本公开总体上涉及发动机控制，且更特别地涉及限制飞行器发动机的功率。
背景技术：
螺旋桨驱动的飞行器的动力装置包括两个不同的部件：发动机和螺旋桨。对于最大发动机输出功率的控制和限制被设计成观察与发动机相关的极限值，例如机械水平的额定值以及热相关或涡轮温度相关的极限值。螺旋桨系统被设计成通过调节螺旋桨状态（例如螺旋桨叶片桨距）来吸收由发动机提供的扭矩，并将该扭矩转换成飞行器的推力。
然而，当调节发动机输出功率生成时，发动机输出功率生成不考虑任何螺旋桨相关的约束。
由此，存在改进的空间。
技术实现要素：
另一方面，提供了用于控制飞行器的发动机的操作的方法。获得与被联接到发动机的螺旋桨的推力极限值相关的第一发动机功率极限值。将第一发动机功率极限值和与发动机的机械极限值相关的第二发动机功率极限值进行比较以及和与发动机的热极限值相关的第三发动机功率极限值进行比较。将最大发动机功率极限值设置为所述第一、第二和第三发动机功率极限值中的最小值。
在一些实施例中，所述方法还包括：将发动机功率极限值应用到发动机。
在一些实施例中，获得第一发动机功率极限值包括：从螺旋桨控制系统获得推力极限值。
在一些实施例中，获得第一发动机功率极限值包括：获得发动机在操作中时的发动机输出功率；并基于发动机输出功率和至少一个飞行器外部条件来确定第一发动机功率极限值。
在一些实施例中，所述至少一个飞行器外部条件包括前向空速、操作高度和环境温度中的至少一者。
在一些实施例中，所述方法还包括：接收至少一个螺旋桨操作条件，其中确定所述第一发动机功率极限值是基于发动机输出功率、所述至少一个飞行器外部条件以及所述至少一个螺旋桨操作条件来进行的。
在一些实施例中，所述至少一个螺旋桨操作条件包括螺旋桨旋转速度、螺旋桨叶片桨距角以及螺旋桨叶片效率中的至少一者。
在一些实施例中，获得发动机输出功率包括：在发动机控制系统处从螺旋桨控制系统获得发动机输出功率，其中由所述发动机控制系统来执行所述确定、比较以及设置。
在一些实施例中，所述方法还包括：基于至少一个飞行器外部条件来从查找表确定第二和第三发动机功率极限值中的至少一者。
在一些实施例中，确定第二和第三发动机功率极限值中的至少一者包括：基于至少一个飞行器外部条件的改变来动态地确定第三功率极限值。
在一些实施例中，所述方法还包括：获得更新的第一发动机功率极限值；将所述更新的第一发动机功率极限值与所述第二和第三发动机功率极限值进行比较；以及将最大发动机功率极限值设置为更新的第一发动机功率极限值、第二发动机功率极限值和第三发动机功率极限值中的最小值。
在另一方面中，提供了用于控制飞行器的发动机的操作的系统。所述系统包括处理单元和非瞬态计算机可读存储器。所述存储器上存储有能够被所述处理单元执行的程序指令，以用于：获得与被联接到所述发动机的螺旋桨的推力极限值相关的第一发动机功率极限值；将第一发动机功率极限值与第二发动机功率极限值进行比较并且与第三发动机功率极限值进行比较，第二发动机功率极限值与发动机的机械极限值相关，第三发动机功率极限值与发动机的热极限值相关；以及将最大发动机功率极限值设置为第一、第二和第三发动机功率极限值中的最小值。
在一些实施例中，所述方法还包括：将发动机功率极限值应用到发动机。
在一些实施例中，获得第一发动机功率极限值包括：从螺旋桨控制系统获得推力极限值。
在一些实施例中，获得所述第一发动机功率极限值包括：获得发动机在操作中时的发动机输出功率；以及基于所述发动机输出功率和至少一个飞行器外部条件来确定所述第一发动机功率极限值。
在一些实施例中，所述至少一个飞行器外部条件包括前向空速、操作高度和环境温度中的至少一者。
在一些实施例中，所述程序指令还可被所述处理单元执行以用于接收至少一个螺旋桨操作条件，其中确定所述第一发动机功率极限值是基于所述发动机输出功率、所述至少一个飞行器外部条件以及所述至少一个螺旋桨操作条件来实现的。
