一种涡扇发动机自适应调整的加力供油控制方法及装置与流程

1.本技术属于发动机控制技术领域，具体涉及一种涡扇发动机自适应调整的加力供油控制方法及装置。


背景技术：

2.加力式涡扇发动机，是当今社会军用歼击机动力装置的首选。通过控制加力供油规律，实现加力燃烧室可靠接通及稳定工作，提升发动机喷管出口气流速度，实现推力大幅增长，提升飞机机动性能。
3.加力燃烧室的可靠接通，是保证加力可靠工作的前提，也是加力燃烧室的设计难点之一，特别是在高空左边界条件下，由于环境温度、压力的降低，燃油的雾化效果、火焰的传播能力、可靠接通贫富油油气比都较低空状态有较大的下降，造成加力接通困难。
4.加力燃烧室一般采用分区控制供油的方式，加力ⅰ区供油规律的设计是决定加力接通能力的关键，通过对加力ⅰ区供油规律进行优化调整，能够提升加力燃烧室的接通能力，目前普遍采用的加力ⅰ区供油规律主要有两种：一是全程采用设计状态供油计划，供油量只与发动机主机状态参数关联，不跟随加力接通情况适应性调整，使用设计状态油量进行接通、点火、与加力各区连焰和传递等；二是采用渐进式供油计划，在供油前期下调供油计划，主要进行点火，延迟固定的时间后，将供油计划调整为设计或更高状态，进行稳定工作。
5.现有的加力ⅰ区供油规律，基本能够进行加力燃烧室正常接通控制，但存在以下缺点：
6.1、方法一在高空左边界条件下加力接通不可靠。方法一全程使用设计状态供油计划，在低空条件下由于加力接通油气比范围较大，基本能够保证加力燃烧室的正常接通控制，但是在高空左边界条件下，特别在主机加速过程中，涵道比降低，位于内涵流道内的加力点火区空气流量下降，使用设计油量容易造成富油燃烧，加之供油精度偏差、燃油雾化效果差、主机状态匹配偏差等因素，容易造成接通时油气比不合适，影响接通可靠性。
7.2、方法二在高空左边界条件下降低了加力燃烧室的抗干扰能力。方法二使用了依据时间调整的供油计划被动控制方法，使用低于设计油量的供油计划进行点火，设计油量进行稳定工作，原则上有利于加力接通，但为了提升点火的可靠性，需要尽量延长低于设计状态供油计划的持续时间，忽视了加力各区连焰的稳定性，特别是在加力内涵与外涵供油连焰成功后，喷口面积被动跟随放大的瞬时，降低了加力燃烧室进口状态，而加力ⅰ区油量仍处于较低的水平，降低了加力燃烧室的抗干扰能力，影响加力工作稳定性。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题之一，本技术提供了一种涡扇发动机自适应调整的加力供油控制方法及装置，基于加力工作情况自适应调整的加力供油规律控制方法，在保证加力接通可靠性的前提下，提升加力各区连焰稳定性，保证加力燃烧室工作可靠。
9.本技术第一方面提供了一种涡扇发动机自适应调整的加力供油控制方法，主要包括：
10.步骤s1、按照指定工作点a的加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
的第一设定倍数进行供油，并开始计时；
11.步骤s2、确定是否满足加力接通条件，若满足加力接通条件，则在第一设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第二设定倍数，若计时时间到达加力外涵强制供油时间后仍未满足加力接通条件，则在第二设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第三设定倍数。
12.优选的是，步骤s1进一步包括确定第一设定倍数，确定所述第一设定倍数包括：
13.获取经部件仿真分析及部件试验所确定的指定工作点a条件下，加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
及贫富油边界；
14.计算贫油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
贫油
，及富油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
富油
；
15.确定所述第一设定倍数，所述第一设定倍数取自k
贫油
～1之间的任一值。
16.优选的是，步骤s2中，确定发动机是否满足加力接通条件包括：
17.由加力燃烧室火焰探测器给出的探测到火焰的信号，且持续时间达到规定值，所述规定值取自0s～0.3s。
18.优选的是，步骤s2中，确定发动机是否满足加力接通条件包括：
19.计算当前时刻的涡轮后压力与油门杆进入加力域时刻的涡轮后压力的差值；
20.若所述差值大于设定值，且持续时间达到规定值，所述规定值取自0s～0.3s，所述设定值为δp6×k接通
，其中，δp6为加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量，k
接通
取值范围为0.5～1.0。
21.优选的是，确定加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量包括：
22.在指定工作点a，使用整机性能仿真模型计算在中间状态下，发动机第一喷口面积；
23.计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量时的第一涡轮后压力；
24.调整中间状态发动机喷口面积，计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量，且喷口面积与所述第一喷口面积相等时的第二涡轮后压力；
25.由所述第二涡轮后压力与所述第一涡轮后压力的差值确定加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量。
26.本技术第二方面提供了一种涡扇发动机自适应调整的加力供油控制装置，主要包括：
27.初始供油控制模块，用于按照指定工作点a的加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
