涡轴发动机气动调节系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种涡轴发动机气动调节系统及其控制方法。所述涡轴发动机气动调节系统包括：压气机；粒子分离器，其内流道壁上设置有第一引气口；第一气调流路，其一端与压气机相连通，另一端与第一引气口相连通，第一气调流路适于调节导入气流流道内的压缩空气的流量以调节粒子分离器的流场；动力涡轮导叶，其上开设有第二引气口；第二气调流路，其一端与压气机相连通，另一端与第二引气口相连通，第二气调流路适于调节导入动力涡轮叶间通道内的压缩空气的流量以调节动力涡轮的流函数。本发明专利技术提供的涡轴发动机气动调节系统，能够根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性，提高发动机性能和环境适应能力。和环境适应能力。和环境适应能力。

【技术实现步骤摘要】
涡轴发动机气动调节系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃气涡轮发动机
，具体涉及一种涡轴发动机气动调节系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]航空燃气涡轮轴发动机简称涡轴发动机，是各类先进武装直升机的动力系统的主要组成部分。在结构组成方面，涡轴发动机与涡喷/涡扇发动机类似，包括压气机、燃烧室、涡轮和附件传动装置等主要组成部分，不同之处在于，涡轴发动机包含恒转速调节的动力涡轮，一般带有粒子分离器过滤砂尘。
[0003]现有的涡轴发动机的部件特性设计及控制技术一般都是基于非主动控制的思想，不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，部件采取折衷设计以满足一定工作范围下的安全性和性能水平要求。其中，粒子分离器虽然具有砂尘分离效果，但是带来进气损失较大，降低了发动机输出功率达2％
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3％，造成大部分场景下带来额外的进气损失，使得飞行器航程缩短；高速直升机或者倾转旋翼要求输出动力涡轮转速降低20％以上，常规的动力涡轮设计，由于不同飞行状态下，输出轴转速变化，导致的动力涡轮流量及工作点适应性问题，使得动力涡轮非设计点效率下降到5％以上，发动机输出功率损失达5％以上，全包线耗油率增加，严重影响了配装涡轴发动机的飞行器航程航时，综上所述，现有的涡轴发动机不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，发动机性能和环境适应能力较弱。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中现有的涡轴发动机不具备根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性的能力，发动机性能和环境适应能力较弱的缺陷，从而提供一种能够根据飞行状态和环境因素的改变而主动调整部件特性，提高发动机性能和环境适应能力的涡轴发动机气动调节系统及其控制方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的涡轴发动机气动调节系统，包括：
[0006]压气机；
[0007]粒子分离器，包括内流道壁和外流道壁，所述内流道壁和所述外流道壁之间间隔形成气流流道；所述内流道壁上沿径向设置有第一引气口，所述第一引气口适于将压气机的压缩空气沿径向导入所述气流流道内；
[0008]第一气调流路，其一端与所述压气机相连通，另一端与所述第一引气口相连通，所述第一气调流路适于调节沿径向导入所述气流流道内的压缩空气的流量，以调节所述粒子分离器的流场；
[0009]动力涡轮导叶，其上开设有第二引气口，所述第二引气口适于将压气机的压缩空气导入动力涡轮叶间通道内；
[0010]第二气调流路，其一端与所述压气机相连通，另一端与所述第二引气口相连通，所
述第二气调流路适于调节导入所述动力涡轮叶间通道内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数。
[0011]可选的，所述涡轴发动机气动调节系统还包括砂尘浓度监测模块，所述砂尘浓度监测模块内置于所述气流流道内靠近所述粒子分离器的空气进口的一端，所述砂尘浓度监测模块适于实时监测由所述空气进口进入至所述气流流道内的砂尘浓度。
[0012]可选的，所述第一气调流路上设置有第一阀门，所述第一阀门与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接；所述第一阀门适于根据所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路内的压缩空气的流量；
[0013]所述第二气调流路上设置有第二阀门，所述第二阀门与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接；所述第二阀门的通流面积连续可调，所述第二阀门适于根据所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度调节所述第二气调流路内的压缩空气的流量。
[0014]可选的，所述粒子分离器的气流流道在分流唇口处分流形成清除流通道和主气流通道；
[0015]所述涡轴发动机气动调节系统还包括鼓风机，所述鼓风机设置于所述清除流通道沿气流流向远离所述分流唇口的一端；所述鼓风机与所述砂尘浓度监测模块电连接和/或通信连接，所述鼓风机的电机功率大小与所述砂尘浓度监测模块所感知的砂尘浓度大小成正相关。
[0016]可选的，所述涡轴发动机气动调节系统还包括涡轮转速监测模块，所述涡轮转速监测模块适于实时监测动力涡轮的转速；所述涡轮转速监测模块与所述第二阀门电连接和/或通信连接，所述第二阀门的通流面积大小与所述涡轮转速监测模块所感知的动力涡轮的转速大小成负相关。
[0017]本专利技术提供的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，应用于如上述所述的涡轴发动机气动调节系统，其中所述涡轴发动机气动调节系统包括压气机、粒子分离器、动力涡轮导叶、第一气调流路、第二气调流路和鼓风机，其中，所述粒子分离器的气流流道内设置有砂尘浓度监测模块，动力涡轮的转速由涡轮转速监测模块实时监测，所述第一气调流路上设置有第一阀门，所述第二气调流路上设置有第二阀门，所述涡轴发动机气动调节系统的控制方法包括：
