JP4523693B2 - 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
航空機用エンジンの制御装置にあっては、一般に、タービン回転数が、操縦者から要求される推力を実現する目標値に一致するようにガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する定常モード制御系(あるいは推力制御系)と、タービン回転数の加減速率に基づいて燃料流量の指令値を演算する加減速モード制御系などの非定常モード制御系を並列して配置すると共に、演算された指令値の最小値あるいは最大値を選択し、選択した指令値に基づいて燃料流量を決定している。その例として、防技本技報 6307号(1992年)「高性能エンジン制御装置(その2)の研究試作概要」を挙げることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術においては、演算された指令値の最小値あるいは最大値を選択、換言すれば、制御モードを切り替えるとき、切り替えられた制御系において積分器をリセットする必要があって複雑なアルゴリズムを必要とすると共に、リセットすることによって制御ハンチングを生じる場合があった。
【0004】
図12を参照して説明すると、同図(a)は従来技術における定常モード制御系の動作を示すブロック図である。従来技術における定常モード制御系の動作にあっては、検出されたタービン回転数N1と操縦者要求推力を実現する目標回転数N1comの偏差が減少するように、ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量(より詳しくはその指令値)Wfが演算される。
【0005】
この従来技術に係る制御系においては、一般に、図12(a)に示す如く、検出されたタービン回転数N1と操縦者要求推力を実現する目標回転数N1comの偏差が減少するように、比例要素KP と積分要素1/S(S:ラプラス演算子)を用い(あるいはさらに微分要素を用い)、操作量Wf(より詳しくはタービン回転数N1に基づく操作量Wfn1)が演算される。
【0006】
尚、図示の例では、予め設定されたエンジンモデルに基づいて操作量を算出する、即ち、プラントの伝達関数が与えられたとき、閉ループ伝達関数がモデルに部分的に一致するように操作量を演算する(部分)モデルマッチング手法を利用して操作量を算出している。
【0007】
図12(a)に示す従来技術にあっては、例えば加減速モード制御系などの非定常モード制御系に切り替えるとき、積分器(1/S)をリセットする必要があって複雑なアルゴリズムを必要とすると共に、リセットすることによって制御ハンチングを生じる不都合があった。
【0008】
従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、複数の制御系が並列に配置されたガスタービン・エンジンの制御装置において、制御モードが切り替えられるとき、積分器リセットを不要としてアルゴリズムを簡素化するようにした航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1項にあっては、少なくとも1個のタービンを有する航空機用ガスタービン・エンジンにおいて、少なくともタービン回転数を含む前記ガスタービン・エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段、前記ガスタービン・エンジンに対して操縦者から要求される操縦者要求推力を検出する操縦者要求推力検出手段、少なくとも前記検出されたタービン回転数と前記検出された操縦者要求推力を実現する目標タービン回転数の偏差が減少するように、少なくとも積分要素を用いて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する定常モード制御系、前記検出されたタービン回転数の加減速率と目標加減速率の偏差が減少するように、少なくとも積分要素を用いて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する加減速モード制御系を少なくとも含む非定常モード制御系、前記定常モード制御系によって演算された指令値と前記加減速モード制御系によって演算された指令値のいずれかを選択する指令値選択手段、前記選択された指令値に基づいて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量を演算する燃料流量演算手段、および前記演算された燃料流量に基づいて前記ガスタービン・エンジンに燃料を供給する燃料供給手段を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記定常モード制御系および非定常モード制御系で用いられる積分要素を除去すると共に、前記燃料流量演算手段に積分要素を配置し、よって前記燃料流量演算手段は、前記積分要素を用いて前記選択された指令値に基づいて前記燃料流量を演算するように構成し、さらに前記加減速モード制御系において、前記検出されたタービン回転数に応じたスケジュール値を加算するように構成した。
