双外涵变循环航空发动机及其功率的控制方法、控制器与流程

本申请涉及航空发动机
技术领域：
，具体提供一种双外涵变循环航空发动机及其功率的控制方法、控制器。
背景技术：
：双外涵变循环航空发动机通过“单外涵”和“双外涵”两种工作模式，来分别满足飞机兼顾“高速高推力”和“低速低油耗”的使用需求，使其具有比现有的常规循环涡扇发动机更优秀的多任务作业能力。然而，变循环发动机的功率控制计划难以制定，这主要是由于：相比于涡扇发动机的单一工作模式，变循环发动机存在两种工作模式，两种工作模式需要在发动机运转过程中进行切换。这造成了只具备单一工作模式的涡扇发动机的功率控制计划不再适用于变循环发动机。目前，现有技术中采用的人工输入方式控制可调几何变循环发动机的功率控制计划，无法实现变循环发动机功率的自动控制，给操作人员带来了巨大的操作量，也无法实现变循环发动机的两种工作模式切换过程中推力连续、流量保持，使得发动机无法满足飞机的使用需求。技术实现要素：为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种双外涵变循环航空发动机及其功率的控制方法、控制器。第一方面，本申请提供了一种双外涵变循环航空发动机的功率控制方法，包括：在双外涵变循环航空发动机的双外涵工作状态和单外涵工作状态下：建立模式选择阀开度和油门杆角度的第一控制规律；建立变几何低压涡轮导向器面积和油门杆角度的第二控制规律；建立模式选择阀开度和CDFS导叶角度的第三控制规律；建立油门杆角度和高压转速的第四控制规律；根据所述第一控制规律、所述第二控制规律、所述第三控制规律及所述第四控制规律，来控制双外涵变循环航空发动机的功率。在一些实施例中，还包括：建立所述第一控制规律、所述第二控制规律和所述第三控制规律之间的联系，所述联系包括：发动机在所述双外涵工作状态下，若模式选择阀开度打开到全开位置，则变几何低压涡轮工作在最小流通位置、CDFS导叶角度工作在最小流通位置。在一些实施例中，所述联系还包括：发动机在所述单外涵工作状态下，若模式选择阀开度打开到全关位置，则变几何低压涡轮工作在最大流通位置、CDFS导叶角度工作在最大流通位置。在一些实施例中，建立模式选择阀开度和油门杆角度的第一控制规律，包括：将模式选择阀开度和油门杆角度建立如下对应关系，作为第一控制规律：PLAA1A2A3A41A42…A4nA5A6α94B1B2B3B41B42…B4nB5B6其中，PLA为油门杆角度；α94为模式选择阀开度；A1为停车状态对应油门杆角度；A2为慢车状态对应油门杆角度；A3为双外涵工作状态对应油门杆角度；A4n为模式转换过程中油门杆角度，n为正整数；A5为单外涵工作状态对应油门杆角度；A6为全加力工作状态对应油门杆角度；B1为停车状态对应模式选择阀角度；B2为慢车状态对应模式选择阀角度；B3为双外涵工作状态对应模式选择阀角度；B4n为模式转换过程中模式选择阀角度，n为正整数；B5为单外涵工作状态对应模式选择阀角度；B6为全加力工作状态对应模式选择阀角度。在一些实施例中，建立变几何低压涡轮导向器面积和油门杆角度的第二控制规律，包括：将变几何低压涡轮导向器面积和油门杆角度建立如下对应关系，作为第二控制规律：PLAC1C21C22…C2nC3α47D1D21D22…D2nD3其中，PLA为油门杆角度；α47为变几何低压涡轮导向器面积；C1为模式选择阀开度为完全打开状态时对应油门杆角度；C2n为模式选择阀在模式转换过程中油门杆角度；C3为模式选择阀开度为完全关闭状态时对应油门杆角度；D1为发动机在双外涵状态时变几何低压涡轮导向器对应的面积值；D2n为不同模式选择阀角度对应的变几何低压涡轮导向器面积值,n为正整数；D3为单外涵状态变几何低压涡轮导向器面积值。在一些实施例中，建立模式选择阀开度和CDFS导叶角度的第三控制规律，包括：将模式选择阀开度和CDFS导叶角度建立如下对应关系，作为第三控制规律：α94E1E21E22…E2nE3α21F1F21F22…F2nF3其中，α94为模式选择阀开度；α21为CDFS导叶角度；E1为模式选择阀开度为完全打开状态时对应角度；E2n为模式选择阀在模式转换过程中模式选择阀角度，n为正整数；E3为模式选择阀开度为完全关闭状态时对应角度；F1为双外涵状态CDFS进口导叶角度值；F2n为模式转换过程中CDFS进口导叶值，n为正整数；F3为单外涵状态CDFS进口导叶角度值。