產生定位點信號的方法和裝置的製作方法

2023-05-19 05:24:31

專利名稱：產生定位點信號的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪引擎的一般領域。其以優選但非限定的方式應用於航空領域。
背景技術：
更具體說，本發明涉及一種產生用於控制例如渦輪噴氣發動機的渦輪引擎中的燃料調節裝置的伺服控制閉合電路中的定位點信號的方法和裝置。通常，定位點信號為表示將由ー計量裝置提供到渦輪引擎的燃燒室的燃料噴射系統的燃料主體流速的信號。眾所周知，渦輪引擎的燃料計量裝置具有閥，也指燃料計量閥(FMV)，該閥的位置與將噴射到燃燒室中的燃料流速成比例，只要橫越該閥的壓差保持恆定。將噴射到燃燒室中的燃料主體流速的估值由渦輪引擎電腦進行估算，該估值以定 位點信號的形式提供到該計量裝置。常規的用於以由該電腦所提供的估計主體流速為基礎鑑別該閥位置的一項技術如下。在被移動時，該閥以較大或較小的程度阻隔通過該計量裝置的燃料流動截面S。該截面S還指該計量裝置的孔徑區域，其較容易地表達為該閥位置的函數。以已知的方式，此區域S與燃料的體積流速成比例。這通過取得由該電腦所提供的質量流速定位點信號，並將其通過該計量裝置根據燃料流動密度(每單元體積的質量)進行劃分而獲得。該燃料的密度通常假定為貫穿該渦輪引擎的機構是恆定的，並被預先確定。可惜的是，該假定並未考慮在該渦輪引擎工作時該所使用燃料的特性的任何可能的變化或燃料溫度的任何變化。其結果是這導致對該計量裝置的閥的位置的估值不準。因此存在對無上述缺點的困擾，能夠準確測量提供到渦輪引擎的燃料，特別是生成準確伺服控制該計量裝置的定位點信號的技術的需求。文獻US 5 305 597提供ー種生成該計量裝置的定位點信號的方法，該方法使用由噴射到燃燒室中的流速的流量計傳遞的測量值。該測量值用於估計與該燃料的瞬時密度成比例的校正信號。該校正信號用於調節基於該計量裝置的閥的位置而估計的質量流速定位點信號。無論何時基於預先定義的標準進行更新，都可以確定該由流量計所傳遞的測量足夠準確，即通常所測量的流速足夠大並變化很少。

發明內容
本發明提出一種作為文獻US 5 305 597所描述方法的備選的方法，其用於改善燃料在渦輪引擎中被計量的準確性。在第一方面，本發明提供ー種用於產生表示燃料流速的定位點信號的產生方法，其中具有滑閥的燃料計量裝置將該燃料提供至將燃料噴射到渦輪引擎的燃燒室中的系統，該計量裝置的閥的位置基於該定位點信號而確定，所述方法包括 獲得由流量計所傳遞的表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的測量值的第一信號的步驟； 基於該計量裝置的閥的位置的測量值估算表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的第二信號的步驟； 通過將該流量計的ー數字模型應用到該第二信號來估計由該流量計所傳遞的表示該測量值的第三信號的步驟； 通過將ー補償信號増加到所述第一信號而產生該定位點信號的步驟，其中該補償信號通過從第二信號減去第三信號而獲得。