(57)【要約】      （修正有）【課題】ファン流のノズル面積を拡大または低減し、それにより、排気速度をそれぞれ減少または増加させるために、可動ペタルを含む可変面積ファンノズルが使用される。【解決手段】可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）２４のための制御システムが開示される。ＶＡＦＮは、複数のペタル３０を有し、ガスタービンエンジン２０とともに使用するためのものであり得る。制御システムは、ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するように構成された１次システムと、ガスタービンエンジンの現在の動作状態を示す２次データを収集するように構成された２次システムと、１次システムおよび２次システムと動作可能に通信している制御モジュールとを含み得る。【選択図】図１
2017214918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のペタル（３０）を有する可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）（２４）のための制御システム（６０）であって、前記ＶＡＦＮがガスタービンエンジン（２０）とともに使用するためのものであり、前記制御システムが、
前記ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するよう構成された１次システム（６２）と、
前記ガスタービンエンジンの現在の動作状態を示す２次データを収集するよう構成された２次システム（６４）と、
前記１次システムおよび前記２次システムと動作可能に通信する制御モジュール（６６）であって、
前記１次データに少なくとも部分的に基づいて前記ＶＡＦＮのノズル面積を判定し、
前記２次データに基づいて前記判定されたノズル面積を調整し、かつ
前記調整されたノズル面積に従って前記複数のペタルを配置する、よう構成されている、制御モジュール（６６）と、
を備える制御システム（６０）。
【請求項２】
前記２次データは、前記ガスタービンエンジン（２０）の背圧を示すデータを含み、前記２次システム（６４）は、前記ガスタービンエンジンの前記背圧を判定するよう構成された少なくとも１つの圧力センサ（６８）を含む、請求項１に記載の制御システム（６０）。
【請求項３】
前記２次データは、前記ガスタービンエンジン（２０）のファンブレードひずみを示すデータを含み、前記２次システム（６４）は、前記ガスタービンエンジンの前記ファンブレードひずみを判定するよう構成された少なくとも１つのファンブレードひずみセンサ（７０）を含む、請求項１または２に記載の制御システム（６０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのファンブレードひずみセンサ（７０）は、前記ガスタービンエンジン（２０）のファンブレード（７４）上に配設された光ファイバーひずみセンサを備える、請求項３に記載の制御システム（６０）。
【請求項５】
前記制御モジュール（６６）は、前記２次データに基づいて前記ガスタービンエンジン（２０）の動作過渡状態を判定するようにさらに構成され、前記制御モジュールは、前記２次データが前記動作過渡状態を示す場合に、前記複数のペタル（３０）をフェイルセーフ位置に移動するようにさらに構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御システム（６０）。
【請求項６】
ガスタービンエンジン（２０）と、
前記ガスタービンエンジンの下流端部（２６）に取り付けられた可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）（２４）であって、前記ＶＡＦＮが、複数のペタル（３０）と、前記複数のペタルを移動するよう構成された少なくとも１つのアクチュエータ（４４、４６）とを含む、ＶＡＦＮと、
前記ガスタービンエンジンおよび前記ＶＡＦＮと動作可能に通信する請求項１から５のいずれか一項に記載の前記制御システム（６０）と
を備える航空機であって、
前記２次システム（６４）は、前記ガスタービンエンジンの背圧を判定するよう構成された少なくとも１つの圧力センサ（６８）と、前記ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを判定するよう構成された少なくとも１つのファンブレードひずみセンサ（７０）とを含み、
前記制御モジュール（６６）は、
前記１次データに少なくとも部分的に基づいて前記ＶＡＦＮのリアルタイムノズル面積を計算し、
前記リアルタイムノズル面積と、前記制御モジュールのメモリ中にプリプログラムされたノズル面積の所定の表とに少なくとも部分的に基づいてアクチュエータコマンドを生成し、
前記判定された背圧と前記判定されたファンブレードひずみとのうちの少なくとも１つに基づいて前記アクチュエータコマンドを修正し、
前記複数のペタルを配置するために前記修正されたアクチュエータコマンドを前記ＶＡＦＮの前記少なくとも１つのアクチュエータに送るように構成されている、航空機。
【請求項７】
前記制御モジュール（６６）は、エンジン電子制御装置（９２）とＶＡＦＮ制御ユニット（９０）とを介して実施される、請求項６に記載の航空機。
【請求項８】
前記制御モジュール（６６）は、１次データが利用不可能である場合に、前記ＶＡＦＮ（２４）のノズル面積を推定するよう構成されたモデルベースコントローラー（１６０）を含み、
前記モデルベースコントローラーは、前記エンジン電子制御装置（９２）への入力に基づいて前記ノズル面積を推定するための学習アルゴリズムを含み、
前記制御モジュールは、前記モデルベースコントローラーからの前記推定されたノズル面積が、前記ＶＡＦＮ制御ユニット（９０）によって判定された計算されたノズル面積の所定のマージンより外にある場合に、前記ガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するようにさらに構成されている、請求項７に記載の航空機。
【請求項９】
複数のペタル（３０）を有する可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）（２４）のノズル面積を制御するための方法（１７０）であって、前記ＶＡＦＮがガスタービンエンジン（２０）とともに使用するためのものであり、前記方法が、
前記ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するステップ（１７２）と、
前記ガスタービンエンジンの背圧およびファンブレードひずみを示す２次データを収集するステップ（１７４）と、
前記１次データに基づいて前記ＶＡＦＮの前記ノズル面積を計算するステップ（１７６）と、
ノズル面積の所定の表に少なくとも部分的に基づいて所望のノズル面積を生成するステップ（１７８）と、
前記計算されたノズル面積と前記所望のノズル面積との間の差分に基づいてアクチュエータコマンドを発生するステップ（１８０）と、
前記２次データに基づいて前記アクチュエータコマンドを調整するステップ（１８２）と、
前記複数のペタルを移動するために前記調整されたアクチュエータコマンドを前記ＶＡＦＮに送るステップ（１８４）と
を含み、計算する前記ステップと、前記生成するステップと、前記発生するステップと、前記調整するステップと、前記送るステップとが、前記ＶＡＦＮと前記ガスタービンエンジンとに関連する制御モジュール（６６）によって実施される、方法（１７０）。
【請求項１０】
前記ガスタービンエンジン（２０）のエンジン電子制御装置（９２）への入力に基づいて前記ＶＡＦＮ（２４）のノズル面積を学習するステップをさらに含み、前記学習するステップが、前記制御モジュール（６６）のモデルベースコントローラー（１６０）によって実施される、請求項９に記載の方法（１７０）。