【0010】
定常モード制御系などで用いられる積分要素を除去すると共に、燃料流量演算手段に積分要素を配置し、その積分要素を用いて燃料流量を演算するように構成したので、換言すれば、制御モードを切り替えた後に積分を行うようにしたので、積分器リセットを不要としてアルゴリズムを簡素化することができ、前記した不都合を解消することができる。
【0012】
さらに加減速モード制御系において、検出されたタービン回転数に応じたスケジュール値を加算するように構成したので、制御精度を向上させることができる。また、ガスタービン・エンジンのヒートマスによる影響を受けることもない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係る航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置を説明する。
【0014】
図1はその装置を全体的に示す概略図である。
【0015】
尚、航空機用ガスタービン・エンジンとしてはターボジェット・エンジン、ターボファン・エンジン、ターボプロップ・エンジンおよびターボシャフト・エンジンの4種が知られているが、以下、2軸のターボファン・エンジンを例にとって説明する。
【0016】
図1において、符号10はターボファン・エンジン(以下「エンジン」という)を示し、符号10aはエンジン本体を示す。エンジン10は機体(図示せず)の適宜位置にマウントされる。
【0017】
エンジン10はファン(ファン動翼)12を備え、ファン12は高速で回転しつつ外気から空気を吸引する。ファン12にはロータ12aが一体的に形成され、ロータ12aは対向して配置されたステータ14と共に低圧圧縮機16を構成し、そこで吸引した空気を圧縮しつつ後方に圧送する。
【0018】
尚、ファン12の付近にはセパレータ20によってダクト(バイパス)22が形成され、吸引された空気の大部分は後段(コア側)で燃焼させられることなく、ダクト22を通ってエンジン後方に噴出させられる。ファン排気は、その反作用としてエンジン10が搭載される機体(図示せず)に推力(スラスト)を生じさせる。推力の大部分は、このファン排気によって生じる。
【0019】
低圧圧縮機16で圧縮された空気は後段の高圧圧縮機24に送られ、そこでロータ24aおよびステータ24bによってさらに圧縮された後、後段の燃焼器26に送られる。
【0020】
燃焼器26は燃料ノズル28を備え、燃料ノズル28にはFCU(Fuel Control Unit 。燃料制御ユニット)30で調量された燃料が圧送される。即ち、FCU30は燃料調量バルブ32を備え、燃料ポンプ(ギヤポンプ)34によって機体の適宜位置に配置された燃料タンク36から汲み上げられた燃料は、燃料調量バルブ32で調量された後、燃料供給通路38を通って燃料ノズル28に供給される。
【0021】
噴霧された燃料は高圧圧縮機24から圧送された圧縮空気と混合し、エンジン始動時にエキサイタ(図1で図示省略)および点火プラグ(図示せず)で点火されて燃焼する。混合気は一度着火されて燃焼を開始すると、かかる圧縮空気と燃料からなる混合気を連続的に供給されて燃焼を継続する。
【0022】
燃焼によって生じた高温高圧ガスは高圧タービン40に送られ、高圧タービン40を高速回転させる。高圧タービン40は前記した高圧圧縮機のロータ24aに高圧タービン軸40aを介して接続され、前記ロータ24aを回転させる。
【0023】
高温高圧ガスは、高圧タービン40を回転駆動した後、低圧タービン42に送られ、低圧タービン42を比較的低速で回転させる。低圧タービン42は前記した低圧圧縮機16のロータ12aに低圧タービン軸42a(軸40aと同心二軸構造)を介して接続されており、前記ロータ12aおよびファン12を回転させる。
【0024】