在一些实施例中，所述至少一个螺旋桨操作条件包括螺旋桨旋转速度、螺旋桨叶片桨距角以及螺旋桨叶片效率中的至少一者。
在一些实施例中，获得发动机输出功率包括：在发动机控制系统处从螺旋桨控制系统获得发动机输出功率，其中由所述发动机控制系统来执行所述确定、比较以及设置。
在一些实施例中，程序指令还可被处理单元执行，以基于至少一个飞行器外部条件来从查找表确定第二和第三发动机功率极限值中的至少一者。
在一些实施例中，确定所述第二和第三发动机功率极限值中的至少一者包括：基于所述至少一个飞行器外部条件的改变来动态地确定所述第三发动机功率极限值。
在一些实施例中，所述程序指令还可被所述处理单元执行，以用于：获得发动机的更新的第一发动机功率极限值；将所述更新的第一发动机功率极限值与所述第二和第三发动机功率极限值进行比较；以及将最大发动机功率极限值设置为更新的第一发动机功率极限值、第二发动机功率极限值和第三发动机功率极限值中的最小值。
附图说明
现在参照附图，在附图中：
图1是螺旋桨驱动的飞行器的示例动力装置的示意性截面图；
图2a-2b是示例动力装置控制系统的框图；
图3是示例推力极限值曲线的图形图示；
图4是示例机械极限值、热极限值以及推力极限值的图解；
图5是示例发动机输出功率控制器的信号图示；
图6是根据一个实施例的示例计算系统的示意图，所述计算系统用于实施图5的发动机输出功率控制器；以及
图7是示出根据一个实施例的示例方法的流程图，所述方法用于控制发动机输出功率。
将注意到，在所有附图中，相似的特征由相似的附图标记示出。
具体实施方式
参照图1，示出了用于优选地被提供用于在亚音速飞行中使用的类型的飞行器的动力装置100，所述动力装置总体上包括发动机110和螺旋桨120。在某些实施例中，发动机110总体上包括彼此串联流动连通的风扇、压缩机部分、燃烧器以及涡轮部分，环境空气被推动通过所述风扇，所述压缩机部分用于对空气进行加压，被压缩的空气在所述燃烧器中与燃料混合并被点燃以用于产生热燃气体的环流，所述涡轮部分用于从所述燃烧气体提取能量。涡轮部分致使所述螺旋桨120旋转，且所述螺旋桨120的旋转产生沿给定方向推动飞行器的推力。
发动机110操作的控制取决于多种因素，包括发动机110的机械极限值和热极限值。例如，发动机110的某些元件额定设置成在某个温度范围内操作，且如果所述发动机的温度接近所述范围的上限，可约束所述发动机的操作。类似地，发动机110具有将发动机110约束至最大发动机输出功率的多种机械极限值。另外，螺旋桨120对发动机110的操作施加附加的约束，即，这样的极限值，若超过所述极限值则由螺旋桨120产生的推力有可能对螺旋桨120自身造成损伤。本公开提供用于控制发动机110的操作的方法和系统，并且同时考虑到与由螺旋桨120施加的推力极限值相关的发动机功率极限值。更特别地，用于将发动机输出功率限制为与发动机110的机械极限值相关的发动机功率极限值、与发动机110的热极限值相关的发动机功率极限值、以及与螺旋桨120的推力极限值相关的发动机功率极限值之中的最小值的机制确保了，发动机110在有可能通过产生超过螺旋桨120可承受的推力水平的推力而对发动机110自身、或对螺旋桨120造成机械损伤或热损伤的水平下不操作。
参照图2a，动力装置控制系统200被示出为包括发动机控制器210和螺旋桨控制器220。动力装置控制系统200被构造成控制发动机110的操作。更特别地，发动机控制器210包括发动机输出功率控制器230，其被构造成限制由发动机110提供的输出功率。虽然在图2a中发动机输出功率控制器被示出为发动机控制器210的一部分，但在其他实施例中，发动机输出功率控制器230可以是螺旋桨控制器220的一部分，可以是被设置在螺旋桨控制器220和发动机控制器210之间的分离的实体230，或者其组合。
