一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法及装置与流程

1.本技术属于发动机控制技术领域，具体涉及一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法及装置。


背景技术：

2.航空发动机为一种机械结构高度复杂的热机，具有温度变化剧烈、机件之间配合间隙要求高的特点。为避免发动机内部温度急剧变化对机械结构可能带来的损伤，提高热机寿命及可靠性，发动机起动成功后，通常需要选择一个低于最大功率状态的转速进行一定时间的暖机，暖机完成后，才可以继续提高转速，最终发动机逐步达到其运行的最大功率状态。
3.目前航空发动机暖机方式为：一般情况下，发动机起动至慢车后，慢车状态下停留3min-5min，之后在高压转速n2=89%状态下停留3min-5min，总暖机时间一般为6min-10min，暖机完成后，再将发动机上推至中间或加力状态。
4.现有的暖机方式耗费的总暖机时间一般为6min-10min，而对于飞机用户而言，发动机执行暖机操作时，飞机无法起飞，会对飞行出动效率造成影响。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本技术第一方面提供了一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法，主要包括：步骤s1、获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；步骤s2、获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；步骤s3、根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最短。
6.优选的是，步骤s2中，获取发动机的起动状态包括：获取发动机的停车时间，当所述停车时间大于冷态时间判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
7.优选的是，步骤s2中，获取发动机的起动状态包括：获取发动机的低压涡轮出口截面总温与发动机进口截面总温的温差，当所述温差小于冷态温度判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
8.优选的是，步骤s3进一步包括：在作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转
速暖机阈值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值；在训练模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值后的值；在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去热态阈值后的值；在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值。
9.本技术第二方面提供了一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制装置，主要包括：使用模式确定模块，用于获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；起动状态确定模块，用于获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；暖机策略执行模块，用于根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最短。
10.优选的是，所述起动状态确定模块包括停车时间判定单元，用于获取发动机的停车时间，当所述停车时间大于冷态时间判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
11.优选的是，所述起动状态确定模块包括温差判定单元，用于获取发动机的低压涡轮出口截面总温与发动机进口截面总温的温差，当所述温差小于冷态温度判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
12.优选的是，所述暖机策略执行模块包括：第一暖机策略执行单元，用于在作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值；第二暖机策略执行单元，用于在训练模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值后的值；第三暖机策略执行单元，用于在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去热态阈值后的值；第四暖机策略执行单元，用于在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值，设定转速停留
时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值。
13.本技术在保证可靠性、使用寿命、振动特性、性能及稳定性等满足使用要求的前提下，缩短暖机时间，提高飞行出动效率。
附图说明
14.图1为本技术保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法一优选实施例的流程图。
15.图2为“冷态”及“作战”使用模式下发动机暖机操作及所耗费时间示意图。
16.图3为“冷态”及“训练”使用模式下发动机暖机操作及所耗费时间示意图。
17.图4为“热态”及“作战”使用模式下发动机暖机操作及所耗费时间示意图。
18.图5为“热态”及“训练”使用模式下发动机暖机操作及所耗费时间示意图。
具体实施方式
19.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
20.本技术第一方面提供了一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法，如图1所示，主要包括：步骤s1、获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；步骤s2、获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；步骤s3、根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最短。
21.本技术在步骤s1中，为适应不同使用场景，提升使用寿命，发动机设置“作战”、“训练”两种使用模式。“作战”状态为发动机设计状态，发动机转速可以达到额定状态n
2max ；“训练”状态为对发动机寿命消耗较小的状态，高压转速 n2=n
2max-δn2，δn2允许通过试验及评估获取，一般而言，δn2=5%。
22.当需要发动机以较高的推力/功率状态执行战斗任务时，飞行员通过状态选择开关选择“作战”状态工作，记zz=1，当需要发动机以较低的推力/功率状态即可满足日常训练任务时，飞行员通过状态选择开关选择“训练”状态工作，记zz=0，一般而言，发动机使用寿命期内，“作战”与“训练”使用时间比例为1:1～1:2之间。
23.本技术在步骤s2中，发动机设置“冷态”、“热态”两种起动状态，发动机“冷态”起动
状态标识符为lj，当发动机处于“冷态”起动状态，记lj=1, 当发动机处于“热态”起动状态，记lj=0。
24.发动机的“冷态”、“热态”两种起动状态可以通过发动机运转下的实时参数确定，例如在一些可选实施方式中，步骤s2中，获取发动机的起动状态包括：获取发动机的停车时间δt
停
，当所述停车时间δt
停
大于冷态时间判据值t
冷
