(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機を備えるガスタービンエンジンと連通しているストールマージン調節制御システムを提供する。【解決手段】該ＳＭＭ制御システム１８０は、圧縮機１２４のストールマージンを決定し、決定したストールマージンを使用してガスタービンエンジンを動作させ、圧縮機１２４のヘルスを評価し、圧縮機１２４の評価したヘルスに基づいてストールマージンを修正するように構成される。【選択図】図１
2017125496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
[00]           ガスタービンエンジン（１００）であって、
多段圧縮機（１２４）を備えるコアエンジン（１１６）と、
前記コアエンジン（１１６）と連通し、メモリー（４０４）と連通しているプロセ
ッサ（４０２）を備えるストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システム（１８０）
とを備え、前記プロセッサ（４０２）が、
前記圧縮機（１２４）の前記ストールマージン（３０４）を決定し；
前記決定したストールマージン（３０４）を使用して前記ガスタービンエンジン（
１００）を動作させ；
前記圧縮機（１２４）のヘルスを評価し；および
前記圧縮機（１２４）の前記評価したヘルスに基づいて前記ストールマージン（３
０４）を修正するようにプログラムされている、前記ガスタービンエンジン（１０
０）。
【請求項２】
[00]           前記プロセッサ（４０２）が、ヘルスモデル（４１４）およびパラメー
タ推定アルゴリズム（４１５）を使用して前記圧縮機（１２４）の前記ヘルスを推
定するようにさらにプログラムされている、請求項１に記載のガスタービンエンジ
ン（１００）。
【請求項３】
[00]           前記プロセッサ（４０２）が、前記圧縮機（１２４）の入口（１２３）
および出口（１２５）において圧力センサーおよび温度センサー（４０６）のうち
の少なくとも１つを使用して前記圧縮機（１２４）の前記ヘルスを推定するように
さらにプログラムされている、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）
。
【請求項４】
[00]           圧縮機アクティブ安定マージン（ＣＡＳＭ）センサー（４０６）をさら
に備え、前記プロセッサ（４０２）が、前記ＣＡＳＭセンサー（４０６）を使用し
て前記圧縮機（１２４）の前記ヘルスを推定するようにさらにプログラムされてい
る、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項５】
[00]           前記プロセッサ（４０２）が、前記ガスタービンエンジン（１００）の
可変形態（５０２）を使用して前記ストールマージン（３０４）を増加するように
さらにプログラムされており、前記可変形態（５０２）は、過渡抽気弁（ＴＢＶ）
（５０４）と、調節タービン冷却（ＭＴＣ）弁（５０６）と、可変静翼（ＶＳＶ）
（５０８）および圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）（５１０）の少なくとも１つを含
む、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）。
【請求項６】
[00]           圧縮機（１２４）を備えるガスタービンエンジン（１００）と連通して
いるストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システム（１８０）であって、前記ＳＭ
Ｍ制御システム（１８０）は、メモリー（４０４）と連通しているプロセッサ（４
０２）を備え、前記プロセッサ（４０２）が、
前記圧縮機（１２４）の前記ストールマージン（３０４）を決定し；
前記決定したストールマージン（３０４）を使用して前記ガスタービンエンジン（
１００）を動作させ；
前記圧縮機（１２４）のヘルスを評価し；および
前記圧縮機（１２４）の前記評価したヘルスに基づいて前記ストールマージン（３
０４）を修正するようにプログラムされている、前記ガスタービンエンジン（１０
０）。
【請求項７】
[00]           前記プロセッサ（４０２）が、ヘルスモデル（４１４）及びパラメータ
推定アルゴリズム（４１５）を使用して前記圧縮機（１２４）の前記ヘルスを推定
するようにプログラムされている、請求項６に記載のＳＭＭ制御システム（１８０
）。
【請求項８】
[00]           圧縮機アクティブ安定マージン（ＣＡＳＭ）センサー（４０６）をさら
に備え、前記プロセッサ（４０２）は、前記ＣＡＳＭセンサー（４０６）を使用し
て前記圧縮機（１２４）の前記ヘルスを推定するようにさらにプログラムされてい
る、請求項６に記載のＳＭＭ制御システム（１８０）。
【請求項９】
[00]           前記プロセッサ（４０２）が、前記圧縮機（１２４）の入口（１２３）
及び出口（１２５）において圧力センサーおよび温度センサー（４０６）の少なく
とも１つを使用して圧縮機（１２４）の前記ヘルスを推定するようにプログラムさ
れている、請求項６に記載のＳＭＭ制御システム（１８０）。
【請求項１０】