在一些实施例中，建立油门杆角度和高压转速的第四控制规律，包括：将油门杆角度和高压转速建立如下对应关系，作为第四控制规律：PLAM1M2M31M32…M3nM4M51M52…M5nM6M7N2N1N2N31N32…N3nN4N51N52…N5nN6N7其中，PLA为油门杆角度；N2为高压转速；M1为停车状态油门杆角度；M2为慢车状态油门杆角度；M3n为节流状态油门杆角度，n为正整数；M4为双外涵工作状态对应的油门杆角度；M5n为模式转换过程油门杆角度，n为正整数；M6为单外涵状态对应的油门杆角度；M7为全加力状态对应的油门杆角度；N1为停车状态高压转速；N2为慢车状态高压转速；N3n为节流状态高压转速，n为正整数；N4为双外涵工作状态对应的高压转速；N5n为模式转换过程对应原高压转速；N6为单外涵状态对应的高压转速；N7为全加力状态对应的高压转速。在一些实施例中，在所述根据所述第一控制规律、所述第二控制规律、所述第三控制规律及所述第四控制规律，来控制双外涵变循环航空发动机的功率之前，还包括：通过整机试验方式对所述第一控制规律、所述第二控制规律、所述第三控制规律和所述第四控制规律进行优化。第二方面，本申请提供了一种双外涵变循环航空发动机功率的控制器，包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取所述存储器中存储的可执行程序代码以执行上述的双外涵变循环航空发动机的功率的控制方法。第三方面，本申请提供了一种双外涵变循环航空发动机，包括上述的双外涵变循环航空发动机功率的控制器。本申请实施例提供的双外涵变循环航空发动机及其功率的控制方法、控制器中，通过在发动机不同工作状态下建立第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律和第四控制规律，来控制双外涵变循环航空发动机的功率，极大的减少了操作人员的工作量，同时第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律和第四控制规律具备推力连续、流量保持的特征，能够满足飞机对发动机推力连续、流量保持等要求。附图说明图1是本申请实施例提供的双外涵变循环航空发动机功率的控制方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。本申请公开了一种双外涵变循环航空发动机及其功率的控制方法，其中，通过分别建立多个影响变循环发动机功率输出的变量与反应操作员功率需求的输入变量油门杆角度(PLA)的控制规律，实现对双外涵变循环航空发动机功率的控制。为保证发动机功率连续，需根据双外涵变循环航空发动机的工作状态建立相应的控制规律。影响变循环发动机功率输出的变量主要包括：主燃油(Wf)、加力燃油(Wfa)、模式选择阀开度(α94)、变几何低压涡轮开度(α47)、CDFS导叶角度(α21)。因此，本申请的双外涵变循环航空发动机的功率控制方法建立了油门杆角度与功率输出变量的主要关系。(a)主燃油(Wf)：主燃油可以通过发动机高压转速(N2)闭环控制。在“工作状态的选择和连接”确定的发动机工作状态下，发动机高压转速越高，功率输出越大，且一一对应，因此，可以将N2与油门杆角度(PLA)直接一一关联，即N2＝f(PLA)，其中N2与Wf采用闭环控制，即Wf＝f(N2)。(b)加力燃油(Wfa)加力燃油可以通过油门杆角度直接控制。在“工作状态的选择和连接”确定的发动机工作状态下，加力燃油与油门杆角度直接关联。因此加力燃油按Wfa＝f(PLA)控制。(c)模式选择阀开度(α94)在“工作状态的选择和连接”确定的发动机工作状态下：发动机在双外涵工作状态时，模式选择阀开度打开到全开位置，以保证发动机有较大的涵道比，较低的耗油率；发动机在单外涵工作状态时，模式选择阀开度打开到全关位置，以保证发动机有较小的涵道比，较高的单位推力；在“模式转换状态”过程中，α94由油门杆角度控制，即α94＝f(PLA)，保证两个状态顺利转换。