(57)【要約】【課題】抽気型エンジンにおいて最適な燃焼制御を行うことができるガスタービンエンジンの制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】圧縮機１０で圧縮した空気を燃焼器１１に流入させるとともにエネルギとして取り出し、燃焼器１１における燃焼ガスによってタービン１２を回転させるガスタービンエンジン３の制御装置２であって、タービン１２がチョークする領域でのタービン流量係数を利用してガスタービンエンジン３における空気に関係する物理量（燃焼器１１の流入空気流量Ｇａ、タービン１２の入口ガス温度Ｔ４、圧縮機１０からエネルギとして取り出される抽気流量Ｇａ＿ｅなど）を算出することを特徴とする。【選択図】図１
2008144715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮した空気を燃焼器に流入させるとともにエネルギとして取り出し、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、
前記タービンが示す固有の特性値を利用して前記ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量を算出することを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量は、前記燃焼器の流入空気流量であることを特徴とする請求項１に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記タービンが示す固有の特性値は、前記タービンの流量係数であり、
前記タービンがチョークする領域において、前記タービンの流量係数を利用して前記燃焼器の流入空気流量を算出することを特徴とする請求項２に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記タービンがチョークする領域における前記タービンの流入ガス流量と入口圧力及び前記燃焼器の燃空比を求め、当該タービンの流入ガス流量と入口圧力及び燃焼器の燃空比を利用してタービン流量係数式により前記燃焼器の流入空気流量を算出することを特徴とする請求項３に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量は、前記タービンの入口ガス温度であることを特徴とする請求項１に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記タービンが示す固有の特性値は、前記タービンの流量係数であり、
前記タービンがチョークする領域において、前記タービンの流量係数を利用して前記タービンの入口ガス温度を算出することを特徴とする請求項５に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記タービンがチョークする領域における前記燃焼器の流入空気流量及び前記タービンの入口圧力を利用してタービン流量係数式により前記タービンの入口ガス温度を算出することを特徴とする請求項６に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量は、前記圧縮機からエネルギとして取り出される抽気流量であり、
前記タービンが示す固有の特性値は、前記タービンの流量係数であり、
前記圧縮機の過給空気流量と前記タービンの流量係数から求められた前記燃焼器の流入空気流量との差分から抽気流量を算出することを特徴とする請求項１に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項９】
圧縮機で圧縮した空気を燃焼器に流入させるとともにエネルギとして取り出し、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、
前記圧縮機のサージ境界における前記燃焼器の目標流入空気流量及び前記タービンの目標入口ガス温度を求め、当該燃焼器の目標流入空気流量及びタービンの目標入口ガス温度を利用してエンジン加速時の前記燃焼器の燃料流量を算出することを特徴とするガスタービンエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記圧縮機から空気を逃がす抽気流量調整手段を備え、
エンジン加速時に、前記タービンの目標入口ガス温度が許容最高温度になるように、前記抽気流量調整手段により前記圧縮機から逃がす空気流量を調整することを特徴とする請求項９に記載するガスタービンエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機からの圧縮空気をエネルギとしてエンジン外部に取り出す抽気型のガスタービンエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、コンプレッサに空気が吸入されて圧縮され、燃焼器にその圧縮空気が流入して燃料とで燃焼され、その燃焼ガスによってタービンを回転させる。ガスタービンエンジンには、タービンに連結される回転軸から出力を取り出すエンジン（軸出力型エンジン）の他に、コンプレッサからの圧縮空気の一部を出力として取り出すエンジン（抽気型エンジン）がある。例えば、特許文献１に示す抽気型エンジンの場合、取り出した圧縮空気をエネルギ源として垂直離着陸機の推力発生器で推力を発生させる。
【特許文献１】特開２００６−２１３１６８号公報
【特許文献２】特開平１１−３５２２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
軸出力型エンジンの場合、コンプレッサの圧縮空気の空気流量と燃焼器に流入する空気流量とが一致するので、コンプレッサ特性を利用して燃焼器に流入する空気流量を予測することができ、この予測した空気流量に基づいて燃焼器に対する燃焼制御を行うことができる。一方、抽気型エンジンの場合、コンプレッサの圧縮空気をエンジン外部に取り出すので、コンプレッサの圧縮空気の空気流量と燃焼器に流入する空気流量とが一致しない。また、その抽気流量は、エンジン外部に設けられる負荷装置の運転条件に応じて変化する。したがって、燃焼器に流入する空気流量は、抽気流量の変化に応じて変化することになる。そのため、抽気型エンジンでは、軸出力型エンジンで用いている予測方法によって燃焼器に流入する空気流量を予測することができないので、その燃焼器の流入空気流量を高精度に検知できない。また、ガスタービンエンジンでは、同程度の出力のピストンエンジンと比較すると１０倍程度の空気流量を使用するので、抽気流量等の空気流量を直接計測することは流路における圧力損失の増加等の影響からエンジン出力の低下を招くので困難である。その結果、従来の抽気型エンジンでは、燃焼器の流入空気流量を高精度に得られないので、燃焼器に対する最適な燃焼制御を行うことができない。
【０００４】
そこで、本発明は、抽気型エンジンにおいて最適な燃焼制御を行うことができるガスタービンエンジンの制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、圧縮機で圧縮した空気を燃焼器に流入させるとともにエネルギとして取り出し、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、タービンが示す固有の特性値を利用してガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量を算出することを特徴とする。
【０００６】
このガスタービンエンジンでは、圧縮機に空気が吸入されて圧縮され、その圧縮空気を燃焼器に流入させるとともにエンジン外部にエネルギとして取り出す。さらに、ガスタービンエンジンでは、燃焼器において流入された圧縮空気と燃料とで燃焼され、その燃焼ガスによってタービンを回転させる。この際、制御装置では、燃焼器に供給する燃料流量を調整して燃焼制御を行う。特に、制御装置では、タービンが示す固有の特性値を利用してガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量を算出し、この物理量に基づいて燃焼制御を行う。このように、制御装置では、タービン特性を利用して空気に関する物理量を求めることができるので、最適な燃焼制御を行うことができる。
【０００７】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量は、燃焼器の流入空気流量であると好適である。この制御装置では、タービンが示す固有の特性値を利用して燃焼器の流入空気流量を算出し、この流入空気流量に基づいて燃焼器に供給する燃料流量を求めて燃焼制御を行う。このように、制御装置では、空気流量を直接計測する手段無しで、抽気流量の変化に影響されることなく、燃焼器の流入空気流量を高精度に求めることができるので、最適な燃焼制御を行うことができる。
【０００８】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、タービンが示す固有の特性値は、タービンの流量係数であり、タービンがチョークする領域において、タービンの流量係数を利用して燃焼器の流入空気流量を算出すると好適である。この制御装置では、タービンがチョークする領域（エンジンの実用領域）におけるタービン流量係数を利用して燃焼器の流入空気流量を算出し、この流入空気流量に基づいて燃焼制御を行う。タービンがチョークする領域ではタービン流量係数が一定値（ガスタービンエンジンに応じて決まる固有値）となるので、この一定値を利用することにより燃焼器の流入空気流量を求めることができる。
