控制面积可变的风扇喷嘴的次级系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及控制面积可变的风扇喷嘴的次级系统和方法。公开了一种用于面积可变的风扇喷嘴(VAFN)的控制系统。所述VAFN具有多个瓣并且可适用于燃气涡轮发动机。所述控制系统可包括：初级系统，所述初级系统被构造成获取指示所述VAFN的运行状态的初级数据；次级系统，所述次级系统被构造成获取指示所述燃气涡轮发动机的当前运行状态的次级数据；以及与所述初级系统和所述次级系统操作性通信的控制模块。所述控制模块可被构造成：至少部分地基于所述初级数据来确定所述VAFN的喷嘴面积，基于所述次级数据来调整被确定的喷嘴面积，以及根据调整的喷嘴面积来定位所述多个瓣。

Secondary system and method of fan nozzle with variable control area

The present invention relates to a secondary system and method for controlling the variable area of the fan nozzle. A control system for variable area fan nozzles (VAFN) is disclosed. The VAFN has a plurality of petals and can be applied to a gas turbine engine. The control system may include: primary system, the primary data of the primary system is configured to obtain operation state indicates that the VAFN system; secondary, secondary data of the secondary system is configured to obtain the current operating state indicates that the gas turbine engine; control module and communication with the primary system and the operation of the secondary system. The control module can be configured to determine the nozzle area of the VAFN at least partly based on the primary data, adjust the area of the nozzle determined based on the secondary data, and locate the plurality of valves according to the adjusted nozzle area.

【技术实现步骤摘要】
控制面积可变的风扇喷嘴的次级系统和方法
本公开大致涉及面积可变的风扇喷嘴，更具体地涉及控制面积可变的风扇喷嘴的喷嘴面积。
技术介绍
旁路涡扇发动机产生两个排气流：核心发动机流和风扇流。核心发动机流在穿过核心发动机之后从核心流喷嘴排出。风扇流穿过由围绕核心发动机和风扇导管的机舱形成的环形通道。这两个流穿过的横截面面积可针对特定运行状态(诸如起飞、爬升、巡航，等)进行优化。包括可移动瓣的面积可变的风扇喷嘴用于扩大或减小风扇流的喷嘴面积，从而分别降低或增加排气速度。
技术实现思路
根据一个方面，公开了一种用于面积可变的风扇喷嘴(VAFN)的控制系统。所述VAFN可具有多个瓣并且可适用于燃气涡轮发动机。所述控制系统可包括：初级系统，所述初级系统被构造成获取指示所述VAFN的运行状态的初级数据；次级系统，所述次级系统被构造成获取指示所述燃气涡轮发动机的当前运行状态的次级数据；以及与所述初级系统和所述次级系统操作性通信的控制模块。所述控制模块可被构造成：至少部分地基于所述初级数据来确定所述VAFN的喷嘴面积，基于所述次级数据来调整被确定的喷嘴面积，以及根据被调整的喷嘴面积来定位所述多个瓣。在一个改进中，所述次级数据可包括指示所述燃气涡轮发动机的背压的数据。在另一改进中，所述次级系统可包括至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的所述背压。在另一改进中，所述至少一个压力传感器可被布置在所述燃气涡轮发动机的核心发动机机舱的后端附近。在另一改进中，所述次级数据可包括指示所述燃气涡轮发动机的风扇叶片应变的数据。