时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。在另外一些可选实施方式中，步骤s2中，获取发动机的起动状态包括：获取发动机的低压涡轮出口截面总温t6与发动机进口截面总温t2的温差δt
停
，当所述温差δt
停
小于冷态温度判据值t
冷
时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
25.以上两种方式通过不同的发动机参数确定发动机的“冷态”、“热态”起动状态。备选实施方式中，也可以将上述两种方式进行结合，即当发动机停车时间δt
停
》t
冷
或者δt
停
=t
6-t2《t
冷
，此时认为发动机已经冷却，处于“冷态”状态，记lj=1；反之，当发动机停车时间δt
停
≤t
冷
且δt
停
=t
6-t2≥t
冷
，此时认为发动机已经热态，处于“热态”状态，记lj=0。
26.上述多个实施例中，t
冷
、t
冷
通过统计发动机试车数据获得，基于大批量的使用结果统计，发动机使用寿命期内，“冷态”与“热态”时间比例为1:1.5之间。“冷态”和“热态”两种状态，可由控制系统按前述判别方法自动识别。
27.本技术在步骤s3中，对不同的模式组合构建不同的暖机策略。例如在一些可选实施方式中，步骤s3进一步包括：（1）在作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值t
mc
，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值t
n2=89%
。这里的设定转速为高压转速n2=89%。
28.发动机起动至慢车后，慢车状态下停留时间不少于t
mc
，之后在高压转速n2=89%状态下停留时间不少于t
n2=89%
，总暖机时间一般不少于t
mc
+t
n2=89%
，暖机完成后，允许发动机上推至作战最高转速（即n
2max
），暖机示意图见图2。基于大批量的使用结果统计，该使用模式占发动机总使用时间比例为20%。其中t
mc
和t
n2=89%
，可以通过发动机“冷态”、“作战”使用模式下寿命、振动特性、性能及稳定性等表现得到。
29.（2）在训练模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值t
mc
减去训练阈值δt
训
后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值t
n2=89%
减去训练阈值δt
训
后的值。
30.发动机起动至慢车后，慢车状态下停留时间不少于（t
mc-δt
训
），之后在高压转速n2=89%状态下停留时间不少于（t
n2=89%-δt
训
），总暖机时间不少于（t
mc
+t
n2=89%-2δt
训
），暖机完成后，允许发动机上推至训练最高转速状态（即n
2max-δn2），暖机示意图见图3。基于大批量的使用结果统计，该“冷态”、“训练”使用模式占发动机总使用时间比例为20%。发动机处于“训练”使用模式下，内部温度急剧变化，小于“作战”使用模式下的温度变化值，因此每个转速停留时间可以适当减少δt
训
，δt
训
可以通过发动机“训练”使用模式下寿命、振动特性、性能及稳定性等表现得到。
31.（3）在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值t
mc
减去热态阈值δt
热
后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值t
n2=89%
减去热态阈值δt
热
后的值。
32.发动机起动至慢车后，慢车状态下停留时间不少于（t
mc-δt
热
），之后在高压转速n2=89%状态下停留时间不少于（t
n2=89%-δt
热
），总暖机时间不少于（t
mc
+t
n2=89%-2δt
热
），暖机完成后，允许发动机上推至作战最高转速（即n
2max
），暖机示意图见图4。基于大批量的使用结果统计，该使用模式占发动机总使用时间比例为30%。发动机处于“热态”使用模式下，再次起动时发动机未完全冷却，基准温度高，内部温度急剧变化，小于“冷态”使用模式，因此每个转速停留时间可以适当减少δt
热
，δt
热
可以通过发动机“训练”使用模式下寿命、振动特性、性能及稳定性等表现得到。
33.（4）在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值t
mc
减去训练阈值δt
训
与热态阈值δt
热
后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值t
n2=89%
减去训练阈值δt
训
与热态阈值δt
热
后的值。
34.发动机起动至慢车后，慢车状态下停留时间不少于（t
mc-δt
训-δt
热
），之后在高压转速n2=89%状态下停留时间不少于（t
n2=89%-δt
训-δt
热
），总暖机时间不少于（δt
训
+t
n2=89%-2δt
训-2δt
热
），暖机完成后，允许发动机上推至训练最高转速状态（即n
2max-δn2），暖机示意图见图5。基于大批量的使用结果统计，该使用模式占发动机总使用时间比例为30%。
35.另外需要说明的是，本技术在上述暖机过程中，适应性采取了减少加速供油、调整发动机高压转速和排气温度限制等措施，以避免由于暖机不充分转静子间隙大导致的喘振风险，同时满足作战和训练状态发动机性能需求。
36.本技术提供的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法及装置，基于四种不同的使用场景，发动机采用四种不同的暖机方式，暖机时间最长的“冷态”“作战”使用模式下暖机时间和现有的暖机时间相当，其他三种场景的暖机时间较现有的暖机时间均有所缩短，提升了发动机装机后飞行出动效率。
37.本技术第二方面提供了一种与上述方法相对应的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制装置，主要包括：使用模式确定模块，用于获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；起动状态确定模块，用于获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；暖机策略执行模块，用于根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最短。
38.在一些可选实施方式中，所述起动状态确定模块包括停车时间判定单元，用于获取发动机的停车时间，当所述停车时间大于冷态时间判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
39.在一些可选实施方式中，所述起动状态确定模块包括温差判定单元，用于获取发动机的低压涡轮出口截面总温与发动机进口截面总温的温差，当所述温差小于冷态温度判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。
40.在一些可选实施方式中，所述暖机策略执行模块包括：第一暖机策略执行单元，用于在作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值；第二暖机策略执行单元，用于在训练模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值后的值；第三暖机策略执行单元，用于在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去热态阈值后的值；第四暖机策略执行单元，用于在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值。
41.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。

