用于优化双发动机直升机的比耗量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于优化双发动机直升机(即配备有两个涡轮轴发动机的直升机)的比耗量的方法。
【背景技术】
[0002]一般情况下，在以巡航速度飞行时，涡轮轴发动机以低于其最大连续功率(PMC)的低功率水平运行。在巡航速度时，功率等于它们的最大起飞功率(PMD)的大约50%。这些低功率水平导致的比耗量Cs (specific consumpt1n)比处于PMD时的Cs大约高30%，并因此导致巡航速度时燃料的过度消耗。
[0003]直升机配备有两个涡轮轴发动机，每个发动机尺寸超大以便能够在另一发动机失效时将直升机保持在空中。在专用于管理失效发动机的那些操作模式(被称为单发动机失效(one engine inoperative，0ΕΙ)模式)中，仍处于运行状态的发动机提供远高于其额定功率的功率，以便使得直升机能够应对危险的情况，进而使得能够继续其飞行。各模式由功率水平和最大使用持续时间限定。因此，注入到仍处于运行状态的涡轮轴发动机的燃烧室中的燃料流速大致增加至OEI速度，以便提供这种过量功率。
[0004]这些超大涡轮轴发动机在体积和燃油消耗量方面是不利的。为减少巡航速度时的这种消耗量，可以使涡轮轴发动机中的一个停止工作。因此，活跃的发动机以更高的功率水平运行，并因此以更有利的Cs水平运行。然而，这种做法违背了当前的认证规则，并且涡轮轴发动机没有被设计成确保符合安全标准的重启可靠性水平。
[0005]因此，待机模式下的涡轮轴发动机的重启持续时间通常为大约三十秒。根据飞行条件，例如在低飞行高度下起先的活跃发动机发生局部故障时，该持续时间可被证明是不够的。如果待机状态下的发动机不能及时重启，使用故障的发动机进行着陆被证明是危险的。
[0006]更一般地，在所有必须具有过量的可用功率的飞行情况下使用单个涡轮轴发动机会带来风险，出于安全原因，该过量功率需要两个可用的涡轮轴发动机。
[0007]本申请人在FR-A1-2967133中已经提出用于优化配备有两个涡轮轴发动机的直升机的比耗量的方法，其中每个涡轮轴发动机包括设置有燃烧室的气体发生器。涡轮轴发动机中的至少一个自身能够以被称为连续速度的稳定飞行速度运行，在紧急输出情况下，通过的协力驱动(compatible driving)以及重启，另一祸轮轴发动机因此能够从零功率的被称为超级怠速(super-1dle)的速度转变到用于使祸轮轴发动机的气体发生器加速的模式。
[0008]涡轮轴发动机的处于超级怠速的气体发生器的转速保持为大致小于处于怠速的气体发生器的通常应用到涡轮轴发动机的转速。当空转时，涡轮轴发动机的自由涡轮的转速由用于在超级怠速时将涡轮轴发动机控制在其额定值的系统维持，自由涡轮与直升机旋翼断开，并且不再以其额定的转速旋转。
[0009]连续速度由不受限制的持续时间定义，并因此不涉及到起飞的阶段过渡、悬停飞行以及着陆。例如，在海难幸存者的搜寻任务中，连续速度涉及朝向搜寻区域的巡航飞行阶段、在搜寻区域中进行水上的低空飞行阶段、以及返回到基地的巡航飞行阶段。为安全原因起见，两个涡轮轴发动机优选地在起飞、悬停飞行以及着陆这些过渡阶段期间同时运行。
[0010]然而，除了过渡阶段之外，根据飞行阶段和条件来选择性地使用涡轮轴发动机能够取得在消耗量Cs和功率方面经过优化的性能，功率接近PMD但小于或等于PMC，同时可使用用于在超级怠速时重启涡轮轴发动机的可靠构件来应对故障和紧急情况。
[0011]在飞行速度变化需要从单发动机转变到双发动机时，从超级怠速到活跃的“双发动机”速度的转变以“正常”方式触发，例如当直升机从巡航速度转变成悬停飞行时，或者当发动机发生故障或飞行条件突然变得难以应对而处于“紧急情况”时。
[0012]在上述的在先申请中，超级怠速可从以下速度中选择:燃烧室被点燃的情况下用于使发动机保持旋转的速度、燃烧室未被点燃的情况下用于使发动机保持旋转的速度、以及燃烧室未被点燃的情况下发动机的零转速。
