KR20160085897A - 터빈 엔진 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 엔진(5)을 제어하는 방법에에 관한 것이며, 이 터빈 엔진(5)은 압축기(8), 연소실(9), 제1 및 제2 터빈(10, 12), 상기 압축기 및 상기 제1 터빈에 회전가능하게 고정되는 제1 회전 샤프트(11), 및 상기 제2 터빈이 회전가능하게 고정되고, 상기 제1 회전 샤프트에 대해서 자유롭게 회전가능한 상기 제2 회전 샤프트(13), 및 상기 연소실에 대한 연료의 공급을 제어하기 위한 코트롤러(15)를 포함한다. 상기 콘트롤러는, 만약 제2 회전 사프트의 회전 속도(N2)가, 제2 터빈에서 연소 가스로부터 추출되는 기계적 동력과 관련된 적어도 하나의 지표적(indicative) 물리 파라미터에 따라 변하는 최대 한계값(N2i-최대)을 초과하면, 상기 연소실에 대한 연료 공급을 차단한다.

Description

터빈 엔진 및 제어 방법{TURBINE ENGINE AND CONTROL METHOD}

본 발명은 터빈 엔진 분야 및 이를 조절하는 것에 관한 것이다.

용어 "터빈 엔진"은 작동 유체가 터빈에서 팽창되도록 함으로써 상기 작동 유체로부터의 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하기 위한 임의의 기계를 의미하기 위해서 본 문맥에서 사용된다. 좀 더 구체적으로, 작동 유체는, 공기가 터빈에 의해서 제1 회전 샤프트를 통해서 구동되는 압축기에서 압축된 후에 연소실에서 공기와의 연소 화학 반응으로부터 얻어지는 연소 가스일 수도 있다. 따라서, 본 문맥에서 이해되는 바와 같이, 터빈 엔진은 다른 것들 중에서 바이패스 및 비-바이패스 터보제트, 터보프롭, 터보샤프트 엔진, 또는 가스 터빈을 포함한다. 아래 설명에서, 용어 "상류" 및 "하류"는 이러한 터빈 엔진을 통한 작동 유체의 정상 유동 방향에 상대적으로 정의된다.

특히, 본 설명은 터빈 엔진을 조절하는 방법에 관한 것이며, 터빈 엔진은 적어도, 압축기, 상기 압축기로부터 하류의 연소실, 상기 연소실로부터 하류의 제1 및 제2 터빈, 적어도 상기 압축기 및 상기 제1 터빈과 함께 회전되도록 구속되는 제1 회전 샤프트, 및 상기 제2 터빈과 함께 회전되도록 구속되나, 그럼에도 불구하고, 상기 제1 회전 샤프트에 대해서 자유롭게 회전되는 제2 회전 샤프트, 및 상기 연소실에 대한 연료의 공급을 제어하기 위한 레귤레이터를 포함한다. 이러한 터빈 엔진은, 특히 정적 응용을 위한 "가스 터빈"으로서, 제2 회전 샤프트가 추진 프로펠러를 구동하기 위해서 사용될 때 "터보프롭"으로서, 또는 비이클에 탑재되도록 장착되나 추진 프로펠러 이외의 추진 장치를 구동하기 위해서 사용될 때 "터보샤프트 엔진"으로서 알려져 있다. 따라서, 터보샤프트 엔진은 특히 항공기의 회전익을 구동하기 위해서 사용된다.

이 분야에서, 그리고 더욱 구체적으로, 항공기 터보샤프트 엔진 및 터보프롭, 그리고 특히 회전익을 구동하는 터보샤프트 엔진에 대해서, 제2 터빈, 또는 "자유" 터빈으로부터의 동력 전달에서 사고 단절(break)은 제2 터빈이 위험하게 폭주되는 것으로 이어질 수 있다. 이러한 폭주의 결과로서 더욱 심각한 피해를 피하기 위해서, 만약 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도가 최대 한계값을 넘으면 레귤레이터가 연소실에 대한 연료의 공급을 차단하도록 하는 점이 제안된다.

그럼에도 불구하고, 이 최대 한계값을 설정하는 것은 주요한 기술적 약화를 요구한다. 어떤 응용 분야에 있어서, 엔진의 어떤 동작 상태 동안에 제2 샤프트에 대한 상당한 과속에 도달하는 것이 바람직하다. 따라서, 회전익 항공기 분야에서, 이것은, 항공기가 극한 거동을 행하는 경우에 회전익의 회전 속도에서 천이 피크(transient peak)를 허여하는 기능을 할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 높은 최대 한계값은 또한, 안정된 상태, 특히 최대 연속 출력(MCP) 또는 최대 이륙 출력(TOP) 상태 하에서 제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 최대 토크와 비교하여 제2 회전 샤프트의 그리고 제2 터빈의 상당한 과치수(overdimensioning)를 요구한다. 이러한 과치수는 일반적으로, 비행 분야에서 특히 비바람직한 엔진 무게의 상당한 증가와 관련되고, 엔진 성능의 악화만이 얻어질 수 있다.