【０００９】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、タービンがチョークする領域におけるタービンの流入ガス流量と入口圧力及び燃焼器の燃空比を求め、当該タービンの流入ガス流量と入口圧力及び燃焼器の燃空比を利用してタービン流量係数式により燃焼器の流入空気流量を算出すると好適である。タービン流量係数式は、タービンの流入ガス流量、入口圧力及び入口ガス温度から流量係数を求める式であり、タービンがチョークする領域ではその流量係数が一定値となる。燃焼器の燃空比は、燃焼器の流入空気流量と供給燃料流量との比である。タービン入口ガス温度は、燃焼器の入口ガス温度と燃焼器での上昇温度の和である。燃焼器での温度特性から、燃焼器での上昇温度は燃焼器の入口ガス温度と燃空比との関数で表すことができる。タービンの流入ガス流量は、実質的には燃焼器の流入空気流量とほぼ等しい量と見なすことができる。これらの関係を利用することにより、タービン流量係数式によりタービンの流入ガス流量と入口圧力及び燃焼器の燃空比に基づいて燃焼器の流入空気流量を簡単に求めることができる。
【００１０】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量は、タービンの入口ガス温度であると好適である。この制御装置では、タービンが示す固有の特性値を利用してタービンの入口ガス温度を算出し、このタービンの入口ガス温度に基づいて燃焼制御を行う。このように、制御装置では、タービンの入口ガス温度を直接計測する手段無しで、高温のタービンの入口ガス温度を高精度に求めることができるので、最適な燃焼制御を行うことができる。タービンはガスタービンエンジンにおいて最も高温となるので、入口ガス温度が許容最高温度を超えないようにタービンの入口ガス温度を管理し、燃焼制御を行う必要がある。
【００１１】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、タービンが示す固有の特性値は、タービンの流量係数であり、タービンがチョークする領域において、タービンの流量係数を利用してタービンの入口ガス温度を算出すると好適である。この制御装置では、タービンがチョークする領域におけるタービン流量係数（一定値）を利用してタービンの入口ガス温度を算出し、この入口ガス温度に基づいて燃焼制御を行う。
【００１２】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、タービンがチョークする領域における燃焼器の流入空気流量及びタービンの入口圧力を利用してタービン流量係数式によりタービンの入口ガス温度を算出すると好適である。上記したタービン流量係数式やタービンの流入ガス流量と燃焼器の流入空気流量との関係を利用することにより、タービン流量係数式により燃焼器の流入空気流量及びタービンの入口圧力に基づいてタービン入口ガス温度を簡単に求めることができる。
【００１３】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、ガスタービンエンジンにおける空気に関係する物理量は、圧縮機からエネルギとして取り出される抽気流量であり、タービンが示す固有の特性値は、タービンの流量係数であり、圧縮機の過給空気流量とタービンの流量係数から求められた燃焼器の流入空気流量との差分から抽気流量を算出すると好適である。この制御装置では、タービンの流量係数を利用して燃焼器の流入空気流量を算出し、圧縮機の過給空気流量から燃焼器の流入空気流量を減算することにより圧縮機からの抽気流量を算出する。このように、制御装置では、抽気流量を直接計測する手段無しで、抽気流量を高精度に求めることができるので、最適な燃焼制御を行うことができる。この求められた抽気流量を利用することにより、圧縮機の圧縮空気をエネルギ源とする負荷出力を求めることができ、負荷を高精度に制御することができる。
【００１４】
本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置は、圧縮機で圧縮した空気を燃焼器に流入させるとともにエネルギとして取り出し、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンの制御装置であって、圧縮機のサージ境界における燃焼器の目標流入空気流量及びタービンの目標入口ガス温度を求め、当該燃焼器の目標流入空気流量及びタービンの目標入口ガス温度を利用してエンジン加速時の燃焼器の燃料流量を算出することを特徴とする。
【００１５】
このガスタービンエンジンでは、圧縮機に空気が吸入されて圧縮され、その圧縮空気を燃焼器に流入させるとともにエンジン外部にエネルギとして取り出す。さらに、ガスタービンエンジンでは、燃焼器において流入された圧縮空気と燃料とで燃焼され、その燃焼ガスによってタービンを回転させる。このような抽気型エンジンでは、抽気流量が少なくなるほど圧縮機がサージングし易くなる。また、ガスタービンエンジンでは、タービンの入口ガス温度を高くすることによりタービンの余剰出力が大きくなる（ひいては、エンジンの加速性が向上する）が、タービンの入口ガス温度を許容最高温度以内に抑える必要がある。したがって、エンジンを加速させる場合、圧縮機がサージ領域に入らない範囲でタービンの入口ガス温度を高く保つことが要求される。そこで、エンジン加速時には、制御装置では、圧縮機のサージ境界における燃焼器の目標流入空気流量を求め、さらに、タービンの目標入口ガス温度を求める。そして、制御装置では、タービンの目標入口ガス温度が許容最高温度付近を維持するように、目標流入空気流量に基づいてエンジン加速時の燃焼器の燃料流量を求める。このように、この制御装置では、圧縮機におけるサージングを回避しかつ抽気流量が変化した場合でも、エンジン加速時の最適な燃焼制御を行うことができる。
【００１６】
本発明の上記ガスタービンエンジンの制御装置では、圧縮機から空気を逃がす抽気流量調整手段を備え、エンジン加速時に、タービンの目標入口ガス温度が許容最高温度になるように、抽気流量調整手段により圧縮機から逃がす空気流量を調整すると好適である。この制御装置では、エンジン加速時に、タービンの目標入口ガス温度が許容最高温度になるように、抽気流量調整手段により圧縮機から逃がす空気流量を調整し、圧縮機からの抽気流量を調整する。このように抽気流量を調整することによって、圧縮機のサージングを回避しつつ、タービンの入口ガス温度を許容最高温度付近で維持することができる。その結果、タービンの余剰出力を大きくすることができ、エンジンの加速性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、直接計測する手段無しで、燃焼器の流入空気流量などを高精度に求めることができ、最適な燃焼制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置の実施の形態を説明する。
【００１９】
本実施の形態では、本発明に係るガスタービンエンジンの制御装置を、抽気型で一軸式のガスタービンエンジンを燃焼制御するためのエンジン制御ＥＣＵに適用する。本実施の形態では、ガスタービンエンジンから取り出された圧縮空気を負荷装置のエネルギとして利用し、その負荷装置を駆動制御する負荷制御ＥＣＵも備えている。本実施の形態では、ガスタービンエンジン、負荷装置、エンジン制御ＥＣＵ、負荷制御ＥＣＵなどからなるシステムをガスタービンエンジンシステムと呼ぶ。
【００２０】
図１及び図２を参照して、ガスタービンエンジンシステム１について説明する。図１は、本実施の形態に係るガスタービンエンジンシステムの構成図である。図２は、図１の負荷装置の一例である。
【００２１】
ガスタービンエンジンシステム１では、エンジン制御ＥＣＵ２によってガスタービンエンジン３を燃焼制御するとともに放風制御弁４（抽気流量調整手段）を駆動制御する。そして、ガスタービンエンジンシステム１では、ガスタービンエンジン３で生成した圧縮空気をエンジン外部に取り出して利用するとともにエンジン内での燃焼に利用する。また、ガスタービンエンジンシステム１では、負荷制御ＥＣＵ５によって複数の流量制御弁６，・・・を駆動制御する。そして、ガスタービンエンジンシステム１では、各流量制御弁６，・・・で調整された圧縮空気によって複数の負荷装置７，・・・を駆動する。例えば、このガスタービンエンジンシステム１は、垂直離着陸機に適用される。
【００２２】
