高壓壓氣機可調靜葉打開裕度測量試驗方法.pdf

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1、(19)中華人民共和國國家知識產權局 (12)發明專利申請 (10)申請公布號 (43)申請公布日 (21)申請號 202011333397.8 (22)申請日 2020.11.25 (71)申請人 中國航發上海商用航空發動機制造 有限責任公司 地址 201306 上海市浦東新區臨港新城新 元南路600號1號廠房301室 申請人 中國航發商用航空發動機有限責任 公司 (72)發明人 金宗亮孫震宇高國榮曹傳軍 陳志龍李游 (74)專利代理機構 上海專利商標事務所有限公 司 31100 代理人 袁逸 (51)Int.Cl. F04D 27/02(2006.01) F04D 29/56(2006.0。

2、1) (54)發明名稱 高壓壓氣機可調靜葉打開裕度測量試驗方 法 (57)摘要 本公開的一方面涉及一種壓氣機的可調靜 葉打開裕度測量試驗方法， 可用于在高壓壓氣機 部件性能試驗中進行OpenBeta裕度測量。 所述 壓氣機包括兩級或更多級可調靜葉， 所述方法包 括調節壓氣機的轉速并使所述壓氣機的所述兩 級或更多級可調靜葉中每一級可調靜葉的角度 隨所述轉速自動控制； 調節所述壓氣機的壓比至 共同工作線壓比并調節所述壓氣機的級間引氣 至設計引氣量； 固定所述壓氣機的轉速或所述兩 級或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另 一者， 直至所述壓氣機進喘； 以及基于所述壓氣 機進喘時可調靜葉的實際角度。

3、與進喘轉速下的 設計角度， 計算所述壓氣機的可調靜葉打開裕 度。 權利要求書3頁 說明書11頁 附圖5頁 CN 112128133 A 2020.12.25 CN 112128133 A 1.一種壓氣機的可調靜葉打開裕度測量試驗方法， 所述壓氣機包括兩級或更多級可調 靜葉， 所述方法包括： 調節壓氣機的轉速并使所述壓氣機的所述兩級或更多級可調靜葉中每一級可調靜葉 的角度隨所述轉速自動控制； 調節所述壓氣機的壓比至共同工作線壓比并調節所述壓氣機的級間引氣至設計引氣 量； 固定所述壓氣機的轉速或所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另一 者， 直至所述壓氣機進喘； 以及 基于所述壓氣機進。

4、喘時可調靜葉的實際角度與進喘轉速下的設計角度， 計算所述壓氣 機的可調靜葉打開裕度。 2.如權利要求1所述的方法， 其中， 調節所述壓氣機的轉速包括將所述壓氣機的轉速調 節至降轉起始轉速； 并且 固定所述壓氣機的轉速或所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另一者 包括： 固定所述兩級或更多級可調靜葉的角度， 并遞減地調節所述壓氣機的轉速。 3.如權利要求2所述的方法， 其中， 遞減地調節所述壓氣機的轉速包括： 每次對所述壓 氣機的轉速進行固定百分比的降轉。 4.如權利要求1所述的方法， 進一步包括： 當所述壓氣機進喘， 確定所述壓氣機的進喘轉速是否小于試驗目標轉速； 若所述壓氣機的進。

5、喘轉速小于或等于所述目標轉速， 則確定在所述壓氣機的轉速處于 所述進喘轉速與目標轉速之間時， 所述壓氣機的可調靜葉打開裕度均達到要求； 否則 若所述壓氣機的進喘轉速大于所述目標轉速， 則確定在所述壓氣機的轉速處于所述進 喘轉速與目標轉速之間時， 所述壓氣機的可調靜葉打開裕度均未達到要求。 5.如權利要求2所述的方法， 其中， 基于所述壓氣機進喘時可調靜葉的實際角度與進喘 轉速下的設計角度， 計算所述壓氣機的可調靜葉打開裕度包括： 根據可調靜葉調節規律， 確定所述兩級或更多級可調靜葉在進喘轉速下的設計角度； 確定所述兩級或更多級可調靜葉在所述降轉起始轉速下的設計角度； 以及 將所述進喘轉速下的設。

6、計角度與所述降轉起始轉速下的設計角度的差值作為所述進 喘轉速的可調靜葉打開裕度。 6.如權利要求5所述的方法， 其中， 所述降轉起始轉速基于所述壓氣機的目標轉速、 可 調靜葉打開裕度要求、 以及所述可調靜葉調節規律反算。 7.如權利要求1所述的方法， 其中， 調節所述壓氣機的轉速包括將所述壓氣機的轉速調 節至試驗目標轉速； 并且 固定所述壓氣機的轉速或所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另一者 包括： 將所述壓氣機的轉速固定在所述試驗目標轉速， 并調節所述兩級或更多級可調靜葉的 角度。 8.如權利要求7所述的方法， 其中， 所述兩級或更多級可調靜葉至少包括進口可調導葉 以及第一級可。

