JPH0626363A - ガスタービンエンジンの推力計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービンエンジンの推力計測方法及び推
力計測装置を提供することである。 【構成】 ガスタービンエンジンが生じる推力をエンジ
ンが消費する燃料の流量から算出することができる。空
気の圧力及び温度が一定の場合、エンジンが生じる推力
は燃料消費量に比例する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンエンジンの
推力の計測に関し、特に航空機のガスタービンエンジン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンエンジンの推力を計測でき
るのが望ましい。これはエンジンが発生する推力をエン
ジンの機械的状態の計測値として使用できるからであ
る。エンジンは、例えば、その最大推力が或る特定の大
きさ以下に下がったときに整備するのがよい。更に、推
力が離陸及び飛行を安全に行うのに十分であることを確
認するため、航空機の離陸前に航空機のエンジンが発生
する推力を計測するのが有用である。試験台上で作動し
ているガスタービンエンジンの推力を例えば歪計を使用
して計測することは容易であるが、ガスタービンエンジ
ンが発生する推力を航空機に据え付けた状態で計測する
のは困難であることがわかっている。

【０００３】従来、圧力又は温度等のパラメータをエン
ジンの種々の箇所で計測し、エンジンの回転速度又はエ
ンジンのスプールの回転速度を計測するシステムをつく
ろうとする試みがなされてきた。このようなシステム
は、エンジン内でこれらのパラメータの不規則な大きな
変動が生じるため、一般に複雑であり満足のいくもので
なかった。これらの変動は、エンジンが発生している推
力を算出するため、種々のパラエータの同時値、又はエ
ンジン内の二つの異なる箇所での同じパラメータを関連
させるのを非常に困難にし、その結果、推力の誘導が複
雑になり信頼性のないものとなった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガスタービ
ンエンジンの推力を決定するための簡単な方法を提供し
ようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の特徴では、本発明
は、エンジンが発生する推力を、エンジンが燃焼する燃
料の流量から算出する、ガスタービンエンジンの推力計
測方法を提供する。第２の特徴では、本発明は、エンジ
ンの燃料消費速度を一方の軸に、周囲空気温度を他方の
軸にプロットし、受容可能な推力領域と多数の受容不能
な推力領域とに分けられたグラフを使用する、ガスター
ビンエンジンが受容可能な量の推力を発生しているかど
うかを算出する方法を提供する。第３の特徴では、本発
明は、プロセッサと、エンジンに流入する燃料の流量を
表す信号をプロセッサに提供する燃料流量計と、空気圧
値を与える信号をプロセッサに供給する空気圧検出手段
と、空気温度値を与える信号をプロセッサに供給する温
度計と、を有し、前記プロセッサは、エンジンが発生す
る推力を前記信号に基づいて算出するように作動する、
ガスタービンエンジンが発生する推力を算出するための
装置を提供する。

【０００６】各設計のガスタービンエンジンが発生する
推力は、安定した状態では、エンジンに流入する空気の
圧力及び温度が一定であるとすると、エンジン内で燃焼
される燃料の流量に比例することがわかっている。更
に、この比率はエンジンに対する摩耗又は些細な損傷に
よって大きく影響を受けることがなく、摩耗や些細な損
傷による推力の減少は燃料の燃焼速度の減少によって相
殺される。推力と燃焼している燃料の流量との間の関係
は、一般に設計の異なるエンジンでは異なっており、空
気取り入れ口の異なる別の機体に据え付けた同じ設計の
エンジンについても異なっている。

【０００７】従って、所定の空気温度及び圧力での推力
と燃焼している燃料の流量との間の関係がわかると、当
該所定の空気温度及び圧力でのエンジンの推力をエンジ
ンに供給される燃料の流量に適当な定数を乗じるだけで
算出することができる。実際、エンジンが離陸を安全に
行うのに十分な推力を発生しているかどうかの計測値だ
けが必要であって離陸を行うことが必要でなければ、燃
料の流量がエンジンの受容可能な大きさの推力の帯域に
対応する帯域内にあることをチェックするだけでよい。

【０００８】実際には、温度及び圧力が一定値に止まる
ことはなく、従って定数を乗じるのでなく、圧力項及び
温度項を含む数式を使用しなければならない。この数式
はエンジンを試験台上で種々の状態で作動させ、発生す
る推力を計測することによって得ることができる。本発
明を添付図面を参照して単なる例として以下に詳細に説
明する。

【０００９】

【実施例】図１を参照すると、この図には燃料の流量に
対する空気温度のグラフが図示してある。このグラフは
二本の線４及び５で三つの領域に分けられる。線４及び
５は、夫々、温度範囲に亘る燃料の受容可能な最小流量
と最大流量の軌跡である。このグラフは、エンジンが最
大出力で地面の高さに定置されている状態での燃料の流
量についてプロットしてある。線４の下方の領域１は、
受容不能な程低いエンジン推力に対応する。線４と５と
の間の領域２は、受容可能なエンジン推力に対応し、線
５の上方の領域３は、受容不能な程高いエンジン推力に
対応する。一般に、エンジンの推力が受容不能な程低い
場合には、エンジンが摩耗しているか或いは損傷してい
ることを表し、算出したエンジンの推力が受容不能な程
高い場合には、燃料計或いは温度検出器が損傷している
かエンジンが通常の限度外で作動していることを表す。

