СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ БИСТАБИЛЬНЫМ ВЕНТИЛЕМ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR CONTROLLING BISTABLE VALVE FOR TURNING OFF AIRCRAFT ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области приводов для авиационного двигателя.
В частности, оно относится к способу и устройству для управления вентилем выключения авиационного двигателя через несколько каналов управления.
Уровень техники
Авиационный двигатель содержит приводы, конфигурируемые в первом положении и во втором положении, двух типов: моностабильные приводы и бистабильные приводы.
Моностабильный привод выполнен с возможностью находиться в своем первом положении, пока он получает командный сигнал, и переходит в свое второе положение, когда он перестает получать этот командный сигнал.
Бистабильный привод выполнен с возможностью занимать первое положение при помощи первого командного сигнала и занимать второе положение при помощи второго командного сигнала. В отсутствие одного или другого из этих двух сигналов бистабильный привод не меняет своего положения.
Кроме того, приводом авиационного двигателя обычно управляют при помощи нескольких параллельных блоков управления через независимые каналы управления. Таким образом, если один из этих блоков выходит из строя, приводом может управлять другой блок.
Однако если один из этих блоков управления выходит из строя, привод бистабильного типа может получать первый сигнал и второй сигнал одновременно через два разных канала. Эти два противоположных сигнала не позволяют приводу нормально работать.
В случае некоторых бистабильных приводов, в частности, используемых в экстренных случаях, чтобы избегать неисправностей с пагубными последствиями для летательного аппарата, такое нарушение работы в присутствии двух противоположных сигналов является крайне нежелательным. Действительно, переход этих приводов, используемых в экстренной ситуации, в одно из их двух положений носит приоритетный характер относительно их перехода в другое положение, и одновременное получение двух противоположных сигналов нарушает этот приоритет.
Например, некоторые неисправности могут приводить к тому, что авиационный двигатель начинает выдавать тягу, превышающую допустимый максимальный порог. Такие неисправности, которые известны под английским названием ТСМ (“Thrust Control Malfunction”), делают летательный аппарат неуправляемым в некоторых фазах полета и, следовательно, являются катастрофическими. Чтобы избегать этих неисправностей типа ТСМ, обычно авиационный двигатель снабжают вентилем выключения, выполненным с возможностью экстренного выключения двигателя и соединенным с несколькими каналами управления.
Таким образом, когда этот вентиль оказывается в ситуации, когда он одновременно получает сигнал открывания и сигнал закрывания, очень важно обеспечить приоритетность закрывания этого вентиля.
Чтобы избегать блокировки такого привода авиационного двигателя, было предложено несколько решений.
Первое решение состоит в применении обнаружения неисправностей ТСМ и контроля тяги на раздельных электронных платах, а второе решение состоит в использовании специального привода, предназначенного для выключения двигателя в случае неисправности ТСМ.
Однако эти два решения, требующие изменения архитектуры, предполагают внесение изменений или использование специальных дополнительных устройств, которые должны отвечать за работу при этих неисправностях ТСМ. Поэтому эти два решения являются исключительно дорогими и сложными в осуществлении.
Третье решение состоит в использовании моностабильного привода с механическим приоритетом закрывания: когда перестают направлять командный сигнал на такой моностабильный вентиль, он закрывается и выключает двигатель. Однако такой моностабильный привод будет иметь тенденцию к закрыванию при многочисленных простых неисправностях, что в значительной степени снижает надежность системы по отношению к простым неисправностям с учетом выключения двигателя и увеличивает количество выключений во время полета (IFSD, “In flight shutdown”).
Четвертое решение состоит в использовании бистабильного привода и в подаче на него пары противоположных сигналов с разной силой тока. Более сильный сигнал будет, таким образом, приоритетным в случае одновременного получения двух противоположных сигналов через несколько каналов управления. Однако недостатком этого четвертого решения является необходимость существенного изменения внутренней работы вентиля выключения, чтобы правильно отвечать на эти командные сигналы разной силы тока.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей изобретения является предупреждение блокировки вентиля выключения авиационного двигателя, получающего противоположные сигналы, а также устранение вышеупомянутых недостатков.