前記プロセッサ（４０２）が、前記ガスタービンエンジン（１００）の可変形態（５０２）を使用して前記ストールマージン（３０４）を増加するようにさらにプログラムされており、前記可変形態（５０２）は、過渡抽気弁（ＴＢＶ）（５０４）と、調節タービン冷却（ＭＴＣ）弁（５０６）と、可変静翼（ＶＳＶ）（５０８）および圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）（５１０）の少なくとも１つを備える、請求項６に記載のＳＭＭ制御システム（１８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンヘルスの関数としてのストールマージン調節方法およびシス
テムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の分野は、概して、ガスタービンエンジンに関するものであり、より詳細
には、エンジンヘルスに基づく圧縮機ストールマージンを修正するための方法とシ
ステムに関する。
【０００３】
少なくともいくつかの公知のエンジンシステムにおいては、圧縮機は、「最悪の
場合」の状態においても圧縮機ストールを回避するように設計され、操作される。
【０００４】
エンジン操作の過渡電流や、潜在的エンジン劣化などは、新しいエンジンであって
も、圧縮機ストールを回避するための「ストールマージン」として知られるもの、
または操作性マージンを増加させ圧縮機ストールを回避する動作状態に「組み込ま
れ」ている。しかし、ストールマージンが大きい条件下で操作すると、エンジン性
能が低下し、必然的に性能より安全と安定性を優先する。さらに、実際の圧縮機の
操作性マージンは、設計上の仮定の不正確性および／または操作条件のばらつきお
よび／または製造上の許容誤差などにより、エンジンの設計上または予測された操
作性とは異なる。よって、エンジンの実際の状態により、安定性を犠牲にすること
なくおよび／または性能を犠牲にすることなく、安定性または飛行時間を改善する
ためにストールマージンと、それに対応する動作状態を修正することができるシス
テムを有することは有意である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第7869928号
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様では、圧縮機を備えたガスタービンエンジンのエンジンヘルスに基づ
く圧縮機の圧縮機ストールマージンを調節する方法を提供する。この方法は、圧縮
機ストールマージンを決定することと、決定したストールマージンを使用してガス
タービンエンジンを動作させることとを含む。この方法は、さらに、圧縮機のヘル
スを評価し、評価した圧縮機のヘルスに基づいてストールマージンを修正する方法
を含む。
【０００７】
別の態様では、多段圧縮機を含むコアエンジンと、コアエンジンと通信するスト
ールマージン調節（ＳＭＭ）制御システムを含むガスタービンエンジンが提供され
る。ＳＭＭ制御システムは、メモリーと通信するプロセッサを含む。プロセッサは
、圧縮機ストールマージンを決定するようにプログラムされており、ストールマー
ジン下で圧縮機を操作する。このプロセッサは、さらに、圧縮機のヘルスを評価し
、評価した圧縮機のヘルスに基づいてストールマージンを修正するようにプログラ
ムされている。
【０００８】
さらに別の態様では、圧縮機を備えるガスタービンエンジンと通信するストール
マージン調節（ＳＭＭ）制御システムが提供される。ＳＭＭ制御システムは、メモ
リーと通信するプロセッサを含む。プロセッサは、圧縮機ストールマージンを決定
するようにプログラムされており、ストールマージン下で圧縮機を操作する。この
プロセッサは、さらに、圧縮機のヘルスを評価し、評価した圧縮機のヘルスに基づ
いてストールマージンを修正するようにプログラムされている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、ならびに利点は、図全体にわたって同様
の文字は同様の部材を示す添付図を参照して以下の詳細な説明を読めばより深く理
解されるだろう：
【図１】図１は、本開示の実施例によるストールマージン調節（ＳＭＭ）制 御システムを含む例示的ガスタービンエンジンの模式図である。
【図２】図２は、調節していないストールマージンスタックを示すプロット である。
【図３】図３は、ストールマージンと、図１に示すガスタービンエンジンに おける動作状態との間の簡素化した関係を表すプロットである。
【図４】図４は、図１に示す例示的ＳＭＭ制御システムの模式図である。
【図５】図５は、図１および４に示すＳＭＭ制御システムによって利用可能 な可変形態の制御を示す模式図である。
【００１０】
特に記載がない限り、本明細書で示す図面は、本開示の実施形態の特徴を表すも
のである。これらの特徴は、本開示の１つ以上の実施形態を含む多種多様なシステ
ムにおいて適用可能であると考えられる。このように、図面は、本明細書で開示す
る実施形態の実施に必要な、当業者の間で公知の従来の特徴すべてを含むものでは
ない。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に示す明細書および特許請求の範囲において、下記のような意味を有すると
定義される多数の用語を参照する。
【００１２】
名詞を単数で表した場合、特に前後関係から明らかでない限りは複数も含むもの
とする。
【００１３】
「場合に応じた（Optional ）」または「場合に応じて（optionally ）」は、下記
に説明する事象または状況が起きるかもしれないまたは起きないかもしれないとい