7、調靜葉， 并且 權利要求書 1/3 頁 2 CN 112128133 A 2 調節所述兩級或更多級可調靜葉的角度包括： 以所述第一級可調靜葉作為主調級來對所述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉的 角度進行聯調。 9.如權利要求8所述的方法， 其中， 調節所述兩級或更多級可調靜葉的角度進一步包 括： 每次逐步地改變所述第一級可調靜葉打開的角度， 并相應地對所述進口可調導葉以及 其他各級可調靜葉的角度進行聯調。 10.如權利要求9所述的方法， 進一步包括： 根據可調靜葉調節規律， 得到所述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉各自與所述第 一級可調靜葉的角度關系； 其中， 以所述第一級可調靜葉作為主調級來。

8、對所述進口可調導葉以及其他各級可調靜 葉的角度進行聯調包括： 基于所述第一級可調靜葉的當前角度， 按照所述角度關系確定所述進口可調導葉以及 其他各級可調靜葉各自所需聯調的角度； 以及 基于所述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉各自所需聯調的角度， 調節所述進口可 調導葉以及其他各級可調靜葉。 11.如權利要求7所述的方法， 其中， 基于所述壓氣機進喘時可調靜葉的實際角度與進 喘轉速下的設計角度， 計算所述壓氣機的可調靜葉打開裕度包括： 將所述兩級或更多級可調靜葉在所述試驗目標轉速下的設計角度與所述壓氣機進喘 時所述兩級或更多級可調靜葉的實際角度的差值作為所述試驗目標轉速下的可調靜葉打 開裕度。 。

9、12.如權利要求1所述的方法， 進一步包括： 在固定所述壓氣機的轉速或所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另一 者時， 記錄所述壓氣機的穩態數據， 所述穩態數據至少包括所述壓氣機的轉速和所述兩級 或更多級可調靜葉的角度。 13.如權利要求1所述的方法， 進一步包括： 當所述壓氣機進喘時， 立即執行退喘操作， 所述退喘操作包括以下任何一者或其組合： (i) 增大排氣閥門開度； (ii) 將所述兩級或更多級可調靜葉恢復至設計角度； 以及 (iii) 使引氣閥門全開。 14.如權利要求1所述的方法， 其中， 使所述壓氣機的所述兩級或更多級可調靜葉中每 一級可調靜葉的角度隨所述轉速自動控制。

10、包括： 實時測量所述壓氣機的物理轉速、 進口溫度； 基于所述物理轉速、 進口溫度以及參考溫度、 設計轉速確定所述壓氣機的相對轉換速 率； 基于可調靜葉調節規律和所述相對換算速率， 確定所述兩級或更多級可調靜葉各自的 設定角度。 15.如權利要求1所述的方法， 其中， 所述兩級或更多級可調靜葉中每一級可調靜葉的 角度通過單級閉環控制來調節， 其中所述單級閉環控制包括： 權利要求書 2/3 頁 3 CN 112128133 A 3 基于該級可調靜葉角度的設定值、 該級可調靜葉的初始角度以及控制速率來確定該級 可調靜葉的控制目標； 基于所述控制目標， 通過采用比例-積分-微分PID算法來確定控制輸出。

11、值； 基于所述控制輸出值， 執行對該級可調靜葉的角度的控制； 通過角位移傳感器測量該級可調靜葉的當前角度； 基于該級可調靜葉的當前角度與控制目標的差值， 修正所述控制目標； 以及 繼續執行對該級可調靜葉的角度的控制， 直至所述差值小于等于可調靜葉角度偏差閾 值。 16.如權利要求15所述的方法， 其中， 每一級可調靜葉的角位移傳感器包括至少四個角 位移傳感器， 并且所述方法進一步包括， 當所述至少四個角位移傳感器中有一角位移傳感 器與其余角位移傳感器的測量平均值的偏差超過偏差閾值時： 將該級可調靜葉鎖定在當前角度； 禁用偏差超過所述偏差閾值的角位移傳感器； 以及 解除對該級可調靜葉的鎖定。 權。

12、利要求書 3/3 頁 4 CN 112128133 A 4 高壓壓氣機可調靜葉打開裕度測量試驗方法 技術領域 0001 本申請一般涉及高壓壓氣機， 尤其涉及可調靜葉 （VSV） Open -Beta裕度測量。 0002 背景技術 0003 壓氣機， 以燃氣渦輪發動機中的軸流式高壓壓氣機為例， 喘振是壓氣機的一種氣 動失穩現象， 壓氣機發生喘振時， 氣流沿壓氣機軸線方向發生的低頻率、 高振幅的振蕩。 對 于發動機整機而言， 壓氣機的喘振一方面直接導致發動機失去推力， 另一方面導致發動機 振動以及葉片動應力的大幅度增大， 對發動機造成嚴重損傷。 為了提升壓氣機的喘振裕度， 壓氣機一般采用多級可調靜。