低圧タービン42を通過した高温高圧ガス(タービン排気)は、ダクト22を通ってそのまま排出されるファン排気と混合させられてジェットノズル44からエンジン後方に噴出される。
【0025】
エンジン本体10aの外部下面の前側寄りには、アクセサリ・ドライブ・ギアボックス(以下「ギアボックス」という)50がステー50aを介して取り付けられると共に、ギアボックス50の前端には一体的に構成されたスタータおよびジェネレータ(以下「スタータ」と総称する)52が取り付けられる。尚、ギアボックス50の後端には前記したFCU30が配置される。
【0026】
エンジン10の始動時、スタータ52によって軸56が回転させられると、その回転は駆動軸58(および図示しないベベルギアなどのギア機構)を介して高圧タービン軸40aに伝えられ、燃焼に必要な空気が送り込まれる。
【0027】
他方、軸56の回転はPMA(パーマネントマグネット・オルタネータ)60と燃料ポンプ34に伝えられて燃料ポンプ34を駆動し、前記したように燃料を燃料ノズル28を介して噴霧する。よって生じた混合気は、点火されて燃焼を開始する。
【0028】
エンジン10が自立運転回転数に達すると、高圧タービン軸40aの回転が逆に駆動軸58(および図示しないベベルギアなどのギア機構)を介して軸56に伝えられ、燃料ポンプ34を駆動すると共に、PMA60とスタータ52を駆動する。それによって、PMA60は発電すると共に、スタータ52は、機体に電力を供給する。
【0029】
エンジン10において、低圧タービン軸42aの付近にはN1センサ(回転数センサ)62が配置され、低圧タービン回転数(低圧タービン軸42aの回転数)N1に比例する信号を出力すると共に、軸56の付近にはN2センサ(回転数センサ)64が配置され、高圧タービン回転数(高圧タービン軸40aの回転数)N2に比例する信号を出力する。
【0030】
またエンジン本体10aの前面の空気取り入れ口66の付近にはT1(温度センサ)センサ68およびP1センサ(圧力センサ)70が配置され、流入空気の温度T1および圧力P1に比例する信号を出力すると共に、後述するECU
(Electronic Control Unit 。電子制御ユニット)の内部にはP0センサ(圧力センサ)72が設けられ、大気圧P0に比例する信号を出力する。
【0031】
またロータ24aの下流にはP3センサ(圧力センサ)74が配置されて高圧圧縮機24の出力圧P3に比例する信号を出力すると共に、高圧タービン40と低圧タービン42の間の適宜位置にはITTセンサ(温度センサ)76が配置され、その部位の温度(エンジン代表温度)ITTに比例する信号を出力する。
【0032】
エンジン本体10aの上端位置には前記したECU(符号80で示す)が収納される。上記したセンサ群の出力は、ECU80に送られる。
【0033】
図2は、ECU80および前記したFCU30の構成、特にFCU30の構成を全体的に示すブロック図である。
【0034】
前記したセンサ群に加え、機体操縦席(コックピット。図示せず)付近に設置されたスラストレバー(スロットルレバー)82の付近にはTLAセンサ(スラストレバー位置センサ)84が配置され、パイロット(操縦者)が入力したスラストレバー位置(操作者要求推力)TLAに比例する信号を出力する。TLAセンサ84の出力もECU80に入力される。尚、図2、図3、において各センサ(P0センサ、TLAセンサなど)は、その検出対象パラメータ名(P0、TLAなど)で示す。
【0035】
さらに、FCU30の適宜位置にはFMVPセンサ(バルブ位置センサ。図2で図示省略)が設けられ、燃料調量バルブ32のバルブ位置FMVPに比例する信号を出力する。FMVPセンサの出力もECU80に入力される。
【0036】
さらに、ECU80には、通信インターフェース・ユニット88を介して前記したスラストレバー82以外の機器のパイロット選択指令90、機体搭載コンピュータ(Air Data Computer あるいはADC)92からのデータ(例えばマッハ数Mn、圧力高度ALT、外気温度(より具体的には全温度TAT、真大気温度SAT))、および第2のエンジン(図示せず)のECU94からのデータが入力(あるいは出力)されると共に、コックピット内のディスプレイ96に接続されてECU80のデータを表示させる。
【0037】
ECU80は入力値に基づき、スラストレバー位置(操作者要求出力)TLAに応じて低圧タービン軸回転数(低圧タービン回転数)N1と目標回転数N1comの偏差が減少するように、エンジン10に供給すべき燃料流量の指令値(操作量)Wfを、トルクモータ98への通電電流指令値として算出してFCU30に送る。