ガスタービンエンジン３は、コンプレッサ（圧縮機）１０、燃焼器１１、タービン１２を備えており、コンプレッサ１０とタービン１２とが回転軸１３によって連結されている。コンプレッサ１０では、回転軸１３の回転によって回転駆動して大気中から空気を取り込み、その取り込んだ空気を圧縮する。この高温高圧の圧縮空気は、内部配管１４を介して燃焼器１１に供給されるとともに、抽気配管１５を介して外部に取り出される。この抽気配管１５は、放風制御弁４側の排気用配管１５ａと負荷装置７側の負荷用配管１５ｂに分岐する。燃焼器１１では、コンプレッサ１０から圧縮空気が供給されるとともに燃料噴射装置１６から燃料が供給され、圧縮空気と燃料が混合して燃焼する。この高温高圧の燃焼ガスは、内部配管１７を介してタービン１２に供給される。タービン１２では、供給された燃焼ガスによって回転駆動して回転軸１３を回転させ、燃焼ガスを排気する。燃料噴射装置１６は、燃焼器１１に設けられ、エンジン制御ＥＣＵ２からの燃料制御信号を受信し、燃料制御信号に応じて燃料を燃焼器１１内に噴射する。
【００２３】
ガスタービンエンジン３及びその周辺には、エンジン制御ＥＣＵ２での制御に必要な各種状態量を検出するために、各種センサ（図示せず）が設けられている。例えば、大気温度Ｔ０（コンプレッサ１０に吸気される空気の温度）を検出するための温度センサ、大気圧力Ｐ０（コンプレッサ１０に吸気される空気の圧力）を検出するための圧力センサ、コンプレッサ１０の出口圧力（燃焼器１１の入口圧力）Ｐ３を検出するための圧力センサ、燃焼器１１の入口空気温度（コンプレッサ１０の出口空気温度）Ｔ３を検出するための温度センサ、回転軸１３の回転数（エンジン回転数）Ｎを検出するための回転数センサがある。
【００２４】
放風制御弁４は、コンプレッサ１０からの圧縮空気を大気中に排気する量を調整し、コンプレッサ１０から外部に取り出される圧縮空気の量（抽気流量）を調整するための制御弁である。この放風制御弁４による調整によって、負荷装置７側で使用する抽気流量に対してガスタービンエンジン３側から見た抽気流量を最適化する。放風制御弁４は、排気用配管１５ａの下流端に設けられる。放風制御弁４は、電動モータなどからなるアクチュエータを備えており、アクチュエータによって弁の開度が変化する。放風制御弁４では、エンジン制御ＥＣＵ２から抽気流量制御信号を受信し、その抽気流量制御信号に応じてアクチュエータが駆動して弁が開閉する。
【００２５】
流量制御弁６は、複数の負荷装置７に対してそれぞれ設けられ、負荷装置７に供給する圧縮空気流量を調整するための制御弁である。流量制御弁６は、分岐配管１５ｃの中間部に設けられる。分岐配管１５ｃは、負荷用配管１５ｂから分岐された配管であり、負荷装置７の数に応じた数分ある。流量制御弁６は、電動モータなどからなるアクチュエータを備えており、アクチュエータによって弁の開度が変化する。流量制御弁６では、負荷制御ＥＣＵ５から負荷流量制御信号を受信し、その負荷流量制御信号に応じてアクチュエータが駆動して弁が開閉する。
【００２６】
負荷装置７は、分岐配管１５ｃの下流端に設けられ、高温高圧の圧縮空気をエネルギとして利用することが可能な負荷装置である。例えば、垂直離着陸機の場合、機体に対して垂直方向に推力を発生する推力発生用ファン２０に適用され、前後左右に複数個配備される。推力発生用ファン２０は、図２に示すように、タービン２１、減速機２２、プロペラ２３を備えている。供給された圧縮空気は、タービン２１に導入されて膨張する。タービン２１は、圧縮空気が膨張したときに発生するエネルギによって回転駆動する。そのタービン２１の回転駆動力は、減速機２２によって所定の減速比で減速され、プロペラ２３に伝達される。この減速された回転駆動力によって、プロペラ２３は、高速回転する。このプロペラ２３に回転によって機体下方への空気流が発生し、機体に対して垂直方向に推力が発生する。
【００２７】
負荷制御ＥＣＵ５は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[ReadOnly Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、負荷装置７の駆動を制御する電子制御ユニットである。負荷制御ＥＣＵ５には、制御に必要な状態量を検出するための各種センサ（図示せず）からの検出信号が取り入れられる。例えば、垂直離着陸機に適用される場合、垂直離着陸機のパイロットによって入力される要求推力を検出するセンサからの検出信号（スロットル信号など）、機体の姿勢を検出するためのセンサからの検出信号（ジャイロ信号など）である。負荷制御ＥＣＵ５では、各検出信号に基づいて各負荷装置７に発生させる目標推力をそれぞれ設定し、その各目標推力とするための各流量制御弁６の目標開度（すなわち、目標空気流量）をそれぞれ設定する。さらに、負荷制御ＥＣＵ５では、その目標開度とするための負荷流量制御信号をそれぞれ生成し、各負荷流量制御信号を対応する流量制御弁６にそれぞれ送信する。また、負荷制御ＥＣＵ５では、目標推力に基づいて要求出力を設定し、その要求出力を示す要求出力信号をエンジン制御ＥＣＵ２に送信する。なお、負荷制御ＥＣＵ５のＲＯＭには目標推力などを設定するための各種マップ又は関数が記憶されている。
【００２８】
エンジン制御ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、ガスタービンエンジン３の燃焼及び抽気流量などを制御する電子制御ユニットである。エンジン制御ＥＣＵ２には、上記した各種センサからの検出信号が取り入れられる。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、負荷制御ＥＣＵ５からの要求出力信号及び各検出信号に基づいて燃焼器１１に供給する燃料流量を設定する。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、その燃料流量とするための燃料制御信号を設定し、その燃料制御信号を燃料噴射装置１６に送信する。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、各検出信号に基づいて放風制御弁４の目標開度を設定する。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、その目標開度とするための抽気流量制御信号を生成し、抽気流量制御信号を放風制御弁４に送信する。なお、エンジン制御ＥＣＵ２のＲＯＭには燃料流量などを設定するための各種マップ又は関数が記憶されている。
【００２９】
特に、ガスタービンエンジンシステム１では、負荷装置７のエネルギ源となる高温高圧の圧縮空気をガスタービンエンジン３の過給空気を利用するので、ガスタービンエンジン３によって負荷側で要求する空気流量を安定して供給する必要がある。このように安定して圧縮空気を供給するために、エンジン制御ＥＣＵ２によってガスタービンエンジン３を最適制御する必要がある。そのために、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器空気流量検出処理、タービン入口ガス温度検出処理、抽気流量検出処理、加速時最大燃料流量制御処理、放風制御弁制御処理を行う。なお、加速時最大燃料流量制御処理については、第１加速時最大燃料流量制御処理又は第２加速時最大燃料流量制御処理が行われる。
【００３０】
図３〜図５も参照して、燃焼器空気流量検出処理について説明する。図３は、ガスタービンエンジンのタービンの流量特性であり、タービン膨張比とタービン流量係数との関係を示す図である。図４は、ガスタービンエンジンの燃焼器での温度特性であり、パラメータを燃焼器入口空気温度とした場合の燃焼器燃空比と燃焼器での上昇温度との関係を示す図である。図５は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおける燃焼器空気流量検出処理の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
エンジン制御ＥＣＵ２ではコンプレッサ１０から燃焼器１１へ流入する圧縮空気の量（流入空気流量Ｇａ）に基づいて燃焼器１１に供給する燃料流量Ｇｆを設定しているので、流入空気流量Ｇａを明確にする必要がある。しかし、ガスタービンエンジンシステム１では、負荷装置７のエネルギとして利用するためにコンプレッサ１０の圧縮空気をエンジン外部に取り出すので、抽気流量Ｇａ＿ｅが変化する。この抽気流量Ｇａ＿ｅの変化によって、流入空気流量Ｇａが変化することになる。そこで、燃焼器空気流量検出処理によって、抽気流量Ｇａ＿ｅの変化に影響されることなく、センサを用いずに、流入空気流量Ｇａを高精度に求める。
【００３２】
ガスタービンエンジンは、一般に、図３に示すようなタービン流量特性を有している。図３は、横軸をタービンの膨張比（＝タービン入口ガス圧力Ｐ４／タービン出口ガス圧力Ｐ６）とし、縦軸をタービン流量係数Ｑ４とした場合のタービンの流量特性を示している。タービンをノズルとして考えた場合、燃焼ガスの流れは、膨張比が一定値を超える領域からチョークする。このチョーク領域は、タービンが一段の単純ノズルの場合には膨張比が１．８以上でなり、タービンが二段の場合でも膨張比が２〜２．５以上でなる。
【００３３】
このタービン特性による流量係数Ｑ４は式（１）によって定義され、チョーク領域では流量係数Ｑ４はほぼ一定値となる特性を有する。流量係数Ｑ４は、ガスタービンエンジンが決まればチョーク領域でエンジンに応じた固有値となる。燃焼器空気流量検出処理では、このガスタービンエンジンの実用域においてタービンがチョークする特性に着目し、その特性を利用して流入空気流量Ｇａを算出する。式（１）において、Ｇ４はタービンの流入ガス流量であり、Ｔ４はタービン入口ガス温度であり、Ｐ４はタービン入口ガス圧力である。