【請求項１１】
前記ガスタービンエンジン（２０）の動作過渡状態を判定するために前記２次データを使用するステップと、
前記動作過渡状態が判定されたとき、前記動作過渡状態について航空機乗員に警告し、前記ＶＡＦＮ（２４）の前記複数のペタル（３０）をフェイルセーフ位置に移動するステップと
をさらに含む、請求項９または１０に記載の方法（１７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に可変面積ファンノズルに関し、より詳細には、可変面積ファンノズルのノズル面積を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイパスターボファンエンジンは、２つの排気流、コアエンジン流およびファン流を発生する。コアエンジン流は、コアエンジンを通過した後にコア流ノズルから排出される。ファン流は、コアエンジンとファンダクトとを囲むナセルによって形成される環状通路を通過する。これら２つの流れが通る断面積は、離陸、上昇、巡航など、特定の動作状態のために最適化され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ファン流のノズル面積を拡大または低減し、それにより、排気速度をそれぞれ減少または増加させるために、可動ペタルを含む可変面積ファンノズルが使用される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様によれば、可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）のための制御システムが開示される。ＶＡＦＮは、複数のペタルを有し得、ガスタービンエンジンとともに使用するためのものであり得る。制御システムは、ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するように構成された１次システムと、ガスタービンエンジンの現在の動作状態を示す２次データを収集するように構成された２次システムと、１次システムおよび２次システムと動作可能に通信している制御モジュールとを含み得る。制御モジュールは、１次データに少なくとも部分的に基づいてＶＡＦＮのノズル面積を判定することと、２次データに基づいて判定されたノズル面積を調整することと、調整されたノズル面積に従って複数のペタルを配置することとを行うように構成され得る。
【０００５】
ある改良では、２次データは、ガスタービンエンジンの背圧を示すデータを含み得る。
【０００６】
別の改良では、２次システムは、ガスタービンエンジンの背圧を判定するように構成された少なくとも１つの圧力センサを含み得る。
【０００７】
別の改良では、少なくとも１つの圧力センサは、ガスタービンエンジンのコアエンジンナセルの後方端部に近接して配設され得る。
【０００８】
別の改良では、２次データは、ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを示すデータを含み得る。
【０００９】
別の改良では、２次システムは、ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを判定するように構成された少なくとも１つのひずみセンサを含み得る。
【００１０】
別の改良では、少なくとも１つのひずみセンサは、ガスタービンエンジンのファンブレード上に配設された光ファイバーひずみセンサを含み得る。
【００１１】
別の改良では、制御モジュールは、２次データに基づいてガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するようにさらに構成され得る。
【００１２】
別の改良では、制御モジュールは、動作過渡状態について航空機乗員に警告するために信号を送るようにさらに構成され得る。
【００１３】
別の改良では、制御モジュールは、２次データが動作過渡状態を示すとき、複数のペタルをフェイルセーフ位置に移動するようにさらに構成され得る。
【００１４】
別の態様によれば、航空機が開示される。航空機は、ガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンの下流端部に取り付けられた可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）であって、ＶＡＦＮが、複数のペタルと、複数のペタルを移動するように構成された少なくとも１つのアクチュエータとを含む、ＶＡＦＮと、ガスタービンエンジンおよびＶＡＦＮと動作可能に通信している制御システムとを含み得る。制御システムは、ガスタービンエンジンの背圧を判定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを判定するように構成された少なくとも１つのひずみセンサと、少なくとも１つの圧力センサ、少なくとも１つのひずみセンサ、およびＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するように構成された１次システムと動作可能に通信している制御モジュールとを含み得る。
【００１５】
この態様では、制御モジュールは、１次データに少なくとも部分的に基づいてＶＡＦＮのリアルタイムノズル面積を計算することと、リアルタイムノズル面積と、制御モジュールのメモリ中にプリプログラムされたノズル面積の所定の表とに少なくとも部分的に基づいてアクチュエータコマンドを生成することと、判定された背圧と判定されたファンブレードひずみとのうちの少なくとも１つに基づいてアクチュエータコマンドを修正することと、複数のペタルを調整するために修正されたアクチュエータコマンドをＶＡＦＮの少なくとも１つのアクチュエータに送ることとを行うように構成され得る。
【００１６】
ある改良では、少なくとも１つの圧力センサは、ＬＩＤＡＲベースの圧力センサまたはピトー管のうちの１つを含み得る。
【００１７】
別の改良では、制御モジュールは、エンジン電子制御装置とＶＡＦＮ制御ユニットとを介して実施され得る。
【００１８】
別の改良では、制御モジュールは、１次データが利用不可能であるとき、ＶＡＦＮのノズル面積を推定するように構成されたモデルベースコントローラーを含み得る。
【００１９】
別の改良では、モデルベースコントローラーは、エンジン電子制御装置への入力に基づいてノズル面積を推定するための学習アルゴリズムを含み得る。
【００２０】
別の改良では、制御モジュールは、モデルベースコントローラーからの推定されたノズル面積が、ＶＡＦＮ制御ユニットによって判定された計算されたノズル面積の所定のマージン外にある場合、ガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するようにさらに構成され得る。
【００２１】
別の態様によれば、可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）のノズル面積を制御するための方法が開示される。ＶＡＦＮは、複数のペタルを有し得、ガスタービンエンジンとともに使用するためのものであり得る。本方法は、ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するステップと、ガスタービンエンジンの背圧およびファンブレードひずみを示す２次データを収集するステップと、１次データに基づいてＶＡＦＮのノズル面積を計算するステップと、ノズル面積の所定の表に少なくとも部分的に基づいて所望のノズル面積を生成するステップと、計算されたノズル面積と所望のノズル面積との間の差分に基づいてアクチュエータコマンドを発生するステップと、２次データに基づいてアクチュエータコマンドを調整するステップと、複数のペタルを移動するために調整されたアクチュエータコマンドをＶＡＦＮに送るステップとを含み得、計算するステップと、生成するステップと、発生するステップと、調整するステップと、送るステップとは、ＶＡＦＮとガスタービンエンジンとに関連する制御モジュールによって実施される。
