用于控制航空器发动机的双稳态截止阀的方法与流程

本发明涉及用于航空器发动机的致动器的领域。

本发明更具体地涉及一种用于通过数个控制通道来控制航空器发动机的截止阀的方法和装置。

背景技术：

航空器发动机包括两种类型的可配置在第一位置和第二位置的致动器：单稳态致动器和双稳态致动器。

单稳态致动器在其接收控制信号时可配置在其第一位置，并且在该控制信号停止时切换到其第二位置。

双稳态致动器可通过第一控制信号配置在第一位置，并且通过第二控制信号配置在第二位置。在缺少这两个信号中的一个或另一个的情况下，双稳态动作不会改变位置。

同样已知通过数个并行控制单元经由独立的控制通道来控制航空器发动机致动器。以这种方式，如果这些单元中的一个经历故障，则致动器可以仍然由另一单元控制。

但是，如果这些控制单元中的一个经历故障，则可以导致双稳态类型的致动器经由两个不同的通道同时接收第一信号和第二信号。这两个矛盾的信号防止致动器正常运行。

对于一些双稳态致动器，尤其是那些在紧急情况下使用以避免航空器的灾难性故障的致动器，这种在两个矛盾信号存在的情况下的故障是特别有害的。事实上，将这些在紧急情况下使用的致动器定位在其两个位置中的一个位置相对于将其定位在其另一位置而言覆盖优先级特征，并且同时接收两个矛盾信号危及该优先级。

通过示例的方式，一些故障可以导致航空器发动机输送大于最大授权阈值的推力。这种称为术语TCM(“推力控制故障”)的故障使得航空器在一些飞行阶段不可控制，因此是灾难性的。为了避免TCM类型的这些故障，航空器的发动机通常配备有截止阀并且连接到数个控制通道，该截止阀被设置成在紧急情况下切断发动机。

因此，当该阀处于同时接收打开信号和关闭信号的情况下时，必须优先关闭该阀。

数个解决方案已经能够用于避免这种航空器发动机的致动器的障碍。

第一解决方案包括实施对TCM故障的检测和对单独的电子卡上的推力的控制，并且第二解决方案包括使用特别专用于在TCM故障的情况下切断发动机的致动器。

然而，由于这两种解决方案需要修改架构，因此它们需要改造或专用于处理这些TCM故障的附加设备。因此，这两种解决方案特别昂贵且执行起来复杂。

第三解决方案包括在关闭时使用具有机械优先级的单稳态致动器：当控制信号不再发送到这种单稳态阀时，单稳态阀将关闭和切断发动机。但是这种单稳态致动器会趋向于在许多简单的故障时关闭，这会使系统的鲁棒性相对于发动机切断显着地降级为简单故障，并且使空中停车率(IFSD，In flight shutdown)降级。

第四解决方案包括使用双稳态致动器并且向其提供一对不同强度的矛盾控制信号。在经由数个控制信道同时接收两个矛盾信号的情况下，较强强度的信号会是优选的。然而，该第四解决方案的缺点是必须基本上修改截止阀的内部操作以正确响应于这些不同强度的控制信号。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是防止接收矛盾控制的航空器发动机的截止阀的障碍，并且消除上述缺点。

因此，提出了一种用于控制航空器发动机的连接到两个控制通道的双稳态截止阀的方法，所述阀包括托盘，所述托盘能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述阀关闭，在所述第二位置，所述阀打开，所述方法包括以下步骤：

-在所述控制通道中的一个上发射关闭信号，所述关闭信号使得朝向所述第一位置对所述托盘施压，

-在另一控制通道上发射打开信号，所述打开信号使得朝向所述第二位置对所述托盘施压，

所述方法的特征在于：

-在给定时间段的时间间隔中，所述关闭信号的幅度调节成适于朝向所述第一位置恒定地对所述托盘施压的致动值，

-在同一时间间隔中，所述打开信号的幅度调节成如下所述的值：在适于朝向所述第二位置对所述阀施压的致动值与适于使可移动元件不受压的休止值之间振荡，

当由所述阀接收的两个信号在所述给定时间间隔中同时采取所述致动值时，所述两个信号的致动值相互适配以施加彼此抵消并且保持所述托盘静止的托盘力。

当在上述时间间隔期间由阀同时接收所述两个信号时，托盘在不同的时刻以两种不同的方式受压。

在该时间间隔的一些时刻，两个信号具有各自定位在致动值处的幅度。阀的托盘随后接收两个矛盾命令：一方面，切换到第一位置的命令(通过关闭信号)，另一方面切换到第二位置的命令(通过打开信号)；这两个命令不抵消且托盘不会改变位置。