在另一改进中，所述次级系统可包括至少一个应变传感器，所述至少一个应变传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的所述风扇叶片应变。在另一改进中，所述至少一个应变传感器可包括光纤应变传感器，所述光纤应变传感器被布置在所述燃气涡轮发动机的风扇叶片上。在另一改进中，所述控制模块可被进一步构造成基于所述次级数据来确定所述燃气涡轮发动机的运行瞬态。在另一改进中，所述控制模块可被进一步构造成发送信号以向飞行器机组成员警告所述运行瞬态。在另一改进中，所述控制模块可被进一步构造成当所述次级数据指示所述运行瞬态时将所述多个瓣移动到故障安全位置。根据另一方面，公开了一种飞行器。所述飞行器可包括：燃气涡轮发动机；安装到所述燃气涡轮发动机的下游端的面积可变的风扇喷嘴(VAFN)，所述VAFN包括多个瓣和构造成移动所述多个瓣的至少一个致动器；以及与所述燃气涡轮发动机和所述VAFN操作性通信的控制系统。所述控制系统可包括：至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的背压；至少一个应变传感器，所述至少一个应变传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的风扇叶片应变；和控制模块，所述控制模块与所述至少一个压力传感器、所述至少一个应变传感器以及构造成获取指示所述VAFN的运行状态的初级数据的初级系统操作性通信。在这方面，所述控制模块可被构造成：至少部分地基于所述初级数据来计算所述VAFN的实时喷嘴面积；至少部分地基于所述实时喷嘴面积和预编程到所述控制模块的存储器中的喷嘴面积的预定表来生成致动器命令；基于确定的背压和确定的风扇叶片应变中的至少一者来修改所述致动器命令；以及向所述VAFN的所述至少一个致动器发送修改的致动器命令以调整所述多个瓣。在一个改进中，所述至少一个压力传感器可包括基于LIDAR的压力传感器或皮托管中的一者。在另一改进中，所述控制模块可经由发动机电子控制装置和VAFN控制单元来实现。在另一改进中，所述控制模块可包括基于模型的控制器，所述基于模型的控制器被构造成当初级数据不可用时估计所述VAFN的喷嘴面积。在另一改进中，所述基于模型的控制器可包括学习算法(learningalgorithm)，所述学习算法基于进入所述发动机电子控制装置的输入来估计所述喷嘴面积。在另一改进中，所述控制模块可被进一步构造成如果来自所述基于模型的控制器的估计喷嘴面积在由所述VAFN控制单元确定的计算喷嘴面积的预定余量之外则确定所述燃气涡轮发动机的运行瞬态。根据另一方面，公开了一种用于控制面积可变的风扇喷嘴(VAFN)的喷嘴面积的方法。所述VAFN可具有多个瓣并且可适用于燃气涡轮发动机，所述方法可包括如下步骤：获取指示所述VAFN的运行状态的初级数据；获取指示所述燃气涡轮发动机的背压和风扇叶片应变的次级数据；基于所述初级数据来计算所述VAFN的所述喷嘴面积；至少部分地基于喷嘴面积的预定表来生成期望喷嘴面积；基于计算喷嘴面积与所述期望喷嘴面积之间的差来产生致动器命令；基于所述次级数据来调整所述致动器命令；以及向所述VAFN发送调整的致动器命令以移动所述多个瓣，计算、生成、产生、调整和发送的步骤由与所述VAFN和所述燃气涡轮发动机关联的控制模块来执行。在一个改进中，所述方法可进一步包括：基于进入所述燃气涡轮发动机的发动机电子控制装置的输入来学习所述VAFN的喷嘴面积，学习步骤由所述控制系统的基于模型的控制器来执行。在另一改进中，所述方法可进一步包括：使用所述次级数据来确定所述燃气涡轮发动机的运行瞬态。在另一改进中，所述方法可进一步包括：当确定所述运行瞬态时向飞行器机组成员警告所述运行瞬态，并将所述VAFN的所述多个瓣移动到故障安全位置。附图说明图1是根据本公开的一个实施方式的燃气涡轮发动机的立体图；图2是图1的燃气涡轮发动机的面积可变的风扇喷嘴(VAFN)的控制系统的示意图；图3是从后向前看的图1的燃气涡轮发动机的VAFN的一部分的立体图；图4是图1的燃气涡轮发动机的风扇区段的立体图；图5是VAFN控制系统的示意图；图6是VAFN控制系统的控制理论图；图7是VAFN控制系统的示意图；图8是VAFN控制系统的示意图；图9是VAFN控制系统的示意图；图10是基于模型的控制器的示意图；以及图11是图示控制VAFN喷嘴面积的示例过程的流程图。虽然本公开容许各种修改和替代构建，但是其某些说明性实施方式将在下面详细示出并描述。本公开不限于所公开的特定实施方式，而是包括所有修改、替代构建及其等同物。具体实施方式现在参考附图，特别参考图1，示出了根据本公开的某些实施方式的发动机20。虽然发动机20被图示为燃气涡轮发动机，但是发动机可以是任何其它类型。