【００２２】
ある改良では、本方法は、ガスタービンエンジンのエンジン電子制御装置への入力に基づいてＶＡＦＮのノズル面積を学習するステップをさらに含み得、学習する前記ステップは、制御システムのモデルベースコントローラーによって実施される。
【００２３】
別の改良では、本方法は、ガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するために２次データを使用することをさらに含み得る。
【００２４】
別の改良では、本方法は、動作過渡状態が判定されたとき、動作過渡状態について航空機乗員に警告し、ＶＡＦＮの複数のペタルをフェイルセーフ位置に移動することをさらに含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本開示の一実施形態による、ガスタービンエンジンの透視図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンの可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）のための制御システムの概略図である。
【図３】後方から前方を見た図１のガスタービンエンジンのＶＡＦＮの一部の透視図である。
【図４】図１のガスタービンエンジンのファン部分の透視図である。
【図５】ＶＡＦＮ制御システムの概略図である。
【図６】ＶＡＦＮ制御システムの制御理論図である。
【図７】ＶＡＦＮ制御システムの概略図である。
【図８】ＶＡＦＮ制御システムの概略図である。
【図９】ＶＡＦＮ制御システムの概略図である。
【図１０】モデルベースコントローラーの概略図である。
【図１１】ＶＡＦＮのノズル面積を制御する例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示は様々な修正形態および代替構成の余地があるが、以下ではそれのいくつかの例示的な実施形態について詳細に図示および説明する。本開示は、開示された特定の実施形態に限定されず、代わりにすべての修正形態、代替構成、およびそれの均等物を含む。
【００２７】
次に図面を参照し、特に図１を参照すると、本開示のいくつかの実施形態による、エンジン２０が示されている。エンジン２０がガスタービンエンジンとして示されているが、エンジンは任意の他のタイプであり得る。エンジン２０は、主として様々な実施形態の特徴を開示するのを支援する説明のために示されており、図１はエンジンの構成要素のすべてを示しているとは限らないことを理解されたい。さらに、エンジン２０は航空機の中に含まれ、スラストを生成するために使用される。しかしながら、エンジン２０は、陸上、海洋、または航空機の適用例において動力を生成するためにも含まれ得る。
【００２８】
エンジン２０は、コア流ノズル２２と、可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）２４とを含む。コア流ノズル２２は、コアエンジン（図示せず）を囲むコアエンジンナセルの下流端部を形成する。ＶＡＦＮ２４は、スラストリバーサスリーブ２８の下流端部２６またはリップ領域に取り付けられる。下流端部２６はエンジン２０の下流端部を画成する。スリーブ２８はコアエンジンナセルの少なくとも一部分と重複する。エンジン２０は、コア流ノズル２２を出るエンジン排気のコア流と、ＶＡＦＮ２４から出るファン流の両方からスラストを提供する。コア流は、典型的にはファン流よりも高い速度を有する。
【００２９】
ＶＡＦＮ２４は、エンジン２０のファンダクト３２を通過するファン流を変更するように構成された複数のペタル３０を含む。ペタル３０は、弾性的に変形可能なペタルであるかまたは枢動可能な剛性ペタルであり得る。一例では、複数のペタル３０の各々は形状が概して台形であるが、ペタル３０は任意の他の形状を有し得る。ペタル３０の各々は、支持端３８から自由端４０に概して長手方向に延伸する、第１の側３４と、反対の第２の側３６とを含む。ペタル３０は、ファンダクト３２の外周に沿って隣り合わせに配設され得、ペタル３０の支持端３８はスラストリバーサスリーブ２８の下流端部２６に取り付けられる。ペタル３０の自由端４０は、ＶＡＦＮ２４のノズル面積に関連するノズル開口部４２または外周を形成する。
【００３０】
ペタル３０は、ファンダクト３２を通過するファン流を変えるためにノズル面積を変更するように構成される。例えば、ペタル３０は、フレックスロッド４８に接続されたアクチュエータ４４、４６を使用して内側または外側に移動され得る。フレックスロッド４８は、アクチュエータ４４、４６間に配設されたペタル３０を押下し得る。アクチュエータ４４、４６は、アクチュエータ４４、４６への油圧油の供給を制御するように構成された電気油圧式サーボ弁を介して油圧で作動され得る。ただし、複数のペタル３０の作動のための他の構成が使用され得る。
【００３１】
図１に示されている例では、ＶＡＦＮ２４は、エンジンパイロン５０の両側上に配置されたペタル３０の２つのセットを含むが、この図ではペタル３０の１つのセットのみが視認できる。概して外周方向に配設されるフレックスロッド４８は、アクチュエータ４４、４６間に延びるケーブルを備える。フレックスロッド４８はそれぞれのセットにおけるすべてのペタルに接触し、フレックスロッド４８の端部は、シャフトに取り付けられたアームを介するなどしてアクチュエータ４４、４６に取り付けられる。
【００３２】
さらに、各セットにおける隣接するペタル３０は、エラストマーシール５２によって占有されるギャップによって分離される。シリコーンゴムまたは任意の他の好適な材料から構成されるシール５２は、ＶＡＦＮ２４の内側から外側への空気の漏れを防ぐために使用される。シール５２は、ペタル３０の内側への作動中に伸長状態から規準状態に戻る。ＶＡＦＮ２４のための他の構成が使用され得る。さらに、本開示の態様は他のタイプのＶＡＦＮ２４に適用され得る。
【００３３】
引き続き図１を参照しながら、次に図２を参照すると、エンジン２０は、ＶＡＦＮ２４のための制御システム６０をさらに含む。制御システム６０は、１次システム６２と、２次システム６４と、１次システム６２および２次システム６４と動作可能に通信している制御モジュール６６とを備える。１次システム６２と２次システム６４との各々は感知システムを備える。
【００３４】
より詳細には、１次システム６２は、リアルタイムでＶＡＦＮ２４の現在の動作状態を示す１次データを収集するように構成され、一方、２次システム６４は、リアルタイムでエンジン２０の現在の動作状態を示す２次データを収集するように構成される。１次システム６２からの１次データは、ＶＡＦＮ２４の現在のノズル面積を判定するために使用される。２次システム６４からの２次データは、ＶＡＦＮ２４のノズル面積を最適化または調整するために使用される。そのように行う際に、エンジン２０とＶＡＦＮ２４との現在のパフォーマンスに基づいてペタル３０の最適な位置が見つけられ得る。
【００３５】
例えば、１次システム６２は、１つまたは複数の光ファイバー形センサ、写真測量構成要素、外周センサ、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）などを含む。そのような感知技術は、ペタル３０上のひずみ測定、ペタル３０の３次元座標、アクチュエータ４４、４６の位置など、ＶＡＦＮ２４についての１次データを提供する。しかしながら、リアルタイムでＶＡＦＮ２４の現在の動作状態を示す１次データを収集するために、ホール効果センサおよび／またはライダーセンサなど、他のタイプの感知技術も使用され得る。
【００３６】