13、葉， 在不同轉速下通過改變可調靜葉的角度， 實現壓氣機喘振 裕度的提升。 可調靜葉角度與轉速的關系稱為可調靜葉調節規律， 在壓氣機設計階段初步 確定， 并通過壓氣機性能進行優化， 綜合考量壓氣機的效率與喘振裕度， 得到最優的調節規 律。 0004 然而， 發動機工作時， 若壓氣機的可調靜葉角度偏離調節規律， 會使壓氣機的喘振 裕度發生改變， 當偏離達到一定程度時將導致壓氣機喘振。 例如飛機飛行過程中， 若發動機 進口溫度突然降低 （如發動機吸雨） ， 在物理轉速不變的情況下， 會導致相對換算轉速瞬間 升高， 而發動機的控制系統是基于相對換算轉速控制可調靜葉角度， 因此控制系統會控制 作動裝置打。

14、開可調靜葉， 從而導致可調靜葉角度偏離調節規律。 此外， 機械結構上的偏差以 及控制系統的誤差等因素也可能導致可調靜葉角度偏離調節規律。 為此，航空發動機適航 規定 將高壓壓氣機可調靜葉角度相對于調節規律打開的裕度 （以下簡稱Open-Beta裕度） 作為適航考核指標之一， 要求在發動機適航取證階段進行試驗驗證。 但是， 發動機在整機試 驗過程中發生喘振的危害性很大， 此外， 一旦試驗結果達不到預期指標， 將對發動機的適航 取證周期造成嚴重影響。 0005 因此， 在高壓壓氣機部件研制階段開展Open-Beta裕度測量試驗進行預驗證， 對于 降低試驗風險、 支撐整機適航試驗具有重要意義。 00。

15、06 然而， 現有技術中缺乏在高壓壓氣機部件性能試驗中進行Open-Beta裕度測量的 試驗方法。 0007 發明內容 0008 本公開的一方面涉及一種壓氣機的可調靜葉打開裕度測量試驗方法， 所述壓氣機 包括兩級或更多級可調靜葉， 所述方法包括調節壓氣機的轉速并使所述壓氣機的所述兩級 或更多級可調靜葉中每一級可調靜葉的角度隨所述轉速自動控制； 調節所述壓氣機的壓比 至共同工作線壓比并調節所述壓氣機的級間引氣至設計引氣量； 固定所述壓氣機的轉速或 所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另一者， 直至所述壓氣機進喘； 以及基 于所述壓氣機進喘時可調靜葉的實際角度與進喘轉速下的設計角度， 。

16、計算所述壓氣機的可 說明書 1/11 頁 5 CN 112128133 A 5 調靜葉打開裕度。 0009 根據一些示例性實施例， 調節所述壓氣機的轉速包括將所述壓氣機的轉速調節至 降轉起始轉速； 并且固定所述壓氣機的轉速或所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一 者， 并調節另一者包括固定所述兩級或更多級可調靜葉的角度， 并遞減地調節所述壓氣機 的轉速。 0010 根據進一步的示例性實施例， 遞減地調節所述壓氣機的轉速包括每次對所述壓氣 機的轉速進行固定百分比的降轉。 0011 根據一些示例性實施例， 該方法進一步包括當所述壓氣機進喘， 確定所述壓氣機 的進喘轉速是否小于試驗目標轉速； 若所述壓。

17、氣機的進喘轉速小于或等于所述目標轉速， 則確定在所述壓氣機的轉速處于所述進喘轉速與目標轉速之間時， 所述壓氣機的可調靜葉 打開裕度均達到要求； 否則若所述壓氣機的進喘轉速大于所述目標轉速， 則確定在所述壓 氣機的轉速處于所述進喘轉速與目標轉速之間時， 所述壓氣機的可調靜葉打開裕度均未達 到要求。 0012 根據進一步的示例性實施例， 基于所述壓氣機進喘時可調靜葉的實際角度與進喘 轉速下的設計角度， 計算所述壓氣機的可調靜葉打開裕度包括根據可調靜葉調節規律， 確 定所述兩級或更多級可調靜葉在進喘轉速下的設計角度； 確定所述兩級或更多級可調靜葉 在所述降轉起始轉速下的設計角度； 以及將所述進喘轉速。

18、下的設計角度與所述降轉起始轉 速下的設計角度的差值作為所述進喘轉速的可調靜葉打開裕度。 0013 根據進一步的示例性實施例， 所述降轉起始轉速基于所述壓氣機的目標轉速、 可 調靜葉打開裕度要求、 以及所述可調靜葉調節規律反算。 0014 根據一些示例性實施例， 調節所述壓氣機的轉速包括將所述壓氣機的轉速調節至 試驗目標轉速； 并且固定所述壓氣機的轉速或所述兩級或更多級可調靜葉的角度中的一 者， 并調節另一者包括將所述壓氣機的轉速固定在所述試驗目標轉速， 并調節所述兩級或 更多級可調靜葉的角度。 0015 根據進一步的示例性實施例， 所述兩級或更多級可調靜葉至少包括進口可調導葉 以及第一級可調靜。

19、葉， 并且調節所述兩級或更多級可調靜葉的角度包括以所述第一級可調 靜葉作為主調級來對所述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉的角度進行聯調。 0016 根據進一步的示例性實施例， 調節所述兩級或更多級可調靜葉的角度進一步包括 每次逐步地改變所述第一級可調靜葉打開的角度， 并相應地對所述進口可調導葉以及其他 各級可調靜葉的角度進行聯調。 0017 根據進一步的示例性實施例， 該方法進一步包括根據可調靜葉調節規律， 得到所 述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉各自與所述第一級可調靜葉的角度關系； 其中， 以 所述第一級可調靜葉作為主調級來對所述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉的角度進 行聯調包括基于所述。