【００３４】
【数１】
2008144715.tif 000003
【００３５】
タービン入口ガス温度Ｔ４は、燃焼器入口空気温度Ｔ３と燃焼器における燃焼による上昇温度ΔＴとの和と考えることができる。したがって、タービン入口ガス温度Ｔ４は、式（２）で算出される。ここでは、燃焼器入口空気温度Ｔ３についてセンサで容易に検出可能なので、燃焼器での上昇温度ΔＴを明確にできれば、タービン入口ガス温度Ｔ４を求めることができる。
【００３６】
【数２】
2008144715.tif 000004
【００３７】
図４には、横軸を燃焼器燃空比（＝燃料流量Ｇｆ／流入空気流量Ｇａ）とし、縦軸を燃焼器での上昇温度ΔＴとし、パラメータを燃焼器入口空気温度Ｔ３とした場合の熱力学に基づいて求めた燃焼器での温度上昇特性を示している。図４から判るように、燃焼器での上昇温度ΔＴは、燃焼器入口空気温度Ｔ３と燃空比の関数として表すことができる。本実施の形態では、この燃焼器での上昇温度ΔＴを求めるために、式（３）を構築した。式（３）において、ａ，ｂ，ｃは定数であり、予め設定される。
【００３８】
【数３】
2008144715.tif 000005
【００３９】
式（１）を変形すると、式（４）に変形できる。この式（４）に式（２）と式（３）を組み込むと、式（５）となる。
【００４０】
【数４】
2008144715.tif 000006
【００４１】
タービン流入ガス流量Ｇ４は、基本的には、燃焼器流入空気流量Ｇａと燃焼器に供給される燃料流量Ｇｆとの和と考えることができる。したがって、タービン流入ガス流量Ｇ４は、流入空気流量Ｇａより燃料流量Ｇｆ分多くなると考えられる。しかし、実際のガスタービンエンジンではエンジン内部の流路において空気の漏れ等の影響が生じるので、実質的にはタービン流入ガス流量Ｇ４は燃焼器流入空気流量Ｇａとほぼ等しいと考えても差し支えない。したがって、タービン流入ガス流量Ｇ４＝燃焼器流入空気流量Ｇａと仮定すると、式（５）は式（６）となる。
【００４２】
【数５】
2008144715.tif 000007
【００４３】
式（６）を分解すると、式（７）になる。ここで、Ａを式（８）とし、Ｂを式（９）とし、Ｃを式（１０）とし、式（７）を燃焼器流入空気流量Ｇａを求める式に変換すると式（１１）となる。なお、タービン入口ガス圧力Ｐ４はコンプレッサ出口空気圧力Ｐ３に対してタービンの入口までの流路間の圧力損失分低下することが判っているので、本実施の形態では簡易的に出口空気圧力Ｐ３を用いて式（１２）によってタービン入口ガス圧力Ｐ４を求めることとする。燃焼器空気流量検出処理では、式（１２）によってＰ４を求め、式（８）、式（９）、式（１０）によってＡ、Ｂ、Ｃを求め、式（１１）によって燃焼器流入空気流量Ｇａを求める。
【００４４】
【数６】
2008144715.tif 000008
【００４５】
それでは、図５のフローチャートに沿って、エンジン制御ＥＣＵ２における燃焼器空気流量検出処理について説明する。エンジン制御ＥＣＵ２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。エンジン制御ＥＣＵ２では、各種センサから検出信号を受信し、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３及びコンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を入力する（Ｓ１０）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を用いて、式（１２）によりタービン１２の入口ガス圧力Ｐ４を演算する（Ｓ１１）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３を用いて、式（８）によりＡを演算する（Ｓ１２）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３と前回の処理で燃焼器１１に供給した燃料流量Ｇｆを用いて、式（９）によりＢを演算する（Ｓ１３）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、前回の処理で燃焼器１１に供給した燃料流量Ｇｆ、チョーク時のタービン流量係数Ｑ４とタービン１２の入口ガス圧力Ｐ４を用いて、式（１０）によりＣを演算する（Ｓ１４）。最後に、エンジン制御ＥＣＵ２では、Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、式（１１）により燃焼器１１の流入空気流量Ｇａを演算する（Ｓ１５）。
【００４６】
通常、エンジン制御ＥＣＵ２では、この演算された流入空気流量Ｇａに基づいて、マップなどを利用して燃焼器１１に供給する燃料流量Ｇｆを設定する。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、その燃料流量Ｇｆを供給するための燃料制御信号を燃料噴射装置１６に送信する。燃料噴射装置１６では、燃料制御信号に応じて燃焼器１１内に燃料を噴射する。燃焼器１１では、この噴射された燃料（燃料流量Ｇｆ）とコンプレッサ１０から流入された圧縮空気（流入空気流量Ｇａ）で燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを発生する。
【００４７】
図６も参照して、タービン入口ガス温度検出処理について説明する。図６は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおけるタービン入口ガス温度検出処理の流れを示すフローチャートである。
【００４８】
タービン入口ガス温度Ｔ４は、ガスタービンエンジン３において最も高温であり、非常に高温となるので、温度センサなどを用いて直接検出することが困難である。タービン入口ガス温度Ｔ４が高くなり過ぎるとタービンが故障する可能性が高くなるので、許容最高温度が決まっている。そのため、タービン入口ガス温度Ｔ４が許容最高温度以内になるようにガスタービンエンジン３が運転されるように燃焼制御する必要がある。
【００４９】
このタービン特性による流量係数Ｑ４の式（１）を変形し、タービン入口ガス温度Ｔ４を求める式とすると、式（１３）で表される。上記したようにタービン流入ガス流量Ｇ４が燃焼器流入空気流量Ｇａとほぼ等しいと考えても差し支えないので、式（１３）においてタービン流入ガス流量Ｇ４を燃焼器流入空気流量Ｇａに置き換えことができる。タービン入口ガス温度検出処理では、燃焼器空気流量検出処理で求めた燃焼器流入空気流量Ｇａを利用し、式（１３）によってタービン入口ガス温度Ｔ４を求める。
【００５０】
【数７】
2008144715.tif 000009
【００５１】
それでは、図６のフローチャートに沿って、エンジン制御ＥＣＵ２におけるタービン入口ガス温度検出処理について説明する。エンジン制御ＥＣＵ２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。エンジン制御ＥＣＵ２では、各種センサから検出信号を受信し、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を入力する（Ｓ２０）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器空気流量検出処理で求めた燃焼器１１の流入空気流量Ｇａを入力する（Ｓ２０）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を用いて、式（１２）によりタービン１２の入口ガス圧力Ｐ４を演算する（Ｓ２１）。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、チョーク時のタービン流量係数Ｑ４、タービン１２の入口ガス圧力Ｐ４と燃焼器１１の流入空気流量Ｇａを用いて、式（１３）によりタービン１２の入口ガス温度Ｔ４を演算する（Ｓ２２）。
【００５２】
通常、エンジン制御ＥＣＵ２では、この演算された入口ガス温度Ｔ４がタービン許容最高温度以内になるように燃料流量Ｇｆを設定し、燃焼制御を行う。
【００５３】
図７及び図８も参照して、抽気流量検出処理について説明する。図７は、コンプレッサマップ（修正全空気流量と圧力比とのマップ）を示す図である。図８は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおける抽気流量検出処理の流れを示すフローチャートである。
【００５４】
抽気型のガスタービンエンジンでは、エンジン出力として高温高圧の圧縮空気の形で取り出すので、コンプレッサで過給した全空気流量Ｇａ＿ｔから多くの空気流量が抽気されてエンジン外部で利用されることになる。したがって、実際のガスタービンエンジンでは抽気流量Ｇａ＿ｅが非常に多いため、この流量をセンサなどを用いて直接検出することが困難である。しかし、抽気型エンジンとして抽気流量Ｇａ＿ｅが判っていないと、実際の負荷量（出力量）を求めることができない。そこで、燃焼器空気流量検出処理によって燃焼器流入空気流量Ｇａを高精度に求めることができるので、この燃焼器流入空気流量Ｇａを利用して、抽気流量Ｇａ＿ｅも求めることができる。