對應地，本發明還提供ー種用於產生表示燃料流速的定位點信號的產生裝置，一具有滑閥的燃料計量裝置將提供所述燃料至一渦輪引擎中的燃燒室的燃料噴射系統，該計量裝置的閥的位置由該定位點信號而確定，所述裝置包括 用於獲得表示由噴射到燃燒室中的燃料流速的流量計所傳遞的測量值的第一信號的工具； 用於基於該計量裝置的閥的位置的測量值估算表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的第二信號的工具； 用於通過將該流量計的ー數字模型應用到該第二信號來估計表示由該流量計所傳遞的測量值的第三信號的工具；以及 用於通過將ー補償信號増加到所述第一信號而產生該定位點信號的工具，其中該補償信號通過從第二信號減去第三信號而獲得。這樣，本發明建議合併兩個信號以改善燃料在渦輪引擎中被計量的準確性，即第一基於所述計量裝置的閥的位置而產生的信號(即通常用於調節燃料流速的信號)，和第ニ由一適於測量噴射到燃燒室中的燃料的流速的流量計所傳遞的信號。在例中，該流量計為一例如為扭矩計的重量流量計(WFM),或它是一容積流量計,二者自身已知。優選選擇ー能夠準確測量從那穿過的燃料的流速的絕對值(即準確值)的流量計，以補償基於該計量裝置的閥的位置所獲得的信號的絕對值的準確性方面的不足。相反，應觀察到，該流量計無需具有短的時間常數。以已知的方式，ー傳感器的時間常數表徵其反應時間，即慣性。此慣性引起在當該傳感器執行測量的時刻與當該傳感器響應於該測量值而傳送一信號的時刻之間的時間偏移量。該由所述計量裝置的閥的位置獲得的信號的相對值是準確的(即隨著時間的過去它準確表示燃料流速的動態變化)，因此其可有利地用於補償該流量計的慣性。這樣，本發明使得可結合來自該流量計的測量值與來自該計量裝置的測量值的優點。該流量計優選位於緊靠該計量裝置的閥的位置，與之串聯，以使流經該計量裝置的閥的燃料流與穿過該流量計的燃料流都在大致相同的溫度。這改善了根據本發明所產生的定位點信號的準確性。在一種變化中，溫度差可合併到用於估計所述第三信號的該流量計的數字模型中。與由該計量裝置所進行的測量相比，使用根據本發明的流量計產生冗餘，從而可改進定位點信號的準確性。該計量裝置在準確性方面的約束因此可放鬆，從而使得可減少與安裝到該渦輪引擎上的設備相聯繫的成本。
定位點信號準確性的改進，其結果是，所計量的燃料噴射到燃燒室中的準確性也得到改進，具有不可忽視的各種優點。對於一渦輪噴氣發動機，這些優點具體為·高壓壓縮機易於設計；·高壓壓縮機的壽命增加，因此該渦輪噴氣發動機的工作範圍關於其泵送和廢棄限制也增加；·該流量計可用於探測在該計量裝置出口處與對於該計量裝置不可測的不同幾何形狀相聯繫的幹擾；·放鬆對於該計量裝置的認證限制；·改進高壓壓縮機的效率；
·等等。 在本發明的一具體實施例中·所述第一信號為步的形式，並由一適於在被增加到所述補償信號之前平滑所述步的低通數字濾波器所過濾；以及 所述第三信號在從第二信號被減去以形成所述補償信號之前由一低通數字濾波器所過濾。對應地，在此實施例中，所述第一信號為一帶有步的波形，所述產生裝置進一步包括適於平滑第一信號和與該第一信號相似的第二信號的步的第一低通數字濾波器，所述第一信號在被增加到所述補償信號之前被所述第一濾波器過濾，所述第三信號在被從該第二信號中減去以形成所述補償信號之前被所述第二濾波器過濾。這樣，本發明使得可考慮該流量計的具體特徵，特別是其所傳遞的信號，即在此例中以步為形式的信號的特徵。扭矩計為傳送步信號的流量計的一個例子。然而，假設使用適于波形信號的數字濾波器，本發明還應用其他類型的信號(因此應用其他類型的流量計)。使數字濾波器適應於所述信號的波形並不使其自身具有對於本領域技術人員的任何困難。該第一數字濾波器的時間常數被選擇為足夠長，以使所述步可被平滑，同時限制過濾輸出的結果信號的振蕩。