【００１０】使用に当たって、パイロットは航空機の離
陸の準備をする。航空機がそのエンジンを全開にして滑
走路の端に止まっているとき、パイロットは計器から燃
料の流量及び空気温度を読み取り、図１のグラフを見、
これらの二つの値に対応する場所を決定する。燃料の流
量及び温度の値に対応する点が領域１又は３にある場合
には、離陸を中止する。というのは、これがエンジン又
は計器のいずれかが故障していることを示すからであ
る。

【００１１】燃料の流量及び温度の値に対応する点が領
域２にある場合には、パイロットは、十分なエンジン推
力が利用できることを知って離陸を続ける。第３の線６
を線４と５との間に引いて領域２を二つの部分２ａ及び
２ｂに分割してもよい。この場合、燃料の流量及び温度
値に対応する点が領域２の下部分２ｂにある場合には、
パイロットは離陸を続けるが、エンジンが推力をこの領
域で生じ、従って適切な修理を行うのがよいと後で報告
する。図１に示す種類のグラフの各々は、一つの特定の
空気圧に対してだけ正確であり、そのため、各離着陸
場、又は海抜高さの同じ一群の離着陸場について別々の
グラフを作るか、単一のグラフの目盛りを多くの種々の
海抜高さで使用するために換算できるようにする換算表
を作る必要がある。一般に天候による空気圧の変動は比
較的に小さく、無視することができる。航空機が停止し
ているため、エンジンに流入する空気の圧力及び温度は
周囲空気圧及び周囲空気温度である。

【００１２】エンジン推力検出用自動システムを図２に
示す。ガスタービンエンジン７には、燃料を管路９に沿
って圧送するポンプ１０によって燃料がタンク８から供
給される。燃料流量計１１は、管路９に沿ってエンジン
へ流入する燃料の流量を計測し、この流量に応じた電気
信号を出す。この信号はプロセッサ１２に供給される。
エンジン出力はスロットル１３によって制御され、スロ
ットルの設定を与える信号もまたプロセッサ１２に供給
される。各飛行時には、先ず最初にスロットル１３につ
いて全開が選択され、これは、エンジン７の回転数を離
陸に向けて上げ、エンジン７が全開に到る時間をプロセ
ッサ１２が短時間遅らせ、次いでスロットル１３が全開
位置にある場合には、燃料流量信号を流量計１１から
得、空気圧及び温度の読みを気圧センサ１４及び温度計
１５の夫々から得る。この読みの全てを得る前のこの短
時間の遅れが必要である。というのはガスタービンエン
ジンでは設定された新たなスロットル位置とエンジンが
新たな出力の大きさで安定した状態に到るのとの間に常
に遅れが存在するからである。必要な遅れの長さはエン
ジンの設計に応じて変わる。

【００１３】プロセッサ１２は、燃料流量計１１、圧力
センサ１４、及び温度計１５からの読みに基づいて、燃
料流量及び従って推力が高すぎるか、低すぎるか、又は
受容可能であるかという結果を推論するアルゴリズムに
従って作動する。燃料流量が少なすぎ、エンジン７が生
じる推力が離陸を安全に行うには小さすぎる場合には、
プロセッサ１２は計器盤のエンジン故障表示ライト１６
を点灯し、パイロットに離陸を中止するように警告す
る。燃料流量が受容可能であり、エンジン７が生じる推
力が離陸を安全に行うのに十分である場合には、プロセ
ッサ１２は計器盤のエンジン受容可能表示ライト１７の
スイッチを点灯し、パイロットに離陸の障害がないこと
を知らせる。

【００１４】燃料流量が多すぎる場合には、エンジン７
が通常の限度外で作動しているか、エンジンが安定状態
に落ち着いていないか、燃料流量計１１、圧力センサ１
４、又は温度計１５が何らかの理由でプロセッサ１２に
過った読みを与えているかのいずれかである。エンジン
７が安定状態に落ち着いていない場合には、遅れを更に
大きくすることによって落ち着かせることができ、流量
計１１、圧力センサ１４、又は温度計１５が過った読み
を与えている場合には、読みを再び取れば過った読みを
再び与えることがない。従って、プロセッサ１２はスロ
ットル１３が全開にあるかどうかをチェックし、流量計
１１、圧力センサ１４、又は温度計１５から新たな読み
を得、これらの読みに基づいて同じアルゴリズムを使用
して再び作動する。新たな結果が、燃料流量が少なすぎ
る、又は受容可能であるというものである場合には、プ
ロセッサは上述の作動を行ってライト１６温度１７のう
ちの一方を点灯する。新たな結果が、再び燃料流量が多
すぎるというものである場合には、プロセッサ１２は計
器盤の計器故障又はエンジンオーバーエート表示ライト
１８を点灯し、パイロットに離陸を行わないように警告
する。

