用于優(yōu)化雙發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)的比耗量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化雙發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)(即配備有兩個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的直升機(jī))的比耗量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般情況下，在以巡航速度飛行時(shí)，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)以低于其最大連續(xù)功率(PMC)的低功率水平運(yùn)行。在巡航速度時(shí)，功率等于它們的最大起飛功率(PMD)的大約50%。這些低功率水平導(dǎo)致的比耗量Cs (specific consumpt1n)比處于PMD時(shí)的Cs大約高30%，并因此導(dǎo)致巡航速度時(shí)燃料的過度消耗。
[0003]直升機(jī)配備有兩個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸超大以便能夠在另一發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)將直升機(jī)保持在空中。在專用于管理失效發(fā)動(dòng)機(jī)的那些操作模式(被稱為單發(fā)動(dòng)機(jī)失效(one engine inoperative，0ΕΙ)模式)中，仍處于運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)提供遠(yuǎn)高于其額定功率的功率，以便使得直升機(jī)能夠應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)的情況，進(jìn)而使得能夠繼續(xù)其飛行。各模式由功率水平和最大使用持續(xù)時(shí)間限定。因此，注入到仍處于運(yùn)行狀態(tài)的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的燃料流速大致增加至OEI速度，以便提供這種過量功率。
[0004]這些超大渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在體積和燃油消耗量方面是不利的。為減少巡航速度時(shí)的這種消耗量，可以使渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)停止工作。因此，活躍的發(fā)動(dòng)機(jī)以更高的功率水平運(yùn)行，并因此以更有利的Cs水平運(yùn)行。然而，這種做法違背了當(dāng)前的認(rèn)證規(guī)則，并且渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)沒有被設(shè)計(jì)成確保符合安全標(biāo)準(zhǔn)的重啟可靠性水平。
[0005]因此，待機(jī)模式下的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的重啟持續(xù)時(shí)間通常為大約三十秒。根據(jù)飛行條件，例如在低飛行高度下起先的活躍發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生局部故障時(shí)，該持續(xù)時(shí)間可被證明是不夠的。如果待機(jī)狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)不能及時(shí)重啟，使用故障的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行著陸被證明是危險(xiǎn)的。
[0006]更一般地，在所有必須具有過量的可用功率的飛行情況下使用單個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)，出于安全原因，該過量功率需要兩個(gè)可用的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0007]本申請(qǐng)人在FR-A1-2967133中已經(jīng)提出用于優(yōu)化配備有兩個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的直升機(jī)的比耗量的方法，其中每個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)置有燃燒室的氣體發(fā)生器。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中的至少一個(gè)自身能夠以被稱為連續(xù)速度的穩(wěn)定飛行速度運(yùn)行，在緊急輸出情況下，通過的協(xié)力驅(qū)動(dòng)(compatible driving)以及重啟，另一禍輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)因此能夠從零功率的被稱為超級(jí)怠速(super-1dle)的速度轉(zhuǎn)變到用于使禍輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體發(fā)生器加速的模式。