В связи с этим предложен способ управления бистабильным вентилем выключения для авиационного двигателя, соединенным с двумя каналами управления, при этом вентиль содержит пластину, подвижную между первым положением, в котором вентиль закрыт, и втором положением, в котором вентиль открыт, при этом способ содержит следующие этапы:
- по одному из каналов управления предают сигнал закрывания, воздействующий на пластину в направлении первого положения,
- по другому каналу управления предают сигнал открывания, воздействующий на пластину в направлении второго положения,
при этом способ отличается тем, что:
- амплитуду сигнала закрывания устанавливают в рабочем значении, предназначенном для непрерывного воздействия на пластину в направлении первого положения в интервале времени заданной продолжительности,
- в этом же интервале времени амплитуду сигнала открывания устанавливают в значениях, колеблющихся между рабочим значением, предназначенным для воздействия на вентиль в направлении второго положения, и нерабочим значением, при котором подвижный элемент не подвергается воздействию,
при этом рабочие значения обоих сигналов в совокупности регулируют таким образом, чтобы прикладывать к пластине взаимно уничтожающиеся силы и поддерживать пластину неподвижной, когда оба сигнала, поступающие на вентиль, принимают одновременно указанные рабочие значения в заданном интервале времени.
Когда на вентиль одновременно поступают оба сигнала в течение вышеупомянутого интервала времени, пластина подвергается воздействию двумя разными способами в разные моменты.
В некоторые моменты этого интервала времени оба сигнала имеют амплитуды, установленные, каждая, по рабочему значению. При этом пластина вентиля получает две противоположные команды: с одной стороны, команду на переход в первое положение (через сигнал закрывания) и, с другой стороны, команду на переход во второе положение (через сигнал открывания); эти две команды противоречат друг другу, и пластина не меняет положения.
В другие моменты этого интервала времени сигнал открывания принимает нерабочее значение. При этом пластина получает команду на переход в первое положение (через сигнал закрывания), но не получает другой противоположной команды. В этом случае пластина может повернуться только в первое положение, если только она уже не находится в этом первом положении. С другой стороны, пластина не может повернуться во второе положение, поскольку на вентиль ни поступило никакой команды в этом направлении.
По истечении вышеупомянутого времени пластина может, таким образом, находиться только в своем первом положении (при этом вентиль закрыт), даже если оба сигнала закрывания и открывания одновременно поступили на бистабильный вентиль.
Таким образом, предложенный способ позволяет обеспечивать приоритетность сигнала закрывания перед сигналом открывания, когда эти два сигнала одновременно поступают на бистабильный вентиль.
Это позволяет избежать ситуации, в которой двигатель не может выключиться при наступлении упомянутых выше во вступлении неисправностей типа ТСМ.
Преимуществом предложенного способа является возможность его применения на уже существующей архитектуре с внесением минимальных изменений на уровне блоков передачи командных сигналов.
Предпочтительно заявленный способ можно дополнить следующим признаками, рассматриваемыми отдельно или в любой из технически возможных комбинаций.
Второй сигнал может быть периодическим сигналом.
Эта форма позволяет избегать применения специальной синхронизации между сигналом открывания и сигналом закрывания для управления вентилем и обеспечивает приоритетность позиционирования пластины в первое положение.
Второй сигнал может быть сигналом прямоугольной формы. Преимуществом сигнала прямоугольной формы является возможность очень быстрого перехода от одного значения к другому и, следовательно, возможность быстрого, устойчивого и предсказуемого переключения пластины.
Кроме того, сигнал закрывания может иметь постоянное значение, а сигнал открывания может иметь амплитуду, равную значению сигнала закрывания.
Сигнал открывания можно поочередно поддерживать в рабочем и нерабочем значениях в течение одинаковых промежутков времени.
Способ управления может включать в себя генерирование первой катушкой магнитного поля на основании сигнала закрывания, чтобы способствовать перемещению пластины в первое положение, и генерирование второй катушкой магнитного поля на основании сигнала открывания, чтобы способствовать перемещению пластины во второе положение, при этом рабочие значения обоих сигналов совокупно адаптируют таким образом, чтобы оба магнитных поля действовали на пластину взаимно уничтожающимися силами, чтобы поддерживать пластину неподвижной.