うことを意味し、また、その説明は、事象が起きる場合も、起きない場合も含むも
のとする。
【００１４】
本明細書で本明細書および特許請求の範囲を通して使用される近似の言い回しは
、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく許容範囲で変わる定量的表記を
修飾するのに適用することができる。よって、「約」「おおよそ」「実質的に」な
どのような用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されるもので
はない。少なくともいくつかの例においては、近似の言い回しは、値を測定するた
めの計器の正確性に相当するものであり得る。明細書および特許請求の範囲全体に
おいて、範囲の限定は組み合わせてもよく、さらに／または入れ替えてもよく、こ
れらの範囲は、前後関係や言い回しで特に指定しない限りは特定されるとともに、
そこに含まれる副次的範囲すべてを含むものとする。
【００１５】
本明細書で説明されるストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システムの実施形態
は、エンジンヘルスの関数としてストールマージンを調節する方法を提供する。よ
り詳細には、ＳＭＭ制御システムによれば、容易にストールマージンを低減し、よ
り新しいエンジンのエンジン性能を改善し、動作中にエンジンヘルスを評価でき、
エンジンヘルスが悪化するに従いストールマージンを増加させることができる。こ
れにより、タービン流れ関数が低く、より新しくより小型のエンジンを、初期にお
いてはストールマージンを小さくし、より低い燃料消費率で動作するように設計す
ることが可能となる。エンジンが劣化すると、ＳＭＭ制御システムはエンジンシス
テムの可変形態（例えば、タービン抽気弁、調節されたタービン制御など）を起動
して  ストールマージンを動作可能に増加させる。
【００１６】
図１は、本開示の例示的実施形態に従ったガスタービンエンジン１００の模式的
横断面図である。例示した実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、高バイ
パス比ターボファンジェットエンジンにおいて具体化されている。図１に示すよう
に、ターボファンエンジン１００には、軸方向Ａ（参考までに示した長手の中心線
１１２に平行に延在する）と径方向Ｒとが定義されている。概して、ターボファン
エンジン１００はファンアセンブリ１１４と、ファンアセンブリ１１４の下流に配
置されたコアエンジン１１６とを有する。
【００１７】
例示の実施形態では、コアエンジン１１６は、環状の入口１２０を画成するおお
よそ管状の外側ケーシング１１８を有する。外側ケーシング１１８は、下流への直
列流れ関係で、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機１２２および高圧（ＨＰ）圧
縮機１２４を備える圧縮機セクション、燃焼セクション１２６、高圧（ＨＰ）ター
ビン１２８および低圧（ＬＰ）タービン１３０を備えるタービンセクション、およ
びジェット排気ノズルセクション１３２を備える。高圧（ＨＰ）シャフトまたはス
プール１３４はＨＰタービン１２８をＨＰ圧縮機１２４に駆動連結する。低圧（Ｌ
Ｐ）シャフトまたはスプール１３６はＬＰタービン１３０をＬＰ圧縮機１２２に駆
動連結する。圧縮機セクション、燃焼セクション１２６、タービンセクション、お
よびノズルセクション１３２はともにコア空気流路１３７を画成する。
【００１８】
ターボファンエンジン１００を操作中、ある量の空気１５８が、ファン１３８を
備えるファンアセンブリ１１４の関連する入口１６０を通ってターボファンエンジ
ン１００に入る。一定量の空気１５８がファン１３８の複数のファンブレード１４
０を横切って通り、一定量の空気１５８の第１の部分１６２はバイパス気流流路１
５６（コアエンジン１１６と環状ナセル１５０との間）に向かってまたは回って入
り、その空気１５８の第２の部分１６４はコア空気流路１３７内、さらに詳しくは
ＬＰ圧縮機１２２の中に向かってまたは回って入るように経路指定されている。第
１の部分１６２と第２の部分１６４の間の比は通常、バイパス比と呼ばれる。第２
の部分１６４の圧力は、入口１２３から出口１２５まで高圧（ＨＰ）圧縮機１２４
を通過して燃焼セクション１２６に入るように経路指定されると上昇し、そこで燃
料と混合され燃焼して燃焼ガス１６６を提供する。ターボファンエンジン１００で
は、業界の基準によると、燃焼セクション１２６の出口面とＨＰタービン１２８の
入口面は、「セクション４」または「面４」として知られ、中心線１１２に直交す
るその領域は、「Ａ４」として知られる。領域Ａ４を通る燃焼ガス１６６の流れは
、本明細書では、「ＨＰタービン１２８の流れ関数」と呼ぶ。１つの実施形態では
、ターボファンエンジン１００は、縮小した領域Ａ４を含み、それによってＨＰタ
ービン１２８の流れ関数が低下し、コアエンジン１１６の効率と性能を改善する。
【００１９】
燃焼ガス１６６は、燃焼ガス１６６からの熱および／または運動エネルギーの一
部が、外側ケーシング１１８に連結されるＨＰタービン静翼１６８とＨＰシャフト
またはスプール１３４に連結されたＨＰタービン動翼１７０の一連の段を経て抽出
されるＨＰタービン１２８を通るように経路指定され、ＨＰシャフトまたはスプー
ル１３４が回転し、それによってＨＰ圧縮機１２４の回転を駆動する。そして燃焼