２次システム６４は、図３に示されている１つまたは複数の圧力センサ６８、ならびに／あるいは図４に示されている１つまたは複数のファンブレードひずみセンサ７０を含む。そのような感知技術は、エンジン２０の背圧を示すデータおよびエンジン２０のファンブレードひずみを示すデータなど、エンジン２０についての２次データを提供する。ただし、エンジン２０の現在の動作状態を示す２次データを収集するために、圧力センサ６８およびファンブレードひずみセンサ７０に加えてまたはそれらの代わりに他の感知技術が使用され得る。２次システム６４からの２次データは、エンジン２０の動作過渡状態を検出することと、ＶＡＦＮ２４のノズル面積を最適化することの両方のために使用される。
【００３７】
より詳細には、圧力センサ６８は、リアルタイムで、エンジン２０の背圧、またはコアエンジンナセルの後方端部における圧力を判定するように構成される。例えば、圧力センサ６８は、ライダーベースの圧力センサ、ピトー管などを備え得る。圧力センサ６８は、コアエンジンナセルの後方端部に近接して配設される。
【００３８】
図３に示されている例では、圧力センサ６８は、コアエンジンナセルに取り付けられるＶＡＦＮ２４の取付けバルクヘッド７２上に配設される。さらに、図３の例では、ＶＡＦＮ２４の１つおきのペタル３０が圧力センサ６８に結合される。ただし、圧力センサ６８の配置および位置決めのための他の構成が使用され得る。
【００３９】
ファンブレードひずみセンサ７０は、リアルタイムで、エンジン２０のファンブレードひずみ、またはエンジン２０のファン７６（図４）における複数のブレード７４（図４）上のひずみを判定するように構成される。ファンブレードひずみセンサ７０は、エンジン２０の１つまたは複数のファンブレード７４上に配設された、光ファイバーひずみセンサ、または他のタイプのひずみセンサを備え得る。例えば、ファンブレードひずみセンサ７０は、ファンブレード７４、１つおきのファンブレード、または任意の他の構成の各々に取り付けられ得る。
【００４０】
図４の例では、ファンブレードひずみセンサ７０はファンブレード７４の内側に埋め込まれる。例えば、ファンブレード７４内に、ファンブレードひずみセンサ７０を受け取るためのチャネルがあり得る。ただし、ファンブレードひずみセンサ７０をファンブレード７４に取り付けるための他の構成が使用され得る。
【００４１】
さらに、図４の例では、ファンブレードひずみセンサ７０の各々は、ブレード７４の基部７８からファンブレード７４の翼幅に沿ってブレード７４の先端８０に延びる。ファンブレードひずみセンサ７０は、ファンブレード７４の前縁８２、後縁８４、または中間点８６に近接して配置され得る。ただし、ファンブレードひずみセンサ７０のための他の位置が使用され得る。
【００４２】
再び図２を参照すると、制御モジュール６６は、エンジン２０、ＶＡＦＮ２４、１次システム６２、および２次システム６４と動作可能に通信している。制御モジュール６６は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロ制御、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、電子制御モジュール（ＥＣＭ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、およびコンピュータ実行可能命令を記憶した非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含むかもしくはそれに結合され得るプロセッサベースデバイス、またはエンジン２０とＶＡＦＮ２４と複数のペタル３０との機能を電子的に制御するための任意の他の好適な手段のうちの１つまたは複数を使用して実施され得る。
【００４３】
図２の例では、制御モジュール６６はＶＡＦＮ制御ユニット９０とエンジン電子制御装置９２とを備える。ただし、制御モジュール６６のための他の構成が使用され得る。ＶＡＦＮ制御ユニット９０とエンジン電子制御装置９２との各々は、制御システム６０を動作させるための所定のアルゴリズムまたは命令のセットに従って動作するように構成される。
【００４４】
そのようなアルゴリズムまたは命令のセットは、それぞれ、ＶＡＦＮ制御ユニット９０およびエンジン電子制御装置９２に結合されるかまたはそれらにとって少なくともアクセス可能なメモリ９４およびメモリ９６中にプログラムされるかまたは組み込まれ得る。メモリ９４、９６の各々は、それぞれ、ＶＡＦＮ制御ユニット９０およびエンジン電子制御装置９２の内部および／または外部に設けられた不揮発性メモリを備え得る。ＶＡＦＮ制御ユニット９０、エンジン電子制御装置９２、および制御システム６０は他のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、およびそれらの組合せを含み得ることを理解されたい。
【００４５】
さらに、エンジン電子制御装置９２は、所望のノズル面積を生成し、対応する信号をＶＡＦＮ制御ユニット９０に送るように構成される。一例では、エンジン電子制御装置９２は、エンジン動作状態に基づいて所望のノズル面積を生成し得る。例えば、エンジン電子制御装置９２は、所望の結果を達成するために、異なるエンジン動作状態について最適なまたは所望のノズル面積の所定の表を含み得る。所望のノズル面積の所定の表は、エンジン電子制御装置９２に結合されたメモリ９６中にプリプログラムされ得る。
【００４６】
エンジン動作状態の例は、離陸、上昇、巡航、飛行状態、スラスト状態などを含み得る。所望の結果の例は、より低い燃料燃焼、燃料フロー、スラストなどを含み得る。リアルタイムエンジン動作状態に基づいて、エンジン電子制御装置９２は、メモリ９６から、所定の表からの所望のノズル面積を取り出す。
【００４７】
エンジン電子制御装置９２は、次いで、現在のエンジン動作状態のためにＶＡＦＮ２４の適切な開口面積を達成するためのコマンドをＶＡＦＮ制御ユニット９０に送る。エンジン電子制御装置９２はまた、特定のエンジン動作状態のために最適な面積が達成され得ないと判定することができ、その特定の状態のために非最適な面積を判定し得る。ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、所望のノズル面積を達成するために、異なる位置へのペタル３０の移動の速度を制御するかまたは位置を維持する。
【００４８】
エンジン電子制御装置９２からの所望のノズル面積を示す信号に少なくとも部分的に基づいて、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、アクチュエータ４４、４６への油圧フローを制御するために対応する信号を電気油圧式サーボ弁に送る。例えば、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、ノズル開口部４２（図１）の形状を変更し所望のノズル面積を達成するために、フレックスロッド４８のアクチュエータ４４、４６への油圧フローを増加または減少させ、ペタル３０を外側または内側に移動するための信号を電気油圧式サーボ弁に送り得る。ＶＡＦＮ制御ユニット９０はまた、同じノズル面積を維持するために、アクチュエータ４４、４６への同じ油圧フローを維持するための信号を電気油圧式サーボ弁に送り得る。
【００４９】
引き続き図１〜図４を参照しながら、次に図５を参照すると、制御システム６０の別の概略図が示されている。この態様では、制御モジュール６６は、それぞれ、１次システム６２および２次システム６４からの１次データおよび２次データに基づいてＶＡＦＮ２４のノズル面積を最適化するようにさらに構成される。より詳細には、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、１次システム６２から、ペタル３０上のひずみ測定、ペタル３０の３次元座標、およびアクチュエータの位置を示すデータなどの１次データを受信するように構成される。１次データに基づいて、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、モジュール１００において、ＶＡＦＮ２４のリアルタイムノズル面積を判定するように構成される。