Кроме того, сигнал открывания можно поддерживать в нерабочем значении и/или в рабочем значении в течение времени, превышающего сумму:
- времени повышения тока в катушке, и
- времени, необходимого для пластины, чтобы перейти из одного среди первого и второго положений в промежуточное положение между первым и вторым положением, при этом промежуточное положение является таким, при котором пластина может достичь другого среди первого и второго положений из указанного промежуточного положения в отсутствие воздействия на пластину со стороны катушек.
Кроме того, второй сигнал можно получить посредством преобразования сигнала, имеющего форму, идентичную с первым сигналом. Это обеспечивает очень простое применение предложенного способа на существующей архитектуре, работающей с сигналами идентичной формы.
В качестве второго объекта изобретения предложено устройство управления бистабильным вентилем выключения для авиационного двигателя, соединенным с двумя каналами управления, при этом вентиль содержит пластину, подвижную между первым положением, в котором вентиль закрыт, и втором положением, в котором вентиль открыт, при этом устройство содержит:
- два канала управления, соединенные с вентилем,
- по меньшей мере один блок закрывания, выполненный с возможностью передачи по одному из каналов управления сигнала закрывания, воздействующего на пластину в направлении первого положения,
- по меньшей мере один блок открывания, выполненный с возможностью передачи по другому каналу управления сигнала открывания, воздействующего на пластину в направлении второго положения,
при этом устройство управления отличается тем, что:
- блок закрывания выполнен с возможностью устанавливать амплитуду сигнала закрывания в рабочем значении, предназначенном для непрерывного воздействия на пластину в направлении первого положения в интервале времени заданной продолжительности,
- блок открывания выполнен с возможностью устанавливать в этом же интервале времени амплитуду сигнала открывания в значениях, колеблющихся между рабочим значением, предназначенным для воздействия на вентиль в направлении второго положения, и нерабочим значением, при котором подвижный элемент не подвергается воздействию,
при этом рабочие значения обоих сигналов в совокупности регулируют таким образом, чтобы прикладывать к пластине взаимно уничтожающиеся силы и поддерживать пластину неподвижной, когда оба сигнала, поступающие на вентиль, принимают одновременно указанные рабочие значения в заданном интервале времени.
В качестве третьего объекта изобретения предложена система выключения для авиационного двигателя, содержащая:
- вентиль выключения двигателя, содержащий пластину, подвижную между первым положением, в котором вентиль закрыт, и втором положением, в котором вентиль открыт,
- устройство управления вентилем выключения, являющимся вторым объектом изобретения.
Предложен также авиационный двигатель, содержащий такую систему выключения.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания, представленного в качестве неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 и 2 показан схематичный вид системы управления согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 3 показан вентиль выключения для авиационного двигателя согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 4 показана пара сигналов управления согласно варианту осуществления изобретения для управления вентилем выключения авиационного двигателя;
на фиг. 5 показана пара известных сигналов управления вентилем выключения авиационного двигателя.
На всех фигурах аналогичные элементы имеют одинаковые обозначения.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг. 1 и 2, авиационный двигатель содержит вентиль 1 выключения двигателя и устройство управления этим вентилем 1.
Функцией вентиля 1 выключения является выключение двигателя летательного аппарата. Как правило, этот вентиль является вентилем выключения высокого давления (обычно называемым на английском языке “High Pressure Shut Off Valve”, сокращенно HPSOV).
Устройство управления содержит по меньшей мере два блока 2А и 2В управления, выполненных с возможностью управления вентилем 1 выключения.
Блок 2А управления соединен с вентилем 1 через канал А, и блок 2В управления соединен с вентилем 1 через канал В, независимый от канала А.
Каждый из блоков 2А, 2В управления выполнен с возможностью передавать по соответствующему каналу управления сигнал закрывания вентиля или сигнал открывания вентиля.
В дальнейшем предполагается, что каждый из этих блоков 2А, 2В может передавать команды этих двух типов, но можно также предусмотреть, чтобы устройство имело несимметричную архитектуру, при которой один из блоков выполнен с возможностью передавать только команды закрывания вентиля 1, а другой блок выполнен с возможностью передавать только команды открывания вентиля 1.