적어도 2개의 이러한 엔진을 갖는 멀티엔진 동력 장치에서의 이 단점과 직면하여, 최첨단 기술에서 제안되는 하나의 해결책은, 제2 회전 샤프트에 의해서 상기 최대 속도 한계값이 초과되는 결과로서 양쪽 엔진에 대한 공급을 동시에 차단하는 것을 피하기 위한 기능을 하는 교차된 억제 장치(crossed inhibition device)를 동력 장치에 포함하는 것이다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책은, 특히 사고 동안에 양쪽 엔진으로부터 하류에서 동력 전달의 단절(break)의 경우에 다른 단점을 제공한다.

본 발명은 이러한 단점을 해소하는 것을 추구한다. 특히, 본 설명은, 동력 전달 하류에서 단절의 경우에 자유 터빈이 위험하게 폭주하는 것을 피하는 것을 가능하게 하는 한편, 그럼에도 불구하고 자발적인 속도 피크(voluntary speed peak)에 대한 장예물을 구성하지 않고, 또한 자유 터빈 또는 이로부터 하류의 동력 전달부의 지나친 과치수를 요구하지 않는 터빈 엔진을 조절하는 방법을 제안하는 것을 추구한다.

적어도 하나의 실시형태에서, 이 목적은, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 최대 한계값이 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되는 기계적 동력과 연관된 적어도 하나의 표지적 물리 패러미터의 함수로서 변하고, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값은 상기 표지적 물리 파라미터가 더 높은 한계값을 넘을 때, 그리고 상기 표지적 물리 파라미터가 더 낮은 한계값 아래로 갈 때, 감소된다는 사실에 의해서 달성된다.

이러한 제공에 의해서, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 이 최대 한계값은 자유 터빈의 속도의 자발적 천이 편위(voluntary transient excursion)에 대한 것과 자유 터빈으로부터 하류에서 동력 전달의 단절로부터 귀결되는 과속에 대한 것과 상이할 수 있다.

몇 가지 상이한 물리 파라미터는 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되고 있는 기계적 동력과 연관된다. 따라서, 예시로서, 제2 회전 샤프트의 회전 속도와 함께 제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크는 상기 동력과 직접적인 관련을 갖는다. 따라서, 예시로서, 이 방법에서 사용되는 표지적 물리 파라미터는 제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크에 의해서 구성될 수도 있다.

그럼에도 불구하고, 또한 엔진의 다른 물리 파라미터는 연소 가스에 의해서 제2 터빈에 전달되고 있는 기계적 동력과 관련될 수 있다. 특히, 가스 발생기의 속도는 또한 이 동력과 밀접하게 관련된다. 따라서, 예시로서, 이 방법에서 사용되는 표지적 물리 파라미터는 또한 제1 회전 샤프트의 회전 속도일 수도 있다. 특히 이러한 상황 하에서, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값은 적어도 제1 회전 샤프트의 상기 회전 속도의 함수로서뿐만 아니라 주변 압력 및/또는 온도의 함수로서 변할 수도 있다. 특히, 주변 압력 및/또는 온도는 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 위한 상기 최대 한계값을 결정하기 위한 함수에서 제1 회전 샤프트의 상기 회전 속도를 정규화하기(normalize) 위해서 사용될 수도 있다.

제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크 및/또는 제1 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 대안으로서 또는 이에 부가하여, 이 방법에서 표지적 물리 파라미터로서의 사용을 위해 적합하고 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되고 있는 동력과 연관된 다른 물리 파라미터는, 예를 들어 상기 압축기로부터 하류의 압력; 상기 연소실로부터 하류의 온도; 연소실에 공급되는 연료의 (질량 또는 체적) 유량; 상기 압축기를 통과하는 공기의 (질량 또는 체적) 유량; 및/또는 엔진을 제어하기 위한 제어 부재의 이동을 포함한다.

제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값은 따라서 상기 표지적 물리 파라미터가 더 높은 한계값을 넘을 때 생성된다. 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되고 있는 기계적 동력과 연관된 표지적 물리 파라미터의 더 높은 한계값을 넘는 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 최대 한계값의 이러한 감축은 자유 터빈으로부터 하류에서 동력 전달의 단절에 더 빠르게 후속하여, 또는 엔진 속도의 통제되지 않는 증가로 이어지는 연료 공급을 조절하는 것과 관련된 고장으로터 유발되어 연료 공급이 차단되는 것을 가능하게 한다. 동시에, 표지적 물리 파라미터의 이 더 높은 한계값 미만에서 제2 샤프트의 회전 속도에 대한 더 높은 최대 한계값은 가스 발생기의 낮은 속도에서 자유 터빈의 천이 과속을 수용하는 것을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 표지적 물리 파라미터의 상기 더 높은 한계값 미만에서, 만약 제2 회전 샤프트의 회전 속도가 최대 한계값보다 상당히 더 낮은 경고 한계값을 넘는다면, 예를 들어 임의의 이러한 천이 과속 후에 엔진의 점검을 촉발시키는 목적을 위해서 경고가 기록될 수도 있다.