【0038】
さらに、ECU80は検出された低圧タービン回転数N1および高圧タービン回転数N2の値のいずれかがリミット値(例えば、それぞれの最高回転数の107%相当値)を超えるか否か監視し、検出された低圧タービン回転数N1および高圧タービン回転数N2のいずれかがリミット値を超えるときはオーバースピードと判断し、エンジン10に供給すべき燃料流量が所定値、より具体的には零あるいは最小となるようにトルクモータ98への通電電流指令値を決定してFCU30に送る。
【0039】
さらに、ECU80は検出された高圧タービン回転数N2の変化率N2ドット(N2の微分値。加減速率)と目標加減速率N2ドットcomの偏差が減少するようにエンジン10に供給すべき燃料流量の指令値Wf、より詳しくはトルクモータ98への通電電流指令値を決定してFCU30に送る。
【0040】
FCU30は低圧燃料ポンプ100を備え、燃料タンク36(図2で図示省略)から汲み上げられた燃料は、フィルタ(およびオイルクーラ)102を経て前記した燃料ポンプ34で高圧化されて燃料調量バルブ32に送られる。トルクモータ98は燃料調量バルブ32に接続され、そのスプール位置を決定する。従って、高圧ポンプ34を介して圧送された燃料は、燃料調量バルブ32でそのスプール位置に応じた流量に調節(調量)される。
【0041】
調量された燃料は、シャットオフバルブ104、ドレーンバルブ106およびシャットオフ機構108を介して前記した燃料ノズル28に供給される。
【0042】
尚、低圧タービン軸42aには非常停止スイッチ110が接続されており、低圧タービン軸42aが何らかの理由から変位するとオンし、シャットオフ機構108を動作させて燃料ノズル28への燃料供給を機械的に遮断する。同様に、ソレノイド112が設けられ、パイロット選択指令90に応じてシャットオフバルブ104を動作させて燃料ノズル28への燃料供給を遮断する。
【0043】
次いで、実施の形態に係るガスタービン・エンジンの制御装置の動作、より具体的にはECU80の動作を具体的に説明する。
【0044】
図3は、そのECU80の動作を具体的に示すブロック図である。
【0045】
図示の如く、ECU80は最大N1演算部(図に「Max N1 on Condition 」と示す) 800を備え、最大N1演算部800は、マッハ数Mn、圧力高度ALT、真大気温度SAT、Anti-Iceなどのエンジンからの抽気状態A/Iに基づいて低圧タービン回転数N1の最大値N1*maxcomを演算する。
【0046】
また、ECU80はアイドル回転数演算部(図に「Idle (Ground/Flight)」と示す)802を備え、アイドル回転数演算部802は、マッハ数Mn、圧力高度ALT、真大気温度SAT,A/I,WOW(Weight-on-Wheel 。車輪負荷信号)に基づいて低圧タービン回転数N1の最小値N1*mincomと、アイドル時の高圧タービン回転数N2*idleを演算する。
【0047】
演算された低圧タービン回転数N1の最大値N1*maxcom、低圧タービン回転数N1の最小値N1*mincomおよびアイドル時の高圧タービン回転数N2*idleは、推力演算部(図に「TLA Power Setting 」と示す) 804に送られる。推力演算部804は、それら入力値と、別途入力される検出スラストレバー位置TLAおよび流入空気温度T1に基づいて前記した低圧タービン目標回転数N1comと高圧タービン目標回転数N2comを演算する。
【0048】
演算された低圧タービン目標回転数N1comと高圧タービン目標回転数N2comは、回転数フィードバック制御部(図に「Speed Feedback Control (N1/N2)」と示す。前記した定常モード制御系に相当) 806に送られる。
【0049】
回転数フィードバック制御部806は、それら入力値と、別途入力される検出低圧タービン回転数N1と高圧タービン回転数N2に基づき、検出されたタービン回転数N1と操縦者要求推力を実現する目標回転数N1comの偏差が減少するように、エンジン10に供給する操作量(燃料流量の指令値)Wfドットn1を演算すると共に、検出されたタービン回転数N2と操縦者要求推力を実現する目標回転数N2comの偏差が減少するように、操作量Wfドットn2を演算する。このように、操作量Wfは後述する如く、その微分値(ドットと表記)として演算する。
【0050】