Вентиль 1 выключения является бистабильным. В настоящем тексте бистабильный вентиль определен как вентиль, способный оставаться в двух стабильных состояниях в отсутствие внешнего воздействия: в открытом состоянии и в закрытом состоянии. В данном случае вентиль 1 выключения не может поменять состояние без получения командного сигнала из канала А или из канала В.
В варианте осуществления, представленном на фиг. 3, вентиль 1 содержит пластину 10. Пластина является элементом, подвижным между закрытым положением и открытым положением. Когда пластина находится в закрытом положении, вентиль 1 находится в закрытом состоянии и выключает двигатель летательного аппарата, если он работает. С другой стороны, двигатель может работать, пока пластина находится в открытом положении (при этом вентиль 1 находится в своем открытом состоянии).
Кроме того, вентиль 1 содержит первую катушку 12А и вторую катушку 12В.
Каждая катушка 12А, 12В выполнена с возможностью воздействия на пластину для ее перемещения, когда через эту катушку проходит ток, имеющий значение силы, отличное от нерабочего значения IR (как правило, нулевого).
В частности, пластина 10 имеет Т-образную форму и может поворачиваться. Верхняя ветвь Т содержит два противоположных конца, при этом каждый конец находится напротив соответствующей катушки.
Катушка 12А соединена с каналом А управления. Катушка 12В соединена с каналом В управления.
Когда в катушке 12А проходит ток первой заранее определенной силы из канала А, эта катушка 12А создает магнитное поле, которое отталкивает находящийся напротив конец пластины 10; когда в этой катушке 12А проходит ток второй силы со знаком, противоположным току первой силы, эта катушка создает магнитное поле, которое притягивает к ней этот же находящийся напротив конец пластины 10.
Когда в катушке 12В проходит ток третьей силы из канала В, эта катушка 12В создает магнитное поле, которое отталкивает находящийся напротив конец пластины 10; когда в этой катушке 12В проходит ток четвертой силы со знаком, противоположным току третьей силы, эта катушка создает магнитное поле, которое притягивает к ней этот же находящийся напротив конец пластины 10.
Обе катушки 12А и 12В являются идентичными. При этом предполагается, что каждая катушка, когда на нее действует ток со значением силы IO, называемым значением открывания, воздействует на пластину в направлении открытого положения.
Предполагается также, что каждая катушка, когда на нее действует ток со значением силы IF, называемым значением закрывания, воздействует на пластину в направлении закрытого положения.
Далее следует описание пары сигналов для управления открыванием и закрыванием вентиля 1 согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 4.
Бистабильный вентиль 1 управляется двумя разными сигналами: сигналом открывания SO и сигналом закрывания SF.
Для закрывания вентиля 1 любой блок управления (2А или 2В) передает в соответствующий канал сигнал постоянной силы, равной значению IF. Сигнал закрывания SF сохраняет это значение IF в течение времени, достаточного, чтобы соответствующая катушка воздействовала на пластину 10 в направлении закрытого положения.
Для открывания вентиля 1 любой блок управления 2А или 2В передает сигнал открывания SO через соответствующий канал, причем этот сигнал открывания является периодическим сигналом, сила тока которого колеблется между значением IR и значением IO. Когда сигнал открывания SO принимает значение IR, катушка, принимающая сигнал открывания, не действует на пластину 10. Однако когда электрический сигнал принимает значение IO, эта катушка воздействует на пластину 10 в направлении положения открывания вентиля 1.
В варианте осуществления, представленном на фиг. 4, сигнал открывания является сигналом прямоугольной формы. Период Т этого сигнала прямоугольной формы содержит два последовательных горизонтальных участка: горизонтальный участок при значении IR и горизонтальный участок при значении IO. Иначе говоря, сигнал открывания SO принимает значение IR в течение времени TR и принимает значение IO в течение времени ТО, при этом период Т по существу равен сумме TO+TR, благодаря прямоугольной форме сигнала открывания SO (сигнал открывания прямоугольной формы почти мгновенно переходит от значения IO к значению IR и наоборот).
Время TR выбирают равным сумме:
- времени повышения тока в катушке, и
- времени, необходимого для пластины, чтобы перейти из одного среди первого и второго положений в промежуточное положение между первым и вторым положением, при этом промежуточное положение является таким, при котором пластина может достичь другого среди первого и второго положений из указанного промежуточного положения в отсутствие воздействия на пластину со стороны катушек.