由做此選擇所導致的由所述第一濾波器所產生的延遲在本發明中通過利用一與該第一濾波器相似的濾波器而在所述第三信號被從第二信號減去以形成所述補償信號之前過濾該第三信號而得到補償。在第二方面，本發明提供一種將定位點信號提供至在渦輪引擎中一具有滑閥的燃料計量裝置的提供方法，該計量裝置的閥的位置由所述定位點信號確定，所述方法包括·通過使用根據本發明的產生方法而產生一第一定位點信號的步驟；·如果該第一定位點信號大於一預定閾值，將該第一第一定位點信號提供至所述燃料計量裝置的步驟；·否則，向該燃料計量裝置提供一至少從所述第二信號獲得的第二定位點信號的步驟。相應地，本發明還提供一種用於將一定位點信號提供至渦輪引擎中具有滑閥的燃料計量裝置的提供系統，所述計量裝置的閥的位置由所述定位點信號確定，所述系統包括·用於根據本發明產生一第一定位點信號的產生裝置；
·用於將該第一定位點信號與一預定閾值相比較的比較器工具；和·用於向該燃料計量裝置提供信號的工具，所提供的信號為·如果所述第一定位點信號大於所述閾值，則提供所述第一定位點信號；或·否則提供由至少所述第二信號獲得的第二定位點信號。
這樣具體為，本發明使得可在從所述流量計穿過的燃料流速過小時，通過轉換到一基於該計量裝置的閥的位置而產生的定位點信號而補償該流量計的不準確性。在例中，當所述第一定位點信號小於該預定閾值時，所述提供給燃料計量裝置的第二定位點信號可由該第二信號與該第一定位點信號的結合產生。此結合具體可以是一線性結合或者是一更複雜或基於多詞學名的結合。優選地，選擇提供在第二定位點信號與第一定位點信號之間漸進轉變的結合，以避免自身已知的渦輪引擎的泵吸現象。在第三方面，本發明還提供一種渦輪引擎，該渦輪引擎包括根據本發明用於為一具有閥的燃料計量裝置提供定位點信號的系統。


參照顯示非限定性實施例的附圖，本發明可被更好地理解，以下描述呈現出本發明的其他特徵與優點。在所述附圖中圖I是顯示本發明用於向渦輪引擎中的燃料計量裝置提供定位點信號的提供系統，連同在一具體實施例中用於根據本發明提供定位點信號的提供方法的主要步驟的示意圖；圖2顯示根據本發明的用於在一具體實施例中產生一定位點信號的產生裝置，在該實施例中，所述裝置被合併到圖I所示的提供系統中，並且還顯示根據本發明的用於產生一定位點信號的產生方法的主要步驟；和圖3顯示由例如用於圖2的產生裝置中的流量計的流量計所傳送的信號連同過濾後所獲得的信號的一個例子。
具體實施例方式圖I顯示，在其環境中，一用於向一燃料計量裝置2提供定位點信號的系統1，其中該燃料計量裝置2用於一推動飛機(未示出)的渦輪噴氣發動機，特別是本發明中的實施例。然而，此情況並非限定，本發明同樣可應用於例如渦輪螺旋槳發動機的其他渦輪引擎，並應用到其他類型的飛機。以已知的方式，該燃料計量裝置2，經常稱作「計量單元」，用於調節來自飛機的燃料迴路3，並由燃料噴射器系統4傳送到渦輪噴氣發動機(未示出)的燃燒室的燃料的量。為此，單元2被提供以滑閥2A或「燃料計量閥」(FMV)，其位置作為燃料噴射到燃燒室的流速的函數而變化。在被移動的情況下，該閥阻隔燃料流動截面，附圖標記為S，也指該計量裝置的孔徑區域。應當觀察到，區域S與該閥的位置之間的關係自身是已知的，在此不做更多描述。區域S與噴射到燃燒室中的燃料的容積流速Qv成比例，即