또한, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값은 제1 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 중간 한계값과 제1 회전 샤프트의 회전 속도의 더 높은 한계값 사이에서 상기 표지적 물리 파라미터의 증가에 따라 점진적으로 감소될 수도 있으며, 따라서 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되고 있고 제2 회전 샤프트에 의해서 정상적인 방식으로 전달되고 있는 동력의 증가에 제2 회전 샤프트의 최대 회전 속도를 적응시킨다. 이것은 제2 터빈 및 제2 회전 샤프트의 치수를 최적화하는 것을 가능하게 한다.

또한, 표지적 물리 파라미터에 대한 더 낮은 한계값 아래에서, 제2 회전 샤프트의 과속은 주요한 고장을 나타낼 수도 있다. 특히, 만약 제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크가 특정 한계값 미만이면, 제2 회전 샤프트의 과속은 제2 회전 샤프트로부터 하류의 동력 전달에서 단절에 의해서 유발되었을 가능성이 매우 크다. 비록 사용되는 표지적 물리 파라미터가 어떤 다른 파라미터이더라도, 표지적 물리 파라미터의 더 낮은 한계값 미만에 있는 동안에 제2 회전 샤프트의 과속은 특히 표지적 물리 파라미터를 측정하기 위해서 사용되는 센서(들)의 고장을 표시할 수 있다. 만약, 제2 가스 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되고 있는 동력과 관련된 표지적 물리 파라미터가 이 더 낮은 한계값 미만이면, 제2 회전 샤프트가 과속이고, 그리고 이것은 표지적 물리 파라미터에 대해서 측정된 값이 참 값이 아니라는 것을 의미할 수도 있다. 상기 표지적 물리 파라미터가 더 낮은 한계값으로 될 때 제2 회전 샤프트의 속도에 대한 상기 최대 한계값의 감축은, 비록 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되고 있는 동력의 양이 사실 불확실하나, 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 높은 최대 한계값을 유지하는 것을 가능하게 한다.

또한 본 발명은 이러한 조절 방법을 행하기 위하여 프로그램가능한 디지털 레귤레이터에 의해서 실행되기에 적합한 지시 세트를 포함하는 데이타 매체를 제공한다. 본 문맥에서, 용어 "데이타 매체"는, 컴퓨터 시스템, 그리고 특히 프로그램가능한 전자적 레귤레이터와 같은 프로세서에 의해서 판독될 수 있는 임의의 데이타 저장 장치를 포함한다. 이러한 데이타 매체는 특히 자기 데이타 저장 장치, 예를 들어, 자기 디스크 또는 테이프, 광학 데이타 저장 장치, 예를 들어 광학 디스크, 또는 전자 데이타 저장 장치, 예를 들어 휘발성 또는 비휘발성 전자 메모리일 수도 있다. 따라서 본 설명은 또한 컴퓨터 프로그램 및 소프트 웨어 제품과 같은 지시 세트를 제공한다.

또한, 본 발명은, 적어도, 압축기, 상기 압축기로부터 하류의 연소실, 상기 연소실로부터 하류의 제1 및 제2 터빈, 적어도 상기 압축기 및 상기 제1 터빈과 함께 회전되도록 구속되는 제1 회전 샤프트, 및 상기 제2 터빈과 함께 회전되도록 구속되나, 그럼에도 불구하고, 상기 제1 회전 샤프트에 대해서 자유롭게 회전되는 제2 회전 샤프트, 상기 연소실에 연료를 공급하기 위한 회로, 및 상기 연소실에 대한 연료의 공급을 제어하기 위한, 그리고 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도가 최대 한계값을 초과하면 상기 공급을 차단하도록 구성되는 레귤레이터를 포함하는 터빈 엔진을 또한 제공한다. 이 방법의 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값이 제2 터빈에 의해서 연소 가스로부터 추출되는 기계적 동력과 연관된 적어도 하나의 표지적 물리 파라미터의 함수로서 변한다.

본 발명은 또한 적어도 2개이 이러한 터빈 엔진을 포함하는 동력 장치, 및 적어도 하나의, 그리고 가능하게는 적어도 2개의 이러한 터빈 엔진을 포함하는 항공기, 그리고 특히 회전익 항공기를 제공한다.

비제한적 실시예로서 주어지는 실시형태의 다음 상세한 설명을 읽을 때 본 발명은 잘 이해될 수 있고, 이의 장점은 더욱 잘 파악된다. 설명은 첨부된 도면을 참조하고, 여기서:
- 도 1은 회전익 항공기의 개략적인 사시도이고;
- 도 2는 2개의 터보샤프트 엔진을 갖는 도 1의 항공기의 동력 장치의 개략적인 도이고; 그리고
- 도 3은 도 2의 엔진 중 하나의 엔진의 자유 터빈에 고정되는 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 최대 한계값이 자유 터빈의 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크의 함수로서 또는 동일한 엔진의 가스 발생기의 회전 샤프트의 회전 속도의 함수로서 어떻게 변하는지를 도시하는 그래프이다.