应理解的是，发动机20主要出于说明性目的示出，以帮助公开各种实施方式的特征，并且图1没有描绘发动机的所有部件。此外，发动机20被包括在飞行器中并且用于生成推力。然而，发动机20还可被包括在也用于生成动力的陆地、海洋或飞行器应用中。发动机20包括核心流喷嘴22和面积可变的风扇喷嘴(VAFN)24。核心流喷嘴22形成围绕核心发动机(未示出)的核心发动机机舱的下游端。VAFN24被安装到推力反向器套筒28的下游端26或唇缘区。下游端26限定发动机20的下游端。套筒28与核心发动机机舱的至少一部分重叠。发动机20从离开核心流喷嘴22的发动机排气的核心流和离开VAFN24的风扇流两者提供推力。核心流通常具有比风扇流更高的速度。VAFN24包括多个瓣30，瓣30被构造成改变穿过发动机20的风扇导管32的风扇流。瓣30可以是可弹性变形的瓣或可枢转的刚性瓣。在一个示例中，多个瓣30均呈大致梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有多个瓣(30)的面积可变的风扇喷嘴(VAFN)(24)的控制系统(60)，所述VAFN适用于燃气涡轮发动机(20)，所述控制系统包括：初级系统(62)，所述初级系统被构造成获取指示所述VAFN的运行状态的初级数据；次级系统(64)，所述次级系统被构造成获取指示所述燃气涡轮发动机的当前运行状态的次级数据；以及与所述初级系统和所述次级系统操作性通信的控制模块(66)，所述控制模块被构造成：至少部分地基于所述初级数据来确定所述VAFN的喷嘴面积；基于所述次级数据来调整被确定的喷嘴面积；以及根据调整的喷嘴面积来定位所述多个瓣。

【技术特征摘要】
2016.05.31 US 15/169,1551.一种用于具有多个瓣(30)的面积可变的风扇喷嘴(VAFN)(24)的控制系统(60)，所述VAFN适用于燃气涡轮发动机(20)，所述控制系统包括：初级系统(62)，所述初级系统被构造成获取指示所述VAFN的运行状态的初级数据；次级系统(64)，所述次级系统被构造成获取指示所述燃气涡轮发动机的当前运行状态的次级数据；以及与所述初级系统和所述次级系统操作性通信的控制模块(66)，所述控制模块被构造成：至少部分地基于所述初级数据来确定所述VAFN的喷嘴面积；基于所述次级数据来调整被确定的喷嘴面积；以及根据调整的喷嘴面积来定位所述多个瓣。2.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述次级数据包括指示所述燃气涡轮发动机(20)的背压的数据，优选地其中，所述次级系统(64)包括至少一个压力传感器(68)，所述至少一个压力传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的所述背压。3.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述次级数据包括指示所述燃气涡轮发动机(20)的风扇叶片应变的数据，优选地其中，所述次级系统(64)包括至少一个风扇叶片应变传感器(70)，所述至少一个风扇叶片应变传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的所述风扇叶片应变。4.根据权利要求3所述的控制系统(60)，其中，所述至少一个风扇叶片应变传感器(70)包括光纤应变传感器，所述光纤应变传感器被布置在所述燃气涡轮发动机(20)的风扇叶片(74)上。5.根据权利要求1所述的控制系统(60)，其中，所述控制模块(66)被进一步构造成基于所述次级数据来确定所述燃气涡轮发动机(20)的运行瞬态，优选地其中，所述控制模块被进一步构造成当所述次级数据指示所述运行瞬态时将所述多个瓣(30)移动到故障安全位置。6.一种飞行器，所述飞行器包括：燃气涡轮发动机(20)；安装到所述燃气涡轮发动机的下游端(26)的面积可变的风扇喷嘴(VAFN)(24)，所述VAFN包括多个瓣(30)和构造成移动所述多个瓣的至少一个致动器(44，46)；以及与所述燃气涡轮发动机和所述VAFN操作性通信的根据权利要求1至5中的任一项所述的控制系统(60)，其中：所述次级系统(64)包括：至少一个压力传感器(68)，所述至少一个压力传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的背压；和至少一个风扇叶片应变传感器(70)，所述至少一个风扇叶片应变传感器被构造成确定所述燃气涡轮发动机的风扇叶片应变；和控制模...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·亚茨科夫斯基，K·E·卡尔诺夫斯基，D·W·福奇，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US