Qy = KS其中K代表一常數，Λ P為該計量單元2中存在於閥2A兩端的壓差。此壓差通過自身已知的調節閥2Β保持恆定。該容積流速Qv通過以燃料流經該計量裝置的密度P劃分質量流速而獲得。該密度P在此例中假定為常數。質量流速Qm以定位點信號C的形式經伺服-控制迴路(未示出)由系統I傳送到該計量單元2。在此例中該系統I併入到該渦輪噴氣發動機的電腦中。根據本發明，為了估算應提供給所述計量單元的定位點信號C，該供應系統I分兩個階段動作。在第一階段中，其在各取樣瞬間動作，以第一基於由位置傳感器5所傳遞的閥2Α的位置的測量值Μ，第二基於表示由重量流量計(WFM) 6所傳遞的噴射到燃燒室中的燃料的流速的測量信號SI，來估算第一定位點信號Cl。在例中，位置傳感器5為對本領域技術人員已知的線性可變差動變壓器(LVDT)。測量值M於是由同樣已知的轉換器7轉換為表示質量流速的信號S2。信號SI和S2分別構成本發明意義的第一信號和第二信號。WFM 6具有記為τ 6的時間常數。在此例中，其在極其接近處與計量單元2串聯連接。其結果是，當燃料穿過計量單元2時和當燃料穿過WFM 6時，燃料的溫度大致相同。由於WFM構成對本領域普通技術人員已知的設備，其操作在此不做更多描述。定位點信號Cl基於信號SI和S2由根據本發明的在下文中參照附圖2更詳細描述的系統I的產生裝置8產生。
在第二階段中，系統I確定定位點信號Cl是否足以準確以經所述伺服-控制迴路送到計量單元2。在低於一定流速的情況下，由於WFM 6自身的慣性，WFM 6比計量裝置2在估計噴射到燃燒室中的流速上準確性差一些。這樣，通過一已知的比較器9，定位點信號Cl與一閾值THR進行比較。在此例中，如果信號Cl大於該閾值THR，則該比較器9在高電平(數字「I」)發布一記載為α的信號，否則的話則在低電平(數字「O」)。該比較器用於探測低燃料流速，在該流速，WFM 5的準確性不足，無法獲得噴射到燃燒室4中的質量流速的可靠測量值。該閾值THR被預定(例如THR = 450千克每小時(kg/h))，並作為準確性與流量計6的時間常數的函數進行選擇。在當前所描述的例子中，如果信號α等於1，則系統I將由裝置8所估算的信號Cl提供給計量單元作為其定位點信號C。相反，如果信號a等於0，則系統I將由位置傳感器5和轉換器7所傳送的信號S2作為定位點信號C提供。在此例中，此操作利用以下設備執行·適於從/[目號Cl減去/[目號S2的減法器兀件10 ；·適於將來自該減法器元件的信號乘以信號a的乘法器元件11 ;和·適於將信號S2加入到來自乘法器元件11的信號的加法器元件12。應當觀察到，在當前所描述的例子中，由系統I所提供的定位點信號C是由裝置8所產生的定位點信號Cl，或者是信號S2。在一變化方式中，系統I可根據信號S2和作為定位點信號C的信號Cl的結合而提供給計量單元2。
該結合具體可以是信號Cl和S2的線性結合。為此，比較器9例如可傳送一真實信號α，即其具有一由信號Cl與該閾值THR之間的差而定的值。這用來提供由轉換器7所傳送的信號S2至由裝置8所產生的信號Cl的過渡，該過渡隨著噴射到燃燒室內的燃料流速的增加而逐漸發生。在一種變化情況中，可使用其他裝置來加重信號Cl與S2合併的方式，例如使用級別大於I的濾波器。參見圖2，以下是通過裝置8實現並導致定位點信號Cl產生的主要步驟的描述。如上所述，根據本發明，為了產生定位點信號Cl，裝置8首先使用由流量計所傳遞的信號SI，第二使用由轉換器7所傳遞並基於閥2Α的位置M所估算的信號S2。在此例中，由流量計6所傳遞的信號SI為如圖3中所示的步的形式。