[0013]当燃烧室未被点燃时，其未被供以燃料。因此，处于这种超级怠速的涡轮发动机的燃料消耗量基本上为零。发生器的轴的旋转由驱动构件确保。
[0014]本发明提出了在处于超级怠速的涡轮轴发动机的气体发生器的燃烧室被点燃的情况下的一种改进。
[0015]实际上，申请人已经注意到处于超级怠速的气体发生器的燃料消耗量和运行温度在燃烧室被点燃时特别高。可确定的是，气体发生器的轴的旋转仅通过将燃料供给至该发生器的燃烧室来维持，因此燃烧室被点燃并对发生器的高压(high-pressurhHP)涡轮进行供给。该涡轮提供用于驱动压缩机的相当大的量的机械功，并且这导致所述压缩机具有相当高的入口温度，并导致燃烧室中具有相当高的温度。超级怠速时的运行温度接近于起飞时的运行温度。由于发生器中的气体循环的流速在超级怠速时更低，因此发生器的温度比起飞期间的温度相对更热，并且这可引起关于冷却的问题，并因此引起涉及组件的使用寿命的冋题。
[0016]本发明提供了一种可应对这种问题的简单、有效且经济的解决方案。
【发明内容】
[0017]为此，本发明提出一种用于对配备有两个涡轮轴发动机的直升机的比耗量进行优化的方法，每个涡轮轴发动机包括设置有燃烧室的气体发生器，这些涡轮轴发动机中的每个自身能够以连续飞行速度运行，另一涡轮轴发动机因此能够通过协力驱动以及重启从处于零功率的被称为超级怠速的速度转变到用于使所述涡轮轴发动机的气体发生器加速的模式，其特征在于，该超级怠速在气体发生器的燃烧室被点燃时获得，并且该超级怠速通过处于该速度的气体发生器的被以该速度旋转地机械驱动的轴来辅助，以降低该气体发生器的燃料消耗量以及运行温度。
[0018]根据本发明，该超级怠速(腔室被点燃情况下的非零转速)通过提供具有机械动力的气体发生器来进行辅助，目标是显著地减小运行温度以及处于该速度时的燃料消耗量，这尤其能够使被排放的未燃尽燃料的量最小化。实际上，为气体发生器的轴提供机械动力可减小需要提供至HP涡轮以便驱动压缩机的机械功，并且这导致其入口温度的降低并因此可降低从涡轮的下游直到排气口处所有的被观察到的温度，这在承受这些温度的与发动机紧邻的组件的使用寿命上具有积极的效果。这种温度的降低还导致燃烧室中的温度以及燃料消耗量的降低。
[0019]该超级怠速可相当于气体发生器的额定速度的大约10%至40%。因此，超级怠速与标准怠速(飞行空转和着陆空转)不同，标准怠速通常相当于气体发生器的额定速度的70% 到80 %。
[0020]优选地，超级怠速被连续地辅助，即气体发生器的轴在发动机处于超级怠速的整个持续时间内被无间断地旋转驱动。
[0021]例如，机械驱动可通过电动机、联接至另一气体发生器或联接至直升机的旋翼的机械驱动装置、或使用诸如液压源或气动源的动力源的机械驱动装置来提供。电动机可以是提供在气体发生器上的启动器，并通过机载网络或另一气体发生器上提供的启动器或发生器来供以动力。机械驱动装置可被联接至动力输送箱(BTP)或被直接联接至另一发生器的自由涡轮。
【附图说明】
[0022]根据阅读以下的通过非限制性示例并参照单独的附图给出的说明，本发明将被更好的理解，并且本发明的进一步的细节、特征和优点将变得清晰，该附图是用于实施根据本发明的方法的双发动机结构的示例的简化框图。
【具体实施方式】
[0023]术语“发动机”和“涡轮轴发动机”被同义地使用于本文献中。在所示的实施例中，发动机具有不同的最大功率。有利地，本实施例使得能够抑制功率更大的涡轮轴发动机上的OEI速度，并且这可使两个发动机之间的质量差异减到最小。为简化语言，最大功率发动机或大尺寸发动机可也被称为“大型”发动机，而最小功率发动机可被称为“小型”发动机。
[0024]附图示意性地示出了双发动机直升机的能够优化比耗量Cs的结构的示例。
[0025]通常，每个涡轮轴发动机1、2包括气体发生器11、21以及被气体发生器供给以提供功率的自由涡轮12、22。在起飞并处于连续速度期间，所供应的功率可分别达到预定的最大值PMD和PMC。通常，气体发生器