用于在航空器的混合推进单元的热机的主调节系统发生故障的情况下调节混合推进单元的推进设备的转速的方法与流程

本发明涉及用于航空器的并联混合推进单元。更具体地，本发明应用于固定翼或旋转翼航空器（直升机）或垂直起降（vtol，英文中代表“垂直起降航空器”）航空器的推进和升力单元。本发明还可以应用于具有多个推进设备的类型的架构。

背景技术：

1、在并联混合推进单元中，推进发电和供电装置是冗余的，以便在一个功率链发生部分故障的情况下，航空器能够在令人满意的安全条件下着陆。

2、应用的典型示例是直升机的并联混合推进单元，其由涡轮轴发动机和电动马达组成，两者均驱动主和反扭矩旋翼。

3、图1中示出了这种并联混合推进单元的示例。它包括：

4、- 主变速箱3（以下称为mgb）；

5、- 推进设备4，其连接到mgb；它可以例如由旋翼、螺旋桨、风扇等组成；

6、- 主热机（所谓的发动机18），所述主热机连接到mgb并且被布置为将机械功率pm1输出到mgb；

7、- 电动副马达（所谓的马达2），其连接到mgb并且被布置为向mgb输出机械功率pm2；

8、- 发动机18的调节系统5，其能够通过命令pm1*调节发动机1的转速；

9、- 马达2的调节系统6，其能够通过命令pm2*调节马达2的转速；

10、- 航空器的控制系统7，其可以与两个马达的调节系统通信以向其发送高级命令，诸如待驱动的推进设备的转速设定点nr*。

11、事实上，发动机的每个调节系统能够通过命令pm1*调节其所连接的发动机输出的机械功率，以便将发动机的转速伺服控制在速度设定点nr*上。

12、每个马达通过轴10连接到主变速箱3，主变速箱3将把功率从（一个或多个）马达传输到推进设备4。

13、每个马达的参数（发动机18的参数和马达2的参数）都发送到其各自的调节系统。

14、如图1所示，并联混合架构主要允许克服主热机（发动机18）的故障，并借助辅助电动马达（马达2）的功率输出进行净空机动（clearance maneuver）和/或紧急着陆。在这种故障情况下，主发动机（发动机18）发生故障，不再能够向主变速箱提供功率。这种故障的典型情况是主发动机在飞行中停止运转，无法重新启动。因此，故障发动机18的调节系统5变得不起作用。然后，输出到mgb的功率仅来自辅助马达（马达2）的功率输出，该功率由马达2的调节系统6控制，受航空器的控制系统7的授权。

15、然而，可能会发生其他类型的故障。在本发明的背景下，我们关注影响主发动机的调节系统5的故障，这些故障使其无法控制主发动机18的功率输出。在这种情况下，发动机18通常始终运行并能够输出功率，但后者不再受发动机18的调节系统5的调节。一般来说，我们谈论的是完全调节故障。

16、直升机涡轮领域的一种已知策略是锁定注入发动机18的燃料流，以保持发动机18运行并锁定其输出的功率。然后向航空器的控制系统7和飞行员指示故障，以便他/她执行适当的机动和紧急着陆。

17、利用如前所述的现有技术的并联混合推进单元，辅助马达2可以调节其输出到推进设备4的补充功率，由此将推进设备的转速保持在可接受的范围内。

18、然而，如果发动机18的调节故障发生在发动机18输出高功率时，则马达2将无法降低输出到推进设备的功率，而飞行员应有意停止主发动机以能够稳定直升机并着陆。因此，飞行员必须在没有主发动机18仍能提供的功率的情况下执行净空机动，然后紧急着陆。

19、因此，在主发动机18的调节系统5发生故障的情况下，能够调节主发动机输出的功率以使其适应航空器的需求，同时通过辅助马达2调节推进设备的转速将是有利的。换句话说，即使在发动机18的调节系统发生故障的情况下，能够继续通过两个马达调节推进设备的转速将是有利的。

技术实现思路

1、为此，本发明的目的是一种用于在用于航空器的混合推进单元的热机的主调节系统发生故障的情况下控制混合推进单元的推进设备的转速np的方法，混合推进单元包括：

2、- 推进设备和能够驱动该推进设备的主变速箱；

3、- 并联安装在主变速箱上的热机和至少一个电动马达，热机设置有能够将燃料供应到热机的燃烧室中的燃料回路；

4、- 热机的主调节系统，其能够调节热机的转速；

5、- 热机的备用调节系统，其能够在主调节系统发生故障时调节热机的转速；

6、- 电动马达的调节系统，其能够调节电动马达的转速；

7、- 航空器的控制系统，其能够向热机和电动马达的每个调节装置发送速度或功率设定点；

8、该方法包括当热机的主调节系统发生故障并且所述系统被锁定到燃料流量命令qcarbp*时，执行以下步骤：

9、- 向电动马达的调节系统发送速度设定点nm2ref，以使得电动马达的调节系统向电动马达发送功率命令pm2*，从而获得电动马达的瞬时功率pm2m；

10、- 同时，向热机的备用调节系统发送转速或功率设定点，以使得备用调节系统向热机的燃料回路发送燃料流量命令qcarbaux*，选择命令qcarbaux*以便根据是否期望增加或减少热机的功率pm1来改变注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb。