【００５０】
例えば、１次システム６２からの１次データとともに、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、ＶＡＦＮ２４のリアルタイムノズル面積を計算するために、メモリ９４中にプリプログラムされた、ＶＡＦＮ２４の設置形状などの所定の手法および情報を使用し得る。ＶＡＦＮ制御ユニット９０はまた、所望のノズル面積を示す信号をエンジン電子制御装置９２から受信するように構成される。さらに、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、モジュール１０２において、リアルタイムノズル面積と所望のノズル面積との間の差分を判定するように構成される。計算されたノズル面積と所望のノズル面積との間の判定された差分に少なくとも部分的に基づいて、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、モジュール１０４において、ＶＡＦＮ２４のペタル３０を調整するためのアクチュエータコマンドを生成するために制御法則を使用するようにさらに構成される。
【００５１】
アクチュエータコマンドは、ペタル３０と接触しているフレックスロッド４８のアクチュエータ４４、４６への油圧フローを制御する電気油圧式サーボ弁に送られる。例えば、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、比例積分微分（ＰＩＤ）、線形二次回帰（ＬＱＲ）、またはバンバン制御を使用するように構成され得る。ただし、他のタイプのフィードバックループ制御および制御法則が使用され得る。より詳細には、ＰＩＤ、ＬＱＲ、またはバンバン制御などの制御法則を使用して、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、アクチュエータコマンドを生成しリアルタイムノズル面積を修正するために、フィードバックとしてリアルタイムで計算されたノズル面積と所望のノズル面積との間の差分を連続的に適用する。
【００５２】
さらに、制御モジュール６６は、２次システム６４からの２次データに基づいてリアルタイムノズル面積を調整するようにさらに構成される。より詳細には、エンジン電子制御装置９２は、２次システム６４から、エンジン２０のリアルタイム背圧および／またはエンジン２０のリアルタイムファンブレードひずみを示すデータなどの２次データを受信するように構成される。２次データに基づいて、エンジン電子制御装置９２は、モジュール１０６において、２次データと同データの所定の値との間の差分を判定するように構成される。
【００５３】
背圧とファンブレードひずみとの所定の値は、エンジン電子制御装置９２に結合されたメモリ９６中にプリプログラムされる。例えば、モジュール１０８において、背圧とファンブレードひずみとの所定の値は、飛行状態、エンジン速度、マッハ数、高度などに基づく、背圧とファンブレードひずみとの期待値をそれぞれ含む。背圧とファンブレードひずみとの所定の値は、コンピュータシミュレーション、モデルベース分析、地上テスト結果、飛行中テスト結果など、従来の分析から判定される。
【００５４】
リアルタイム背圧と所定の背圧との間の差分は、エンジン電子制御装置９２、ならびにリアルタイムファンブレードひずみと所定のファンブレードひずみとの間の差分によって判定される。エンジン電子制御装置９２は、モジュール１１０において、ＶＡＦＮ制御ユニット９０に送るべきアクチュエータコマンドを生成するために制御法則を使用するようにさらに構成される。例えば、エンジン電子制御装置９２は、比例積分微分（ＰＩＤ）、線形二次回帰（ＬＱＲ）、またはバンバン制御を使用するように構成され得るが、他のタイプのフィードバックループ制御および制御法則が使用され得る。エンジン電子制御装置９２は、アクチュエータコマンドを生成しリアルタイムノズル面積を修正するために、２次データと所定の値との間の差分を連続的に適用するために制御法則を使用する。
【００５５】
さらに、制御モジュール６６は、ペタル３０を調整するためのＶＡＦＮ２４へのアクチュエータコマンドを生成するために、エンジン電子制御装置９２からのアクチュエータコマンドをＶＡＦＮ制御ユニット９０中のモジュール１０４における制御法則と合成するように構成された加算器１１２を含む。加算器１１２は、ＶＡＦＮ２４のノズル面積を最適化するために２次データを１次データと混合する。そのように行う際に、制御モジュール６６は、ペタル３０を正確に配置し、それにより、異なるフライト状態において燃料燃焼、操作可能性、および／またはスラストについて拡張された性能を達成するために、エンジン２０からのセンサフィードバックとＶＡＦＮ２４からのセンサフィードバックの両方を使用する。
【００５６】
引き続き図１〜図５を参照しながら、次に図６を参照すると、制御システム６０の制御理論図が示されている。この態様では、モジュール１２０において、わずかな増分でノズル面積の掃引を実施し、飛行状態のために掃引からＶＡＦＮ２４のペタル３０のための最適なまたは所望の位置を選択する性能追及制御において２次データが使用される。より詳細には、制御モジュール６６は、所定の許容差内でＶＡＦＮ２４のアクチュエータ４４、４６を移動し、最適なもしくは所望の背圧結果および／または最適なもしくは所望のファンブレードひずみ結果を提供するアクチュエータ位置を選択するように構成される。例えば、所定の許容差は、巡航飛行状態に基づいて公称ノズル面積の１パーセント（１％）に設定され得る。ただし、所定の許容差の他の値が使用され得る。
【００５７】
制御モジュール６６は、フレックスロッド４８のアクチュエータ４４、４６への油圧フローを増加または減少させ、ペタル３０の現在の位置に関してペタル３０を外側または内側に移動するための信号を送る。わずかな各増分を用いて、アクチュエータ４４、４６が移動され、ＶＡＦＮ２４のノズル面積が変更され、２次システム６４からのリアルタイム背圧とリアルタイムファンブレードひずみとが監視される。最適なもしくは所望の背圧結果および／または最適なもしくは所望のファンブレードひずみ結果を提供するアクチュエータ位置に基づいて、ペタル３０のための最適なまたは所望の位置が選択される。例えば、最適なまたは所望の結果を取得するために、制御モジュール６６は、リアルタイム背圧とリアルタイムファンブレードひずみとに基づいてコスト関数の最小値または最大値を判定するように構成され得る。
【００５８】
さらに、制御モジュール６６は、エンジン電子制御装置９２からの所望のノズル面積を調整するために、性能追及制御の掃引から最適なまたは所望の結果を使用するように構成される。例えば、制御モジュール６６は、性能追及制御の掃引からの最適なまたは所望の結果に基づいて所望のノズル面積をバイアスするための第１の加算器１２２を含み得る。さらに、制御モジュール６６は、調整されたノズル面積を取得するために、第１の加算器１２２からのバイアスされた所望のノズル面積を１次システム６２からの１次データと合成する第２の加算器１２４を含み得る。モジュール１０４において、調整されたノズル面積を達成するためのアクチュエータコマンドを生成しＶＡＦＮ２４に送るために、ＰＩＤ、ＬＱＲ、またはバンバン制御などの制御法則が制御モジュール６６によって使用される。
【００５９】