发动机控制器210被构造成控制发动机110的操作。更特别地，发动机控制器210被构造成向发动机110发出适合于控制发动机110的操作的任何信号，例如燃料控制信号、速度控制信号、阀门控制信号以及类似的信号。在一些实施例中，发动机控制器210是全权数字发动机控制器（fadec）、电子发动机控制器（eec）、发动机控制单元（ecu）或任何其他适合的发动机控制器。
螺旋桨控制器220联接发动机控制器210和螺旋桨120，且被构造成控制螺旋桨120的操作，例如通过控制到螺旋桨120的叶片桨距控制单元（未示出）的油流量来实现。在一些实施例中，螺旋桨控制器220被构造成控制多种螺旋桨操作条件，包括螺旋桨叶片桨距。螺旋桨控制器220还被构造成获得关于其他螺旋桨操作条件的信息，包括螺旋桨旋转速度以及螺旋桨叶片桨距角。螺旋桨操作条件被理解为包括螺旋桨旋转速度、螺旋桨叶片桨距角、螺旋桨叶片效率或其他相关的螺旋桨相关操作条件。
参照图2b，在一些实施例中，动力装置控制系统200包括统一控制器240，所述统一控制器控制发动机110和螺旋桨120二者的操作，至少结合了如上文所描述的发动机控制器210和螺旋桨控制器220的功能。统一控制器240包括发动机输出功率控制器230。
在图2a或图2b中示出的实施例中的每个中，发动机输出功率控制器230被构造成获得表明多种发动机功率极限值的多个输入202，所述发动机功率极限值例如与发动机110的机械极限值相关或与其热极限值相关。输入202可通过任何适合的方式获得，例如经由查找表或其他存储介质（未示出）。在一些实施例中，与发动机110的机械极限值和/或热极限值相关的发动机功率极限值作为飞行器外部的动态变化的条件（例如外部温度、环境压力和空速）的函数而变化，和/或作为飞行器内部的动态变化的条件（例如环境放气提取）的函数而变化。在这样的情形中，发动机输出功率控制器230被构造成例如经由传感器（未示出）来获得动态变化的条件，且被构造成利用该条件来查询查找表以获得相应的极限值。
发动机输出功率控制器230被构造成获得来自螺旋桨控制器220的输入。来自螺旋桨控制器220的输入表明与推力极限值相关的发动机功率极限值，推力极限值即为由发动机110提供给螺旋桨120的功率的最大量，当被螺旋桨120转换为推力时，其设置螺旋桨120可承受的推力的最大量。与所述推力极限值相关的发动机功率极限值是在如下的前提下发动机110可产生的功率的量的极限值：不会通过产生比螺旋桨120可承受的推力更大的推力而对动力装置100造成损伤，更特别地对螺旋桨120造成损伤。当飞行器外部和内部的多种条件改变时，与推力极限值相关的发动机功率极限值可随时间变化。在一些实施例中，发动机输出功率控制器230获得在给定时刻的与推力极限值相关的实际发动机功率极限值。因此，与推力极限值相关的发动机功率极限值会和与机械极限值相关的发动机功率极限值以及与热极限值相关的发动机功率极限值一起被考虑以限制发动机110可产生的功率的量。
在一些实施例中，螺旋桨控制器220将与推力极限值相关的发动机功率极限值直接提供到发动机输出功率控制器230。在其他实施例中，螺旋桨控制器220向发动机输出功率控制器230提供螺旋桨旋转速度以及叶片桨距角，且发动机输出功率控制器230可执行推力极限值计算以确定与推力极限值相关的实际发动机功率极限值。因此，螺旋桨控制器220从螺旋桨120或其传感器（未示出）获得发动机输出功率，并将发动机输出功率提供到发动机输出功率控制器230。发动机输出功率控制器230接着利用推力预测算法来将发动机输出功率转换成被预测的推力值。接下来，将被预测的推力值与最大可允许推力值进行比较，并可通过对被预测的推力值和最大可允许推力值进行插值来确定与推力极限值相关的发动机功率极限值。在一些情形中，被预测的推力值是具有一定水平的不确定度的估计值，且与推力极限值相关的发动机功率极限值可被选择作为该不确定度的下限、该不确定性度上限、该不确定度的中点或在不确定度之内的任何其他值。