技术特征：
1.一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法，其特征在于，包括：步骤s1、获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；步骤s2、获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；步骤s3、根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最短。2.如权利要求1所述的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法，其特征在于，步骤s2中，获取发动机的起动状态包括：获取发动机的停车时间，当所述停车时间大于冷态时间判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。3.如权利要求1所述的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法，其特征在于，步骤s2中，获取发动机的起动状态包括：获取发动机的低压涡轮出口截面总温与发动机进口截面总温的温差，当所述温差小于冷态温度判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。4.如权利要求1所述的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法，其特征在于，步骤s3进一步包括：在作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值；在训练模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值后的值；在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去热态阈值后的值；在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值。5.一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制装置，其特征在于，包括：使用模式确定模块，用于获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；起动状态确定模块，用于获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；暖机策略执行模块，用于根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间
及设定转速停留时间最短。6.如权利要求5所述的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制装置，其特征在于，所述起动状态确定模块包括停车时间判定单元，用于获取发动机的停车时间，当所述停车时间大于冷态时间判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。7.如权利要求5所述的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制装置，其特征在于，所述起动状态确定模块包括温差判定单元，用于获取发动机的低压涡轮出口截面总温与发动机进口截面总温的温差，当所述温差小于冷态温度判据值时，判定所述发动机的起动状态为冷态起动状态，反之，判定所述发动机的起动状态为热态起动状态。8.如权利要求5所述的保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制装置，其特征在于，所述暖机策略执行模块包括：第一暖机策略执行单元，用于在作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值；第二暖机策略执行单元，用于在训练模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值后的值；第三暖机策略执行单元，用于在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去热态阈值后的值；第四暖机策略执行单元，用于在作战模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间不小于慢车转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值，设定转速停留时间不小于设定转速暖机阈值减去训练阈值与热态阈值后的值。

技术总结
本申请属于发动机控制技术领域，具体涉及一种保证航空发动机可靠工作的快速暖机控制方法及装置。该方法包括：步骤S1、获取发动机的使用模式，所述使用模式包括作战模式或者训练模式；步骤S2、获取发动机的起动状态，所述起动状态包括冷态起动状态或者热态起动状态；步骤S3、根据发动机的使用模式与起动状态的组合形成四种暖机策略，各暖机策略基于不同的慢车转速停留时间与高于慢车转速的设定转速下的设定转速停留时间进行暖机，其中，作战模式与冷态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最长，训练模式与热态起动状态组合的暖机策略下，慢车转速停留时间及设定转速停留时间最短。本申请缩短了暖机时间，提高了飞行出动效率。提高了飞行出动效率。提高了飞行出动效率。


技术研发人员：程荣辉 张雪冬 王井科 曹茂国 贾琳渊 柏帅宇 翟英汉 朱振坤 邴连喜 张志成 李承隆 柏汉松 袁继来 姜繁生 张志舒 张西厂 陈仲光 吴亚帅
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/6/26