[发明专利]用于启动飞行器涡轮发动机的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于启动飞行器的涡轮发动机的方法和系统。

背景技术

在已知的方式中，飞行器的涡轮发动机包括燃烧室、压缩机叶轮安装在其上以将压缩空气馈送至所述燃烧室的压缩机轴，以及至少一个连接到所述轴从而提供足以驱动其旋转的起动转矩的起动机(或起动发电机)。

为了启动涡轮轴发动机，该起动机首先在第一启动阶段使压缩机轴加速，起动喷射器的燃料回路上游在该第一启动阶段中被加压并被净化。随后，在第二启动阶段，在所述燃料在涡轮轴发动机的燃烧室中被点燃之前发起燃料喷射。最后，在第三启动阶段，该起动机以预定的旋转速度停止运行，并且由于所述燃料的燃烧而使该涡轮轴发动机能够继续加速。

为了使得能够点燃燃料，需要压缩机叶轮向燃烧室提供足量的空气，但是该空气量不能太大，这是因为随后该空气会防止点燃燃料。由于压缩机轴的旋转速度与压缩机叶轮向燃烧室提供的空气量成比例，因此该轴的旋转速度需要在针对足以正确执行点火的时间长度的速度范围内，该速度范围被称作点火窗口。

WO2011/056360描述了一种用于点燃燃气涡轮机的方法，在该方法中，控制涡轮机的旋转速度从而在第二启动阶段内将该旋转速度保持在5％的预定速度内，该预定速度被称为点火速度。然而，当由起动机在第一启动阶段引起的轴的加速使得不能降低所述轴的旋转度从而将其稳定在点火窗口内时，问题出现了。换言之，如下所述，该轴的旋转速度的过度增加会导致过快地进入涡轮轴发动机的点火窗口，这使得不能点燃该涡轮轴发动机。

事实上，在涡轮轴发动机中，通常使用电式起动机，该电式起动机采用由电池经由电力电子装置供电的同步机的形式，并在涡轮轴发动机的启动阶段中用作电机且在飞行器的飞行阶段用作发电机。由起动机提供起发动机转矩的目的在于克服所有主要由来自设置为旋转的部件的气动阻力所引起的、由接触的部件的机械摩擦所引起的、以及由涡轮轴发动机的机油和燃料泵的不同阶段所引起的阻力转矩。

然而，需要起动机克服的阻力转矩会根据涡轮轴发动机所经受的环境条件而显著变化，尤其是温度和气压。认证规定通常要求起动机能够在多个海拔高度和不同的气候条件下启动。

例如，在寒冷的天气下，也就是当环境温度很低，例如-20℃时，起动机需要克服以启动涡轮轴发动机的阻力转矩与该起动机在零上的环境温度下需要克服的阻力转矩相比存在明显增加，这尤其是因为涡轮轴发动机所配备的机油和燃料泵的阻力转矩高于其在寒冷天气下的阻力转矩。

因此，该起动机需要能够在这些条件下启动，从而使该起动机的功率能够预见此情况。这就意味着需要使用高功率的起动机。

在此过程中，这种类型的高功率起动机使得可以正确地控制由该起动机提供的转矩，并且这会导致轴的过度加速，从而导致过快进入点火窗口并由此导致该燃料的点火故障或中止。

发明内容

本发明的目的在于通过提出一种有效的用于启动涡轮轴发动机的方法来至少部分地消除这些缺陷，该方法尤其使得能够连续启动多个涡轮轴发动机，尤其是在不同的海拔高度下启动。

因此，本发明涉及一种用于启动飞行器涡轮轴发动机的方法，所述涡轮轴发动机包括：燃烧室；压缩机轴，压缩机叶轮安装在所述压缩机轴上以将压缩空气馈送给所述燃烧室；至少一个起动机，所述至少一个起动机连接到所述轴上以向所述轴提供指定的起动转矩来驱动所述轴旋转；所述方法包括：

在第一启动阶段中对所述压缩机轴加速的步骤，随后

在第二启动阶段稳定所述压缩机轴的旋转速度以使得燃料能够被点燃的步骤，

所述方法的特征在于，对所述轴的旋转速度进行调节，从而使得所述轴的加速度基本上保持恒定，尤其在第一启动阶段中保持恒定。

术语“调节”意味着该轴的旋转速度被持续地控制，尤其是在第一启动阶段中，从而使得该轴的加速度基本上保持恒定而不管处于何种涡轮轴发动机的环境条件下(低温、低压等)。这种类型的调节可利用速度参考或转矩参考来执行，该速度参考或转矩参考例如可以是速度值或转矩值，或者速度或转矩增加或降低的百分比。

在这种情况下并且在以下说明中，术语“起动机”意味着是简单的起动机和起动机发电器。