与推力极限值相关的实际发动机功率极限值也可取决于飞行器内部和外部的多种因素。在一些实施例中，与推力极限值相关的实际发动机功率极限值取决于至少一个飞行器外部条件，例如前向空速、操作高度和/或环境温度。在其他实施例中，与实际推力极限值相关的发动机功率极限值取决于至少一个螺旋桨操作条件，例如螺旋桨旋转速度、螺旋桨叶片桨距角、和/或螺旋桨叶片效率。因此，当确定与推力极限值相关的实际发动机功率极限值时，推力预测算法可利用飞行器的任何适合的外部和/或内部条件以及发动机输出功率。在一些实施例中，可从查找表获得与推力极限值相关的实际发动机功率极限值，所述查找表采集有任何适合数量的动态变化的输入（包括发动机输出功率）以及任何数量的条件，并基于动态变化的输入来提供与推力极限值相关的实际发动机功率极限值。
参照图3，在一些实施例中，与推力极限值相关的发动机功率极限值取决于标准化环境压力以及飞行器高度。如图3中所示出的，可产生多条推力极限值曲线4001-40010，每条曲线代表不同的高度或高度范围，且每条曲线相对于标准化环境压力（x轴）变化。在其他实施例中，与推力极限值相关的发动机功率极限值附加地取决于标准化温度，且是可由如下的公式表达的函数f：
其中
在发动机输出功率控制器230是螺旋桨控制器220的一部分的实施例中，发动机输出功率控制器230可通过以上文所描述方法计算推力极限值来获得与推力极限值相关的发动机功率极限值。在发动机输出功率控制器230是分离的实体的实施例中，发动机输出功率控制器230可获得与由螺旋桨控制器220计算出或由发动机控制器210计算出的推力极限值相关的发动机功率极限值，或者可基于从螺旋桨控制器220或发动机控制器210获得的发动机输出功率来自己执行推力极限值计算。无论在哪种情形中，发动机输出功率控制器230均可从如上文所描述的查找表或从任何其他适合的来源获得与机械极限值相关的发动机功率极限值以及与热极限值相关的发动机功率极限值。
因此，参照图4，发动机输出功率控制器230被构造成获得与机械极限值、热极限值以及推力极限值相关的发动机功率极限值。发动机输出功率控制器230还被构造成将与推力极限值相关的发动机功率极限值和与机械极限值相关的发动机功率极限值进行比较以及和与热极限值相关的发动机功率极限值进行比较，以将这三个发动机功率极限值中的最小值设置为最大发动机功率极限值。例如，与机械极限值、热极限值和推力极限值相关的发动机功率极限值可被视觉化为多个不等式，从而限定满足每个条件的发动机110的操作区域410。因此，与机械极限值相关的发动机功率极限值被示出为线402，与热极限值相关的发动机功率极限值可以是线404中的任一条（例如取决于环境温度和/或压力），且在给定时刻的与推力极限值相关的发动机功率极限值可以是线406中的任一条。在此示例中，与机械极限值、热极限值和推力极限值相关的发动机功率极限值被示出为随环境温度变化，但发动机功率极限值也可随环境压力、空速以及类似条件而变化。取决于飞行器外部的其他因素，包括环境压力和/或空速，与热极限值相关的发动机功率极限值可以是线404中的任一条。类似地，与推力极限值相关的发动机功率极限值可随环境温度、环境压力、空速以及类似的条件而变化。通过选择对于环境温度的当前值来说线402、404和406中的哪一条具有最小值，来实现将最大发动机功率极限值设置为与机械极限值、热极限值和推力极限值相关的发动机功率极限值中的最小值。在其他实施例中，与机械极限值、热极限值和推力极限值相关的发动机功率极限值关于其他因素进行变化，或针对给定的温度被计算为三个值，并通过比较所述值并选择这三个值中的最小值来完成比较。