また、ECU80は加速制御部(図に「Acceleration Control」と示す。前記した加減速モード制御系に相当) 808を備え、加速制御部808は、高圧タービン回転数N2、流入空気温度T1、流入空気圧力P1,A/Iに基づいて検出された高圧タービン回転数N2の加速率N2ドットと目標とする目標加速率N2ドットcomの偏差が減少するように、エンジン10に供給する燃料流量の指令値(操作量)Wfドットaccを演算する。
【0051】
また、ECU80はP3圧力制御部(図に「P3 Limit Control」と示す。前記した非定常モード制御系に相当) 810を備え、P3圧力制御部810は、高圧圧縮機24の出口圧力P3とPR(Power-Reserve 信号)に基づいて出口圧力P3のリミット値に相当するエンジン10に供給する燃料流量の指令値(操作量)Wfドットp3を演算する。
【0052】
また、ECU80はITT温度制御部(図に「ITT Limit Control 」と示す。前記した非定常モード制御系に相当) 812を備え、ITT温度制御部812は、タービン温度ITT、スラストレバー位置TLAおよびPRに基づいてタービン温度ITTのリミット値に相当するエンジン10に供給する燃料流量の指令値(操作量)Wfドットittを演算する。
【0053】
また、ECU80は減速制御部(図に「Deceleration Control(Dec-limit) 」と示す。前記した加減速モード制御系に相当) 814を備え、減速制御部814は、高圧タービン回転数N2、流入空気温度T1、流入空気圧力P1、A/Iに基づいて検出されたタービン回転数N2の減速率N2ドットと目標とする目標減速率N2ドットcomの偏差が減少するように、エンジン10に供給する燃料流量の指令値(操作量)Wfドットdecを演算する。
【0054】
これら演算された燃料流量の指令値(操作量)Wfは全て選択回路(図に「Select Logic」と示す。前記した指令値選択手段に相当) 820に送られ、選択回路820は、その中から決められたロジックに従い一つの値を選択して出力Wfcomとする。
【0055】
ECU80はトルクモータドライバ826を備え、トルクモータドライバ826は、入力した最大値Wfcomと検出された燃料調量バルブ32のバルブ位置FMVPとからバルブ指令値FMVCMD(より詳しくはトルクモータ通電電流指令値)を演算して出力する。
【0056】
図4は、図3の中で上記した選択回路820の内部の演算の動作を示す、図3の部分ブロック図である。
【0057】
図示の如く、選択回路820に送られる上記した燃料流量の指令値のうち、減速制御部814からの燃料流量の指令値Wfドットdecを除く全ての指令値が選択回路821(図に「Select/Low」と示す)に送られ、最小値が選択される。
【0058】
次いでその最小値と減速制御部814からの燃料流量の指令値Wfドットdecが選択回路822(図に「Select/High 」と示す)に送られ、最大値が選択される。次いで、その最大値に前回値LastWfが加算される。
【0059】
ここで、同図の説明を続ける前に、図12を再び参照してこの実施の形態に係る装置の動作を説明する。
【0060】
図12(a)に示す従来技術においては目標値N1comと検出値N1の偏差が減少するように比例要素KP と積分要素1/Sを用いて操作量Wfが演算される結果、制御モードを切り替えるとき、積分器(1/S)をリセットする必要があって複雑なアルゴリズムを必要とすると共に、リセットすることによって制御ハンチングを生じる不都合があった。
【0061】
そこで、この実施の形態においては、図12(b)に示す如く、積分要素1/Sを破線で示す選択回路824による選択点(図に「Select」と示す) の下流に移して操作量(前記燃料流量)を演算するようにした。尚、積分要素を選択点の下流に移したため、その上流においては操作量(燃料流量の指令値)は微分値Wfドットを使用することになる。
【0062】
即ち、制御モードを切り替えた後に積分を行い、制御モードでの積分要素を除去するようにした。これによって、積分器のリセットを不要とし、アルゴリズムをシンプルにすることができて、前記した制御ハンチングが生じるのを防止することができる。
【0063】
尚、図12(b)に示す構成においても、予め設定されたエンジンモデルに基づいて操作量を算出、より具体的には、プラントの伝達関数が与えられたとき、閉ループ伝達関数がモデルに部分的に一致するように操作量を演算する(部分)モデルマッチング手法を利用して操作量を算出する。
【0064】