ガス１６６は、燃焼ガス１６６からの熱および運動エネルギーの第２の部分が、外
側ケーシング１１８に連結されるＬＰタービン静翼１７２とＬＰシャフトまたはス
プール１３６に連結されたＬＰタービン動翼１７４の一連の段を経て抽出されるＬ
Ｐタービン１３０を通るように経路指定され、それによってＬＰシャフトまたはス
プール１３６とＬＰ圧縮機１２２および／またはファン１３８の回転を駆動する。
【００２０】
燃焼ガス１６６はその後コアエンジン１１６のジェット排気ノズルセクション１
３２を通るように経路指定されて推進力を提供する。同時に、第１の部分１６２の
圧力は、ターボファンエンジン１００のファンノズル排気セクション１７６から排
出される前に第１の部分１６２がバイパス気流流路１５６を通るように経路指定さ
れると略上昇し、この場合も推進力を提供する。ＨＰタービン１２８、ＬＰタービ
ン１３０およびジェット排気ノズルセクション１３２は、少なくとも部分的に高温
ガス通路１７８を形成し、燃焼ガス１６６がコアエンジン１１６を通るように経路
指定する。
【００２１】
図示の実施形態では、本明細書で、さらに詳しく説明するように、ターボファン
エンジン１００はさらにストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システム１８０を備
える。ターボファンエンジン１００は、例としてのみで図１に示しており、他の例
示的実施形態では、ターボファンエンジン１００は、例えば、ターボプロップエン
ジンを含む、他の適切な構成を有していてもよい。
【００２２】
図２は、調節していないストールマージンスタック２０２を示すプロット２００
であり、図３は、ストールマージンと動作状態の関係を簡素化して示すプロット３
００である。さらに詳しくは、図２および図３を続けて参照すると、プロット２０
０は、エンジン１００への、アイドリング（低電力または低流量）から離陸（高電
力または高流量）までの燃料の流れ（または電力）に基づいてストールマージン２
０４，３０４を決定するさまざまな考察すべき事項を表している。ストールマージ
ン２０４，３０４は、エンジン１００の動作状態２０８および３０８それぞれとエ
ンジン１００のストール状態３０６との間に必要な閾値を示す。エンジン１００の
使用年数、実際のヘルス、または実際の劣化レベルに関わらず、調節していないス
トールマージンスタック２０２が、特定のエンジンに対して実行される。グラフ２
００において、領域２１０は、エンジンの劣化の懸念、特に劣化の懸念に対して割
り当てられた一般的には約６％のストールマージンに起因するストールマージンス
タック２０２の一部を表す。しかしながら、新しいエンジン１００に関しては、実
際の劣化レベルは小さく、無きに等しい。よって、領域２１０は、特により新しい
エンジン１００に対しては、非常に控えめな推定である。エンジンの動作状態２０
８、３０８あるいは「動作ライン」は、ストールマージン２０４、３０４によって
ピークまたは最高点より下で動作するように設計されており、過度に控えめな推定
はエンジンの性能を低下させる。
【００２３】
図４および５に関して説明したように、ストールマージン調節（ＳＭＭ）制御シ
ステム１８０は、実際のエンジンのヘルスを判断することによって、ＨＰタービン
１２８流れ関数が小さいエンジン１００に対して領域２１０を（例えば約３％まで
、約３ポイントの縮小）縮小または狭めるように構成してもよい。言い換えれば、
ＳＭＭ制御システム１８０を使用してエンジン１００の実際の劣化レベルを測定お
よび／または推定することにより、新しくさらに効率のよいエンジン１００（およ
び／または現存のエンジン１００）において控えすぎないストールマージン３０４
を実施しやすくなるとともに、エンジン１００が実際に劣化したときに、ストール
マージンをストールマージン２０４に向けてゆっくりと変化させるもしくは増加さ
せやすくなる。よって、エンジン１００の性能を改善することができるようになる
。特に、ストールマージン２０４を約１ポイント減らすことにより、燃料消費率（
ＳＦＣ）が約０．１６％減ることになる。よって、領域２１０を半分にしても、ま
たは、ストールマージン２０４を３ポイント減らしたとしても、ＳＦＣは約０．５
％減るのみである。他の実施形態では、ＳＭＭ制御システム１８０を上記のように
実施して現存のエンジン１００に対してストールマージン２０４を調節する。例え
ば、１つの実施形態では、ストールマージン２０４は、特定のエンジン１００に必
要な、または増加した飛行時間に対して希望の操作性マージンを提供するには不十
分である。そのような場合、ＳＭＭ制御システム１８０を使用して動作状態２０８
、３０８を低下させることによって、評価した、または検知したストールマージン
がエンジン１００の安全な動作に不十分であるときにはストールマージン２０４を
増加させる。
【００２４】
図４は、ストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システム１８０（図１に示す）の
一例を表す模式図である。１つの実施形態では、ＳＭＭ制御システム１８０は、タ
ーボファンエンジン１００（図１に示す）を含む航空機のフルオーソリティーデジ
タルエンジン制御（ＦＡＤＥＣ）コンピュータシステムを備えるまたは該コンピュ
ータシステムに不可欠である。ＳＭＭ制御システム１８０は、エンジン１００の動
作状態３０８（図３に示す）を監視して、そのストールマージン３０４（図３にも
示す）を決定するように構成されている。１つの実施形態では、ＨＰタービン１２