的第一设定倍数进行供油，并开始计时；
28.加力接通供油控制模块，用于确定是否满足加力接通条件，若满足加力接通条件，则在第一设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第二设定倍数，若计时时间到达加力外涵强制供油时间后仍未满足加力接通条件，则在第二设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第三设定倍数。
29.优选的是，所述初始供油控制模块包括：
30.边界确定单元，用于获取经部件仿真分析及部件试验所确定的指定工作点a条件下，加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
及贫富油边界；
31.比例计算单元，用于计算贫油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
贫油
，及富油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
富油
；
32.第一设定倍数计算单元，用于确定所述第一设定倍数，所述第一设定倍数取自k
贫油
～1之间的任一值。
33.优选的是，所述加力接通供油控制模块包括第一加力接通条件确定单元，用于在由加力燃烧室火焰探测器给出的探测到火焰的信号，且持续时间达到规定值后给出满足加力接通调节的判断，所述规定值取自0s～0.3s。
34.优选的是，所述加力接通供油控制模块包括第二加力接通条件确定单元，用于在计算当前时刻的涡轮后压力与油门杆进入加力域时刻的涡轮后压力的差值；若所述差值大于设定值，且持续时间达到规定值后给出满足加力接通调节的判断，所述规定值取自0s～0.3s，所述设定值为δp6×k接通
，其中，δp6为加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量，k
接通
取值范围为0.5～1.0。
35.优选的是，所述第二加力接通条件确定单元包括：
36.中间状态喷口面积确定单元，用于在指定工作点a，使用整机性能仿真模型计算在中间状态下，发动机第一喷口面积；
37.第一涡轮后压力确定单元，用于计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量时的第一涡轮后压力；
38.第二涡轮后压力确定单元，用于调整中间状态发动机喷口面积，计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量，且喷口面积与所述第一喷口面积相等时的第二涡轮后压力；
39.涡轮后压力变化量计算单元，用于由所述第二涡轮后压力与所述第一涡轮后压力的差值确定加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量。
40.本技术提升了加力接通可靠性，同时提升了加力接通过程工作稳定性。
附图说明
41.图1为本技术涡扇发动机自适应调整的加力供油控制方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
42.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
43.首先介绍一下飞行包线，飞行包线是综合评价飞机飞行性能众多指标中的一项，
由一个非常简单的二维曲线构成，横坐标为飞行速度、纵坐标为飞行高度，飞行包线的左侧边界线指的是飞机在任一高度下的最小速度，这一速度值完全有飞机整体气动特性所决定的，通俗的说也就是某一高度下这款飞机能够保持水平飞行的最小速度值，一旦低于这个速度飞机就进入到失速状态，飞机机翼上产生的升力要小于飞机的重量。与之相对的，右边界是这款飞机在某一高度时全力加速所能达到的最高速度值。这种速度的大小取决于发动机推力和飞机自身的气动特性，当速度达到最大值时，飞机发动机输出的最大推力正好等于此时飞机在这一速度下的气动阻力，这个速度是飞机无法超越的速度。
44.本技术的目的就在于在飞行包线的左边界条件下，进行加力ⅰ区的供油规律的设计。
45.本技术第一方面提供了一种涡扇发动机自适应调整的加力供油控制方法，如图1所示，主要包括：
46.步骤s1、按照指定工作点a的加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
的第一设定倍数进行供油，并开始计时。
47.具体的，当满足加力ⅰ区供油条件时，按照w
fa1
×k初始
进行初始供油，同时开始计时。
48.在一些可选实施方式中，步骤s1进一步包括确定第一设定倍数，即上述参数k
初始
，确定所述第一设定倍数包括：
49.获取经部件仿真分析及部件试验所确定的指定工作点a条件下，加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
及贫富油边界；
50.计算贫油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
贫油
，及富油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
富油
；
51.确定所述第一设定倍数，所述第一设定倍数取自k
贫油
～1之间的任一值。即初始供油系数k
初始
推荐取值范围k
贫油
～1。
52.在该实施例中，工作点a推荐选取高度范围12km～16km，速度范围300km/h～600km/h，根据发动机工作包线适应性调整。
53.步骤s2、确定是否满足加力接通条件，若满足加力接通条件，则在第一设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第二设定倍数，若计时时间到达加力外涵强制供油时间后仍未满足加力接通条件，则在第二设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第三设定倍数。