図4の説明に戻ると、前回値Lastwfの加算は、この積分動作に相当する。次いで、加算値に高圧圧縮機24の出口圧P3を乗じる。これは、図3において実際は燃料流量指令値を出口圧P3で除算した値を燃料流量の指令値としていることから、その修正のためである。
【0065】
さらに、修正された値は別の選択回路823,824で所定の値と比較されて選択され、選択された値が前記したようにトルクモータドライバ826に送られるが、この発明の要旨は選択回路820内で選択、換言すれば制御モード(制御系)が切り換えられた後の操作量の演算にあるので、詳細な説明は省略する。
【0066】
同様のことは、図3に関して説明した加速制御部808の動作についても妥当する。
【0067】
図5を参照して説明すると、(a)は従来技術における加速制御を示し、そこでは目標値N2ドットcomと検出値N2ドットの偏差が減少するように、比例要素KP 、微分要素KD および2個の積分要素1/Sを用いて操作量Wfaccが演算される。従って、この制御モードに切り替えるときも、2個の積分器(1/S)をリセットする必要があって複雑なアルゴリズムを必要とすると共に、リセットすることによって制御ハンチングを生じる不都合があった。
【0068】
そこで、この実施の形態においては、図5(b)に示す如く、図12(b)と同様に積分要素1/Sを破線で示す選択点の下流に移し、操作量を演算するようにした。
【0069】
即ち、制御モードを切り替えた後に積分を行い、制御モードでの積分要素を除去するようにした。これによって、積分器のリセットを不要とし、アルゴリズムをシンプルにすることができて、前記した制御ハンチングが生じるのを防止することができる。
【0070】
尚、積分要素を選択点の下流に移したため、その上流においては操作量(燃料流量の指令値)の微分値Wfドットaccを使用することとなる点も図12(b)と異ならない。
【0071】
さらに、図5(a)に示す従来技術に係る加速制御から残りの1個の積分要素を除去し、それに代えて修正値N2c(高圧タービン回転数N2に基づく修正値)のスケジュールを追加するようにした。
【0072】
図6は、その加速制御部808の詳細を示す、図3の部分ブロック図である。
【0073】
即ち、目標値と検出値の偏差と比例ゲインKP の積に、偏差の微分値に微分ゲインKD を乗じた値と、N2cのスケジュール値としてWfドットが加算されるようにした。Wfドットは、図示の如く、高圧タービン回転数N2(より詳しくはN2を大気温度比θ(=流入空気温度T1/所定温度TSTD(共に絶対温度)で算出)の平方根値で補正した値)に従って算出される。ここで、スケジュール値をN2平方根θ=28000を超えた付近から算出するのは、この付近から積分要素を除去したことによる定常誤差の影響が大きくなるためである。
【0074】
このように、加速制御においては、制御精度を向上させるために、加速モード制御系に積分要素を本来は必要とするが、積分要素を除去すると共に、この実施の形態においては、それに代えてスケジュール値を加算するように構成したので、図12(b)に関して述べたのと同様の効果を得ることができると共に、制御精度を向上させることができる。また、エンジン10のヒートマスによる影響を受けることもない。
【0075】
図7は発明者達が行ったテスト結果を示すデータ図である。
【0076】
図において、符号aは、図5(b)および図6に示す構成の比例ゲインKP 、微分ゲインKD を用いるときの、即ち、スケジュール値を加算しない場合の結果を示す。
【0077】
符号bは、比例ゲインKP 、微分ゲインKD を符合aの場合に比して増加させたときの結果を示す。また、符号cは、符合aの場合と同一の比例ゲインKP 、微分ゲインKD を用いると共に、図5(および図6)に示すスケジュール値を加算したときの結果を示す。
【0078】
図7から、図5(b)および図6に示すスケジュール値の加算が効果的であることが理解できよう。
【0079】
図8および図9は、前記した回転数フィードバック制御部806の動作を詳細に示す、図3の部分ブロック図である。図示の如く、積分要素が除去されると共に、偏差に積分ゲインKI を乗じることなどによって低圧タービン目標回転数N1comと高圧タービン目標回転数N2comに応じた燃料流量の指令値Wfドットn1、Wfドットn2が演算される。
【0080】