【００５５】
抽気型のガスタービンエンジンの場合、コンプレッサで過給した全空気流量Ｇａ＿ｔからエンジン外部で使用される抽気流量Ｇａ＿ｅを差し引いた残りの空気流量Ｇａが燃焼器に流入することになる。ここで、流入空気流量Ｇａは燃焼器空気流量検出処理で求められるので、全空気流量Ｇａ＿ｔが判れば、抽気流量Ｇａ＿ｅを求めることができる。そこで、この全空気流量Ｇａ＿ｔを図７に示すコンプレッサマップを利用して求める。
【００５６】
図７には、横軸を修正全空気流量とし、縦軸を圧力比（＝コンプレッサ出口空気圧力Ｐ３／大気圧力Ｐ０）として、各修正回転数におけるコンプレッサマップを示している。図７において、θ＝大気温度Ｔ０／標準大気温度であり、δ＝大気圧力Ｐ０／標準大気圧力であり、Ｎはエンジン回転数である。修正回転数はθを用いてエンジン回転数を無次元化したものであり、横軸の修正全空気流量はθとδを用いて全空気流量Ｇａ＿ｔを無次元化したものであり、縦軸の圧力比も無次元である。このように無次元にするのは、大気温度Ｔ０や大気圧力Ｐ０が変化すれば、空気の密度が変化し、コンプレッサ特性が変わるので、大気温度Ｔ０や大気圧力Ｐ０が変化してもコンプレッサ特性が変わらないようにするためである。また、図７において、斜線で示す領域はコンプレッサのサージングが発生する領域であり、コンプレッサのサージングを回避するようにガスタービンエンジンを運転する必要がある。
【００５７】
図７において、実線の曲線は、定格の修正回転数を１００％とし、各修正回転数におけるコンプレッサが示す特性を表す。エンジン回転数Ｎ（修正回転数）が１００％がガスタービンエンジンにおける許容最高回転数であり、６０％がアイドル回転数である。したがって、コンプレッサマップを利用することにより、圧力比とエンジン回転数Ｎ（すなわち、コンプレッサの回転数）に応じた修正回転数が判れば、コンプレッサの作動点Ｓにおける修正全空気流量（ひいては、全空気流量Ｇａ＿ｔ）を求めることができる。抽気流量検出処理では、各センサの検出値を用いてコンプレッサマップから全空気流量Ｇａ＿ｔを求め、この全空気流量Ｇａ＿ｔと燃焼器空気流量検出処理で求めた燃焼器流入空気流量Ｇａを利用して抽気流量Ｇａ＿ｅを求め、さらに、抽気出力Ｌｅを求める。
【００５８】
それでは、図８のフローチャートに沿って、エンジン制御ＥＣＵ２における抽気流量検出処理について説明する。エンジン制御ＥＣＵ２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。エンジン制御ＥＣＵ２では、各種センサから検出信号を受信し、大気温度Ｔ０、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３、大気圧力Ｐ０、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３及びエンジン回転数Ｎを入力する（Ｓ３０）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器空気流量検出処理で求めた燃焼器１１の流入空気流量Ｇａを入力する（Ｓ３０）。
【００５９】
そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を大気圧力Ｐ０で除算し、圧力比を演算する（Ｓ３１）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、エンジン回転数Ｎと大気温度Ｔ０を用いて、式（１４）により修正回転数を演算する（Ｓ３２）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサマップ（式（１５））から、演算した圧力比と修正回転数に対応するコンプレッサ１０の作動点Ｓにおける修正全空気流量を求める（Ｓ３３）。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０と求めた修正全空気流量を用いて、式（１６）によりコンプレッサ１０の全空気流量Ｇａ＿ｔを演算する（Ｓ３４）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、演算した全空気流量Ｇａ＿ｔと燃焼器１１の流入空気流量Ｇａを用いて、式（１７）により抽気流量Ｇａ＿ｅを演算する（Ｓ３５）。
【００６０】
【数８】
2008144715.tif 000010
【００６１】
そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３、演算した抽気流量Ｇａ＿ｅと圧力比を用いて、式（１８）により抽気出力Ｌｅを演算する（Ｓ３６）。式（１８）において、Ｊは熱の仕事当量であり、Ｃｐａは空気の比熱であり、κは比熱比である。ここでは、抽気流量Ｇａ＿ｅの圧縮空気が持つ熱エネルギから抽気出力Ｌｅを求めている。エンジン制御ＥＣＵ２では、この実際の抽気出力Ｌｅと負荷制御ＥＣＵ５からの要求出力に基づいて燃焼器１１に供給する燃料流量Ｇｆを設定し、燃焼制御を行う。
【００６２】
【数９】
2008144715.tif 000011
【００６３】
図９〜図１２も参照して、第１加速時最大燃料流量制御処理について説明する。図９は、軸出力型ガスタービンエンジンの場合のエンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。図１０は、抽気型ガスタービンエンジンの場合のエンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。図１１は、加速時エンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。図１２は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおける第１加速時最大燃料流量制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００６４】
軸出力型のガスタービンエンジンでは、コンプレッサで過給した全空気流量分の圧縮空気が燃焼器に流入されるので、タービン入口ガス温度を一定としたときのエンジン作動線をコンプレッサマップ上に１本の作動線で表すことができる。図９には、軸出力型エンジンにおけるタービン入口ガス温度を一定としたときのエンジン作動線として、コンプレッサマップ上に１本の作動線ＲＡを示している。したがって、軸出力型エンジンの場合、エンジン加速時における各回転数における最大燃料流量は、通常、コンプレッサのサージ領域を回避しつつ（サージ境界）、タービン入口ガス温度Ｔ４が許容最高温度となるように決定される。
【００６５】
抽気型のガスタービンエンジンでは、コンプレッサで過給した全空気流量Ｇａ＿ｔ分の圧縮空気のうち抽気流量Ｇａ＿ｅ分の圧縮空気がエンジン外部で使用され、残りの空気流量Ｇａ分の圧縮空気が燃焼器に流入されるので、空気流量Ｇａが抽気流量Ｇａ＿ｅによって変化する。図１０には、抽気型エンジンにおけるタービン入口ガス温度Ｔ４を一定としたときのエンジン作動線を、コンプレッサマップ上に抽気流量Ｇａ＿ｅに応じて３本の作動線ＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３を示している。この図１０から判るように、タービン入口ガス温度Ｔ４を一定とした場合、抽気流量Ｇａ＿ｅが少なくなるほどコンプレッサがサージ領域に入り易くなり、抽気流量Ｇａ＿ｅが少なくなり過ぎるとサージ領域に突入する。したがって、コンプレッサがサージングしないように、抽気流量Ｇａ＿ｅに応じてタービン入口ガス温度Ｔ４を変更する必要がある。
【００６６】
また、タービン入口ガス温度Ｔ４が高いほど、タービン余剰出力が大きくなるので、エンジンの加速性が向上する（図１６参照）。この際、タービン入口ガス温度Ｔ４を許容最高温度に保つことが最も望ましい。したがって、負荷制御ＥＣＵ５からの要求出力において加速要求の場合、コンプレッサがサージングにならない範囲で、タービン入口ガス温度Ｔ４を高く保つ必要がある。そこで、加速時最大燃料流量制御処理では、エンジンを加速させる場合、コンプレッサのサージングを回避しつつ、タービン入口ガス温度Ｔ４を極力高く保つように、最適なエンジン加速特性が得られる最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを決定する。そのために、第１加速時最大燃料流量制御処理では、図１１に示すコンプレッサマップ上のサージ領域の境界に設定された加速時エンジン作動線ＲＢ４上にコンプレッサの作動点Ａがくるように、燃焼器目標流入空気流量Ｇａ＿ｓとタービン入口ガス温度Ｔ４＿ｔを推定し、最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを決定する。加速時エンジン作動線ＲＢ４としてはサージ境界にできるだけ近い作動線としたほうが、タービン入口ガス温度Ｔ４を高くでき、エンジンの加速性能を向上させることができる。通常、コンプレッサがサージ領域に突入しないように、安全のためにサージ境界から多少マージンをとったところに加速時エンジン作動線ＲＢ４を設定する。
【００６７】