在该时间间隔的其它时刻，打开信号采取休止值。托盘接收切换到第一位置的命令(通过关闭信号)，但是未接收到其他矛盾命令。在这些情况下，托盘仅可以切换到第一位置，除非托盘已经在该第一位置。然而，托盘不能切换到第二位置，阀没有接收到在该方向上行进的命令。

因此，在上述时间段结束时，即使两个关闭信号和打开信号已经同时发送到双稳态阀，托盘可以仅处于其第一位置(阀随后关闭)。

因此，当这两个信号由双稳态阀同时接收时，所提出的方法使得关闭信号相对于打开信号具有优先级。

因此，可以避免当如在前言中描述地发生TCM类型的故障时发动机不能切断的情况。

所提出的方法的优点是其可以在现有架构上通过在控制信号的发射单元处的许多最小修改来执行。

有利地，根据本发明的方法通过以下单独地或以它们的任何技术上可能的组合采取的特征来完成。

第二信号可以是周期信号。

这种形状避免了必须在打开信号和关闭信号之间执行特定的同步以控制阀并且使托盘定位在第一位置具有优先级。

第二信号可以是时隙信号。时隙信号具有非常快速地从一个值移动到另一个值的优点，因此，快速、稳定且可预见地切换托盘。

关闭信号还可以是恒定值，并且打开信号可以具有与关闭信号的值相等的幅度。

打开信号在相同的时间段期间可以保持交替为致动值和停止值。

控制方法可以包括通过第一线圈产生的源于所述关闭信号的磁场以产生所述托盘朝向所述第一位置的位移，以及通过第二线圈产生的源于所述打开信号的磁场以产生所述托盘朝向所述第二位置的位移，所述两个信号的致动值相互适配，使得所述两个磁场施加彼此抵消以保持托盘静止的托盘力。

同样，所述打开信号在大于以下时间段的总和的时间段期间保持在所述休止值和/或所述致动值：

-用于所述线圈的电流上升的时间段，以及

-所述托盘从所述第一位置和所述第二位置中的一个切换到包含在所述第一位置和所述第二位置之间的中间位置所花费的时间段，所述中间位置使得所述托盘能够在所述托盘不受所述线圈施压的情况下从所述中间位置到达所述第一位置和所述第二位置中的另一个。

第二信号还可以通过对具有与第一信号相同的形状的信号进行转换来产生。这在用相同形状的信号进行操作的现有架构上非常简单地执行提出的方法。

根据第二方面，还提出了一种用于控制航空器发动机的双稳态截止阀的装置，所述阀包括托盘，所述托盘能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述阀关闭，在所述第二位置，所述阀打开，所述装置包括：

-连接到所述阀的两个控制通道，

-至少一个关闭单元，所述至少一个关闭单元适于在所述控制通道中的一个上发射关闭信号，所述关闭信号适于使得朝向所述第一位置对所述托盘施压，

-至少一个打开单元，所述至少一个打开单元适于在另一控制通道上发射打开信号，所述打开信号适于使得朝向所述第二位置对所述托盘施压，

所述控制装置的特征在于：

-所述关闭单元配置成：在给定时间段的时间间隔中，将所述关闭信号的幅度调节成适于朝向所述第一位置恒定地对所述托盘施压的致动值，

-所述打开单元配置成：在同一时间间隔中，将所述打开信号的幅度调节成在适于朝向所述第二位置对所述阀施压的致动值与适于使可移动元件不受压力的休止值之间振荡的值，

当由所述阀接收的两个信号在所述给定时间间隔中同时采取所述致动值时，所述两个信号的致动值相互适配以施加彼此抵消并且保持所述托盘静止的托盘力。

根据第三方面，还提出了一种用于航空器发动机的切断系统，所述切断系统包括：

-所述发动机的截止阀，所述截止阀包括托盘，所述托盘能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述阀关闭，在所述第二位置，所述阀打开，