また、図10および図11は、前記したP3圧力制御部810およびITT温度制御部812の動作を詳細に示す、図3の部分ブロック図である。図示の如く、積分要素が除去されると共に、偏差に積分ゲインKI を乗じることなどによって出口圧力P3のリミット値に相当する燃料流量の指令値およびタービン温度ITTのリミット値に相当する燃料流量の指令値Wfドットp3、Wfドットittが演算される。
【0081】
この実施の形態においては上記の如く、全ての制御系において積分要素を除去するようにしたので、制御モードが切り替えられたとき、積分器のリセットが不要となってアルゴリズムをシンプルにすることができると共に、前記した制御ハンチングが生じるのを防止することができる。
【0082】
また、加速モード制御系においては、第2の積分要素に代えてスケジュール値を加算するように構成したので、制御精度を向上させることができる。
【0083】
上記の如く、この実施の形態にあっては、少なくとも1個のタービン(より具体的には低圧タービン(42)および高圧タービン(40))を有する航空機用ガスタービン・エンジン(ターボファン・エンジン10)において、少なくともタービン回転数(低圧タービン回転数N1、高圧タービン回転数N2)を含む前記ガスタービン・エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段(N1センサ62,N2センサ64,ECU80)、前記ガスタービン・エンジンに対して操縦者から要求される操縦者要求推力(スラストレバー位置TLA)を検出する操縦者要求推力検出手段(TLAセンサ84,ECU80)、少なくとも前記検出されたタービン回転数(N1)と前記検出された操縦者要求推力を実現する目標タービン回転数(N1com)の偏差が減少するように、少なくとも積分要素(1/S)を用いて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する定常モード制御系(回転数フィードバック制御部806)、前記検出されたタービン回転数(N2)の加減速率(N2ドット)と目標加減速率(N2ドットcom)の偏差が減少するように、少なくとも積分要素(1/S)を用いて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する加減速モード制御系を少なくとも含む非定常モード制御系(加速制御部808,P3圧力制御部810,ITT温度制御部812、減速制御部814)、前記定常モード制御系によって演算された指令値(Wf)と前記加減速モード制御系によって演算された指令値(Wf)のいずれかを選択する指令値選択手段(選択回路820)、前記選択された指令値に基づいて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量(その指令値Wf)を演算する燃料流量演算手段(ECU80)、および前記演算された燃料流量に基づいて前記ガスタービン・エンジンに燃料を供給する燃料供給手段(FCU30、燃料調量バルブ32、トルクモータ98など)を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記定常モード制御系および非定常モード制御系で用いられる積分要素を除去すると共に、前記燃料流量演算手段に積分要素を配置し、よって前記燃料流量演算手段は、前記積分要素を用いて前記選択された指令値に基づいて前記燃料流量を演算するように構成し、さらに前記加減速モード制御系において、図6に示す如く、前記検出されたタービン回転数に応じたスケジュール値を加算するように構成した。
【0085】
尚、上記した実施の形態において、航空機用ガスタービン・エンジンとしてはターボファン・エンジンを例にとったが、ターボジェット・エンジン、ターボファン・エンジン、ターボプロップ・エンジンおよびターボシャフト・エンジンなどであっても良い。
【0086】
【発明の効果】
請求項1項にあっては、定常モード制御系などで用いられる積分要素を除去すると共に、燃料流量演算手段に積分要素を配置し、その積分要素を用いて燃料流量を演算するように構成したので、換言すれば、制御モードを切り替えた後に積分を行うようにしたので、積分器リセットを不要としてアルゴリズムを簡素化することができ、前記した不都合を解消することができる。
【0087】
さらに加減速モード制御系において、検出されたタービン回転数に応じたスケジュール値を加算するように構成したので、制御精度を向上させることができる。また、ガスタービン・エンジンのヒートマスによる影響を受けることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一つの実施の形態に係る航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置を全体的に示す概略図である。