도 1은 회전익 항공기, 더욱 구체적으로, 구동하기 위한 동력 장치(4)에 연결되는 메인 로터(2) 및 안티토크 테일 로터(3)를 갖는 헬리콥터를 도시한다. 도시된 동력 장치(4)는 2개의 터보샤프트 엔진(5)을 포함한다. 좀 더 구체적으로, 이들 엔진(5)은, 각각이 메인 로터(2) 및 테일 로터(3)를 구동하기 위해 메인 변속기 기어박스(7)에 연결되는 동력 인출 샤프트(6)를 갖는 터보샤프트 엔진이다.

동력 장치(4)의 엔진(5) 중 하나의 엔진은 도 2에서 더욱 상세히 도시된다. 각각의 엔진(5)은 압축기(8), 연소실(9), 압축기(8)에 제1 회전 샤프트(11)에 의해서 연결되는 제1 터빈(10), 및 "자유" 터빈으로 알려진 제2 터빈(12)을 포함하며, 제2 터빈은 제2 회전 샤프트(13)에 연결되고, 제2 회전 샤프트는 다시 동력 인출 샤프트(6)에 연결된다. 압축기(8), 연소실(9), 제1 터빈(10), 및 회전 샤프트(11)에 의해서 형성되는 조립체는 또한 "가스 발생기"로도 알려져 있다. 공급 회로(14)는 가스 발생기(GG) 각각에서 연소실(9)에 연료를 공급하는 기능을 한다. 공급 회로(14)는, 일반적으로 통합 디지털전자식 엔진 조절 장치(FADEC)로 알려진 종류의 디지털 레귤레이터(15)에 제어 목적을 위해서 연결되는 적어도 하나의 밸브(14a)를 포함한다. 레귤레이터(15)는 엔진(5)의 동작을 조절하기 위한 한 세트의 지시를 수용하는 전자 메모리를 갖는 프로그램가능한 전자 프로세서를 특히 포함할 수도 있다. 또한, 레귤레이터(15)는, 제1 회전 샤프트(11)의 회전 속도를 감지하기 위한 센서(16), 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도를 감지하기 위한 센서(17), 각각 주변 온도 및 압력을 감지하기 위한 센서(18 및 19), 제2 회전 샤프트(13) 상에서 비틀림을 감지하기 위한 센서(20), 연소실(9)과 제1 터빈(10) 사이에서 온도를 감지하기 위한 센서(21), 각각 압축기(8)와 연소실(9) 사이에서 공기 유량과 압력을 감지하기 위한 센서(22 및 23), 및 연소실(9)에 전달되는 연료의 유량을 감지하기 위한 센서(24)를 특히 포함하는 한 세트의 센서에 연결된다. 마지막으로, 레귤레이터(15)는 또한 각각의 엔진(5)의 동작 속도를 제어하기 위해서 항공기(1)의 파일럿에 의한 작동을 위한 제어 레버(25)에 연결될 수도 있다.

예를 들어, 센서(20)는 프랑스 특허 출원 FR 2　972　256 및 FR　2　931 552의 공개 공보에 개시되는 종류의 비틀림 토크 미터일 수도 있으며, 이는 비틀림 시 변형을 측정함으로써 제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크(M2)를 측정한다. 온도 센서(18 및 21)는, 비록 센서(21)가 동등하게 양호한 예를 들어 고온계(pyrometer)일 수 있으나, 특히 써모커플일 수도 있다. 센서(24)는 연료 공급 회로에서 조절 장치(metering unit)의 위치를 감지하기 위한 센서 또는 유량 측정 스피너(spinner)일 수도 있다.

전형적으로, 각각의 엔진(5)의 구성요소는 엔진(5)의 명확하게 정의된 동작 범위를 위해서 치수지어진다. 동력 장치(4) 및 항공기(1)의 성능를 최적화하기 위해서, 엔진(5)의 구성요소, 그리고 특히 엔진(5)의 회전 부분의 어떠한 과치수를 피하는 것이 적합하다. 그럼에도 불구하고, 안전성이 저하되지 않아야 한다. 따라서, 회전 부분 파손(breaking)으로 이어질 수도 있는 과속, 그리고 특히 파편이 항공기(1)의 다른 구성요소에 손상을 줄 수도 있는 제2 터빈(12)의 과속을 피하기 위해서, 레귤레이터(15)는, 센서(17)에 의해서 측정되는 바와 같은 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)가 최대 한계값(N_{2, 최대})을 넘어가는 경우에 연소실(9)에 대한 연료 공급을 차단하는 방식으로 구성된다. 이 구성은 레귤레이터(15)의 전자적 메모리에 저장된 지시를 사용하여 실시될 수도 있다.