11、燃料流量命令qcarbp*对应于主调节系统完全失效之前获得的最后一个功率命令pm1*。

12、根据本发明的一个实施例，将电动马达的参考功率设定点pm2ref*发送到热机的备用调节系统，通过将电动马达的瞬时功率pm2m与参考功率pm2ref进行比较来选择燃料流量命令qcarbaux*，并且

13、- 如果pm2m<pm2ref，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其减少注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而降低热机的功率pm1；

14、- 如果pm2m>pm2ref，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其增加注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而提高热机的功率pm1；

15、- 如果pm2m=pm2ref，则流量命令qcarbaux*保持不变。

16、选择参考功率pm2ref，以便以足够的控制裕度来调制热机输出的功率。

17、术语“控制裕度”是指电动马达在热机输出的平均功率附近改变输出到推进设备的总功率的最大权限。换句话说，电动马达及其功率链（power chain）（如果通过这种方式供电，则为电力电子设备、电池）在设计上被限制在有限的功率范围内。该范围只能为正，或者如果电动马达的功率链能够从主变速箱汲取功率（例如通过给电池充电），则也可以在负域中延伸。因此，pm2ref的选择允许调整电动马达在其运行域中工作的平均功率。明智选择的一个例子是将pm2ref定位在电动马达范围的中间，以便在推进设备的功率需求快速（正或负）变化的情况下，电动马达具有最大权限来适应此需求。这允许将推进设备的转速调节的性能最大化。

18、根据本发明的另一实施例，向热机的备用调节系统发送转速设定点nm1ref，测量热机的瞬时速度nm1m并将其与转速设定点nm1ref进行比较：

19、- 如果nm1ref<nm1m，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其减少注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而降低热机的功率pm1；

20、- 如果nm1ref>nm1m，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其增加注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而提高热机的功率pm1；并且

21、- 如果nm1ref=nm1m，则流量命令qcarbaux*保持不变；

22、并且同时，将电动马达的瞬时功率pm2m与参考功率pm2ref进行比较，并且

23、- 如果pm2m<pm2ref，则降低热机的转速设定点nm1ref；

24、- 如果pm2m>pm2ref，则提高热机的转速设定点nm1ref。

25、本发明还涉及一种用于在用于航空器的混合推进单元的热机的主调节系统发生故障的情况下调节混合推进单元的推进设备的转速（np）的设备，混合推进单元包括：

26、- 推进设备和能够驱动推进设备的主变速箱；

27、- 并联安装在主变速箱上的热机和至少一个电动马达，热机设置有能够将燃料输送到热机的燃烧室中的燃料回路；

28、- 热机的主调节系统，其能够调节热机的转速；

29、- 热机的备用调节系统，其能够在主调节系统发生故障时调节热机的转速；

30、- 电动马达的调节系统，其能够调节电动马达的转速；

31、- 航空器的控制系统，其能够向热机和电动马达的每个调节装置发送速度或功率设定点；

32、该设备还包括当热机的主调节系统发生故障并且所述系统被锁定到燃料流量命令qcarbp*时被配置为执行以下操作的装置：

33、- 向电动马达的调节系统发送速度设定点nm2ref，以使得电动马达的调节系统向电动马达发送功率命令pm2*，从而获得电动马达的瞬时功率pm2m；

34、- 同时，向热机的备用调节系统发送转速或功率设定点，以使得备用调节系统向热机的燃料回路发送燃料流量命令qcarbaux*，选择命令qcarbaux*以便根据是否期望增加或减少热机的功率pm1来改变注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb。

35、根据一种变型，将电动马达的参考功率设定点pm2ref*发送到热机的备用调节系统，通过将电动马达的瞬时功率pm2m与参考功率pm2ref进行比较来选择燃料流量命令qcarbaux*，并且其中该设备包括配置为执行以下操作的装置：

36、- 如果pm2m<pm2ref，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其减少注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而降低热机的功率pm1；

37、- 如果pm2m>pm2ref，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其增加注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而提高热机的功率pm1；

38、- 如果pm2m=pm2ref，则保持流量命令qcarbaux*不变。

39、根据另一变型，向热机的备用调节系统发送转速设定点nm1ref，测量热机的瞬时速度nm1m并将其与转速设定点nm1ref进行比较，并且其中该设备包括被配置为执行以下操作的装置：

40、- 如果nm1ref<nm1m，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其减少注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而降低热机的功率pm1；

41、- 如果nm1ref>nm1m，则控制辅助燃料流量qcarbaux*，以使得其增加注入到热机的燃烧室中的燃料流量qcarb，从而提高热机的功率pm1；并且

42、- 如果nm1ref=nm1m，则保持流量命令qcarbaux*不变；

43、并且同时，将电动马达的瞬时功率pm2m与参考功率pm2ref进行比较，并且

44、- 如果pm2m<pm2ref，则降低热机的转速设定点nm1ref；

45、- 如果pm2m>pm2ref，则提高热机的转速设定点nm1ref。

46、本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括指令，当所述程序由计算机执行时，所述指令使计算机实施如上所述的方法。