20、第一級可調靜葉的當前角度， 按照所述角度關系確定所述進口可調導 葉以及其他各級可調靜葉各自所需聯調的角度； 以及基于所述進口可調導葉以及其他各級 可調靜葉各自所需聯調的角度， 調節所述進口可調導葉以及其他各級可調靜葉。 0018 根據進一步的示例性實施例， 基于所述壓氣機進喘時可調靜葉的實際角度與進喘 轉速下的設計角度， 計算所述壓氣機的可調靜葉打開裕度包括將所述兩級或更多級可調靜 葉在所述試驗目標轉速下的設計角度與所述壓氣機進喘時所述兩級或更多級可調靜葉的 說明書 2/11 頁 6 CN 112128133 A 6 實際角度的差值作為所述試驗目標轉速下的可調靜葉打開裕度。 0019 根據一些。

21、示例性實施例， 該方法進一步包括在固定所述壓氣機的轉速或所述兩級 或更多級可調靜葉的角度中的一者， 并調節另一者時， 記錄所述壓氣機的穩態數據， 所述穩 態數據至少包括所述壓氣機的轉速和所述兩級或更多級可調靜葉的角度。 0020 根據一些示例性實施例， 該方法進一步包括當所述壓氣機進喘時， 立即執行退喘 操作， 所述退喘操作包括以下任何一者或其組合： (i) 增大排氣閥門開度； (ii) 將所述兩 級或更多級可調靜葉恢復至設計角度； 以及(iii) 使引氣閥門全開。 0021 根據一些示例性實施例， 使所述壓氣機的所述兩級或更多級可調靜葉中每一級可 調靜葉的角度隨所述轉速自動控制包括實時測量所。

22、述壓氣機的物理轉速、 進口溫度； 基于 所述物理轉速、 進口溫度以及參考溫度、 設計轉速確定所述壓氣機的相對轉換速率； 基于可 調靜葉調節規律和所述相對換算速率， 確定所述兩級或更多級可調靜葉各自的設定角度。 0022 根據一些示例性實施例， 所述兩級或更多級可調靜葉中每一級可調靜葉的角度通 過單級閉環控制來調節， 其中所述單級閉環控制包括基于該級可調靜葉角度的設定值、 該 級可調靜葉的初始角度以及控制速率來確定該級可調靜葉的控制目標； 基于所述控制目 標， 通過采用比例-積分-微分PID算法來確定控制輸出值； 基于所述控制輸出值， 執行對該 級可調靜葉的角度的控制； 通過角位移傳感器測量該級。

23、可調靜葉的當前角度； 基于該級可 調靜葉的當前角度與控制目標的差值， 修正所述控制目標； 以及繼續執行對該級可調靜葉 的角度的控制， 直至所述差值小于等于可調靜葉角度偏差閾值。 0023 根據進一步的示例性實施例， 每一級可調靜葉的角位移傳感器包括至少四個角位 移傳感器， 并且所述方法進一步包括， 當所述至少四個角位移傳感器中有一角位移傳感器 與其余角位移傳感器的測量平均值的偏差超過偏差閾值時： 將該級可調靜葉鎖定在當前角 度； 禁用偏差超過所述偏差閾值的角位移傳感器； 以及解除對該級可調靜葉的鎖定。 0024 本公開還包括其他相關方面。 0025 附圖說明 0026 圖1示出了根據本公開的一。

24、方面的可調靜葉的常規控制原理。 0027 圖2示出了根據本公開的一方面的作動筒與可調靜葉之間的機械連接結構的示 圖。 0028 圖3示出了根據本公開一方面的固定可調靜葉角度降轉試驗方法的流程圖。 0029 圖4示出了根據本公開一方面的固定轉速打開可調靜葉試驗方法的流程圖。 0030 圖5示出了根據本公開的示例性實施例的可調靜葉單級閉環控制邏輯的示圖。 0031 圖6示出了可調靜葉隨相對換算轉速自動控制邏輯的示意圖。 0032 圖7示出了以第一級可調靜葉S1為主調級的聯調控制邏輯的示圖。 0033 圖8示出了角位移傳感器失效判定邏輯和保護系統的示圖。 0034 具體實施方式 0035 圖1示出了。

25、根據本公開的一方面的可調靜葉組件系統100的常規控制原理的示圖。 說明書 3/11 頁 7 CN 112128133 A 7 如圖1所示， 可調靜葉組件系統100包括可調靜葉5以及液壓作動筒3， 可調靜葉5通過液壓作 動筒3驅動發生角位移。 液壓作動筒3可以具有活塞， 活塞將作動筒內部分為第一腔室B以及 第二腔室A。 0036 圖2示出了根據本公開的一方面的作動筒與可調靜葉之間的機械連接結構200的 示圖。 如圖1和圖2所示的， 活塞桿7通過拉桿8與聯動環4連接， 聯動環4通過搖臂與可旋轉的 靜葉5的葉柄相連， 最終實現將活塞的線性運動轉化為靜葉5的角向運動。 0037 參考圖1， 壓氣機可調。