随后，可将最大发动机功率极限值作为发动机功率极限值来应用。在一些实施例中，发动机输出功率控制器230可将最大发动机功率极限值直接应用到发动机110。在其他实施例中，发动机输出功率控制器230将表明最大发动机功率极限值的消息提供到发动机控制器210，并致使发动机控制器210应用最大发动机功率极限值。在一些实施例中，发动机输出功率控制器230被构造成指示发动机控制器210根据所选择的极限值来降低到发动机110的燃料流量。
因此，发动机输出功率控制器230提供用于将发动机的功率限制为与机械极限值、热极限值和推力极限值相关的发动机功率极限值中的最小值的机制，从而确保发动机110在有可能通过产生超过螺旋桨120可承受的推力水平的推力而对发动机110自身、或对螺旋桨120造成机械损伤或热损伤的水平下不操作。
图5示意性地示出发动机输出功率控制器230的实施例。控制器230接收与机械极限值、热极限值以及推力极限值相关的发动机功率极限值作为输入，并输出最大发动机功率极限值。在一些实施例中，控制器230接收发动机输出功率读数或其他中间值并将此值转换为与推力极限值相关的发动机功率极限值。因此，控制器230被构造成获得与机械极限值、热极限值以及推力极限值相关的发动机功率极限值。一旦获得，系统300就将与推力极限值相关的发动机功率极限值和与机械极限值以及热极限值相关的发动机功率极限值进行比较，并将最大发动机功率极限值设置为所述三个发动机功率极限值中的最小值。接下来，选定极限值作为发动机功率极限值被应用到发动机110。
参照图6，发动机输出功率控制器230可由计算装置610实现，所述计算装置包括处理单元612和存储器614，所述存储器中存储有计算机可执行指令616。处理单元612可包括被构造成实现系统300的任何适合装置，以使得指令616当被计算装置610或其他可编程设备执行时，可致使归属于本文中描述的系统300的功能/操作/步骤被执行。处理单元612可包括例如任何类型的通用微处理器或微控制器、数字信号处理（dsp）处理器、中央处理单元（cpu）、集成电路、现场可编程门阵列（fpga）、可重构处理器、其他适合的编程或可编程逻辑电路，或其任何组合。
存储器614可包括任何适合的公知的或其他机器可读存储介质。存储器614可包括非瞬态计算机可读存储介质，例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或前述系统、设备或装置的任何适合的组合。存储器614可包括位于装置内部或外部的任何类型的计算机存储器的合适组合，例如随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、光盘只读存储器（cdrom）、电光存储器、磁光存储器、可擦除可编程只读存储器（eprom）和可电擦除可编程只读存储器（eeprom）、铁电ram（fram）或类似物。存储器614可包括适合于可取回地存储处理单元612可执行的机器可读指令616的任何存储设备（例如，装置）。
参照图7，示出了流程图，其示出了用于控制飞行器的发动机的操作的示例方法700。方法700可由发动机输出功率控制器230实现。在步骤702处，获得与推力极限值相关的第一发动机功率极限值。如上文中所描述的，与推力极限值相关的第一发动机功率极限值可从另一元件（例如螺旋桨控制器210）获得，或者可由发动机输出功率控制器230基于发动机输出功率以及任何其他适合的值来计算。另外，与推力极限值相关的第一发动机功率极限值可取决于飞行器外部的任何数量的条件和/或多种螺旋桨操作条件，并可被动态地确定。