８（図１に示す）の流れ関数がエンジン１００のストールマージンに寄与している
ので、ここでさらに説明するように、領域Ａ４が新しいエンジン１００に対しては
、ストールマージン３０４は初期に極小まで低減される。ＳＭＭ制御システム１８
０は、エンジン１００をストールマージン３０４下で操作する間、（例えば、図１
に示すＨＰ圧縮機１２４の）エンジン１００のヘルスを監視するように構成されて
いる。例えば、劣化、汚れ、および／または磨耗によりエンジン１００のヘルスが
低下してくると、ＳＭＭ制御システム１８０はエンジン１００のストールマージン
３０４を増加するように構成されている。例示的実施形態では、ＳＭＭ制御システ
ム１８０は、本明細書でさらに説明する利用可能な可変形態を利用してエンジン１
００の動作状態３０８を低下させてストールマージン３０４を増加させる。
【００２５】
図示の実施形態では、ＳＭＭ制御システム１８０は、プロセッサ４０２およびメ
モリー４０４を含み、少なくとも１つのエンジンセンサー４０６および、フライト
フェーズデータ、高度、マッハ数、および／または抽気データなど、航空機パラメ
ータ４１０ソースと通信する。１つの特定の実施形態では、センサー４０６は、Ｈ
Ｐ圧縮機１２４のヘルスを監視するように構成された圧縮機アクティブ安定性管理
（ＣＡＳＭ）センサー４０６を備える。また別の実施形態では、センサー４０６は
、温度および圧力センサーをＨＰ圧縮機１２４の入口１２３と出口１２５（共に図
１に示す）に備える。また別の実施形態では、センサー４０６はエンジン１００全
体、例えば、ファン１３８、ＨＰ圧縮機１２４、ＨＰタービン１２８、ＬＰタービ
ン１３０、および／またはエンジン１００の他の構成部品の１つの中および／また
は隣接して配置されている。ＳＭＭ制御システム１８０は、ＳＭＭ制御システム１
８０がセンサー４０６および１つ以上の航空機制御システムまたは他の航空機パラ
メータ４１０ソースのような遠隔機器と通信できるように、通信インターフェース
４０８をさらに備える。通信インターフェース４０８は、例えば、ネットワークと
ともに使用する有線または無線ネットワークアダプタまたは無線データトランシー
バを備えてもよい。例えば、通信インターフェース４０８は、航空機制御システム
または航空機パラメータ４１０の他のソースと有線または無線の通信状態であって
もよく、またそれらから信号（例えば要求、指示、値など）を受け取ってもよい。
【００２６】
プロセッサ４０２は、コンピュータ可読指示（例えば、メモリー４０４に保存さ
れた）を実行してエンジンヘルス評価モジュール４１２を実行するように構成して
もよい。エンジンヘルス評価モジュール４１２は、センサー４０６からのセンサー
データおよび／またはソース４１０からの航空機パラメータを処理してＨＰ圧縮機
１２４の寿命の間ずっとそのヘルスを予測するように構成してもよい。エンジンヘ
ルス評価モジュール４１２は、エンジン１００の他の構成部品のヘルスも同様に監
視するように構成することができるのは理解できよう。１つの実施形態では、エン
ジンヘルス評価モジュール４１２は、追跡フィルタ４１５を備えるまたはそれと通
信状態のヘルスモデル４１４を備える。ヘルスモデル４１４は、予想されたエンジ
ン状態とフライトフェーズ、エンジンの使用年数、飛行時間による航空機のパラメ
ータおよび／または他のパラメータをモデル化する。追跡フィルタ４１５は、広い
意味で、ヘルスモデル４１４を実際のエンジンの特徴にしたがって調整または較正
するために使用するパラメータ推定アルゴリズムであり、センサー４０６からのセ
ンサーデータおよび／またはソース４１０からの航空機パラメータを使用して決定
する。言い換えれば、追跡フィルタ４１５はヘルスモデル４１４と実際のエンジン
状態との間の相違を識別しそれに従ってヘルスモデル４１４を調整する。エンジン
ヘルス評価モジュール４１２はこれらのＨＰ圧縮機１２４のヘルスの推定としてこ
れらの相違を監視するように構成されている。
【００２７】
プロセッサ４０２は、エンジンヘルス評価モジュール４１２からの出力を使用し
て修正アクチュエータコマンド４２０を生成するように構成された制御モジュール
４１８をさらに備える。加えて、エンジンヘルス評価モジュール４１２からの出力
を学習モジュール４１６に保存する、および／または較正の目的でそこから取り出
すことができる（例えば、ヘルスモデル４１４および／または図４には示していな
い他の航空機システムの較正）。制御モジュール４１８（および／またはプロセッ
サ４０２および／またはＳＭＭ制御システム１８０の他の構成要素）は、さらに、
修正アクチュエータコマンド４２０を使用してエンジン１００の構成部品を制御し
てそのストールマージンを調節するように構成されている（例えば、図２および３
に示すストールマージン２０４および／または３０４）。特に、修正アクチュエー
タコマンド４２０は、本明細書でさらに詳しく説明するように燃料流構成要素およ
び／またはエンジン１００の他の可能な可変形態を制御してエンジン１００の動作
状態３０８を変化させることを含む。例えば、エンジンヘルス評価モジュール４１
２がＨＰ圧縮機１２４のヘルスが閾値レベルを超えて劣化したと判断すると、制御
モジュール４１８はアクチュエータコマンド４２０を生成し、それを使用して動作
状態３０８を低下させてストールマージン３０４を適切なレベルまで増加させる。
【００２８】
別の例では、制御モジュール４１８は、航空機パラメータ４１０のソースによって
指示されるように、燃料流れコマンド４２０を修正して、可変形態を変更したこと