각각의 엔진(5)에서, 제2 터빈(12) 및 제2 회전 샤프트(13)는 몇 가지 상이한 이유 때문에 과속을 시작할 수도 있다. 예를 들어, 엔진(5)이 고속으로 동작되는 동안 제2 터빈(12)으로부터 하류에서 동력 전달부가 파손되는 경우에, 이것이 제2 회전 샤프트(13), 동력 인출 샤프트(6), 또는 메인 변속기 기어박스(7)를 포함하든 포함하지 않든, 제2 터빈(12)은 더 이상 인지가능한 저항 토크에 의해서 제동되지 않고, 폭주하여 위험한 과속에 빠르게 도달될 수 있다. 제2 회전 샤프트(13)와 함께 제2 터빈의 위험한 과속은 또한 레귤레이터(15)의 고장에 의해서 유발되는 제어되지않는 속도 증가에 의해서 유발될 수 있다. 양 상황에서, 제2 회전 샤프트(13)의 과속은 가스 발생기가 고속으로 동작되는 동안에 발생된다.

또한, 극한 거동은 제2 회전 샤프트(13) 및 제2 터빈(12)의 천이(transient) 과속으로 이어질 수 있다. 예시로서, 메인 변속기 기어박스(7) 내의 프리휠이 멈추거나 또는 잼(jam)되고 일시적으로 제2 터빈(12)과 메인 로터(2) 사이의 동력 전달을 유지하는 동안, 메인 로터(2)의 콜렉티브 피치가 자동회전을 인게이지하기 위해서 갑자기 변경되면, 제2 회전 샤프트(13) 및 제2 터빈(12)은 메인 로터(2)에 의해서 과속으로 구동될 수 있다. 이 천이 과속은 따라서 상당히 더 낮은 가스 발생기의 속도에서 발생될 수 있다.

레귤레이터(15)의 오작동에 의해서 또는 제2 터빈(12)으로부터 하류에서 동력 전달의 단절에 의해서 유발되는 제2 회전 샤프트(13)의 과속의 경우에 또한 빠르게 반응하는 한편, 항공기(1)의 극한 거동에 의한 제2 회전 샤프트(13)의 이러한 천이 과속을 허여하기 위해서, 제1 실시형태에서, 센서(17)에 의해서 측정되는 바와 같은 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)에 적용되는 최대 한계값(N_{2, 한계})은 제2 회전 샤프트(13) 상의 센서(20)에 의해서 측정되는 바와 같은 비틀림 토크(M₂)의 함수로서 변한다.

따라서, 도 3에 도시되는 바와 같이, 비틀림 토크(M₂)가 더 높은 한계값(M_{2, 한계3})보다 클 때, 속도(N₂)에 적용되는 최대 한계값(N_{2, 한계})은, 이 최대 토크(M_{2, 한 계3})로 제2 터빈(12)에 의해서 도달될 수 있는 안정화된 최대 속도(N_{2, 최대 안정}) 빼기 제1 안전 마진(ΔN_{2 , sec1})에 대응하는 한편, 토크(M₂)가 중간 토크(M_{2, 한계2})보다 작으나, 더 작은 한계값(M_{2, 한계1})보다 여전히 클 때, 속도(N₂)에 적용되는 상기 최대 한계값(N_{2, 한계})은, 토크(M_{2, 한계2})로 제2 터빈(12)에 의해서 달성될 수 있는 최대 천이 속도(N_{2, 최대천이}) 빼기 제2 안전 마진(ΔN_{2 , sec2})에 대응하는 상당히 더 높은 값을 제공한다.

제2 회전 샤프트(13)에 의해서 전달되는 토크(M2)에 대한 중간 한계값(M2, 한계2)과 더 높은 한계값(M2, 한계3) 사이에서, 레귤레이터(15)는 최대 한계값(N_{2, 최대})을 속도(N₂)에 적용하며, 이 최대 한계값은 증가하는 토크(M₂)에 따라서 점진적으로 감소된다.

또한, 제2 회전 샤프트(13)에 의해서 전달되는 토크(M2)가 더 낮은 한계값(M2, 한계1)보다 더 낮은 동안, 만약 제2 터빈(12)이 과속으로 들어간다며, 이 것은 제2 터빈(12)으로부터 하류에서 동력 전달(break)에 단절이 발생했다거나, 또는 센서(20)의 고장이 있다는 것을 의미한다. 결과적으로, 제2 회전 샤프트(13)의 속도(N₂)에 대한 최대 한계값(N_{2, 최대})은 감소된다. 특히, 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 회전 샤프트(13)의 속도(N₂)에 대한 이 최대 한계값(N_{2, 최대})은 더 낮은 한계값(M_{2, 한계1})보다 더 작은 토크(M₂) 및 더 큰 한계값(M_{2, 한계3})보다 더 큰 토크(M₂)에 대해서 실질적으로 동일할 수도 있다.