26、靜葉組件系統100的控制系統一般通過控制器 （PLC） 2與伺服 閥1精準地控制液壓作動筒3供油壓力/流量， 從而驅動可調靜葉5， 每級可調靜葉一般配置 一個或多個 （例如， 1-4個） 角位移傳感器6， 取平均值作為該級靜葉角度的反饋值， 并發送至 控制器2形成閉環反饋控制。 伺服閥1例如可以是具有線性可變差動變壓器 （LVDT） 的線性位 置反饋比例閥。 0038 針對不同轉速的Open-Beta裕度測量， 本申請可包括固定可調靜葉角度降轉和固 定轉速打開可調靜葉等試驗方法。 0039 圖3示出了根據本公開一方面的固定可調靜葉角度降轉試驗方法300的流程圖。 方 法300可包括在框302，。

27、 調節壓氣機轉速至降轉的起始轉速， 其中， 可調靜葉的角度隨相對換 算轉速自動控制 （在后文中描述） 。 0040 由于試驗前不確定降轉過程中發生喘振的轉速， 因此需要根據驗證Open-Beta裕 度的目標轉速與Open-Beta裕度要求以及調節規律反算降轉的起始轉速。 0041 例如， 假設驗證Open-Beta裕度的目標轉速為N1， Open-Beta裕度要求是第一級可 調靜葉S1作為主調級聯調打開X 。 基于此， 可以例如基于設計角度與X 之差來計算得到N1 轉速可調靜葉聯調打開后的角度， 再根據該角度查調節規律得到對應的轉速N0， 從而將N0 作為降轉的起始轉速。 0042 在框304。

28、， 方法300可包括調節壓氣機的壓比至共同工作線壓比， 并調節壓氣機級 間引氣至設計引氣量。 根據優選實施例， 因壓氣機壓比調節與引氣量調節相互影響， 為了減 少操作迭代， 引氣量控制可使用自動控制模式。 即， 在調節壓比過程中， 引氣量可以自動跟 隨調節。 0043 在框306， 方法300可包括固定可調靜葉角度。 在本申請的可調靜葉控制模式中， 例 如， 可以通過從可調靜葉隨相對換算轉速自動控制模式切換至手動控制模式來實現固定可 調靜葉角度。 0044 在框308， 方法300可包括調節壓氣機轉速， 并錄取穩態數據。 例如， 根據示例性實 施例， 壓氣機轉速可以每次逐步地改變， 例如可以每。

29、次降低0.5%相對換算轉速， 或每次降低 其他固定的變化量/百分比或可變的變化量/百分比。 例如， 根據至少一些示例性實施例， 壓 氣機轉速每次降低的量可以逐步減小， 例如可以按等差或等比或其他關系或序列等逐漸減 小。 本公開在此方面不受限定。 0045 在框310， 方法300可包括確定壓氣機是否進喘。 若否， 則方法300回到框308， 重復 該步驟一次或多次直至壓氣機進喘。 數據采集系統在此降轉過程中連續采集數據 （例如， 采 集頻率可為10 Hz） ， 以更加準確的獲取進喘時的相對換算轉速。 另一方面， 若是， 則方法300 可去往框312。 0046 在框312， 方法300可包括在。

30、壓氣機進喘后立即執行退喘操作。 退喘操作可包括例 說明書 4/11 頁 8 CN 112128133 A 8 如增加排氣閥門的開度， 恢復可調靜葉角度至設計角度， 引氣閥門全開等， 或是上述各項操 作的組合。 0047 在本申請的可調靜葉控制模式中， 例如， 從手動控制模式切換至可調靜葉隨相對 換算轉速自動控制模式， 便可快速實現可調靜葉角度與轉速匹配。 0048 根據其他實施例， 對于排氣閥門打開的開度， 為了規避壓氣機在堵點發生顫振的 風險， 不建議全開， 通常根據試驗器調試階段摸索的規律設定退喘時排氣閥門打開的開度。 另一方面， 級間引氣閥門可以全開， 其目的是增大壓氣機前面級流量， 改。

31、善攻角狀態。 0049 為了簡化試驗操作， 同時保證壓氣機退喘時各級可調靜葉角度快速恢復到設計角 度， 可以對可調靜葉隨相對換算轉速進行自動控制。 例如， 可根據可調靜葉調節規律， 在壓 氣機試驗器控制系統中分別配置S0、 S1Sn各級可調靜葉的角度與相對換算轉速的關系； 在可調靜葉隨相對換算轉速自動控制的模式下， 調節壓氣機轉速時， 控制系統根據配置關 系及當前的相對換算轉速插值計算各級可調靜葉的設定值； 控制系統可以根據各級角度設 定值和角位移傳感器測量的反饋值， 形成閉環控制。 0050 在框314， 方法300可包括確定進喘轉速的Open-Beta裕度。 例如， 根據示例性實施 例， 。