(d)变几何低压涡轮导向器面积(α47)在“工作状态的选择和连接”确定的发动机工作状态下：发动机在双外涵工作状态时，α47工作在最小流通位置，以保证发动机有较大的涵道比，较低的耗油率；发动机在单外涵工作状态时，α47工作在最大流通位置，以保证发动机有较小的涵道比，较高的单位推力；在“模式转换状态”过程中，α47由油门杆角度控制，即α47＝f(PLA)保证两个状态顺利转换。(e)CDFS导叶角度(α21)在“工作状态的选择和连接”确定的发动机工作状态下：发动机在双外涵工作状态时，α21工作在最小流通位置，以保证较少的流量进入核心机，从而保证发动机有较大的涵道比；发动机在单外涵工作状态时，α21工作在最大流通位置，以保证较多的流量进入核心机，以保证发动机有较小的涵道比，较高的单位推力；考虑到α21和α94对发动机风扇工作稳定性的影响，同时考虑到CDFS部件本身的气动稳定性，α21需要与将α94和CDFS换算转速(n2r22)进行关联，即α21＝f1(n2r22)+f2(α94)，r22为CDFS进口半径。图1是本申请实施例提供的双外涵变循环航空发动机功率的控制方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：步骤100，建立模式选择阀开度和油门杆角度的第一控制规律。可选地，建立模式选择阀开度和油门杆角度的第一控制规律，可以将模式选择阀开度和油门杆角度建立如下对应关系，作为第一控制规律：其中，PLA为油门杆角度；α94为模式选择阀开度；A1为停车状态对应油门杆角度；A2为慢车状态对应油门杆角度；A3为双外涵工作状态对应油门杆角度；A4n为模式转换过程中油门杆角度，n为正整数；A5为单外涵工作状态对应油门杆角度；A6为全加力工作状态对应油门杆角度；B1为停车状态对应模式选择阀角度；B2为慢车状态对应模式选择阀角度；B3为双外涵工作状态对应模式选择阀角度；B4n为模式转换过程中模式选择阀角度，n为正整数；B5为单外涵工作状态对应模式选择阀角度；B6为全加力工作状态对应模式选择阀角度。需要说明的是，A1、A2、A3、A4n、A5、A6的取值可以根据操作员的需求来确定，B1、B2、B3可以设置为模式选择阀全开位置对应角度，B4n可以设置为模式选择阀模式转换过程中对应角度，设置原则是模式选择阀角度应符合模式转换过程中风扇部件有足够的喘振裕度，B5、B6可以设置为模式选择阀全关位置对应角度。示例性地，第一控制规律如下：PLA01540455560100α9400010253030步骤200，建立变几何低压涡轮导向器面积和油门杆角度的第二控制规律。可选地，建立变几何低压涡轮导向器面积和油门杆角度的第二控制规律，可以将变几何低压涡轮导向器面积和油门杆角度建立如下对应关系，作为第二控制规律：PLAC1C21C22…C2nC3α47D1D21D22…D2nD3其中，PLA为油门杆角度；α47为变几何低压涡轮导向器面积；C1为模式选择阀开度为完全打开状态时对应油门杆角度；C2n为模式选择阀在模式转换过程中油门杆角度；C3为模式选择阀开度为完全关闭状态时对应油门杆角度；D1为发动机在双外涵状态时变几何低压涡轮导向器对应的面积值；D2n为不同模式选择阀角度对应的变几何低压涡轮导向器面积值,n为正整数；D3为单外涵状态变几何低压涡轮导向器面积值。需要说明的是，D2n的设计主要考虑与步骤100中的关系相匹配，保证发动机转差合理，CDFS流量与风扇流量和外涵流量相匹配。示例性地，第二控制规律如下：PLA040455560100α47-5-5051010步骤300，建立模式选择阀开度和CDFS导叶角度的第三控制规律。