によるエンジン１００の加速特性におけるロスをすべて補うようにしてもよい。
【００２９】
図５は、ストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システム１８０（図１および４に
示す）による可変形態５０２の制御を示す模式図５００である。より詳細には、図
示の実施形態では、ＳＭＭ制御システム１８０はエンジン１００そして特にＨＰ圧
縮機１２４が劣化したと判断すると、ＳＭＭ制御システム１８０は１つ以上の可変
形態５０２を制御してエンジン１００の（図３に示す）動作状態３０８を低下させ
て（同じく図３に示す）ストールマージン３０４を増加させる。可変形態５０２は
過渡抽気弁（ＴＢＶ）５０４と、調節タービン冷却（ＭＴＣ）弁５０６と、可変静
翼（ＶＳＶ）５０８と、圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）５１０と、出力抽出（ＨＰ
Ｘ）管理システム５１２を含む。ＴＢＶ５０４はＬＰタービン１３０ノズルに入る
抽気量を制御するように構成されている。ＭＴＣ弁５０６は、ＨＰタービンロータ
ブレード１７０および／またはＬＰタービン動翼１７４を通る冷却空気の流れを調
節するように構成されている。ＶＳＶ５０８およびＣＩＧＶ５１０はＨＰ圧縮機１
２４への空気流を制御するように構成されている。ＨＰＸ管理システム５１２は、
電気エネルギーに変換されるコアエンジン１１６から抽出された動力量を管理する
ように構成されている。ＳＭＭ制御システム１８０は、エンジンヘルス評価モジュ
ール４１２（図４に示す）からの出力、特に、ＨＰ圧縮機１２４の評価したヘルス
／劣化レベルに基づいて１つ以上の可変形態５０２を使用してもよい。例えば、Ｓ
ＭＭ制御システム１８０は、評価した圧縮機ヘルスが所定の閾値を下回ると（ある
いは劣化のレベルが所定の閾値を超えると）、１つ以上の可変形態５０２を制御す
るようにしてもよい。
【００３０】
１つの実施形態では、ＨＰ圧縮機１２４が劣化すると、ＳＭＭ制御システム１８
０はＴＢＶ５０４を制御して加速過渡中に流れを機外に放出して、ＨＰ圧縮機１２
４の出口面（図示せず）とＨＰタービン１２８（図１にも示す）の第１段の入口面
（図示せず）における温度に対する影響を最小限に抑えながらＨＰ圧縮機１２４（
図１に示す）のストールマージンを回復するように構成されている。他の実施形態
では、ＳＭＭ制御システム１８０はＭＴＣ弁５０６を制御してＨＰタービン１２８
への冷却フローを増加し、ＶＳＶ５０８および／またはＣＩＧＶ５１０を閉じる。
【００３１】
加えてまたはあるいは、ＳＭＭ制御システム１８０はＨＰＸ管理システム５１２を
制御して、加速時間に対する影響を最低限に抑えながら、ＨＰ圧縮機１２４（図１
に示す）ストールマージンを回復する過渡ＨＰＸを低減する。ＳＭＭ制御システム
１８０は、さらに燃料流コマンド４２０（図４に示す）を修正して可変形態５０２
が変更したことによるエンジン１００の加速特性の損失を補う。
【００３２】
上記のストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システムは、圧縮機のヘルスによる
エンジンの圧縮機ストールマージンを増減するための方法を提供する。特に、上記
のＳＭＭ制御システムは、圧縮機のヘルスを評価し、それによってストールマージ
ンを調節するエンジンヘルス評価モジュールを含む。よって、より新しいおよび／
またはより小型のエンジンの場合には、ストールマージンを低減または最小限とし
、動作状態を上昇させることによってエンジンの性能を改善することができる。エ
ンジンの性能が改善すれば、燃料消費率（ＳＦＣ）が低減される。ＳＭＭ制御シス
テムは、圧縮機のヘルスを監視し、圧縮機が劣化し、ＳＭＭ制御システムが動作状
態を低下させてストールマージンを増加させ、エンジンの信頼性を維持する。ＳＭ
Ｍ制御システムは、継続するエンジン劣化に応じてストールマージンを増加させる
ことによって、ストールマージン調節なしにはエンジンで実現不可能な性能である
飛行時間の増加を古いエンジンでも実行され得る。
【００３３】
本明細書で示した方法、システムおよび装置の例示的技術的効果としては、(a)
より新しいエンジンの効率と性能を改善すること；(b) さらにストールマージンを
増加しやすくすることによって現存のエンジンの飛行時間を延長すること；および
(c) 現存のシステムを使用して圧縮機劣化に応じて動作状態を修正することのうち
の少なくとも１つが挙げられる。
【００３４】
ストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システムの例示的実施形態を上記に詳細に
説明している。ＳＭＭ制御システムおよびそのシステムおよびそれを構成する装置
の操作方法は、本明細書で説明するような特定の実施形態に限定されることはなく
、むしろ、システムの構成要素および／または方法の工程を本明細書で説明した他
の構成要素および／または工程とは独立して、別に使用することができる。例えば
、ＳＭＭ制御システムは、ストールマージン下で動作するいかなる圧縮機またはエ
ンジンシステムにも使用でき、ガスターボファンエンジンに限定するものではない
。
【００３５】
本開示の各実施形態特有の特性はいくつかの図面に表示し、他の図面には表示し
ていないが、これは、便宜上にすぎない。本開示の原則に従って、図面のいかなる
特性も、他の図面の特性と組み合わせて参照および／または特許請求の範囲とする