[0008]渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的處于超級(jí)怠速的氣體發(fā)生器的轉(zhuǎn)速保持為大致小于處于怠速的氣體發(fā)生器的通常應(yīng)用到渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)空轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的自由渦輪的轉(zhuǎn)速由用于在超級(jí)怠速時(shí)將渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制在其額定值的系統(tǒng)維持，自由渦輪與直升機(jī)旋翼斷開，并且不再以其額定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
[0009]連續(xù)速度由不受限制的持續(xù)時(shí)間定義，并因此不涉及到起飛的階段過渡、懸停飛行以及著陸。例如，在海難幸存者的搜尋任務(wù)中，連續(xù)速度涉及朝向搜尋區(qū)域的巡航飛行階段、在搜尋區(qū)域中進(jìn)行水上的低空飛行階段、以及返回到基地的巡航飛行階段。為安全原因起見，兩個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地在起飛、懸停飛行以及著陸這些過渡階段期間同時(shí)運(yùn)行。
[0010]然而，除了過渡階段之外，根據(jù)飛行階段和條件來選擇性地使用渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)能夠取得在消耗量Cs和功率方面經(jīng)過優(yōu)化的性能，功率接近PMD但小于或等于PMC，同時(shí)可使用用于在超級(jí)怠速時(shí)重啟渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠構(gòu)件來應(yīng)對(duì)故障和緊急情況。
[0011]在飛行速度變化需要從單發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變到雙發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，從超級(jí)怠速到活躍的“雙發(fā)動(dòng)機(jī)”速度的轉(zhuǎn)變以“正?！狈绞接|發(fā)，例如當(dāng)直升機(jī)從巡航速度轉(zhuǎn)變成懸停飛行時(shí)，或者當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障或飛行條件突然變得難以應(yīng)對(duì)而處于“緊急情況”時(shí)。
[0012]在上述的在先申請(qǐng)中，超級(jí)怠速可從以下速度中選擇:燃燒室被點(diǎn)燃的情況下用于使發(fā)動(dòng)機(jī)保持旋轉(zhuǎn)的速度、燃燒室未被點(diǎn)燃的情況下用于使發(fā)動(dòng)機(jī)保持旋轉(zhuǎn)的速度、以及燃燒室未被點(diǎn)燃的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的零轉(zhuǎn)速。
[0013]當(dāng)燃燒室未被點(diǎn)燃時(shí)，其未被供以燃料。因此，處于這種超級(jí)怠速的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量基本上為零。發(fā)生器的軸的旋轉(zhuǎn)由驅(qū)動(dòng)構(gòu)件確保。
[0014]本發(fā)明提出了在處于超級(jí)怠速的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體發(fā)生器的燃燒室被點(diǎn)燃的情況下的一種改進(jìn)。
[0015]實(shí)際上，申請(qǐng)人已經(jīng)注意到處于超級(jí)怠速的氣體發(fā)生器的燃料消耗量和運(yùn)行溫度在燃燒室被點(diǎn)燃時(shí)特別高?？纱_定的是，氣體發(fā)生器的軸的旋轉(zhuǎn)僅通過將燃料供給至該發(fā)生器的燃燒室來維持，因此燃燒室被點(diǎn)燃并對(duì)發(fā)生器的高壓(high-pressurhHP)渦輪進(jìn)行供給。該渦輪提供用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的相當(dāng)大的量的機(jī)械功，并且這導(dǎo)致所述壓縮機(jī)具有相當(dāng)高的入口溫度，并導(dǎo)致燃燒室中具有相當(dāng)高的溫度。超級(jí)怠速時(shí)的運(yùn)行溫度接近于起飛時(shí)的運(yùn)行溫度。由于發(fā)生器中的氣體循環(huán)的流速在超級(jí)怠速時(shí)更低，因此發(fā)生器的溫度比起飛期間的溫度相對(duì)更熱，并且這可引起關(guān)于冷卻的問題，并因此引起涉及組件的使用壽命的冋題。
[0016]本發(fā)明提供了一種可應(yīng)對(duì)這種問題的簡(jiǎn)單、有效且經(jīng)濟(jì)的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為此，本發(fā)明提出一種用于對(duì)配備有兩個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的直升機(jī)的比耗量進(jìn)行優(yōu)化的方法，每個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)置有燃燒室的氣體發(fā)生器，這些渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中的每個(gè)自身能夠以連續(xù)飛行速度運(yùn)行，另一渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)因此能夠通過協(xié)力驅(qū)動(dòng)以及重啟從處于零功率的被稱為超級(jí)怠速的速度轉(zhuǎn)變到用于使所述渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體發(fā)生器加速的模式，其特征在于，該超級(jí)怠速在氣體發(fā)生器的燃燒室被點(diǎn)燃時(shí)獲得，并且該超級(jí)怠速通過處于該速度的氣體發(fā)生器的被以該速度旋轉(zhuǎn)地機(jī)械驅(qū)動(dòng)的軸來輔助，以降低該氣體發(fā)生器的燃料消耗量以及運(yùn)行溫度。