為了使其能夠用於產生定位點信號Cl，信號SI由適於平滑信號SI的低通數字濾波器8Α來過濾，換句話說是消除其步。為此，其時間常數τ選擇為足夠高。該時間常數通過實驗確定該時間常數選擇為在過濾後能夠平滑所獲得的信號的最小值(優選小於1000秒的常數)。應觀察到，如果時間常數過長，儘管對系統的穩定性無影響，但可通過使定位點信號Cl的值朝向信號S2的值會聚而導致定位點信號Cl的值錯誤。在濾波器8Α輸出處所獲得的信號記為SI』。為了指示，圖3顯示在過濾在同一圖中所顯示的信號SI後所獲得的信號SI，，該信號Si，使用被選擇以消除來自該信號SI的步的低通數字濾波器來獲得。與應用到信號SI的過程並列，信號S2作為一數字模型模塊SB的輸入提供。該模塊8Β適於模擬當由信號S2所表示的燃料流穿過時由流量計6在理論上測量的燃料流速。該由模塊8Β模擬並表示由流量計6所測量的燃料流速的信號記為S3。該模塊SB依賴流量計6的機械元件的數字模型，其尤其考慮其時間常數τ 6。在此例中，該時間常數τ6假定為恆定的並等於由該流量計的製造商所提供的時間常數。應觀察到，這樣的數字模型是已知的，在此不做更詳細的描述。由於模塊SB模擬流量計6，因此其遵循被模擬的信號S3同樣為階梯式信號，與信號SI的形式相同。因此，提供一與數字濾波器8Α相似的低通數字濾波器SC (尤其是具有相同的時間常數τ)，以平滑所述階梯信號。在當前所描述的例子中，濾波器8Α和SC是相同的。在濾波器SC的輸出處所獲得的被平滑後的信號S3』隨後被提供給一減法器元件8D，該減法器元件8D適於從信號S2中減去該信號S3』。作為此減法操作結果的信號S4隨後利用一加法器元件SE增加到由濾波器8Α所發布的信號SI』，以形成該定位點信號Cl。信號S4為本發明意義上的補償信號。
權利要求
1.ー種用於產生表示燃料流速的定位點信號(Cl)的產生方法，具有滑閥的燃料計量裝置(2)將該燃料供應至用於將燃料噴射到渦輪引擎的燃燒室中的系統(4)，該計量裝置的閥(2A)的位置基於該定位點信號來確定，所述方法包括 獲得由流量計(6)所傳遞的表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的測量值的第一信號(SI)的步驟； 基於該計量裝置(2)的閥(2A)的位置的測量值(M)估算表示噴射到該燃燒室中的燃料的流速的第二信號(S2)的步驟； 通過將該流量計的ー數字模型(8B)應用到所述第二信號(S2)來估計由該流量計(6)所傳遞的表示該測量值的第三信號(S3)的步驟； 通過將ー補償信號(S4)増加到所述第一信號(SI)而產生該定位點信號(Cl)的步驟，該補償信號通過從所述第二信號減去所述第三信號而獲得。
2.根據權利要求I所述的產生方法，其中 所述第一信號(SI)為步的形式，並由ー適於在被増加到所述補償信號(S4)之前平滑所述步的低通數字濾波器(M)所過濾；以及 所述第三信號(S3)在從所述第二信號被減去以形成所述補償信號(S4)之前由一低通數字濾波器(8B)所過濾。
3.ー種將定位點信號(C)提供至在渦輪引擎中具有滑閥的燃料計量裝置(2)的提供方法，該計量裝置的閥(2A)的位置由所述定位點信號確定，所述方法包括 通過使用根據權利要求I或2的產生方法來產生ー第一定位點信號(Cl)的步驟； 如果該第一定位點信號(Cl)大於ー預定閾值(THR)，則將該第一第一定位點信號(Cl)提供至所述燃料計量裝置(2)的步驟； 否則，向該燃料計量裝置(2)提供一至少從所述第二信號(S2)獲得的第二定位點信號的步驟。