54.该实施例中，第一设定时间段为c，c的取值范围0.5s～3s，第二设定时间段为e，e的取值范围2s～5s。
55.第二设定倍数k
稳定1
与第三设定倍数k
稳定2
均取值自1～k
富油
。
56.例如，当满足加力接通条件时，在1s内控制加力ⅰ区油量线性过渡到w
fa1
×k稳定1
；当满足计时时间达到加力外涵强制供油时间，且一直未满足加力接通条件时，在4s内控制加力ⅰ区油量线性过渡到w
fa1
×k稳定2
。
57.在一些可选实施方式中，步骤s2中，确定发动机是否满足加力接通条件包括：由加力燃烧室火焰探测器给出的探测到火焰的信号，且持续时间达到规定值，所述规定值取自0s～0.3s。备选实施方式中，确定发动机是否满足加力接通条件还可以包括：计算当前时刻的涡轮后压力p6与油门杆进入加力域时刻的涡轮后压力p
6初始
的差值；若所述差值大于设定值，且持续时间达到规定值。
58.上述规定值取自0s～0.3s中的任一值，所述设定值为δp6×k接通
，其中，δp6为加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量，k
接通
取值范围为0.5～1.0中的任一值。
59.在一些可选实施方式中，确定加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量δp6包括：
60.在指定工作点a，使用整机性能仿真模型计算在中间状态下，发动机第一喷口面积a
8基准
；
61.计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量时的第一涡轮后压力p
6基准
；
62.调整中间状态发动机喷口面积，计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量，且喷口面积与所述第一喷口面积a
8基准
相等时的第二涡轮后压力p
6接通
；
63.由所述第二涡轮后压力与所述第一涡轮后压力的差值确定加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量δp6＝p
6接通-p
6基准
。
64.本技术具有以下优点。
65.1、提升了加力接通可靠性。在过渡过程中，发动机涵道比降低，位于内涵的加力点火区空气流量下降，所需的燃油流量也应下降，本技术使用低于设计油量进行接通控制，解决了方法一存在的富油点火问题，提升了加力接通可靠性。
66.2、提升了加力接通过程工作稳定性。本技术建立了加力接通表征方法，根据加力燃烧室工作情况，自适应调整加力供油规律，在加力接通后立刻提高加力ⅰ区供油量，提高了加力ⅰ区火焰抗干扰能力，提升了加力燃烧室工作稳定性。
67.本技术第二方面提供了一种与上述方法对应的涡扇发动机自适应调整的加力供油控制装置，主要包括：
68.初始供油控制模块，用于按照指定工作点a的加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
的第一设定倍数进行供油，并开始计时；
69.加力接通供油控制模块，用于确定是否满足加力接通条件，若满足加力接通条件，则在第一设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第二设定倍数，若计时时间到达加力外涵强制供油时间后仍未满足加力接通条件，则在第二设定时间段内控制加力ⅰ区油量线性过渡到设计油量w
fa1
的第三设定倍数。
70.在一些可选实施方式中，所述初始供油控制模块包括：
71.边界确定单元，用于获取经部件仿真分析及部件试验所确定的指定工作点a条件下，加力ⅰ区供油规律设计油量w
fa1
及贫富油边界；
72.比例计算单元，用于计算贫油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
贫油
，及富油边界相对于设计油量w
fa1
的比例k
富油
；
73.第一设定倍数计算单元，用于确定所述第一设定倍数，所述第一设定倍数取自k
贫油
～1之间的任一值。
74.在一些可选实施方式中，所述加力接通供油控制模块包括第一加力接通条件确定单元，用于在由加力燃烧室火焰探测器给出的探测到火焰的信号，且持续时间达到规定值后给出满足加力接通调节的判断，所述规定值取自0s～0.3s。
75.在一些可选实施方式中，所述加力接通供油控制模块包括第二加力接通条件确定单元，用于在计算当前时刻的涡轮后压力与油门杆进入加力域时刻的涡轮后压力的差值；
若所述差值大于设定值，且持续时间达到规定值后给出满足加力接通调节的判断，所述规定值取自0s～0.3s，所述设定值为δp6×k接通
，其中，δp6为加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量，k
接通
取值范围为0.5～1.0。
76.在一些可选实施方式中，所述第二加力接通条件确定单元包括：
77.中间状态喷口面积确定单元，用于在指定工作点a，使用整机性能仿真模型计算在中间状态下，发动机第一喷口面积；
78.第一涡轮后压力确定单元，用于计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量时的第一涡轮后压力；
79.第二涡轮后压力确定单元，用于调整中间状态发动机喷口面积，计算在加力状态下，加力燃烧室供油量达到贫油边界油量，且喷口面积与所述第一喷口面积相等时的第二涡轮后压力；
80.涡轮后压力变化量计算单元，用于由所述第二涡轮后压力与所述第一涡轮后压力的差值确定加力ⅰ区在贫油边界接通时的涡轮后压力变化量。
81.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。