図７は、図６の制御理論図の一実施形態を示す。この態様では、制御モジュール６６は、ＶＡＦＮ制御ユニット９０を介して性能追及制御を実施する。より詳細には、モジュール１３０において、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、最適なもしくは所望の背圧結果および／または最適なもしくは所望のファンブレードひずみ結果を提供するアクチュエータ位置を取得するために掃引を実施するように構成される。ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、モジュール１３２において、ノズル面積バイアスを生成するために掃引によって取得されたアクチュエータ位置に対してＰＩＤ、ＬＱＲ、またはバンバン制御などの制御法則を使用するようにさらに構成される。さらに、モジュール１３２は、例えば、最大スラスト、最小燃料フロー、最小背圧、最小ファンブレードひずみ、それらの重み付き合成などに基づいて、コスト関数から最適なまたは所望の結果を提供するノズル面積バイアスを選択する。
【００６０】
モジュール１３４において、ノズル面積バイアスを使用して、エンジン電子制御装置９２からの所望のノズル面積を調整して、ＶＡＦＮ２４のための調整された所望のノズル面積を発生する。モジュール１０２において、調整された所望のノズル面積と、モジュール１００からの１次データに基づく計算されたノズル面積との間の差分がＶＡＦＮ制御ユニット９０によって判定される。モジュール１０４において、ペタル３０を配置するためのアクチュエータコマンドを生成しＶＡＦＮ２４に送るために、調整された所望のノズル面積と計算されたノズル面積との間の差分にＰＩＤ、ＬＱＲ、またはバンバン制御などの制御法則が適用される。例えば、モジュール１０４は、ＶＡＦＮ２４に送られるアクチュエータコマンドを変更することによって、調整された所望のノズル面積と計算されたノズル面積との間の差分を０に追いやる。ただし、制御モジュール６６のための他の構成が使用され得る。
【００６１】
引き続き図１〜図７を参照しながら、次に図８を参照すると、制御システム６０の別の概略図が示されている。図８の例では、エンジン電子制御装置９２は、エンジン２０の動作過渡状態を判定するように構成される。より詳細には、エンジン電子制御装置９２は、背圧および／またはファンブレードひずみの現在値などの２次データを受信し、２次データを同データの所定の値と比較する。
【００６２】
モジュール１４０において、背圧とファンブレードひずみとの各々についてリアルタイム値と所定の値との間の差分がエンジン電子制御装置９２によって計算される。エンジン電子制御装置９２は、モジュール１４２において、現在値と期待値との間の差分が、エンジン電子制御装置９２に結合されたメモリ９６中にプリプログラムされた所定の範囲内にあるかどうかを判定する。差分の所定の範囲は、背圧とファンブレードひずみとの各々について、現在値と期待値との間の差分の許容値の上限および下限を含む。上限および下限はエンジン２０および／またはＶＡＦＮ２４のタイプに基づいて選択される。
【００６３】
背圧および／またはファンブレードひずみについての現在値と期待値との間の差分が所定の範囲外にある場合、エンジン電子制御装置９２は、エンジン２０の動作過渡状態が起こっていると判定し、航空機乗員に警告するために信号を送る。例えば、エンジン電子制御装置９２は、航空機乗員に警告するメッセージを生成するための信号をエンジン指示および乗員警告システム（ＥＩＣＡＳ）に送り得る。さらに、エンジン電子制御装置９２は、２次データが動作過渡状態を示すとき、複数のペタル３０をフェイルセーフ位置に移動するための信号をＶＡＦＮ制御ユニット９０に送り得る。
【００６４】
エンジン電子制御装置９２からの信号に基づいて、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、アクチュエータ４４、４６への油圧フローを制御するために対応する信号を電気油圧式サーボ弁に送り得る。例えば、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、フェイルセーフ位置を達成するために、フレックスロッド４８のアクチュエータ４４、４６への油圧フローを増加または減少させ、ペタル３０を外側または内側に移動するための信号を電気油圧式サーボ弁に送り得る。一例では、フェイルセーフ位置は、ノズル開口部４２が最大ノズル面積を達成するようにペタル３０を最大限に外側に移動することを含む。
【００６５】
別の例では、フェイルセーフ位置は、ペタル３０が浮動中であるか、またはペタル３０に当たっている空気力学的力およびスラスト力で移動中である、浮動状態を含む。また別の例では、フェイルセーフ位置は、ペタル３０を最大限に外側に移動し、最大ノズル面積が達成され得ない場合、さらに浮動状態に移動することを含む。しかしながら、フェイルセーフ位置のための他の構成が使用され得る。
【００６６】
引き続き図１〜図８を参照しながら、次に図９を参照すると、制御システム６０の別の概略図が示されている。この例では、ＶＡＦＮ制御ユニット９０がエンジン２０の動作過渡状態を判定するように構成される。エンジン２０の動作過渡状態の判定は、判定がエンジン電子制御装置９２ではなくＶＡＦＮ制御ユニット９０によって実施されることを除いて、図８の例と同様である。より詳細には、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、背圧および／またはファンブレードひずみの現在値などの２次データを受信し、２次データを、ＶＡＦＮ制御ユニットのメモリ９４中にプリプログラムされた同データの所定の値と比較する。
【００６７】
モジュール１５０において、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、２次データと所定の値との間の差分を計算し、モジュール１５２において、その差分が、ＶＡＦＮ制御ユニット９０のメモリ９４中にプリプログラムされた所定の範囲内にあるかどうかを判定する。背圧および／またはファンブレードひずみについての現在値と期待値との間の差分が所定の範囲外にある場合、ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、エンジン２０の動作過渡状態を判定する。ＶＡＦＮ制御ユニット９０は、次いで、２次データが動作過渡状態を示すとき、航空機乗員に警告するための信号をエンジン電子制御装置９２に送り、および／または複数のペタル３０をフェイルセーフ位置に移動するための信号をＶＡＦＮ２４に送る。
【００６８】
引き続き図１〜図９を参照しながら、次に図１０を参照すると、制御モジュール６６はモデルベースコントローラー１６０をさらに含み得る。モデルベースコントローラー１６０は、ＶＡＦＮ制御ユニット９０または別個のプロセッサベースデバイスを介して実施され得る。さらに、モデルベースコントローラー１６０は、ＶＡＦＮ制御ユニット９０または他のプロセッサベースデバイスに結合されたメモリ９４中にプリプログラムされた学習アルゴリズムを含む。学習アルゴリズムを用いて、モデルベースコントローラー１６０はＶＡＦＮ２４のリアルタイムノズル面積を学習または推定する。
【００６９】
より詳細には、モデルベースコントローラー１６０は、エンジン電子制御装置９２およびＶＡＦＮ制御ユニット９０から入力を受信し、受信された入力に基づいて数学的モデル中の定数を連続的に適応させる数学的モデルを備える。エンジン電子制御装置９２からの入力は、限定はされないが、エンジン速度、エンジン温度、マッハ数、所望のノズル面積などを含み得る。ＶＡＦＮ制御ユニット９０からの入力は、限定はされないが、ＶＡＦＮ２４からのセンサフィードバック、ＶＡＦＮ制御ユニット９０によって判定された計算されたノズル面積などを含み得る。
【００７０】