또한, 레귤레이터(15)는, 적어도 제2 회전 샤프트(13) 상에서 측정되는 토크(M2)가 더 낮은 한계값(M2, 한계1)과 더 높은 한계값(M2, 한계3) 사이 범위에 있을 때, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도가 최대 한계값(N_{2, 최대})보다 더 작은 경고 한계값(N_{2, 경고})을 넘으면, 경고를 기록하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 레귤레이터(15)가 이 속도에서 큰 천이 과속을 수용한다고 하더라도, 그럼에도 불구하고, 레귤레이터는 이벤트에 관한 결고를 기록하여 가능하게는 동력 장치(14)가 검사되도록 한다. 이 기록은 파일럿의 주의를 위한 단일의 시각적 또는 청각적 경고 신호에 의해서 동반될 수도 있다.

도 3에서, 제2 회전 샤프트(13)의 토크(M₂) 및 회전 속도(N₂)는 공칭 전속력에서 예상되는 공칭 토크(M_{2, 공칭}) 및 공칭 회전 속도(N_{2, 공칭}) 각각의 퍼센티지로서 표현된다. 따라서, 도시된 실시형태에서, 제2 회전 샤프트(13) 상에서 측정되는 토크(M₂)가 더 낮은 한계값(M_{2, 한계1})보다 더 낮을 때, 예를 들어 공칭 전속력 토크(M_{2, 공칭})의 50%와 동일하거나, 또는 더 높은 한계값(M_{2, 한계3})을 넘을 때, 예를 들어 공칭 전속력(N₁)에서 토크(M_{2, 공칭})의 105%와 동일하면, 예시로서, 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})은 공칭 전속력(N_{2, 공칭})의 단지 105%이다. 또한, 토크(M₂)는 더 낮은 한계값(M_{2, 한계1})과 중간 한계값(M_{2, 한계2}) 사이에 놓일 때, 예를 들어 공칭 전속력에서 토크(M_{2, 공칭})의 70%와 동일하면, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})은 실질적으로 더 높다. 예시로서, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 이 최대 한계값(N_{2, 최대})은 그러면 천이 과속을 허여하도록 공칭 전속력(N_{2, 공칭})의 121%일 수도 있다. 토크(M₂)의 중간 한계값(M_{2, 한계2})을 넘어서, 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})은, 예를 들어 더 높은 한계값(M_{2, 한계3})에서 공칭 전속력(N_{2, 공칭})의 112%로 점진적으로 떨어질 수도 있다. 또한, 토크(M₂)의 더 낮은 한계값(M_{2, 한계1})과 더 높은 한계값(M_{2, 한계3}) 사이에서, 레귤레이터(15)는, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)가, 토크(M₂)에 대한 값의 이 범위에 대해서 최대 한계값(N_{2, 최대}) 보다 더 작은 경고 한계값(N_{2, 경고})을 넘을 때 경고를 기록하도록 구성된다. 예를 들어, 도시된 실시형태에서, 경고 한계값(N_{2, 경고})은, 공칭 전속력(N_{2, 공칭})에서 제2 회전 샤프트(13)의 속도(N_{2, 공칭})의 105%이며, 즉 제1 회전 샤프트(11)의 측정된 속도(N₁)가 더 높은 한계값(N_{1, 한계3})을 넘거나 또는 더 낮은 한계값(N_{1, 한계1}) 미만일 때, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})과 동일한 레벨이다. 이 수치적 값 각각은 순전히 도해에 의해서 주어지고, 다른 더 적절한 값이 각각의 한계값에 대해서, 예를 들어 항공기(1) 및 동력 장치(4)의 파라미터의 함수로서 선택될 수도 있다.

그럼에도 불구하고, 다른 실시형태에서, 제2 터빈(12)에 의한 연소 가스로부터 추출되는 기계적 동력과 관련된 다른 지표적인 물리 파라미터는 토크(M₂)에 부가하여 또는 대안으로서 사용될 수도 있다.

따라서, 제2 실시형태에서, 센서(17)에 의해서 측정되는 바와 같은 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도에 적용되는 최대 한계값(N_{2, 한계})은 센서(16)에 의해서 측정되는 바와 같은 제1 회전 샤프트(11)의 회전 속도(N₁)의 함수로서, 그리고 따라서 가스 발생기의 속도의 함수로서 변한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 센서(16)에 의해서 측정되는 바와 같이 제1 회전 샤프트(11)의 회전 속도(N₁)의 함수로서의 이 최대 한계값(N_{2, 한계})의 변화는 제1 실시형태에서 토크(M₂)의 함수로서의 것과 동일할 수도 있다.