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，該超級(jí)怠速(腔室被點(diǎn)燃情況下的非零轉(zhuǎn)速)通過提供具有機(jī)械動(dòng)力的氣體發(fā)生器來進(jìn)行輔助，目標(biāo)是顯著地減小運(yùn)行溫度以及處于該速度時(shí)的燃料消耗量，這尤其能夠使被排放的未燃盡燃料的量最小化。實(shí)際上，為氣體發(fā)生器的軸提供機(jī)械動(dòng)力可減小需要提供至HP渦輪以便驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的機(jī)械功，并且這導(dǎo)致其入口溫度的降低并因此可降低從渦輪的下游直到排氣口處所有的被觀察到的溫度，這在承受這些溫度的與發(fā)動(dòng)機(jī)緊鄰的組件的使用壽命上具有積極的效果。這種溫度的降低還導(dǎo)致燃燒室中的溫度以及燃料消耗量的降低。
[0019]該超級(jí)怠速可相當(dāng)于氣體發(fā)生器的額定速度的大約10%至40%。因此，超級(jí)怠速與標(biāo)準(zhǔn)怠速(飛行空轉(zhuǎn)和著陸空轉(zhuǎn))不同，標(biāo)準(zhǔn)怠速通常相當(dāng)于氣體發(fā)生器的額定速度的70% 到80 %。
[0020]優(yōu)選地，超級(jí)怠速被連續(xù)地輔助，即氣體發(fā)生器的軸在發(fā)動(dòng)機(jī)處于超級(jí)怠速的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)被無間斷地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0021]例如，機(jī)械驅(qū)動(dòng)可通過電動(dòng)機(jī)、聯(lián)接至另一氣體發(fā)生器或聯(lián)接至直升機(jī)的旋翼的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置、或使用諸如液壓源或氣動(dòng)源的動(dòng)力源的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置來提供。電動(dòng)機(jī)可以是提供在氣體發(fā)生器上的啟動(dòng)器，并通過機(jī)載網(wǎng)絡(luò)或另一氣體發(fā)生器上提供的啟動(dòng)器或發(fā)生器來供以動(dòng)力。機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置可被聯(lián)接至動(dòng)力輸送箱(BTP)或被直接聯(lián)接至另一發(fā)生器的自由渦輪。
【附圖說明】
[0022]根據(jù)閱讀以下的通過非限制性示例并參照單獨(dú)的附圖給出的說明，本發(fā)明將被更好的理解，并且本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清晰，該附圖是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的雙發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的示例的簡(jiǎn)化框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]術(shù)語(yǔ)“發(fā)動(dòng)機(jī)”和“渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)”被同義地使用于本文獻(xiàn)中。在所示的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)具有不同的最大功率。有利地，本實(shí)施例使得能夠抑制功率更大的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上的OEI速度，并且這可使兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)之間的質(zhì)量差異減到最小。為簡(jiǎn)化語(yǔ)言，最大功率發(fā)動(dòng)機(jī)或大尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)可也被稱為“大型”發(fā)動(dòng)機(jī)，而最小功率發(fā)動(dòng)機(jī)可被稱為“小型”發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0024]附圖示意性地示出了雙發(fā)動(dòng)機(jī)直升機(jī)的能夠優(yōu)化比耗量Cs的結(jié)構(gòu)的示例。
[0025]通常，每個(gè)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)1、2包括氣體發(fā)生器11、21以及被氣體發(fā)生器供給以提供功率的自由渦輪12、22。在起飛并處于連續(xù)速度期間，所供應(yīng)的功率可分別達(dá)到預(yù)定的最大值PMD和PMC。通常，氣體發(fā)生器