[0018]接收发动机的运行状态；
[0019]基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块获取进入至气流流道内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块获取动力涡轮的实时转速；
[0020]基于所述砂尘浓度调节第一阀门的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门的通流面积大小。
[0021]可选的，当发动机处于高砂尘防护模式时，控制第一阀门开启，以将压缩空气沿径向导入所述气流流道内，同时将鼓风机的电机功率调至最大；
[0022]当发动机处于最大功率模式时，控制第一阀门关闭，降低鼓风机的电机功率，同时将第二阀门的通流面积调至最大；
[0023]当发动机处于最低油耗模式时，控制第一阀门关闭，降低鼓风机的电机功率，同时根据动力涡轮转速变化调节第二阀门的通流面积大小。
[0024]本专利技术还提供一种涡轴发动机气动调节系统的控制装置，应用于如上述所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法，所述涡轴发动机气动调节系统的控制装置包括：
[0025]接收模块，用于接收发动机的运行状态；
[0026]控制模块，用于基于所述运行状态控制砂尘浓度监测模块获取进入至气流流道内的砂尘浓度，基于所述运行状态控制涡轮转速监测模块获取动力涡轮的实时转速；
[0027]发送模块，用于基于所述砂尘浓度调节第一阀门的启闭和/或通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节第二阀门的通流面积大小，基于所述砂尘浓度调节鼓风机的电机功率大小，基于所述实时转速调节第二阀门的通流面积大小。
[0028]本专利技术还提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如上述所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法。
[0029]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上述所述的涡轴发动机气动调节系统的控制方法。
[0030]本专利技术技术方案，具有如下优点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，包括：压气机(10)；粒子分离器(20)，包括内流道壁(21)和外流道壁(22)，所述内流道壁(21)和所述外流道壁(22)之间间隔形成气流流道(23)；所述内流道壁(21)上沿径向设置有第一引气口(24)，所述第一引气口(24)适于将压气机(10)的压缩空气沿径向导入所述气流流道(23)内；第一气调流路(11)，其一端与所述压气机(10)相连通，另一端与所述第一引气口(24)相连通，所述第一气调流路(11)适于调节沿径向导入所述气流流道(23)内的压缩空气的流量，以调节所述粒子分离器(20)的流场；动力涡轮导叶(30)，其上开设有第二引气口(31)，所述第二引气口(31)适于将压气机(10)的压缩空气导入动力涡轮叶间通道(300)内；第二气调流路(12)，其一端与所述压气机(10)相连通，另一端与所述第二引气口(31)相连通，所述第二气调流路(12)适于调节导入所述动力涡轮叶间通道(300)内的压缩空气的流量，以调节动力涡轮的流函数。2.根据权利要求1所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述涡轴发动机气动调节系统还包括砂尘浓度监测模块(40)，所述砂尘浓度监测模块(40)内置于所述气流流道(23)内靠近所述粒子分离器(20)的空气进口的一端，所述砂尘浓度监测模块(40)适于实时监测由所述空气进口进入至所述气流流道(23)内的砂尘浓度。3.根据权利要求2所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述第一气调流路(11)上设置有第一阀门(110)，所述第一阀门(110)与所述砂尘浓度监测模块(40)电连接和/或通信连接；所述第一阀门(110)适于根据所述砂尘浓度监测模块(40)所感知的砂尘浓度调节所述第一气调流路(11)内的压缩空气的流量；所述第二气调流路(12)上设置有第二阀门(120)，所述第二阀门(120)与所述砂尘浓度监测模块(40)电连接和/或通信连接；所述第二阀门(120)的通流面积连续可调，所述第二阀门(120)适于根据所述砂尘浓度监测模块(40)所感知的砂尘浓度调节所述第二气调流路(12)内的压缩空气的流量。4.根据权利要求2所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述粒子分离器(20)的气流流道(23)在分流唇口(230)处分流形成清除流通道(231)和主气流通道(232)；所述涡轴发动机气动调节系统还包括鼓风机(50)，所述鼓风机(50)设置于所述清除流通道(231)沿气流流向远离所述分流唇口(230)的一端；所述鼓风机(50)与所述砂尘浓度监测模块(40)电连接和/或通信连接，所述鼓风机(50)的电机功率大小与所述砂尘浓度监测模块(40)所感知的砂尘浓度大小成正相关。5.根据权利要求3所述的涡轴发动机气动调节系统，其特征在于，所述涡轴发动机气动调节系统还包括涡轮转速监测模块(60)，所述涡轮转速监测模块(60)适于实时监测动力涡轮的转速；所述涡轮转速监测模块(60)与所述第二阀门(120)电连接和/或通信连接，所述第二阀门(120)的通流面积大小与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王召广，欧阳玉清，李维，乔有慰，张鑫，张伟锋，李定乃，牛佳佳，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：