可选地，建立模式选择阀开度和CDFS导叶角度的第三控制规律，可以将模式选择阀开度和CDFS导叶角度建立如下对应关系，作为第三控制规律：α94E1E21E22…E2nE3α21F1F21F22…F2nF3其中，α94为模式选择阀开度；α21为CDFS导叶角度；E1为模式选择阀开度为完全打开状态时对应角度；E2n为模式选择阀在模式转换过程中模式选择阀角度，n为正整数；E3为模式选择阀开度为完全关闭状态时对应角度；F1为双外涵状态CDFS进口导叶角度值；F2n为模式转换过程中CDFS进口导叶值，n为正整数；F3为单外涵状态CDFS进口导叶角度值。需要说明的是，F2n的设计主要考虑与步骤200中的关系相匹配，保证模式转换过程CDFS流量与风扇出口和外涵流量相匹配。示例性地，第三控制规律如下：α940102030α21201550步骤400，建立油门杆角度和高压转速的第四控制规律。可选地，建立油门杆角度和高压转速的第四控制规律，可以将油门杆角度和高压转速建立如下对应关系，作为第四控制规律：PLAM1M2M31M32…M3nM4M51M52…M5nM6M7N2N1N2N31N32…N3nN4N51N52…N5nN6N7其中，PLA为油门杆角度；N2为高压转速；M1为停车状态油门杆角度；M2为慢车状态油门杆角度；M3n为节流状态油门杆角度，n为正整数；M4为双外涵工作状态对应的油门杆角度；M5n为模式转换过程油门杆角度，n为正整数；M6为单外涵状态对应的油门杆角度；M7为全加力状态对应的油门杆角度；N1为停车状态高压转速；N2为慢车状态高压转速；N3n为节流状态高压转速，n为正整数；N4为双外涵工作状态对应的高压转速；N5n为模式转换过程对应原高压转速；N6为单外涵状态对应的高压转速；N7为全加力状态对应的高压转速。需要说明的是，M1、M2、M3n、M4、M5n、M6、M7的取值可以根据操作员的操作需求来确定，N1通常取值为0，N2、N3n、N4、N5n、N6的取值可以由总体性能方案来确定，N7的取值与N6的取值相同。示例性地，第四控制规律如下：PLA010152040455065100N20707580859095100100步骤500，根据第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律及第四控制规律，来控制双外涵变循环航空发动机的功率。在本实施例中，通过建立第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律和第四控制规律，来控制双外涵变循环航空发动机的功率，极大的减少了操作人员的工作量，同时第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律和第四控制规律具备推力连续、流量保持的特征，能够满足飞机对发动机推力连续、流量保持等要求。在一些实施例中，本申请的双外涵变循环航空发动机的功率控制方法，在根据第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律及第四控制规律，来控制双外涵变循环航空发动机的功率之前，还包括：通过整机试验方式对第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律和第四控制规律进行优化。例如，当风扇工作点偏高时，可以增大步骤200中D2n的取值和步骤300中F2n的取值；当风扇工作点偏低时，可以减小步骤200中的D2n的取值和步骤300中F2n的取值。从而能够对第一控制规律、第二控制规律、第三控制规律和第四控制规律中的模式转换过程进行优化，以保证航空发动机在模式转换过程中风扇工作点的合理性。在另一方面，本申请还提供了一种双外涵变循环航空发动机功率的控制器，包括：存储器，用于存储可执行程序代码；一个或多个处理器，用于读取存储器中存储的可执行程序代码以执行上述的双外涵变循环航空发动机的功率的控制方法。在另一方面，本申请还提供了一种双外涵变循环航空发动机，包括上述的双外涵变循环航空发动机功率的控制器。本申请可有效实现变循环发动机的功率按油门杆自动调节。同时，该控制规律可以实现发动机在全推力范围内具有推力连续特性，模式转换过程中具备流量连续的能力。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。当前第1页1 2 3