32、可以根據壓氣機可調靜葉調節規律得到進喘轉速各級可調靜葉的設計角度， 計算進喘 轉速可調靜葉設計角度與起始轉速可調靜葉設計角度的差值， 從而得到進喘轉速的Open- Beta裕度。 0051 假設降轉過程中壓氣機在N2轉速發生喘振。 若N2N1， 則說明N1到N2轉速范圍內Open-Beta裕度均未達到要求。 0052 圖3的固定可調靜葉角度降轉試驗方法300一般較適用于進行壓氣機中低轉速的 Open-Beta裕度測量。 該方法在降轉時除了獲得進喘轉速的Open-Beta裕度， 還可驗證部分 未進喘轉速的Open-Beta裕度是否滿足要求。 0053 圖4示出了根據本公開一方面的固定轉速打開可調。

33、靜葉試驗方法400的流程圖。 方 法400可包括在框402， 調節壓氣機轉速至測量Open-Beta裕度的目標轉速， 其中， 可調靜葉 隨相對換算轉速自動控制 （在后文中描述） 。 0054 在框404， 方法400可包括調節壓氣機的壓比至共同工作線壓比， 并調節壓氣機級 間引氣至設計引氣量。 0055 在框406， 方法400可包括以第一級可調靜葉S1為主調級， 各級聯調打開可調靜葉， 并錄取穩態數據。 0056 根據示例性實施例， 在本申請的可調靜葉控制模式中， 通過從可調靜葉隨相對換 算轉速控制模式切換至S1為主調級的聯調控制模式， 可以在打開可調靜葉時只調節S1角 度， 其他級自動聯調。

34、。 0057 例如， 根據示例性實施例， S1打開的角度可以每次逐步地改變， 例如每次遞增1 、 每次遞減1 、 或每次遞增/遞減其他固定角度變化量或可變角度變化量。 例如， 根據至少一 些示例性實施例， S1打開的角度每次遞增/遞減的量可以逐步減小， 例如可以按等差或等比 或其他關系或序列等逐漸減小。 本公開在此方面不受限定。 0058 在可調靜葉聯調控制模式下， 輸入或改變S1的角度設定值時， 壓氣機試驗器控制 系統可以根據配置關系來計算 （例如， 插值） 其他各級可調靜葉角度的設定值； 控制系統可 說明書 5/11 頁 9 CN 112128133 A 9 以根據各級角度設定值和角位移傳。

35、感器測量的反饋值， 形成閉環控制。 0059 在框408， 方法400可包括確定壓氣機是否進喘。 若否， 則方法400回到框406， 重復 該步驟一次或多次直至壓氣機進喘。 數據采集系統在此打開可調靜葉過程中連續采集數據 （例如， 采集頻率可為10 Hz） ， 以更加準確的獲取進喘時的角度。 另一方面， 若是， 則方法400 可去往410。 0060 在框410， 方法400可包括在壓氣機進喘后立即執行退喘操作。 退喘操作可包括例 如增加排氣閥門的開度， 恢復可調靜葉角度至設計角度， 引氣閥門全開等， 或是上述各項操 作的組合。 0061 在本申請的可調靜葉控制模式中， 例如， 從手動控制模式。

36、切換至可調靜葉隨相對 換算轉速自動控制模式， 便可快速實現可調靜葉角度與轉速匹配。 0062 根據其他實施例， 對于排氣閥門打開的開度， 為了規避壓氣機在堵點發生顫振的 風險， 不建議全開， 通常根據試驗器調試階段摸索的規律設定退喘時排氣閥門打開的開度。 另一方面， 級間引氣閥門可以全開， 其目的是增大壓氣機前面級流量， 改善攻角狀態。 0063 為了簡化試驗操作， 同時保證壓氣機退喘時各級可調靜葉角度快速恢復到設計角 度， 可以對可調靜葉隨相對換算轉速進行自動控制。 例如， 可根據可調靜葉調節規律， 在壓 氣機試驗器控制系統中分別配置S0、 S1Sn各級可調靜葉的角度與相對換算轉速的關系； 。

37、在可調靜葉隨相對換算轉速自動控制的模式下， 調節壓氣機轉速時， 控制系統根據配置關 系及當前的相對換算轉速插值計算各級可調靜葉的設定值； 控制系統可以根據各級角度設 定值和角位移傳感器測量的反饋值， 形成閉環控制。 0064 在本申請的可調靜葉控制模式中， 例如， 通過從S1為主調級的聯調控制模式切換 至可調靜葉隨相對換算轉速控制模式， 可快速使可調靜葉恢復至設計角度。 0065 類似地， 根據其他實施例， 對于排氣閥門打開的開度， 為了規避壓氣機在堵點發生 顫振的風險， 不建議全開， 通常根據試驗器調試階段摸索的規律設定退喘時排氣閥門打開 的開度。 另一方面， 級間引氣閥門可以全開， 其目的。