따라서, 도 3에서, 회전 속도(N₁)는 또한 토크(M₂)에 대해서 사용될 때와 동일한 축선 상에서 제1 회전 샤프트(11)의 공칭 전속력(N_1,공칭)에서 회전 속도의 페센티지로서 표현된다. 제1 회전 샤프트(11)의 측정된 속도(N₁)가 더 낮은 한계값(N_{1, 한계1}) 미만일 때, 예를 들어 공칭 전속력(N_{1, 공칭})의 50%에 동일할 때, 또는 더 높은 속도(N_{1, 한계3})를 초과할 때, 예를 들어 공칭 전속력(N_{1, 공칭})의 105%에 동일할 때, 예시로서, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})은 단지 공칭 전속력(N_{2, 공칭})의 105%일 수도 있다. 또한, 제1 회전 샤프트(11)의 속도(N1)가 더 낮은 한계값(N_{1, 한계1})과 중간 한계값(N_{1, 한계2}) 사이에 있을 때, 예를 들어, 공칭 전속력(N_{1, 공칭})의 50%와 동일할 때, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})은 실질적으로 더 높다. 예시로서, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)에 대한 이 최대 한계값(N_{2, 최대})은 그러면 천이 과속을 허여하도록 공칭 전속력(N_{2, 공칭})의 121%일 수도 있다. 제1 회전 샤프트(11)의 속도(N₁)에 대해서 중간 한계값(N_{1, 한계2})을 넘어서, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)에 대한 최대 한계값(N_{2, 최대})은, 예를 들어 제2 회전 샤프트(13)에 의해서 전달되는 증가되는 토크를 고려하도록 더 높은 한계값(N_{1, 한계3})에서 공칭 전속력(N_{2, 공칭})의 112%로 점진적으로 떨어질 수도 있다. 또한, 제1 회전 샤프트(11)의 회전 속도(N₁)에 대한 더 낮은 한계값(N_{1, 한계1})과 더 높은 한계값(N_{1, 한계3}) 사이에서, 레귤레이터(15)는, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)가, 제1 회전 샤프트(11)의 속도(N₁)의 이 범위 내에서 최대 한계값(N_{2, 최대})보다 더 작은 경고 한계값(N_{2, 경고})을 넘을 때, 경고를 기록하도록 구성된다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 경고 한계값(N_{2, 경고})은, 공칭 전속력(N_{2, 공칭})에서, 제2 회전 샤프트(13)의 속도(N_{2, 공칭})의 105%이며, 즉 제1 회전 샤프트(11)의 측정된 속도(N₁)가 더 높은 한계값(N_{1, 한계3})을 넘거나 또는 더 낮은 한계값(N_{1, 한계1}) 미만일 때, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)에 대한 최대 한계값(N_{2, 최대})과 동일한 레벨이다. 이 수치적 값 각각은 순전히 도해에 의해서 주어지고, 다른 더 적절한 값이 각각의 한계값에 대해서, 예를 들어 항공기(1) 및 동력 장치(4)의 파라미터의 함수로서 선택될 수도 있다.

따라서, 도 3에서 도시된 곡선은 변하지 않는 주변 압력 및 온도(p₀ 및 T₀)에서 제1 회전 샤프트(11)의 측정된 속도(N₁)의 함수로서 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_{2, 최대})에서 변화를 재생한다. 그럼에도 불구하고, 이 최대 한계값(N_{2, 최대})은 또한 센서(18, 19)에 의해서 감지되는 바와 같은 주변 압력 및 주변 온도(p₀, T₀)의 함수로서 변할 수 있다. 예를 들어, 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)에 대한 최대 한계값(N_{2, 최대})은, 주변 온도(T₀)의 제곱근에 의해서 나누어지고 주변 압력(p₀)에 의해서 곱해지는 회전 속도(N₁)의 산물로서 표현되는 가스 발생기의 정규화된 속도(normalized speed)(NG)의 함수로서 표현될 수도 있다.

또한, 다른 지표적 물리 파라미터가 회전 속도(N₁) 또는 토크(M₂)에 대안으로서 또는 부가하여 사용될 수도 있다. 따라서, 다른 실시형태에서, 최대 한계값(N_{2, 최대})은 예시로서, 중립 위치에 대한 제어 레버(25)의 위치, 및/또는 연료 공급 회로에서 센서(24)에 의해서 측정되는 바와 같은 연료 유량(Q_c), 제1 터빈(10)과 연소실(9) 사이의 센서(21)에 의해서 측정되는 바와 같은 연소 가스의 온도(T₄₅), 압축기(8)로부터 하류에서 엔진(5)을 통과하는 공기의 스트림에서 센서(22, 23)에 의해서 측정되는 바와 같은 공기의 유량(Q_a) 또는 압력(p₃)의 함수로서 변할 수도 있다. 이 지표적 물리 파라미터 각각의 함수로서 제2 회전 샤프트(13)의 회전 속도(N₂)의 최대 한계값(N_2,최대)에서 변화는 속도(N₁) 또는 토크(M₂)의 함수로서 도 3에 도시되는 변화와 유사할 수도 있다.

상술된 실시형태 각각에서, 적어도 하나의 지표적 물리 파라미터의 함수로서 최대 한계값(N_{2, 최대})의 변화는 레귤레이터(15)에 지도로서 저장될 수도 있다. 특히, 이 지도는 레귤레이터(15) 내의 데이타 매체 상에 저장될 수도 있고, 이 지도는, 엔진(5)을 조절하는 이 방법을 행하기 위한, 그리고 이 실시형태를 위한 레귤레이터(15)의 프로세서에 의해서 판독되기에 적합한 데이타 매체 상에 또한 가능하게는 저장되는 일련의 지시를 포함하는 컴퓨터 프로그램에 의해서 사용될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 레귤레이터(15)는 프로그램가능한 디지털 레귤레이터와 다른 형태일 수도 있다. 따라서, 예시로서, 이것은 하드웨어에 내장된 로직을 사용하는, 동등하게 양호하도록 기계적, 유체적, 또는 전자적 레귤레이터일 수 있다.