【図2】図1装置の中のECUおよびFCUの構成を示す説明ブロック図である。
【図3】図2のECUの動作を具体的に示すブロック図である。
【図4】図3の中の選択回路820の内部の演算の動作を示す、図3の部分ブロック図である。
【図5】図3の中の加速制御部の動作を示すブロック図である。
【図6】図3の中の加速制御部の詳細を示す、図3の部分ブロック図である。
【図7】図3の中の加速制御部のスケジュール値について発明者達が行ったテスト結果を示すデータ図である。
【図8】図3の中の推力演算部の詳細を示す、図3の部分ブロック図である。
【図9】同様に図3の中の推力演算部の詳細を示す、図3の部分ブロック図である。
【図10】図3の中のP3圧力制御部の詳細を示す、図3の部分ブロック図である。
【図11】図3の中のITT温度制御部の詳細を示す、図3の部分ブロック図である。
【図12】図3の中の回転数フィードバック制御部(定常制御モード系)の動作を従来技術と対比して示すブロック図である。
【符号の説明】
10 航空機用ガスタービン・エンジン(ターボファン・エンジン)
12 ファン
12a ロータ
14 ステータ
16 低圧圧縮機
24 高圧圧縮機
24a ロータ
24b ステータ
26 燃焼器
28 燃料ノズル
30 FCU(Fuel Control Unit )
32 燃料調量バルブ
40 高圧タービン
40a 高圧タービン軸
42 低圧タービン
42a 低圧タービン軸
62 N1センサ(低圧タービン回転数検出手段)
64 N2センサ(高圧タービン回転数検出手段)
68 T1センサ
70 P1センサ
72 P0センサ
74 P3センサ
76 ITTセンサ
80 ECU(Electronic Control Unit 。電子制御ユニット)
82 スラストレバー(スロットルレバー)
92 機体搭載コンピュータ(ADC)
98 トルクモータ
806 回転数フィードバック制御部(定常制御モード系)
808 加速制御部(加減速モード制御系)
810 P3圧力制御部(非定常モード制御系)
812 ITT温度制御部(非定常モード制御系)
814 減速制御部(加減速モード制御系)
820 選択回路(指令値選択手段)
Claims (1)
- 少なくとも1個のタービンを有する航空機用ガスタービン・エンジンにおいて、
a.少なくともタービン回転数を含む前記ガスタービン・エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段、
b.前記ガスタービン・エンジンに対して操縦者から要求される操縦者要求推力を検出する操縦者要求推力検出手段、
c.少なくとも前記検出されたタービン回転数と前記検出された操縦者要求推力を実現する目標タービン回転数の偏差が減少するように、少なくとも積分要素を用いて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する定常モード制御系、
d.前記検出されたタービン回転数の加減速率と目標加減速率の偏差が減少するように、少なくとも積分要素を用いて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量の指令値を演算する加減速モード制御系を少なくとも含む非定常モード制御系、
e.前記定常モード制御系によって演算された指令値と前記加減速モード制御系によって演算された指令値のいずれかを選択する指令値選択手段、
f.前記選択された指令値に基づいて前記ガスタービン・エンジンに供給する燃料流量を演算する燃料流量演算手段、
および
g.前記演算された燃料流量に基づいて前記ガスタービン・エンジンに燃料を供給する燃料供給手段、
を備えたガスタービン・エンジンの制御装置において、前記定常モード制御系および非定常モード制御系で用いられる積分要素を除去すると共に、前記燃料流量演算手段に積分要素を配置し、よって前記燃料流量演算手段は、前記積分要素を用いて前記選択された指令値に基づいて前記燃料流量を演算するように構成し、さらに前記加減速モード制御系において、前記検出されたタービン回転数に応じたスケジュール値を加算するように構成したことを特徴とする航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置。
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