-如上所述的根据本发明的第二方面的用于控制截止阀的装置。

还提出了包括这种切断系统的航空器发动机。

附图说明

本发明的其它特征、目的和优点将从以下完全是说明性和非限制性的且必须参照附图来考虑的描述中显现，在附图中：

图1和图2示意性地示出了根据本发明的实施例的控制系统。

图3示出了根据本发明的实施例的航空器发动机的截止阀。

图4示出了根据本发明的实施例的用于控制航空器发动机的截止阀的一对控制信号。

图5示出了已知用于控制航空器发动机的截止阀的一对控制信号。

在所有附图中，相似的元件具有相同的标记。

具体实施方式

参照图1和图2，航空器发动机包括发动机的截止阀1和用于控制该阀1的装置。

截止阀1的功能是切断航空器的发动机。该阀通常可以是高压截止阀(High Pressure Shut Off Valve，HPSOV)。

控制装置包括适于控制截止阀1的至少两个控制单元2A和2B。

控制单元2A通过通道A连接到阀1，并且控制单元2B通过独立于通道A的通道B连接到同一阀1。

控制单元2A、2B中的每个适于在对应的控制通道上发射阀的关闭信号或阀的打开信号。

在下文中，假定这些单元2A、2B中的每个可以发射这两种类型的控制，但是也可能的是：该装置具有非对称的架构，其中，单元中的一个适于专门发射用于关闭阀1的控制并且另一单元适于专门发射用于打开阀1的控制。

截止阀1是双稳态的。在本文中，双稳态阀由能够在未受到外部动作的压力时保持在下述的两个稳定状态下的阀限定：打开状态和关闭状态。在这种情况下，截止阀1在未接收到来自通道A或通道B的控制信号的情况下不能改变状态。

在图3所示的实施例中，阀1包括托盘10。托盘是在可在关闭位置和打开位置之间移动的元件。当托盘处于关闭位置时，阀1处于关闭状态，并且在航空器的发动机正在运行的情况下切断航空器的发动机。然而，只要托盘处于打开位置(阀1于是处于其打开状态)，发动机就能够起作用。

阀1还包括第一线圈12A和第二线圈12B。

每个线圈12A、12B适于在不同于休止值IR(通常为零)的强度的电流通过该线圈时对托盘施加位移。

更确切地说，托盘10具有可旋转移动的T形。该T形的上分支包括两个相反的端部，每个端部布置成面向相应的线圈。

线圈12A连接到控制通道A。线圈12B连接到控制通道B。

当根据来自通道A的第一预定强度的电流通过线圈12A时，该线圈12A发射在前方向后推动托盘10的端部的磁场；当根据与第一强度相反的符号的第二强度的电流通过该线圈12A时，该线圈发射在前方将托盘10的同一端部吸引至该线圈的磁场。

当根据来自通道B的第三强度的电流通过线圈12B时，该线圈12B发射在前方向后推动托盘10的端部的磁场；当根据与第三强度相反的符号的第四强度的电流通过该线圈12A时，该线圈发射在前方将托盘10的同一端部吸引至该线圈的磁场。

两个线圈12A和12B是相同的。假设：当向每个线圈施加值IO的强度(所谓的打开值)时，每个线圈朝向打开位置对托盘施压。

同样假定：当被施加值IF的强度(所谓的关闭值)时，每个线圈朝向关闭位置对托盘施压。

现在将根据图4中所示的实施例描述用于控制阀1的打开和关闭的一对信号。

双稳态阀1由两个不同的信号控制：打开信号SO和关闭信号SF。

为了关闭阀1，任何控制单元(2A或2B)在对应的通道上发射等于值IF的恒定的关闭强度信号。关闭信号SF在足以使对应的线圈朝向关闭位置对托盘10施压的时间段期间保持在该值IF。

为了打开阀1，任何控制单元2A或2B在对应的通道上发射打开信号SO，该打开信号是其强度在值IR和值IO之间振荡的周期性信号。当打开信号SO采用值IR时，接收打开信号的线圈不对托盘10施压。然而，当电信号采用值IO时，该同一线圈朝向阀1的打开位置对托盘10施压。

在图4所示的实施例中，打开信号是矩形信号。该时隙信号的时间段T包括两个连续的电平：值IR处的电平和值IO处的电平。换句话说，打开信号SO在时间段TR期间采用值IR并且在时间段T0期间采用值IO，由于打开信号SO的时隙形状，因此，时间段T基本上等于TO+TR的总和(打开时隙信号几乎瞬时从值IO移动到值IR，反之亦然)。