在步骤704处，将第一发动机功率极限值与第二发动机功率极限值比较并且与第三发动机功率极限值比较，第二发动机功率极限值与发动机的机械极限值相关，第三发动机功率极限值与发动机的热极限值相关。在步骤706处，将最大发动机功率极限值设置为第一、第二和第三发动机功率极限值中的最小值。所述比较和设置可由发动机输出功率控制器230利用任何适合的算法或逻辑来执行。可选地，在步骤708处，向发动机应用最大发动机功率极限值以控制飞行器发动机（例如发动机110）的操作。
因为与推力极限值相关的发动机功率极限值、以及可选地与热极限值和/或机械极限值相关的发动机功率极限值动态地变化，因此在一些实施例中，控制器230可以按照规律的、半规律的或专门的方式重复方法700以调整发动机功率极限值。例如，在飞行器操作的某些时间期间（例如在起飞期间），每隔几秒钟或每隔几分钟地重复方法700。在另一实施例中，每次当检测到飞行器外部的条件改变（例如，温度或高度改变）时就执行方法700。也能想到重复方法700的其他触发条件。因此，可第一次执行方法700以确定与第一推力极限值相关的第一发动机功率极限值以设置第一最大发动机功率极限值，并可第二次执行方法700以确定与更新的推力极限值相关的随后的或更新的发动机功率极限值，并设置更新的最大发动机功率极限值。可以根据需要将方法700重复任何适合数量的次数。
本文中描述的用于控制飞行器的发动机的操作的方法和系统可以通过高级面向过程编程语言或面向对象编程语言或脚本语言、或者其组合来实现，以与计算机系统（例如计算装置600）通信或辅助计算机系统的操作。替代性地，用于控制飞行器的发动机的操作的所述方法和系统可以通过汇编语言或机器语言来实现。该语言可以是编译语言或解释语言。用于实现所述用于控制飞行器的发动机的操作的方法和系统的程序代码可被存储在存储介质或装置中，例如rom、磁盘、光盘、闪存盘或任何其他适合的存储介质或装置。当计算机读取存储介质或装置以执行本文中描述的过程时，程序代码可以被通用或专用可编程计算机读取，以用于配置和操作计算机。用于控制飞行器的发动机的操作的方法和系统的实施例也可以被认为是通过其上存储有计算机程序的非瞬态计算机可读存储介质来实现的。计算机程序可包括计算机可读指令，所述计算机可读指令使得计算机、或者更特别地计算设备600的处理单元612以特定的和预定义的方式操作以执行本文中描述的功能。
计算机可执行指令可以呈许多形式，包括由一个或多个计算机或其他装置执行的程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常，可以根据需要在多种实施例中组合或分配程序模块的功能。
上文的描述意在仅为示例性的，并且本领域技术人员将认识到，在不脱离所公开的本发明的范围的前提下，可以对所描述的实施例进行改变。例如，当确定与推力极限值相关的发动机功率极限值时，可以考虑其他因素。在参考本公开之后，本领域的技术人员将会显而易见到落入本发明范围内的其他修改。
用于控制飞行器的发动机的操作的方法和系统的多个方面可以单独使用、组合使用、或者以前文中描述的实施例中未具体讨论的多种布置来使用，因此其应用不局限于在前文的描述中阐述或者在附图中示出的部件的细节和布置。例如，在一个实施例中描述的方面可以以任何方式与在其他实施例中描述的方面组合。虽然已经示出和描述了特定的实施例，但是对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在不脱离本发明的更宽泛方面的前提下进行改变和修改。下述权利要求的范围不应受示例中阐述的实施例限制，而是应在整体上被给予与说明书相一致的最宽泛的合理的解释。