的变化。一般地，燃油计量活门的开度越大，输送给发动机的实际燃油流量Gjttt也越大，从而改变发动机的功率,使得发动机的转速脱离发动机的额定转速n桨叶角控制单元，用于接收控制装置发出的给定螺旋桨桨叶角βη的电信号，将电信号转化为对应的螺旋桨桨叶角液压信号，以调整螺旋桨的桨叶角。具体地，桨叶角控制单元包括电液转换装置及压力阀，电液转换装置用于将接收的螺旋桨桨叶角的电信号转化为相应的螺旋桨桨叶角的液压信号，压力阀用于接收螺旋桨桨叶角的液压信号并调整压力阀的开度，以控制螺旋桨的桨叶角。螺旋桨的桨叶角变化使得发动机的转速回到发动机的额定转速在发动机的额定转速!!^^下，实际螺旋桨桨叶角β η越大，螺旋桨输出的拉力越大，以满足飞行的要求。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果
本发明的螺旋桨发动机的加速方法及加速系统通过燃油流量液压信号控制燃油流量、螺旋桨桨叶角液压信号控制螺旋桨的桨叶角，使得燃油计量单元和桨叶角控制单元同步工作，从而使发动机的速度加快，大大减少了发动机的加速时间；且本发明的螺旋桨发动机的加速系统采用同一控制器控制，使得发动机得到了良好的控制。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种螺旋桨发动机的加速方法，其特征在于，包括以下步骤 采集步骤采集大气压力PH、大气温度t/、飞行马赫数M、油门角度α ΛΠ及发动机实际转速η ； 计算步骤根据采集的所述大气压力ΡΗ、所述大气温度t/、所述飞行马赫数Μ、所述油门角度α ΛΠ得到给定燃油流量;根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的所述发动机实际转速η与发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α _1与前一时刻的油门角度a 的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角得到所述给定螺旋桨桨叶角β η ； 转化步骤将给定燃油流量转化为燃油流量电信号，再将所述燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号；将所述给定螺旋桨桨叶角β η转化为螺旋桨桨叶角电信号，再将所述螺旋桨桨叶角电信号转化为相对应的螺旋桨桨叶角液压信号；以及 控制步骤通过所述燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制所述发动机的功率；通过所述螺旋桨桨叶角液压信号控制所述螺旋桨的桨叶角，以控制所述发动机的转速。
2.根据权利要求I所述的加速方法，其特征在于，所述计算步骤中，所述给定燃油流量6 _分别按等功率控制方式和等涡轮前温度控制方式进行计算，其中， 等功率控制方式的给定燃油流量Gjtm的计算如下Gm!=980[O. 4 + 0. 002Ρη — O. 005ΡΗ ( δ 进气· B — I) ] · C, 其中，所述Ph为大气压力，所述S 1为发动机进气道总压损失系数，所述B为冲压系数，所述C为油门角度系数； 等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量G_S2的计算如下 G燃油 2=12· 3 · A · δ 进气· B · Ph · C， 其中，所述A为温度系数； 所述给定燃油流量为所述等功率控制方式的给定燃油流量i和所述等涡轮前温度控制方式的给定燃油流量G_S2中的最小值。
3.根据权利要求I或2所述的加速方法，其特征在于，所述计算步骤中，所述给定螺旋桨桨叶角β η的计算如下 βη= βη-ι + O. 3(α 油门一α 油门H) + O. 005 (η — η额定)， 其中，所述Plri为所述给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的给定螺旋桨桨叶角，所述α油πμ为前一时刻的油门角度。
4.根据权利要求3所述的加速方法，其特征在于，所述控制步骤中，所述燃油流量液压信号控制燃油流量，以控制所述发动机的功率，使所述发动机的转速偏离所述发动机额定转速;所述螺旋桨桨叶角液压信号控制所述螺旋桨的桨叶角，所述螺旋桨的桨叶角调整所述发动机的转速回到所述发动机额定转速
5.一种螺旋桨发动机的加速系统，其特征在于，包括 采集装置，用于采集大气压力ΡΗ、大气温度t/、飞行马赫数Μ、油门角度α _1及发动机实际转速η并发送给控制装置； 所述控制装置，用于根据所述大气压力ΡΗ、所述大气温度t/、所述飞行马赫数Μ、所述油门角度α 得到给定燃油流量，将所述给定燃油流量转化为相应的燃油流量电信号，并发送给燃油计量单元；用于根据所需得到的给定螺旋桨桨叶角β η的前一时刻的所述发动机实际转速η与所述控制装置内存储的发动机额定转速的差值、当前时刻的油门角度α趴^与前一时刻的油门角度a 的差值、前一时刻的给定螺旋桨桨叶角得到所述给定螺旋桨桨叶角βη，将所述给定螺旋桨桨叶角β η转化为螺旋桨桨叶角电信号，并发送给桨叶角控制单元； 所述燃油计量单元，用于接收所述控制装置发出的所述燃油流量电信号，将所述燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号，并控制燃油的输出量，以控制所述发动机的功率；以及 所述桨叶角控制单元，用于接收所述控制装置发出的所述螺旋桨桨叶角电信号，将所述螺旋桨桨叶角电信号转化为对应的螺旋桨桨叶角液压信号，以调整螺旋桨桨叶角。
6.根据权利要求5所述的加速系统，其特征在于，所述燃油计量单元包括电液转换装置及燃油计量活门，所述电液转化装置用于将接收的给定燃油流量的电信号转化为燃油流量液压信号并发送给所述燃油计量活门，由所述燃油计量活门根据所述燃油流量液压信号调整所述燃油计量活门的开度。
7.根据权利要求5所述的加速系统，其特征在于，所述桨叶角控制单元包括电液转换装置及压力阀，所述电液转换装置用于将接收的对应的所述螺旋桨桨叶角的电信号转化为相应的螺旋桨桨叶角液压信号并发送给所述压力阀，由所述压力阀根据所述螺旋桨桨叶角液压信号调整所述压力阀的开度，以控制所述螺旋桨的桨叶角。
8.根据权利要求5至7任一项所述的加速系统，其特征在于，所述控制装置控制所述燃油计量单元和所述桨叶角控制单元同步动作。
全文摘要
本发明提供了一种螺旋桨发动机的加速方法，包括采集步骤采集大气压力PH、大气温度tH*、飞行马赫数M、油门角度α油门及发动机实际转速n；计算步骤根据采集的数据得到给定燃油流量G燃油和给定螺旋桨桨叶角βn；转化步骤将给定燃油流量G燃油转化为燃油流量电信号，再将燃油流量电信号转化为相对应的燃油流量液压信号；将给定螺旋桨桨叶角βn转化为螺旋桨桨叶角电信号，再将螺旋桨桨叶角电信号转化为相对应的螺旋桨桨叶角液压信号；控制步骤通过燃油流量液压信号控制发动机的功率；通过螺旋桨桨叶角液压信号控制发动机的转速。本发明还提供了一种螺旋桨发动机的加速系统，包括采集装置、控制装置、燃油计量单元及桨叶角控制单元。
文档编号F02C9/58GK102926877SQ201210472110
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者李琼, 盛柏林, 刘献平, 周娇君, 方春娇 申请人:中国南方航空工业(集团)有限公司