时间段TR被选择为大于以下两个时间段的总和：

-用于线圈的电流上升的时间段，以及

-托盘从第一位置和第二位置中的一个切换到第一位置和第二位置之间的中间位置所花费的时间段，中间位置使得托盘能够在托盘不受线圈的施压的情况下从所述中间位置到达第一位置和第二位置中的另一个。

时间段TR和TO可以选择成相同的或不同的。

值IF和IO可以选择成相等的，并且符号相反。

这使用相同的线圈12A和12B以及对称操作，该线圈是电流的且操作简单。

在至少等于图4中所示的打开信号SO的时间段T的时间段期间，打开信号SO仅通过间歇地借助线圈中的一个来施加托盘的位移，而关闭信号恒定地施压。

用于控制截止阀1的两个通道A和B的存在使得能够进行三种操作情况。

在第一种操作情况下，两个单元中的一个在对应的通道上发射控制信号(SO或SF)，而另一单元在对应的通道上不发射信号。

在第二种操作情况下，两个单元同时发射同一类型(SO或SF)的控制信号。

只要阀1可以切换到由发射的控制的类型覆盖的状态，这两种操作情况不产生问题。

在第三种操作情况下，两个单元同时发射矛盾信号。这里所采取的示例是下述的情况：在大于时间段T的时间段上，单元2A在通道A上发射打开信号SO并且单元2B同时发射关闭信号SF。

在时间段T期间，线圈12B恒定地受力以将托盘10朝向其关闭位置切换，同时线圈12A仅在小于T的时间段T0期间受力以将托盘朝向阀的打开位置切换。

更确切地说，在间隔T0中，线圈12A朝向其打开位置对托盘施压，而线圈12B相反地朝向关闭位置对托盘10施压。阀的双稳态特性防止阀改变状态。

在间隔TR中，托盘10(通过定位在强度IF处的关闭信号SF)朝向其关闭位置受压，但是没有相反地朝向其打开位置(打开信号SO则定位在值IR处)受压。在此间隔中，托盘仅可以切换到关闭位置，除非其已经处于关闭位置。然而，阀不能切换到打开状态，没有由线圈12A和12B接收到沿该方向的命令。

在时间段T完成时，托盘10必然处于关闭位置。只要信号SF保持或者信号SO停止发射，则托盘保持在该关闭状态。

优选地，打开信号SO在值IO的电平处开始，以避免执行阀1的打开的延迟。

图5示出了用于控制双稳态致动器的一对典型的打开和关闭信号。与图4中呈现的一对信号对比，这两个已知信号由于两者都保持在相应的恒定水平而具有相同的形状。

方法可以包括根据先前已经呈现的、通过间歇地将已知的恒定打开信号转换成命令阀打开的周期性打开信号(或均匀的时隙)的转换步骤。可以设置在适于产生这对恒定信号的主控制单元的输出处布置的控制单元2A和2B，单元2A和2B限制自身以将由主单元发射的恒定打开信号的形状修改为如已经讨论的间歇打开信号。

在该方法的实施例中，以下值被选择成：IF＝150mA，IO＝-150mA，IR＝0mA，TR＝TO＝150ms。

实际上，在以+/-150mA操作的线圈处通常需要25ms以实现其90％的电流上升，即达到+/-135mA。一旦达到+/-135mA，托盘10就开始移动。在该示例中，阀1必须被控制至少100ms，使得托盘已经移动得足以使托盘在阀1的控制停止时仍然在优选的位置继续移动。因此，如果阀的打开仅控制125ms，阀将打开。然而，为了具有小的裕度，优选地选择TO等于150ms。类似地，为了关闭阀1，故障通道的电流将必须150ms强制为0mA。

根据本发明的方法可以是许多变型的主题。

在上述实施例中，阀1是双稳态的。此外，两个线圈对相同绝对值的强度做出反应，并且打开信号和关闭信号具有绝对值相等的值IO和IF。然而，能够设置在打开信号和关闭信号相对于彼此尺寸确定成使得阀不会在阀同时接收这两个信号时改变状态的时刻的、两个不同的线圈12A和12B和/或相应的不同值IO和IF的信号SO和SF。

线圈12A和12B可以由强度或非强度(例如电压)控制的其它装置代替，以移动托盘。

此外，根据为阀1选择的致动器的操作，时间段TR和TO可以选择为不同的。

打开信号可以具有其它周期性形状，例如可以是正弦形状。