それでは、図１２のフローチャートに沿って、エンジン制御ＥＣＵ２における第１加速時最大燃料流量制御処理について説明する。エンジン制御ＥＣＵ２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。エンジン制御ＥＣＵ２では、各種センサから検出信号を受信し、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３及びエンジン回転数Ｎを入力する（Ｓ４０）。また、エンジン制御ＥＣＵ２では、抽気流量検出処理で求めた抽気流量Ｇａ＿ｅを入力する（Ｓ４０）。
【００６８】
エンジン制御ＥＣＵ２では、抽気流量検出処理と同様の演算により、エンジン回転数Ｎと大気温度Ｔ０から修正回転数を演算する。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサマップにおける加速時エンジン作動線ＲＢ４と修正回転数の交点（作動点Ａ）（式（１９））から目標修正全空気流量を求める（Ｓ４１）。図１１において、作動点Ａはエンジン加速時のコンプレッサの作動点であり、作動点Ｓは通常時のコンプレッサの作動点である。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０と求めた目標修正全空気流量を用いて、式（２０）によりコンプレッサ１０の目標全空気流量Ｇａ＿ｔｍを演算する（Ｓ４２）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、演算した目標全空気流量Ｇａ＿ｔｍと抽気流量Ｇａ＿ｅを用いて、式（２１）により燃焼器１１の目標流入空気流量Ｇａ＿ｓを演算する（Ｓ４３）。
【００６９】
【数１０】
2008144715.tif 000012
【００７０】
ここまでで、エンジン加速時の燃焼器１１の目標とする流入空気流量Ｇａ＿ｓが求まったが、エンジン加速時の最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを求めるためには、エンジン加速時のタービン１２の目標とする入口ガス温度Ｔ４＿ｔを求める必要がある。そこで、上記したタービン１２がチョークする領域（エンジンの実用域）で流量係数Ｑ４が一定値となる特性を利用して、目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔを求める。
【００７１】
まず、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサマップから加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ａにおける圧力比を求める。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、その圧力比と大気圧力Ｐ０を用いて、式（２２）により加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ａで作動させるためのコンプレッサ１０の目標出口空気圧力Ｐ３＿ｔを演算する（Ｓ４４）。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、演算した目標出口空気圧力Ｐ３＿ｔを用いて、式（２３）により加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ａで作動させるためのタービン１２の目標入口ガス圧力Ｐ４＿ｔを演算する（Ｓ４５）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、チョーク時のタービン流量係数Ｑ４、演算した目標流入空気流量Ｇａ＿ｓと目標入口ガス圧力Ｐ４＿ｔを用いて、式（２４）（式（１３））により加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ａで作動させるためのタービン１２の目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔを演算する（Ｓ４６）。
【００７２】
【数１１】
2008144715.tif 000013
【００７３】
そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３、演算した目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔと目標流入空気流量Ｇａ＿ｓを用いて、式（２５）により加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ａで作動させるための燃焼器１１に供給する最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを演算する（Ｓ４７）。ここでは、入口空気温度Ｔ３と目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが判っているので、式（２）により燃焼器１１での上昇温度ΔＴを求めことができる。この上昇温度ΔＴと入口空気温度Ｔ３を用いれば、図４に示す燃焼器１１での温度上昇特性から燃焼器１１での燃空比が得られる。そして、この燃空比と目標流入空気流量Ｇａ＿ｓを用いて、エンジン加速時の最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを求めることができる。
【００７４】
【数１２】
2008144715.tif 000014
【００７５】
エンジン加速時、エンジン制御ＥＣＵ２では、この演算された最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを供給するための燃料制御信号を燃料噴射装置１６に送信する。燃料噴射装置１６では、燃料制御信号に応じて燃焼器１１内に燃料を噴射する。燃焼器１１では、この噴射された燃料（最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃ）とコンプレッサ１０から流入された圧縮空気（目標流入空気流量Ｇａ＿ｓ）で燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを発生する。このとき、コンプレッサ１０が加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ａで作動し（サージ境界で作動し）、タービン１２の入口ガス温度Ｔ４は目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔになるように制御される。
【００７６】
図１３及び図１４も参照して、第２加速時最大燃料流量制御処理について説明する。図１３は、加速時エンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。図１４は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおける第２加速時最大燃料流量制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００７７】
第２加速時最大燃料流量制御処理は、第１加速時最大燃料流量制御処理に比較すると、実際に検出したコンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を用いて、実際の圧力比から加速時エンジン作動線ＲＢ４上における作動点Ｂを求める点と実際の出口空気圧力Ｐ３を用いてタービン１２の目標入口ガス圧力Ｐ４＿ｔを求める点が異なる。このように、出口空気圧力Ｐ３として実測値を用いるので、制御精度が向上する。作動点Ｂに基づいて最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを求めた場合でも、燃料流量は増加の方向なので、実際のエンジン回転数Ｎは低下することはない。したがって、結果として作動点Ａに収束するが、本来、作動点Ｂは作動点Ａより全空気流量が若干少ないので、求められる最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃも空気流量分少なくなる。したがって、エンジン加速運転になった直後の急激な燃料流量の増加を抑制することができ、燃焼器１１においてより安定した燃焼を行うことができる。
【００７８】
それでは、図１４のフローチャートに沿って、エンジン制御ＥＣＵ２における第２加速時最大燃料流量制御処理について説明する。エンジン制御ＥＣＵ２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。エンジン制御ＥＣＵ２では、図１２のステップＳ４０と同様の処理により、大気温度Ｔ０、大気圧力Ｐ０、燃焼器１１の入口空気温度Ｔ３、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３、エンジン回転数Ｎ及び抽気流量Ｇａ＿ｅを入力する（Ｓ５０）。
【００７９】
エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を大気圧力Ｐ０で除算し、圧力比を演算する。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、コンプレッサマップにおける加速時エンジン作動線ＲＢ４と圧力比の交点（作動点Ｂ）（式（２６））から目標修正全空気流量を求める（Ｓ５１）。図１３において、作動点Ｂはエンジン加速時のコンプレッサの作動点であり、作動点Ｓは通常時のコンプレッサの作動点である。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、図１２のステップＳ４２と同じ処理により、コンプレッサ１０の目標全空気流量Ｇａ＿ｔｍを演算する（Ｓ５２）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、図１２のステップＳ４３と同じ処理により、燃焼器１１の目標流入空気流量Ｇａ＿ｓを演算する（Ｓ５３）。
【００８０】
【数１３】
2008144715.tif 000015
【００８１】
エンジン制御ＥＣＵ２では、実際のコンプレッサ１０の出口空気圧力Ｐ３を用いて、式（２７）により加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ｂで作動させるためのタービン１２の目標入口ガス圧力Ｐ４＿ｔを演算する（Ｓ５４）。そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、図１２のステップＳ４６と同じ処理により、加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ｂで作動させるためのタービン１２の目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔを演算する（Ｓ５５）。さらに、エンジン制御ＥＣＵ２では、図１２のステップＳ４７と同じ処理により、加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ｂで作動させるための燃焼器１１に供給する最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを演算する（Ｓ５６）。
【００８２】
【数１４】
2008144715.tif 000016
【００８３】
エンジン加速時、この演算された最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを用いて、第１加速時最大燃料流量制御処理での説明と同様に、燃焼器１１で燃焼する。このとき、コンプレッサ１０が加速時エンジン作動線ＲＢ４上の作動点Ｂで作動し（サージ境界で作動し）、タービン１２の入口ガス温度Ｔ４は目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔになるように制御される。
【００８４】
図１５〜図１８も参照して、放風制御弁制御処理について説明する。図１５は、抽気型ガスタービンエンジンのサージ境界でのエンジン特性であり、パラメータをタービン目標入口ガス温度とした場合のエンジン回転数と抽気流量との関係を示す図である。図１６は、抽気型ガスタービンエンジンのサージ境界でのエンジン特性であり、パラメータをタービン目標入口ガス温度とした場合のエンジン回転数とタービン余剰出力との関係を示す図である。図１７は、エンジン加速時のタイムチャートであり、（ａ）がエンジン回転数の時間変化であり、（ｂ）がタービン入口ガス温度の時間変化であり、（ｃ）が放風制御弁の開度の時間変化である。図１８は、図１のエンジン制御ＥＣＵにおける放風制御弁制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００８５】
上記したように、抽気型エンジンでは、エンジン加速時にはコンプレッサのサージングを回避しつつタービン入口ガス温度を極力高く保つことが要求される。しかし、エンジン外部で使用される抽気流量が少ないと、サージ領域に入り易くなるので、タービン入口ガス温度を高くできない。そこで、抽気流量を調整することによって、タービン入口ガス温度を高く（特に、許容最高温度に）保つようにする。
【００８６】
図１５、図１６には、抽気型エンジンのサージ境界において、抽気流量を最適化できた場合のエンジン特性を示している。図１５には、パラメータをタービン目標入口ガス温度とした場合のエンジン回転数に対する抽気流量を示している。図１６には、パラメータをタービン目標入口ガス温度とした場合のエンジン回転数に対するタービン余剰出力を示している。タービン目標入口ガス温度が１００％の場合には温度が許容最高温度であり、９０％の場合には温度が許容最高温度×０．９である。タービン余剰出力は、タービンの全出力からエンジン運転に必要なコンプレッサ消費馬力、補機駆動馬力、機械損失等を差し引いた残りの出力である。このタービン余剰出力はエンジン加速ために使用されるので、タービン余剰出力が大きいほどエンジンの加速性能を向上させることができる。
【００８７】
図１５では、サージ境界においてタービン目標入口ガス温度を規定値（１００％等）とするために必要な抽気流量を示している。図１５から判るように、コンプレッサがサージ領域に入らないサージ境界でタービン目標入口ガス温度を高くするためには、抽気流量を多くする必要がある。図１６では、サージ境界においてタービン目標入口ガス温度に応じたタービン余剰出力を示している。図１６から判るように、タービン目標入口ガス温度を高くすることによって、タービン余剰出力を大きくすることができる。これらのことから、サージングを回避しつつエンジン加速特性を向上させためには、タービン目標入口ガス温度を極力高く保つように抽気流量を最適化することが必要である。
【００８８】
そのために、流量制御弁６を利用して負荷装置７で使用する抽気流量に対して、放風制御弁４を利用してガスタービンエンジン３側から見た抽気流量を最適化する。放風制御弁の制御としては、負荷装置７側で使用する抽気流量が少ない場合（コンプレッサの作動点がサージ領域に入り易い場合）、放風制御弁４の開度を開き側に作動させて大気中に放出する量を多くし、ガスタービンエンジン３としての抽気流量の減少を防止する。逆に、負荷装置７側で使用する抽気流量が多い場合（コンプレッサの作動点がサージ領域から遠ざかっている場合）、放風制御弁４の開度を閉じ側に作動させて大気中に放出する量を少なくし、ガスタービンエンジン３としての抽気流量を必要以上に増加させないようにする。特に、放風制御弁制御処理では、エンジン加速時に、タービン目標入口ガス温度が許容最高温度（１００％）となるように放風制御弁４の開度を制御して最適な抽気流量に調整する。
【００８９】
図１７には、エンジン加速時のエンジン回転数、タービン入口ガス温度、放風制御弁開度の時間経過の一例を示しており、ガスタービンエンジンシステム１による結果を実線で示しており、従来のシステムによる結果を破線で示している。ガスタービンエンジンシステム１では、エンジンを加速する場合、放風制御弁の開度を開く側に制御してサージ領域に入らないように抽気流量を増加し、タービン入口ガス温度が許容最高温度（１００％）を維持するように燃焼制御する。その結果、タービン余剰出力が増加し、エンジン回転数が急速に上昇する（エンジン加速性能が向上する）。一方、従来のシステムでは、エンジンを加速する場合、負荷装置側での要求に応じて抽気流量が変化するので、抽気流量の変化に応じてサージ領域に入らないように燃焼制御を行う。その結果、タービン入口ガス温度が許容最高温度までは高くならないので、タービン余剰出力が増加せず、エンジン回転数が急速に上昇しない。
【００９０】
それでは、図１８のフローチャートに沿って、エンジン制御ＥＣＵ２における放風制御弁制御処理について説明する。エンジン制御ＥＣＵ２では、以下の処理を一定時間毎に繰り返し行っている。エンジン制御ＥＣＵ２では、加速時最大燃料流量制御処理で求めたタービン１２の目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔとエンジン加速状態判別フラグＡＣＣ＿Ｆを入力する（Ｓ６０）。エンジン加速状態判別フラグＡＣＣ＿Ｆは、エンジンが加速状態と判断された場合には１であり、定常状態等の他の状態の場合には０である。
【００９１】
そして、エンジン制御ＥＣＵ２では、エンジン加速状態判別フラグＡＣＣ＿Ｆが１か否かを判定する（Ｓ６１）。Ｓ６１にてエンジン加速状態判別フラグＡＣＣ＿Ｆが０と判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ２では、放風制御弁４を通常制御する（Ｓ６６）。この通常制御では、コンプレッサ１０がサージ領域に入らないように、負荷装置７側で使用される抽気流量に応じて放風制御弁４の開度を制御する。
【００９２】
一方、Ｓ６１にてエンジン加速状態判別フラグＡＣＣ＿Ｆが１と判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ２では、タービン１２の目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓ未満か否かを判定する（Ｓ６２）。Ｓ６２にて目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓ未満と判定した場合、抽気流量が少なすぎるので、抽気流量を多くしてタービン入口ガス温度を高くするために、エンジン制御ＥＣＵ２では、前回より開く側の目標開度を設定し、その目標開度とするための抽気流量制御信号を放風制御弁４に送信する（Ｓ６４）。この抽気流量制御信号を受信すると、放風制御弁４では、アクチュエータが駆動し、弁が開く側に作動する。その結果、コンプレッサ１０からの圧縮空気の大気中への放出量が増加し、抽気流量Ｇａ＿ｅが増加する。これによって、コンプレッサ１０の作動点がサージ領域に入り難くなり、目標タービン入口ガス温度を高くできる。