数学的モデルは、エンジン電子制御装置９２とＶＡＦＮ制御ユニット９０とからの入力に応じてＶＡＦＮ２４のノズル面積にマッチする。モデルベースコントローラー１６０は、したがって、エンジン２０のリアルタイム性能および寿命を表す。そのように行う際に、モデルベースコントローラー１６０は、１次システム６２からの１次データが利用不可能である場合、ＶＡＦＮ２４のリアルタイムノズル面積を推定するためのバックアップコントローラーとして機能することができる。例えば、エンジン２０の動作過渡状態が判定されたとき、モデルベースコントローラー１６０は、数学的モデルにおいて定数を適応させるのを止め、ＶＡＦＮ２４のリアルタイムノズル面積を推定するためにエンジン電子制御装置９２からの入力と数学的モデルの最終更新バージョンとを使用する。これは、１次システム６２に依拠せずにエンジン２０の時限ディスパッチを可能にする。
【００７１】
さらに、モデルベースコントローラー１６０は、エンジン２０の動作過渡状態の検出のための代替手段を提供することができる。モデルベースコントローラー１６０は、数学的モデルからの推定されたノズル面積を、ＶＡＦＮ制御ユニット９０によって判定された計算されたノズル面積と比較するように構成される。数学的モデルからの推定されたノズル面積が、ＶＡＦＮ制御ユニット９０からの計算されたノズル面積に等しくない場合、または推定されたノズル面積が、ＶＡＦＮ制御ユニット９０からの計算されたノズル面積の所定のマージン外にある場合、モデルベースコントローラー１６０はエンジン２０の動作過渡状態を判定するように構成される。モデルベースコントローラー１６０は、動作過渡状態について航空機乗員に警告するためにエンジン電子制御装置９２に信号を送るようにさらに構成される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
上記から、本開示の教示は、限定はしないが、ガスタービンエンジンなどのエンジンを含む、任意の数の異なる状況において産業上の応用、技術的効果および利益を見出すことができることがわかる。そのようなエンジンは、例えば、航空機上でスラストを生成するために、または陸上、海洋、もしくは航空機の適用例において動力を生成するために使用され得る。
【００７３】
本開示は、ガスタービンエンジンの可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）のための制御システムを提供する。開示される制御システムは、ＶＡＦＮのペタルについてのアクチュエータコマンドを生成するために制御システムに結合されたメモリ中にプリプログラムされた所定のルックアップテーブルとともに、リアルタイムノズル面積を判定するためにＶＡＦＮからの１次システムセンサデータを使用する。さらに、開示される制御システムは、性能追及制御のために、生成されたアクチュエータコマンドとＶＡＦＮのノズル面積とを調整するためにエンジンからの２次システムセンサデータを使用する。
【００７４】
２次システムセンサデータは、エンジンの背圧および／またはエンジンのファンブレードひずみを含む。２次システムセンサデータを用いて、開示される制御システムはまた、エンジンの動作過渡状態を検出し、動作過渡状態が検出されたとき、動作過渡状態について航空機乗員に警告し、ＶＡＦＮのペタルをフェイルセーフ位置に移動する。開示される制御システムは、エンジン電子制御装置からの入力に基づいてリアルタイムノズル面積を学習し推定するモデルベースコントローラーをさらに含む。そのように行う際に、開示される制御システムは、ＶＡＦＮの微調整とエンジンの動作監視とのための冗長または２次システムを提供する。
【００７５】
引き続き図１〜図１０を参照しながら、次に図１１を参照すると、ＶＡＦＮ２４のノズル面積を制御する例示的なプロセス１７０を示すフローチャートが示されている。ＶＡＦＮ２４は、複数のペタル３０を有し、ガスタービンエンジン２０とともに使用するためのものである。ブロック１７２において、１次システム６２からＶＡＦＮ２４の動作状態を示す１次データを収集する。ブロック１７４において、２次システム６４からガスタービンエンジン２０の背圧およびファンブレードひずみを示す２次データを収集する。
【００７６】
ブロック１７６において、ＶＡＦＮ制御ユニット９０が、１次データに基づいてＶＡＦＮ２４のノズル面積を計算する。ブロック１７８において、エンジン電子制御装置９２が、ノズル面積の所定の表に少なくとも部分的に基づいて所望のノズル面積を生成する。ブロック１８０において、ＶＡＦＮ制御ユニット９０が、計算されたノズル面積と所望のノズル面積との間の差分に基づいてアクチュエータコマンドを発生する。
【００７７】
ブロック１８２において、ＶＡＦＮ制御ユニット９０が、２次データに基づいてアクチュエータコマンドを調整する。しかしながら、アクチュエータコマンドの代わりに、図６および図７の例において上記で説明したように、２次データに基づいて所望のノズル面積を調整し得る。ブロック１８４において、複数のペタル３０を移動するために、調整されたアクチュエータコマンドをＶＡＦＮ２４に送る。ＶＡＦＮ２４およびガスタービンエンジン２０に関連する、ＶＡＦＮ制御ユニット９０およびエンジン電子制御装置９２を含む、制御モジュール６６は、上記の計算することと、生成することと、発生することと、調整することと、送ることとを実施する。
【００７８】
図１１のフローチャートは、開示される制御システムの特徴を開示するのを支援するために一例として図示および説明されたものにすぎず、本開示の範囲から逸脱することなく、図示されたものより多いまたはより少ないステップが、開示される制御システムについて上記で説明した様々な特徴に対応するプロセス中に含まれ得ることを理解されたい。
【００７９】
さらに、本開示は、以下の条項に記載の実施形態を含む。
【００８０】
条項１．複数のペタルを有する可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）のための制御システムであって、ＶＡＦＮがガスタービンエンジンとともに使用するためのものであり、制御システムが、ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集する１次システムと、ガスタービンエンジンの現在の動作状態を示す２次データを収集する２次システムと、１次システムおよび２次システムと動作可能に通信している制御モジュールとを備え、制御モジュールが、１次データに少なくとも部分的に基づいてＶＡＦＮのノズル面積を判定し、２次データに基づいて判定されたノズル面積を調整し、調整されたノズル面積に従って複数のペタルを配置する、制御システム。
【００８１】
条項２．２次データは、ガスタービンエンジンの背圧を示すデータを含む、条項１に記載の制御システム。
【００８２】
条項３．２次システムは、ガスタービンエンジンの背圧を判定する少なくとも１つの圧力センサを含む、条項２に記載の制御システム。
【００８３】
条項４．少なくとも１つの圧力センサは、ガスタービンエンジンのコアエンジンナセルの後方端部に近接して配設された、条項３に記載の制御システム。
【００８４】
条項５．２次データは、ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを示すデータを含む、条項１から４のいずれか一項に記載の制御システム。
【００８５】
条項６．２次システムは、ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを判定する少なくとも１つのひずみセンサを含む、条項５に記載の制御システム。
【００８６】
条項７．少なくとも１つのひずみセンサは、ガスタービンエンジンのファンブレード上に配設された光ファイバーひずみセンサを備える、条項６に記載の制御システム。
【００８７】
条項８．制御モジュールは、２次データに基づいてガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するようにさらに構成された、条項１から７のいずれか一項に記載の制御システム。