4.根據權利要求3所述的提供方法，其中，當所述第一定位點信號(Cl)小於所述預定閾值(THR)時，所述提供給該燃料計量裝置的第二定位點信號由所述第二信號(S2)與所述第一定位點信號(Cl)之間的結合而產生。
5.ー種用於產生表示燃料流速的定位點信號的產生裝置(8)，一具有滑閥的燃料計量裝置(2)將所述燃料供應至ー渦輪引擎中的燃燒室的燃料噴射系統(4)，該計量裝置的閥(2A)的位置由該定位點信號(C)來確定，所述裝置包括 用於獲得表示由噴射到燃燒室中的燃料流速的流量計所傳遞的測量值的第一信號(SI)的工具； 用於基於該計量裝置的閥(2A)的位置的測量值(M)來估算表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的第二信號(S2)的工具(5，7)； 用於通過將該流量計的ー數字模型(8B)應用到所述第二信號(S2)來估計表示由所述流量計所傳遞的測量值的第三信號(S3)的工具；以及 用於通過將ー補償信號(S4)増加到所述第一信號(SI)而產生所述定位點信號(Cl)的工具(SE)，其中所述補償信號通過從所述第二信號(S2)減去所述第三信號(S3)而獲得。
6.根據權利要求5所述的產生裝置(8)，其中，所述第一信號(SI)為一具有步的波形，所述產生裝置進ー步包括適於平滑所述第一信號的步的第一低通數字濾波器(M)和與所述第一濾波器相似的第二數字濾波器(8C)，所述第一信號在被増加到所述補償信號之前被所述第一濾波器過濾，所述第三信號在被從所述第二信號中減去以形成所述補償信號之前被所述第二濾波器過濾。
7.ー種用於將一定位點信號提供至渦輪引擎中具有滑閥的燃料計量裝置(2)的提供系統(I)，所述計量裝置的閥(2A)的位置由所述定位點信號確定，所述系統包括 用於根據權利要求5或6產生ー第一定位點信號(Cl)的產生裝置(8)； 用於將該第一定位點信號與ー預定閾值(THR)相比較的比較器工具(9);和 用於向該燃料計量裝置提供信號的工具，所提供的信號為 如果所述第一定位點信號(Cl)大於所述預定閾值，則提供所述第一定位點信號(Cl);否則 提供由至少所述第二信號(S2)獲得的第二定位點信號。
8.ー種渦輪引擎，該渦輪引擎包括根據權利要求7所述的用於將定位點信號提供給具有閥的燃料計量裝置的系統(I)。
全文摘要
定位點信號(C1)表示燃料流速，具有滑閥的計量單元(2)將該燃料供應至渦輪引擎中的燃燒室的燃料噴射系統(4)，該閥(2A)的位置取決於該定位點信號。所述方法包括獲得由流量計(6)所傳遞的表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的測量值的第一信號(S1)；基於該閥的位置的測量值(M)估算表示噴射到燃燒室中的燃料的流速的第二信號(S2)；通過將該流量計的一數字模型應用到所述第二信號來估計由該流量計所傳遞的表示該測量值的第三信號(S3)；和通過將一補償信號增加到所述第一信號而產生該定位點信號，該補償信號通過從所述第二信號減去所述第三信號而獲得。
文檔編號F02C9/26GK102844547SQ201180019279
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月12日 優先權日2010年4月15日
發明者布魯諾·羅伯特·加裡, 亞歷山德拉·裡烏, 塞德裡克·德傑拉希 申請人:斯奈克瑪