ことができる。
【００３６】
この記載した明細は、例を用いて、最良の形態を含む実施形態を開示して、かつ
、いかなる当業者も、任意の機器またはシステムを作製し用いることおよび任意の
統合された方法を実行することを含んだ該実施形態を実施することも可能とする。
【００３７】
特許を受けることができるこの開示の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、
当業者が想到する他の実施例を含みうる。そうした他の実施例は、特許請求の範囲
の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請
求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ均等な構造的要素を含む場合
、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
【００３８】
［実施態様1 ］
圧縮機を備えたガスタービンエンジンのヘルスに基づく圧縮機の圧縮機
ストールマージンを調節する方法であって、
前記圧縮機の前記ストールマージンを決定することと、
前記決定したストールマージンを使用して前記ガスタービンエンジンを動作させる
ことと、
前記圧縮機のヘルスを評価することと、
前記圧縮機の前記評価したヘルスに基づいて前記ストールマージンを修正すること
と、を含む前記方法。
【００３９】
［実施態様2 ］
前記圧縮機のヘルスを評価することが、圧縮機アクティブ安定マージン
（ＣＡＳＭ）センサーを使用して前記圧縮機のヘルスを推定することを含む、実施
態様１に記載の方法。
【００４０】
［実施態様3 ］
前記圧縮機のヘルスを評価することが、前記圧縮機の入口および出口に
おいて圧力センサーおよび温度センサーのうちの少なくとも１つを使用して前記圧
縮機のヘルスを推定することを含む、実施態様１に記載の方法。
【００４１】
［実施態様4 ］
前記圧縮機のヘルスを評価することが、ヘルスモデルおよびパラメータ
推定アルゴリズムを使用して前記圧縮機のヘルスを推定することを含む、実施態様
１に記載の方法。
【００４２】
［実施態様5 ］
前記ストールマージンを修正することが、前記ガスタービンエンジンの
可変形態を使用して前記ストールマージンを修正することを含み、前記可変形態は
、過渡抽気弁（ＴＢＶ）と、調節タービン冷却（ＭＴＣ）弁と、可変静翼（ＶＳＶ
）および圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）の少なくとも１つを含む、実施態様１に記
載の方法。
【００４３】
［実施態様6 ］
前記評価した圧縮機のヘルスに基づいて前記ストールマージンを修正す
ることが、前記圧縮機の前記ストールマージンを増加することを含む、実施態様５
に記載の方法。
［実施態様7 ］
前記圧縮機の前記ストールマージンを増加させることが、前記ストール
マージンを増加させることを利用して前記ガスタービンエンジンを動作させること
を含む、実施態様６に記載の方法。
【００４４】
［実施態様8 ］
前記ガスタービンエンジンが、出力抽出（ＨＰＸ）管理システムを備え
、前記ストールマージンを前記修正することが、ＨＰＸ管理システムを使用して前
記ストールマージンを増加させることを含む、実施態様１に記載の方法。
【００４５】
［実施態様9 ］
多段圧縮機を備えるコアエンジンと、
前記コアエンジンと連通しているストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システムと
、メモリーと連通しているプロセッサを備える前記ＳＭＭ制御システムと、
前記圧縮機の前記ストールマージンを決定し、
前記決定したストールマージンを使用して前記ガスタービンエンジンを動作させ、
前記圧縮機のヘルスを評価し、
前記圧縮機の前記評価したヘルスに基づいて前記ストールマージンを修正するよう
にプログラムされた前記プロセッサとを備えるガスタービンエンジン。
【００４６】
［実施態様10 ］
前記プロセッサが、ヘルスモデルおよびパラメータ推定アルゴリズムを
使用して前記圧縮機のヘルスを推定するようにさらにプログラムされている、実施
態様９に記載のガスタービンエンジン。
【００４７】
［実施態様11 ］
前記プロセッサが、前記圧縮機の入口および出口において圧力センサー
および温度センサーのうちの少なくとも１つを使用して前記圧縮機のヘルスを推定
するようにさらにプログラムされている、実施態様９に記載のガスタービンエンジ
ン。
【００４８】
［実施態様12 ］
圧縮機アクティブ安定マージン（ＣＡＳＭ）センサーをさらに備え、前
記プロセッサが、前記ＣＡＳＭセンサーを使用して前記圧縮機の前記ヘルスを推定
するようにさらにプログラムされている、実施態様９に記載のガスタービンエンジ
ン。
【００４９】
［実施態様13 ］
前記プロセッサが、前記ガスタービンエンジンの可変形態を使用して前
記ストールマージンを修正するようにさらにプログラムされており、前記可変形態
は、過渡抽気弁（ＴＢＶ）、調節タービン冷却（ＭＴＣ）弁、可変静翼（ＶＳＶ）
および圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）の少なくとも１つを備える、実施態様９に記
載のガスタービンエンジン。
【００５０】
［実施態様14 ］
前記プロセッサが、前記可変形態を使用して前記圧縮機の前記ストール
マージンを増加させるようにさらにプログラムされている、実施態様１３に記載の