38、是增大壓氣機前面級流量， 改善攻角狀 態。 0066 在框412， 方法400可包括計算該轉速可調靜葉設計角度與壓氣機進喘時可調靜葉 角度的差值， 從而得到該轉速的Open-Beta裕度。 0067 圖4的固定轉速打開可調靜葉試驗方法較適用于高轉速的Open-Beta裕度測量， 其 可避免降轉的起始轉速超過壓氣機設計轉速 （即， 超轉） 的問題。 0068 本公開的上述各實施例及其變體涉及研究在高壓壓氣機性能試驗件上進行可調 靜葉Open-Beta裕度測量的試驗方法。 試驗過程中涉及轉速調節、 壓比調節、 引氣量調節、 可 調靜葉角度控制、 退喘措施以及Open-Beta裕度計算等。 0069。

39、 為了模擬發動機整機上多級可調靜葉聯調的控制方式， 避免各級可調靜葉角度調 節的不協調， 影響Open-Beta裕度測量結果， 在壓氣機試驗件可調靜葉單級調節的機械結構 上通過控制系統實現可調靜葉的多級聯調， 同時保證各級角度調節的同步性。 0070 圖5示出了根據本公開的示例性實施例的可調靜葉單級閉環控制邏輯500的示圖。 可調靜葉單級閉環控制邏輯500可包括VSV控制目標計算單元502、 PID控制機構504、 執行機 構506、 以及角位移傳感器508。 0071 可調靜葉角度設定值SP、 可調靜葉初始角度P0以及控制速率ROC可被輸入到VSV控 說明書 6/11 頁 10 CN 112。

40、128133 A 10 制目標計算單元502。 VSV控制目標計算單元502可基于SP、P0和ROC來計算不同時刻可調靜葉 的控制目標值S(t)。 例如， 可調靜葉初始角度P0可以指在改變可調靜葉角度設定值的那一 時刻， 可調靜葉角度的測量值。 0072 根據示例性實施例， 若SPP0， 則S(t)可以在P0基礎上根據控制速率ROC來增大， 直 至S(t)=SP或其差值的絕對值小于閾值。 例如， 根據一示例，S(t)=P0+ROC*t， 其中t表示時間， 直至S(t)=SP或其差值的絕對值小于閾值。 0073 另一方面， 若SPP0， 則S(t)可以在P0基礎上根據控制速率ROC來降低， 直至。

41、S(t)=SP 或其差值的絕對值小于閾值。 例如， 根據一示例，S(t)=P0-ROC*t， 其中t表示時間， 直至S(t) =SP或其差值的絕對值小于閾值。 0074 根據一些示例性實施例， 為了避免角位移傳感器失效導致控制失效， 每級可調靜 葉周向可以安裝不止一個 （例如， 4個） 角位移傳感器， 作為冗余設置。 此外， 考慮可調靜葉角 度周向不均勻的問題， 每級有不止一個角位移傳感器亦可提高測量精度。 0075 VSV控制目標計算單元502輸出的控制目標值S(t)可被輸入到加法器503。 角位移 傳感器508測量到的實時反饋值P(t)也可被輸入到加法器503。 加法器503計算可通過將控。

42、 制目標值S(t)減去實時反饋值P(t)來計算可調靜葉角度偏差值e(t)。 0076 PID控制機構504可基于可調靜葉角度偏差值e(t)， 通過采用PID （比例-積分-微 分） 算法來計算控制輸出值u(t)。 控制輸出值u(t)可被輸出至執行機構506。 0077 執行機構506例如可包括例如以上結合圖1和圖2描述的液壓作動筒、 聯動環等組 件， 其驅動葉柄旋轉以實現可調靜葉角度調整。 0078 根據示例性實施例， 當可調靜葉角度偏差值e(t)小于等于閾值時， 可以停止控制。 0079 圖6示出了可調靜葉隨相對換算轉速自動控制邏輯600的示意圖。 壓氣機可以包括 兩級或更多級可調靜葉。 0。

43、080 以壓氣機靜葉5級可調為例， 可調靜葉可包括S0、 S1、 S2、 S3、 和S4， 其中S0為進口可 調導葉， 亦稱進口可調靜葉或第0級可調靜葉； 而S1 S4分別為第一級到第四級可調靜葉。 然而， 本公開并不被限定于此， 而是可以有更多或更少的可調靜葉級。 0081 根據示例性實施例， 相對換算轉速自動控制邏輯600可以包括設定值計算單元602 和可調靜葉閉環控制單元604。 0082 壓氣機相對換算轉速NCR可被輸入至設定值計算單元602。 根據示例性實施例， 壓氣 機相對換算轉速NCR可被直接輸入至相對換算轉速自動控制邏輯600， 或者也可由相對換算 轉速自動控制邏輯600基于根。

44、據實時測量的壓氣機物理轉速、 壓氣機進口溫度及參考溫度、 壓氣機設計轉速來計算。 0083 設定值計算單元602可以根據可調靜葉調節規律及相對換算轉速NCR來計算各級可 調靜葉角度設定值。 0084 根據示例性實施例， 可調靜葉調節規律可以被配置在壓氣機試驗器控制系統中。 例如， 通?？梢耘渲?5組可調靜葉角度值與相對換算轉速值的關系， 這樣可保證插值精度 在0.2 以內。 但本公開并不被限定于此。 0085 根據各級可調靜葉角度設定值， 可調靜葉閉環控制單元604可以用單級閉環控制 的方式控制各級可調靜葉角度。 根據示例性實施例， 可調靜葉閉環控制單元604可以包括與 每一級可調靜葉可調靜葉。