비록 본 발명은 특정 실시형태를 참조하여 설명되나, 다양한 변경 및 수정이 청구항에 의해서 정의되는바와 같은 발명의 전체적 범위를 벗어나지 않으면서 이 실시형태 상에 행해질 수도 있다. 또한, 설명되는 다양한 실시형태의 개별적 특징들은 추가적인 실시형태에서 결합될 수도 있다. 결과적으로, 설명 및 도면은, 제한적인 것보다는 도해적인 방식으로 고려되어야 한다.

Claims (13)

1. 적어도,
   압축기(8);
   상기 압축기로부터 하류의 연소실(9);
   상기 연소실로부터 하류의 제1 및 제2 터빈(10, 12);
   적어도 상기 압축기 및 상기 제1 터빈과 함께 회전되도록 구속되는 제1 회전 샤프트(11);
   상기 제2 터빈과 함께 회전되도록 구속되고, 그럼에도 불구하고 상기 제1 회전 샤프트에 대해서 회전되는 것이 자유로운 제2 회전 샤프트(13); 및
   상기 연소실에 대한 연료의 공급을 제어하기 위한 레귤레이터(15)를 포함하는 적어도 하나의 터빈 엔진(5)을 조절하기 위한 조절 방법에 있어서,
   상기 레귤레이터는, 상기 제2 터빈(12)에 의해서 연소 가스로부터 추출되는 기계적 동력과 관련된 적어도 하나의 지표적(indicative) 물리 파라미터의 함수로서 변하는 최대 한계값(N_{2, 최대})을 만약 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도(N₂)가 넘으면 상기 연소실에 대한 연료의 공급을 차단하며;
   상기 방법은, 상기 지표적 물리 파라미터가 더 높은 한계값을 넘을 때, 그리고 상기 지표적 물리 파라미터가 더 낮은 한계값 아래로 갈 때, 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값이 감소되는 것을 특징으로 하는, 조절 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 제2 회전 샤프트에 의해서 전달되는 토크인, 조절 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 제1 회전 샤프트의 회전 속도인, 조절 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값은 적어도 상기 제1 회전 샤프트의 상기 회전 속도의 함수로서, 그리고 또한 주변 압력 및/또는 온도(p₀, T₀)의 함수로서 변하는, 조절 방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 압축기(8)로부터 하류의 압력인, 조절 방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 연소실(9)로부터 하류의 온도인, 조절 방법.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 연소실(9)에 공급되는 연료의 유량인, 조절 방법.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 압축기(8)를 통과하는 공기의 유량인, 조절 방법.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 지표적 물리 파라미터는 상기 엔진(5)을 제어하기 위한 제어 부재(25)의 움직임인, 조절 방법.
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 더 높은 한계값 미만에서, 만약 상기 지표적 물리 파라미터가 최대 한계값보다 실질적으로 더 낮은 경고 한계값(N_{2, 경고})를 넘어가면, 경고가 기록되는, 조절 방법.
11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값은 중간 한계값과 더 높은 한계값 사이에서 상기 지표적 물리 파라미터의 증가에 따라 점진적으로 감소되는, 조절 방법.
12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 따른 조절 방법을 실행하기 위하여 프로그램가능한 디지털 레귤레이터에 의해서 실행되기에 적합한 한 세트의 지시를 포함하는 데이타 매체.
13. 터빈 엔진(5)에 있어서, 적어도,
    압축기(8);
    상기 압축기로부터 하류의 연소실(9);
    상기 연소실로부터 하류의 제1 및 제2 터빈(10, 12);
    적어도 상기 압축기 및 상기 제1 터빈과 함께 회전되도록 구속되는 제1 회전 샤프트(11);
    상기 제2 터빈과 함께 회전되도록 구속되고, 그럼에도 불구하고 상기 제1 회전 샤프트에 대해서 회전되는 것이 자유로운 제2 회전 샤프트(13); 및
    상기 연소실에 대한 연료 공급을 제어하기 위한 레귤레이터(15)로서, 상기 제2 터빈(12)에 의해서 연소 가스로부터 추출되는 기계적 동력과 관련된 적어도 하나의 지표적 물리 파라미터의 함수로 변하는 최대 한계값(N_{2, 최대})을 만약 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도(N₂)가 넘으면 상기 공급을 단절하도록 구성되는, 상기 레귤레이터를 포함하며,
    상기 엔진은, 상기 지표적 물리 파라미터가 더 높은 한계값을 넘을 때, 그리고 상기 지표적 물리 파라미터가 더 낮은 한계값 아래로 갈 때, 상기 제2 회전 샤프트의 회전 속도에 대한 상기 최대 한계값이 감소되는 것을 특징으로 하는, 터빈 엔진(5).

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