ガスタービンエンジン。
【００５１】
［実施態様15 ］
前記プロセッサが、増加したストールマージンを使用して前記ガスター
ビンエンジンを動作させるようにさらにプログラムされている、実施態様１４に記
載のガスタービンエンジン。
【００５２】
［実施態様16 ］
出力抽出（ＨＰＸ）管理システムを備え、前記プロセッサが、前記ＨＰ
Ｘ管理システムを使用して前記ストールマージンを増加させるようにさらにプログ
ラムされている、実施態様９に記載のガスタービンエンジン。
【００５３】
［実施態様17 ］
圧縮機を備えるガスタービンエンジンと連通しているストールマージン
調節（ＳＭＭ）制御システムであって、前記ＳＭＭ制御システムが、メモリーと連
通しているプロセッサを備え、前記プロセッサが、
前記圧縮機のストールマージンを決定し、
前記決定したストールマージンを使用して前記ガスタービンエンジンを動作させ、
前記圧縮機のヘルスを評価し、
前記圧縮機の前記評価したヘルスに基づいて前記ストールマージンを修正するよう
にプログラムされた前記プロセッサとを備えるガスタービンエンジン。
【００５４】
［実施態様18 ］
前記プロセッサが、ヘルスモデルおよびパラメータ推定アルゴリズムを
使用して前記圧縮機の前記ヘルスを推定するようにプログラムされている、実施態
様１７に記載のＳＭＭ制御システム。
【００５５】
［実施態様19 ］
圧縮機アクティブ安定マージン（ＣＡＳＭ）センサーをさらに備え、前
記プロセッサが、前記ＣＡＳＭセンサーを使用して前記圧縮機の前記ヘルスを推定
するようにさらにプログラムされている、実施態様１７に記載のＳＭＭ制御システ
ム。
【００５６】
［実施態様20 ］
前記プロセッサが、前記圧縮機の入口および出口において圧力および温
度センサーのうちの少なくとも１つを使用して前記圧縮機の前記ヘルスを推定する
ようにさらにプログラムされている、実施態様１７に記載のＳＭＭ制御システム。
【００５７】
［実施態様21 ］
前記プロセッサが、前記ガスタービンエンジンの可変形態を使用して前
記ストールマージンを修正するようにさらにプログラムされており、前記可変形態
が、過渡抽気弁（ＴＢＶ）と、調節タービン冷却（ＭＴＣ）弁と、可変静翼（ＶＳ
Ｖ）および圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）の少なくとも１つを備える、実施態様１
７に記載のＳＭＭ制御システム。
【００５８】
［実施態様22 ］
前記プロセッサが、前記可変形態を使用して前記圧縮機の前記ストール
マージンを増加させるようにさらにプログラムされている、実施態様２１に記載の
ＳＭＭ制御システム。
【００５９】
［実施態様23 ］
前記プロセッサが、前記増加したストールマージンを使用して前記ガス
タービンエンジンを動作させるようにさらにプログラムされている、実施態様２２
に記載のＳＭＭ制御システム。
【００６０】
［実施態様24 ］
出力抽出（ＨＰＸ）管理システムをさらに備え、前記プロセッサが、前
記ＨＰＸ管理システムを使用して前記圧縮機の前記ストールマージンを増加させる
ようにさらにプログラムされている、実施態様１９に記載のＳＭＭ制御システム。
【符号の説明】
【００６１】
１００  ガスタービンエンジン
１１２  長手中心線
１１４  ファンアセンブリ
１１６  コアエンジン
１１８  外側ケーシング
１２０  環状入口
１２２  低圧（ＬＰ）圧縮機
１２３  入口
１２４  高圧（ＨＰ）圧縮機
１２５  出口
１２６  燃焼セクション
１２８  高圧（ＨＰ）タービン
１３０  低圧（ＬＰ）タービン
１３２  ジェット排気ノズルセクション
１３４  ＨＰシャフトまたはスプール
１３６  ＬＰシャフトまたはスプール
１３７  コア空気流路
１３８  ファン
１４０  ファンブレード
１５０  環状ナセル
１５６  バイパス気流流路
１５８  空気の体積
１６０  入口
１６２  第１部分
１６４  第２部分
１６６  燃焼ガス
１６８  ＨＰタービン静翼
１７０  ＨＰタービン動翼
１７２  ＬＰタービン静翼
１７４  ＬＰタービン動翼
１７６  ファンノズル排出セクション
１７８  高温ガス通路
１８０  ストールマージン調節（ＳＭＭ）制御システム
２００  プロット
２０２  調節していないストールマージンスタック
２０４  ストールマージン
２０８  動作状態
２１０  領域
３００  プロット
３０４  ストールマージン
３０６  ストールマージン
３０８  動作状態
４０２  プロセッサ
４０４  メモリー
４０６  センサー
４０８  通信インターフェース
４１０  航空機パラメータソース
４１２  エンジンヘルス評価モジュール
４１４  ヘルスモデル
４１５  トラッキングフィルター
４１６  学習モジュール
４１８  制御モジュール
４２０  修正アクチュエータコマンド
５００  模式図
５０２  可変形態
５０４  過渡抽気弁（ＴＢＶ）
５０６  修正タービン冷却（ＭＴＣ）弁
５０８  可変静翼（ＶＳＶ）
５１０  圧縮機入口案内翼（ＣＩＧＶ）
５１２  出力抽出（ＨＰＸ）管理システム
【図１】
2017125496.tif 000003
【図２】
2017125496.tif 000004
【図３】
2017125496.tif 000005
【図４】
2017125496.tif 000006
【図５】
2017125496.tif 000007
【外国語明細書】
2017125496000001.pdf