45、S0、 S1、 S2、 S3、 和S4相對應的單級閉環控制邏輯。 單級閉環控制邏 說明書 7/11 頁 11 CN 112128133 A 11 輯可以如以上結合圖5所描述的或是其變體， 其相應地驅動葉柄旋轉以實現對本級可調靜 葉的角度調整。 0086 根據示例性實施例， 為了保證各級可調靜葉控制的同步性， 各級可調靜葉的控制 速率ROC可以按照特定的比例進行設置， 該比例根據可調靜葉調節規律計算。 0087 圖6的可調靜葉隨相對換算轉速自動控制邏輯600可以尤其適用于例如以上結合 圖3描述的固定可調靜葉角度降轉試驗方法等。 0088 圖7示出了以第一級可調靜葉S1為主調級的聯調控制邏輯700。

46、的示圖。 0089 以壓氣機靜葉5級可調為例， 可調靜葉可包括S0、 S1、 S2、 S3、 和S4， 其中S0為進口可 調導葉， 亦稱進口可調靜葉或第0級可調靜葉； 而S1 S4分別為第一級到第四級可調靜葉。 0090 應注意， 在圖7的示例中以壓氣機靜葉5級可調為例， 其中S1為主調級的聯調控制 邏輯。 然而， 本公開并不被限定于此， 而是可以有更多或更少的可調靜葉級， 并且主調級也 不限于是S1。 0091 根據示例性實施例， 以第一級可調靜葉S1為主調級的聯調控制邏輯700可以包括 設定值計算單元702和可調靜葉閉環控制單元704。 0092 根據可調靜葉調節規律， 可以得到S0、 S。

47、2、 S3、 S4的角度與S1的角度的關系。 根據示 例性實施例， 可以將其他各個可調靜葉級與S1的角度關系分別配置在設定值計算單元702 中。 0093 設定值計算單元702可以根據上述配置關系以及所輸入的S1的角度設定值， 來計 算S0、 S2、 S3、 S4的角度設定值。 0094 根據各級可調靜葉角度設定值， 可調靜葉閉環控制單元704以單級閉環控制的方 式控制各級可調靜葉角度， 通過控制速率的比例保證各級的同步聯動。 單級閉環控制邏輯 可以如以上結合圖5所描述的或是其變體， 其相應地驅動葉柄旋轉以實現對本級可調靜葉 的角度調整。 0095 圖7的以第一級可調靜葉S1為主調級的聯調控制。

48、邏輯700可以尤其適用于例如以 上結合圖4描述的固定轉速打開可調靜葉試驗方法等。 0096 圖8示出了角位移傳感器失效判定邏輯和保護系統800的示圖。 角位移傳感器可以 包括以上結合圖1描述的角位移傳感器6、 和/或結合圖5描述的角位移傳感器508等。 0097 如前所述， 每級可調靜葉810一般配置一組一個或多個 （例如， 1-4個） 角位移傳感 器808， 取平均值作為該級靜葉角度的反饋值， 并發送至角位移傳感器失效判定邏輯和保護 系統800以形成閉環反饋控制。 0098 根據示例性實施例， 角位移傳感器失效判定邏輯和保護系統800可以包括角位移 傳感器失效判定單元802、 可調靜葉鎖定/。

49、解鎖單元804、 以及角位移傳感器啟用/禁用單元 806。 0099 根據示例性實施例， 若一級角位移傳感器808中的某個角位移傳感器測量值與該 組中其余幾個角位移傳感器測量平均值的偏差超過偏差閾值 （例如， 5 ） ， 則角位移傳感器 失效判定單元802可以判定該角位移傳感器失效， 并向可調靜葉鎖定/解鎖單元804和角位 移傳感器啟用/禁用單元806通知該角位移傳感器失效的情況。 出現此類角位移傳感器失效 時， 可調靜葉鎖定/解鎖單元804可以將該級可調靜葉810鎖定在當前角度。 角位移傳感器啟 用/禁用單元806可以禁用失效的角位移傳感器以使其測量值不再參與平均值計算。 角位移 說明書 8。

50、/11 頁 12 CN 112128133 A 12 傳感器啟用/禁用單元806可以自動或半自動地禁用失效的角位移傳感器， 也可以由操作人 員通過控制系統界面來手動禁用失效的角位移傳感器。 此后， 可調靜葉鎖定/解鎖單元804 可以解除該級可調靜葉810的角度鎖定。 0100 本公開的實施例可以通過相應的方法、 裝置、 設備以及程序 （例如， 存儲在計算機 可讀介質上， 并可由處理器執行的程序） 等來實現。 包含或實現本公開的實施例的方法、 裝 置、 設備等可以通過軟件、 硬件、 或固件等形式來實現， 這些均在本公開的范圍之內。 當采用 軟件或固件等形式來實現時， 相應的程序代碼可被存儲在軟盤。