【００８８】
条項９．制御モジュールは、動作過渡状態について航空機乗員に警告するために信号を送るようにさらに構成された、条項８に記載の制御システム。
【００８９】
条項１０．制御モジュールは、２次データが動作過渡状態を示すとき、複数のペタルをフェイルセーフ位置に移動するようにさらに構成された、条項８または９に記載の制御システム。
【００９０】
条項１１．ガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンの下流端部に取り付けられた可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）であって、ＶＡＦＮが複数のペタルを含む、ＶＡＦＮと、ガスタービンエンジンおよびＶＡＦＮと動作可能に通信している条項１から１０のいずれか一項に記載の制御システムとを備える航空機。
【００９１】
条項１２．ガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンの下流端部に取り付けられた可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）であって、ＶＡＦＮが、複数のペタルと、複数のペタルを移動する少なくとも１つのアクチュエータとを含む、ＶＡＦＮと、ガスタービンエンジンおよびＶＡＦＮと動作可能に通信している制御システムとを備える航空機であって、制御システムが、ガスタービンエンジンの背圧を判定する少なくとも１つの圧力センサと、ガスタービンエンジンのファンブレードひずみを判定する少なくとも１つのひずみセンサと、少なくとも１つの圧力センサ、少なくとも１つのひずみセンサ、およびＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するように構成された１次システムと動作可能に通信している制御モジュールとを含み、制御モジュールが、１次データに少なくとも部分的に基づいてＶＡＦＮのリアルタイムノズル面積を計算することと、リアルタイムノズル面積と、制御モジュールのメモリ中にプリプログラムされたノズル面積の所定の表とに少なくとも部分的に基づいてアクチュエータコマンドを生成することと、判定された背圧と判定されたファンブレードひずみとのうちの少なくとも１つに基づいてアクチュエータコマンドを修正することと、複数のペタルを調整するために修正されたアクチュエータコマンドをＶＡＦＮの少なくとも１つのアクチュエータに送ることとを行うように構成された、航空機。
【００９２】
条項１３．少なくとも１つの圧力センサは、ＬＩＤＡＲベースの圧力センサまたはピトー管のうちの１つを備える、条項１２に記載の航空機。
【００９３】
条項１４．制御モジュールは、エンジン電子制御装置とＶＡＦＮ制御ユニットとを介して実施される、条項１２または１３に記載の航空機。
【００９４】
条項１５．制御モジュールは、１次データが利用不可能であるとき、ＶＡＦＮのノズル面積を推定するモデルベースコントローラーを含む、条項１４に記載の航空機。
【００９５】
条項１６．モデルベースコントローラーは、エンジン電子制御装置への入力に基づいてノズル面積を推定するための学習アルゴリズムを含む、条項１５に記載の航空機。
【００９６】
条項１７．制御モジュールは、モデルベースコントローラーからの推定されたノズル面積が、ＶＡＦＮ制御ユニットによって判定された計算されたノズル面積の所定のマージン外にある場合、ガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するようにさらに構成された、条項１６に記載の航空機。
【００９７】
条項１８．複数のペタルを有する可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）のノズル面積を制御するための方法であって、ＶＡＦＮがガスタービンエンジンとともに使用するためのものであり、本方法が、ＶＡＦＮの動作状態を示す１次データを収集するステップと、ガスタービンエンジンの背圧およびファンブレードひずみを示す２次データを収集するステップと、１次データに基づいてＶＡＦＮのノズル面積を計算するステップと、ノズル面積の所定の表に少なくとも部分的に基づいて所望のノズル面積を生成するステップと、計算されたノズル面積と所望のノズル面積との間の差分に基づいてアクチュエータコマンドを発生するステップと、２次データに基づいてアクチュエータコマンドを調整するステップと、複数のペタルを移動するために調整されたアクチュエータコマンドをＶＡＦＮに送るステップとを含み、計算するステップと、生成するステップと、発生するステップと、調整するステップと、送るステップとが、ＶＡＦＮとガスタービンエンジンとに関連する制御モジュールによって実施される、方法。
【００９８】
条項１９．ガスタービンエンジンのエンジン電子制御装置への入力に基づいてＶＡＦＮのノズル面積を学習するステップをさらに含み、学習する前記ステップが、制御モジュールのモデルベースコントローラーによって実施される、条項１８に記載の方法。
【００９９】
条項２０．ガスタービンエンジンの動作過渡状態を判定するために２次データを使用することをさらに含む、条項１８または１９に記載の方法。
【０１００】
条項２１．動作過渡状態が判定されたとき、動作過渡状態について航空機乗員に警告し、ＶＡＦＮの複数のペタルをフェイルセーフ位置に移動することをさらに含む、条項２０に記載の方法。
【０１０１】
上記の詳細な説明はいくつかの特定の実施形態に関して与えられ提供されたが、本開示の範囲はそのような実施形態に限定されるべきではなく、そのような実施形態は使用可能性および最良の形態のために提供されたものにすぎないことを理解されたい。本開示の範囲および趣旨は、本明細書に添付された特許請求の範囲内で特に開示され包含される実施形態よりも広い。その上、いくつかの特徴はいくつかの特定の実施形態に関して説明されたが、これらの特徴は、それらについて説明された実施形態のみを用いた使用に限定されるのではなく、代わりに、代替実施形態に関連して開示される他の特徴とともにまたはそれとは別個に使用され得る。
【符号の説明】
【０１０２】
２０  ガスタービンエンジン
２２  コア流ノズル
２４  可変面積ファンノズル（ＶＡＦＮ）
２６  下流端部
２８  スラストリバーサスリーブ
３０  ペタル
３２  ファンダクト
３４  第１の側
３６  第２の側
３８  支持端
４０  自由端
４２  ノズル開口部
４４  アクチュエータ
４６  アクチュエータ
４８  フレックスロッド
５０  エンジンパイロン
５２  エラストマーシール
６０  制御システム
６２  １次システム
６４  ２次システム
６６  制御モジュール
６８  圧力センサ
７０  ファンブレードひずみセンサ
７２  取付けバルクヘッド
７４  ファンブレード
７６  ファン
７８  基部
８０  先端
８２  前縁
８４  後縁
８６  中間点
９０  ＶＡＦＮ制御ユニット
９２  エンジン電子制御装置
９４  メモリ
９６  メモリ
【図１】
2017214918.tif 000003
【図２】
2017214918.tif 000004
【図３】
2017214918.tif 000005
【図４】
2017214918.tif 000006
【図５】
2017214918.tif 000007
【図６】
2017214918.tif 000008
【図７】
2017214918.tif 000009
【図８】
2017214918.tif 000010
【図９】
2017214918.tif 000011
【図１０】
2017214918.tif 000012
【図１１】
2017214918.tif 000013
【外国語明細書】
2017214918000001.pdf