【００９３】
一方、Ｓ６２にて目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓ以上と判定した場合、エンジン制御ＥＣＵ２では、タービン１２の目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓより高いか否かを判定する（Ｓ６３）。Ｓ６３にて目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓより高いと判定した場合、抽気流量が多すぎるので、抽気流量を少なくしてタービン入口ガス温度を低くするために、エンジン制御ＥＣＵ２では、前回より閉じる側の目標開度を設定し、その目標開度とするための抽気流量制御信号を放風制御弁４に送信する（Ｓ６５）。この抽気流量制御信号を受信すると、放風制御弁４では、アクチュエータが駆動し、弁を閉じる側に作動する。その結果、コンプレッサ１０からの圧縮空気の大気中への放出量が減少し、抽気流量Ｇａ＿ｅが減少する。これによって、コンプレッサ１０の作動点がサージ領域に近づき、目標タービン入口ガス温度を低くできる。
【００９４】
一方、Ｓ６３にて目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓと等しいと判定した場合、抽気流量を保持して目標タービン入口ガス温度を維持するために、エンジン制御ＥＣＵ２では、放風制御弁４に対する制御を行わない。
【００９５】
このように、エンジン加速時には、放風制御弁４の開度を調整することによって目標入口ガス温度Ｔ４＿ｔが許容最高温度Ｔ４＿ｓを維持するように制御され、タービン余剰出力を大きくすることができる。さらに、ガスタービンエンジン３側から見た抽気流量Ｇａ＿ｅが調整されるので、コンプレッサ１０がサージ領域に入らないように制御される。
【００９６】
このガスタービンエンジンシステム１（特に、エンジン制御ＥＣＵ２）によれば、以下の効果を有している。まず、燃焼器空気流量検出処理により、抽気流量Ｇａ＿ｅの変化に影響されることなく、特別な計測手段無しで、燃焼器１１の流入空気流量Ｇａを高精度に求めることができる。この流入空気流量Ｇａを用いることにより、高精度な燃料流量制御を行うことができ、安定したエンジン運転を行うことができる。
【００９７】
また、タービン入口ガス温度検出処理により、特別な計測手段無しで、非常に高温となるタービン１２の入口ガス温度Ｔ４を高精度に求めることができる。この入口ガス温度Ｔ４を用いることにより、タービン入口ガス温度Ｔ４が許容最高温度を超えないように燃焼制御を行うことができる。
【００９８】
また、抽気流量検出処理により、特別な計測手段無しで、抽気流量Ｇａ＿ｅを高精度に求めることができる。この抽気流量Ｇａ＿ｅを用いることにより、抽気型エンジンとしての負荷量（出力量）を把握することができ、高精度な燃焼制御及び負荷制御を行うことができる。
【００９９】
また、加速時最大燃料流量制御処理により、エンジン加速時に、コンプレッサ１０でのサージングを回避しつつ、抽気流量Ｇａ＿ｅが変化しても加速時エンジン作動線上での作動が可能となり、最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃの最適化を図ることができる。この最大燃料流量Ｇｆ＿ａｃｃを用いることにより、エンジン加速時に高精度な燃焼制御を行うことができる。
【０１００】
また、放風制御弁４を用いた放風制御弁制御処理により、エンジン加速時に、コンプレッサ１０でのサージングを回避しつつ、タービン入口ガス温度を許容最高温度に維持することができる。これによって、タービン余剰出力を極力大きくすることができ、エンジン加速性能を向上させることができ、エンジン加速時に最適な燃焼制御を行うことができる。
【０１０１】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【０１０２】
例えば、本実施の形態ではガスタービンエンジンシステムとして一基の一軸式のガスタービンエンジンを用いて垂直離着陸機に適用する例を示したが、複数のガスタービンエンジンによって構成されるシステムにも適用可能であり、複数の軸式のガスタービンエンジンにも適用可能であり、１つの負荷装置しか備えないシステムにも適用可能であり、抽気した圧縮空気をエネルギとして利用する様々な他の負荷装置に適用可能である。
【０１０３】
また、本実施の形態では放風制御弁を備え、抽気流量を調整可能な構成としたが、放風制御弁を備えない構成としてもよい。
【０１０４】
また、本実施の形態ではエンジン制御ＥＣＵにおいて燃焼器空気流量検出処理、タービン入口ガス温度検出処理、抽気流量検出処理、加速時最大燃料流量制御処理、放風制御弁制御処理を全て行う構成としたが、この中の一部の処理だけを行う構成としてもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態ではタービン入口ガス圧力Ｐ４をコンプレッサ出口空気圧力Ｐ３で簡易的に求める構成としたが、他の方法によって求める方法としてもよいし、あるいは、センサなどで計測するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本実施の形態に係るガスタービンエンジンシステムの構成図である。
【図２】図１の負荷装置の一例である。
【図３】ガスタービンエンジンのタービンの流量特性であり、タービン膨張比とタービン流量係数との関係を示す図である。
【図４】ガスタービンエンジンの燃焼器での温度特性であり、パラメータを燃焼器入口空気温度とした場合の燃焼器燃空比と燃焼器での上昇温度との関係を示す図である。
【図５】図１のエンジン制御ＥＣＵにおける燃焼器空気流量検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図１のエンジン制御ＥＣＵにおけるタービン入口ガス温度検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】コンプレッサマップ（修正全空気流量と圧力比とのマップ）を示す図である。
【図８】図１のエンジン制御ＥＣＵにおける抽気流量検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】軸出力型ガスタービンエンジンの場合のエンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。
【図１０】抽気型ガスタービンエンジンの場合のエンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。
【図１１】加速時エンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。
【図１２】図１のエンジン制御ＥＣＵにおける第１加速時最大燃料流量制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】加速時エンジン作動線を付加したコンプレッサマップを示す図である。
【図１４】図１のエンジン制御ＥＣＵにおける第２加速時最大燃料流量制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】抽気型ガスタービンエンジンのサージ境界でのエンジン特性であり、パラメータをタービン目標入口ガス温度とした場合のエンジン回転数と抽気流量との関係を示す図である。
【図１６】抽気型ガスタービンエンジンのサージ境界でのエンジン特性であり、パラメータをタービン目標入口ガス温度とした場合のエンジン回転数とタービン余剰出力との関係を示す図である。
【図１７】エンジン加速時のタイムチャートであり、（ａ）がエンジン回転数の時間変化であり、（ｂ）がタービン入口ガス温度の時間変化であり、（ｃ）が放風制御弁の開度の時間変化である。
【図１８】図１のエンジン制御ＥＣＵにおける放風制御弁制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１…ガスタービンエンジンシステム、２…エンジン制御ＥＣＵ、３…ガスタービンエンジン、４…放風制御弁、５…負荷制御ＥＣＵ、６…流量制御弁、７…負荷装置、１０…コンプレッサ、１１…燃焼器、１２…タービン、１３…回転軸、１４，１７…内部配管、１５…抽気配管、１５ａ…排気用配管、１５ｂ…負荷用配管、１５ｃ…分岐配管、１６…燃料噴射装置、２０…推力発生用ファン、２１…タービン、２２…減速機、２３…プロペラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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