涡轮叶尖间隙主动控制方法、系统和航空发动机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114087029A(43)申请公布日2022.02.25(21)申请号202010863555.4(22)申请日2020.08.25(71)申请人中国航发商用航空发动机有限责任公司地址200241上海市闵行区莲花南路3998号(72)发明人周健辛长堃魏芳佘云峰郑建弘(74)专利代理机构中国贸促会专利商标事务所有限公司11038代理人张靖靖艾春慧(51)Int.Cl.F01D11/20(2006.01)F01D21/00(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图2页(54)发明名称涡轮叶尖间隙主动控制方法、系统和航空发动机(57)摘要本发明涉及一种涡轮叶尖间隙主动控制方法、系统和航空发动机，其中涡轮叶尖间隙主动控制方法包括：接收输入参数，基于输入参数计算高压涡轮的流量、高压涡轮的间隙泄漏量和高压涡轮的效率中的至少一个；选择高压涡轮的流量、高压涡轮的间隙泄漏量和高压涡轮的效率中的至少一个构造优化目标，根据最优控制理论计算发动机的作动系统的位置指令值；和根据计算出的位置指令值驱动作动系统动作以调整涡轮叶尖间隙的大小。本发明采用间接的监测方法，可以降低叶尖间隙的控制难度，有效减少气流泄漏并防止碰磨的发生，提高发动机运行安全性，降低耗油率，延长发动机的服役寿命。CN114087029ACN114087029A权利要求书1/3页1.一种涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，包括：接收输入参数，基于所述输入参数计算高压涡轮的流量、高压涡轮的间隙泄漏量和高压涡轮的效率中的至少一个；选择所述高压涡轮的流量、所述高压涡轮的间隙泄漏量和所述高压涡轮的效率中的至少一个构造优化目标，根据最优控制理论计算作动系统(30)的位置指令值；和根据计算出的所述位置指令值驱动所述作动系统(30)动作以调整所述涡轮叶尖间隙的大小。2.根据权利要求1所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述基于所述输入参数计算高压涡轮的流量、高压涡轮的间隙泄漏量和高压涡轮的效率中的至少一个的操作包括：将所述输入参数输入涡轮性能模型(11)，通过涡轮性能模型(11)计算输出参数的理论值、高压涡轮的流量和高压涡轮的效率；测量所述输出参数的测量值；将计算所得的所述输出参数的理论值和测量所得的所述输出参数的测量值输入自适应滤波器(12)，通过所述自适应滤波器(12)计算所述高压涡轮的间隙泄漏量、高压涡轮流量修正系数和高压涡轮效率修正系数。3.根据权利要求2所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述输出参数包括发动机的高压轴的转速、高压涡轮的出口温度和发动机的排气温度。4.根据权利要求3所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述输出参数还包括高压涡轮的出口压力。5.根据权利要求2所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述高压涡轮流量修正系数和所述高压涡轮效率修正系数作为所述输入参数输入所述涡轮性能模型(11)。6.根据权利要求5所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述输入参数还包括高压涡轮的进口温度、高压涡轮的进口压力、高压涡轮的膨胀比、高压轴的当前转速、发动机的燃油流量和所述作动系统(30)中阀门的开度。7.根据权利要求1所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述优化目标中的控制参数包括所述高压涡轮的流量、所述高压涡轮的间隙泄漏量和所述高压涡轮的效率中任一个的值或者所述高压涡轮的流量、所述高压涡轮的间隙泄漏量和所述高压涡轮的效率中至少两个基于预设函数的值。8.根据权利要求1所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述优化目标中的控制参数为：优化目标函数为：约束条件为：2CN114087029A权利要求书2/3页其中，为控制参数，为高压涡轮的泄漏流量，为高压涡轮的效率，γsp为控制参数的设定值，k为离散时间序列的时刻，P为模型预测域的步数，M为控制域的步数，α和β为加权系数，N2为高压轴的当前转速，为高压轴在巡航状态时的转速，EGT为发动机的排气温度，Wf为发动机的燃油流量，HPTACC为所述作动系统(30)中阀门的开度。9.根据权利要求1所述的涡轮叶尖间隙主动控制方法，其特征在于，所述优化目标中的控制参数为：优化目标函数为：约束条件为：其中，为控制参数，为高压涡轮的泄漏流量，为高压涡轮的效率，γsp为控制参数的设定值，k为离散时间序列的时刻，P为模型预测域的步数，M为控制域的步数，α和β为加权系数，N2为高压轴的当前转速，为高压轴在巡航状态时的转速，EGT为发动机的排气温度，Wf为发动机的燃油流量，HPTACC为所述作动系统(30)中阀门的开度。10.一种涡轮叶尖间隙主动控制系统，其特征在于，包括：计算单元(10)，被配置为接收输入参数并基于所述输入参数计算高压涡轮