【００１５】燃料流量が受容可能であるが予め設定した
値よりも低い場合には、プロセッサ１２はライト１７を
点灯させるがメモリー１９に推力が低いというメッセー
ジを入れる。メモリー１９は各飛行後に整備員によって
チェックされ、推力が低いというメッセージを見つける
と適切な整備を行う。上述のシステムは、適当なアルゴ
リズムを用い、このアルゴリズムの結果を計器盤の多く
の表示装置に表示することによってパイロットに実際の
推力値を与えるように構成することもできる。これは、
離陸に必要な最小の推力が、天候の状態、積荷、又は滑
走路の長さのような幾つかの別のパラメータのために変
化する場合には望ましい。

【００１６】図２に示すシステムは、幾つかの変更を加
えることによって飛行中のエンジンの推力を計測するの
に使用することができる。上述のように、推力と燃料の
燃焼速度との間の関係は、エンジン７の入口での空気の
温度及び圧力に従って変化する。図２の離陸推力センサ
を使用する場合には、航空機が静止しているため、周囲
空気温度及び周囲空気圧がエンジン７に流入する空気の
温度及び圧力である。しかしながら、飛行中には、エン
ジン７に流入する空気の温度及び圧力は、航空機が空中
を移動することによるラム効果のため、周囲空気温度及
び周囲空気圧とは異なる。

【００１７】エンジン７に流入する空気の温度及び圧力
を見出すため、温度計１５をエンジン７の直前の空気流
中に配置し、気圧センサ１４をエンジン７の直前の空気
流中に配置された圧力センサに換える。プロセッサ１２
を、飛行中に全開スロットルを選択したとき毎に計測値
を取るように、設定することができる。変形態様では、
予め設定した時間、又はパイロットからのコマンドのよ
うな任意の他のトリガを使用してもよい。プロセッサ１
２は、計測値を取るように指令されたとき毎に上述の作
動順序を行ってパイロットにエンジン７が正確に作動し
ているかどうかを知らせる。航空機は、飛行中に長時間
に亘って全開スロットルで作動することはなく、例えば
巡行のような他の状態をつくる推力を計測することによ
って、エンジン７の性能を監視するのが好ましい。これ
は、燃料流量、空気温度及び空気圧力、及び推力がエン
ジンの出力範囲に亘って変動するため、別のアルゴリズ
ムを使用する必要がある。

【００１８】エンジン７の直前の空気流中で圧力センサ
を使用する必要はなく、多くの航空機は高度計として使
用するための気圧計、及び気圧と総圧との差を計測して
航空機の速度を決定するピトー装置を既に使用してお
り、エンジン７に流入する空気の圧力を算出するのにこ
れらの二つの装置からの信号をプロセッサ１２で利用す
ることができる。プロセッサ１２は、燃料流量が受容可
能であるかどうかを決定するのにアルゴリズムを使用す
る代わりに参照用テーブルを使用してもよい。上述の推
力計測方法は、全て、総燃料流量を計測して全推力を推
論するか或いは各エンジンの燃料流量を別々に計測し、
各エンジンの推力を別々に推論することによって、多数
のエンジンを備えた航空機で使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】航空機のガスタービンエンジンが受容可能な量
の推力を発生しているかどうかを算出するのに使用でき
るグラフを図示する。

【図２】航空機のガスタービンエンジンが受容可能な量
の推力を発生しているかどうかを算出するためのシステ
ムを図示する。

【符号の説明】

７ ガスタービンエンジン ８ タンク ９ 管路 １０ ポンプ １１ 燃料流量計 １２ プロセッサ １３ スロットル １４ 気圧センサ １５ 温度計 １６ エンジン故障表示ライト １７ エンジン受容可能表示ライト １８ エンジンオーバーエート表示ライト １９ メモリー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンが発生する推力を、エンジンが燃
   焼する燃料の流量から算出する、ガスタービンエンジン
   の推力計測方法。
2. 【請求項２】エンジンが発生する推力の絶対値を算出す
   る、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】エンジンが発生する推力が受容可能な推力
   の範囲内にあるかどうかを算出する、請求項１に記載の
   方法。
4. 【請求項４】エンジンの燃料消費速度を一方の軸に、周
   囲空気温度を他方の軸にプロットし、受容可能な推力領
   域と多数の受容不能な推力領域とに分けられたグラフを
   使用する、ガスタービンエンジンが受容可能な量の推力
   を発生しているかどうかを算出する方法。
5. 【請求項５】多数のグラフが使用され、これらのグラフ
   の各々は周囲空気圧の別々の値で使用される請求項１に
   記載の方法。
6. 【請求項６】プロセッサと、エンジンに流入する燃料の
   流量を表す信号をプロセッサに提供する燃料流量計と、
   空気圧値を与える信号をプロセッサに供給する空気圧検
   出手段と、空気温度値を与える信号をプロセッサに供給
   する温度計と、を有し、前記プロセッサは、エンジンが
   発生する推力を前記信号に基づいて算出するように作動
   する、ガスタービンエンジンが発生する推力を算出する
   ための装置。