Значения времени TR и ТО можно выбрать одинаковыми или разными.
Значения IF и IO тоже можно выбрать равными и с противоположным знаком.
Это позволяет использовать идентичные катушки 12А и 12В с симметричной работой, которые являются распространенными и простыми в работе.
Сигнал открывания SO приводит к перемещению пластины при помощи одной из катушек только периодически, тогда как сигнал закрывания оказывает постоянное воздействие в течение времени, по меньшей мере равного периоду Т сигнала открывания SO, показанного на фиг. 4.
Наличие двух каналов А и В для управления вентилем 1 выключения делает возможными три случая работы.
В первом случае работы один из двух блоков передает командный сигнал (SO или SF) по соответствующему каналу, тогда как другой блок не передает никакого сигнала по соответствующему каналу.
Во втором случае работы оба блока одновременно передают командный сигнал одного типа (SO или SF).
Эти два случая работы не создают проблемы, учитывая, что вентиль 1 может переходить в состояние, соответствующее типу передаваемой команды или передаваемых команд.
В третьем случае работы оба блока передают одновременно противоположные сигналы. В данном случае рассмотрен пример, в котором блок 2А передает через канал А сигнал открывания SO, а блок 2В одновременно передает сигнал закрывания SF в течение времени, превышающего период Т.
В течение периода Т катушка 12В постоянно подвергается воздействию для перемещения пластины 10 в ее положение закрывания, тогда как катушка 12А подвергается воздействию для перемещения пластины в положение открывания вентиля только в течение времени Т0, меньшего Т.
В частности, в интервале Т0 катушка 12А воздействует на пластину в направлении положения открывания, тогда как катушка 12В оказывает противоположное воздействие на пластину 10 в направлении закрывания. Бистабильный характер вентиля не позволяет ему изменить свое состояние.
В интервале TR пластина 10 подвергается воздействию в направлении своего положения закрывания (через сигнал закрывания SF, установленный в значении силы тока IF), но не подвергается противоположному воздействию в направлении своего положения открывания (сигнал открывания SO установлен при этом в значении IR). В этом интервале пластина может повернуться только в закрытое положение, если она в нем уже не находится. С другой стороны, вентиль не может перейти в открытое состояние, поскольку катушки 12А и 12В не получили никакой команды в этом направлении.
Таким образом, по истечении периода Т пластина 10 обязательно находится в закрытом положении. Пластина остается в этом закрытом состоянии, пока сохраняется сигнал SF или пока не прекратится подача сигнала SO.
Предпочтительно сигнал открывания SO начинается с горизонтального участка при значении IO, чтобы избегать задержек в осуществлении открывания вентиля 1.
На фиг. 5 показана пара классических сигналов открывания и закрывания для управления бистабильным приводом. В отличие от пары сигналов, показанной на фиг. 4, эти два известных сигнала имеют одинаковую форму, поскольку оба поддерживаются на двух соответствующих постоянных уровнях.
Таким образом, способ может содержать этап преобразования известного постоянного сигнала открывания в периодический сигнал открывания (даже прямоугольной формы), задающий периодическое открывание вентиля, как было указано выше. Таким образом, можно предусмотреть блоки 2А и 2В управления, расположенные на выходе первичных блоков управления, выполненных с возможностью генерирования этой пары постоянных сигналов, при этом функция блоков 2А и 2В сводится к изменению формы постоянного сигнала открывания, передаваемого первичными блоками, в вышеупомянутый периодический сигнал открывания.
В примере осуществления способа выбирают следующие значения: IF = 150 мА, IO=-150 мА, IR = 0 мА, TR = ТО = 150 мс.
Действительно, как правило, катушкам, работающим при +/- 150 мА, необходимо 25мс, чтобы повысить свой ток до 90%, то есть, чтобы достичь +/- 135 мА. Как только достигается значение +/- 135 мА, пластина 10 начинает двигаться. В этом примере необходимо, чтобы вентиль 1 получал команду в течение по меньшей мере 100 мс для достаточного движения пластины, чтобы она продолжила перемещаться в желаемое положение даже после прекращения подачи команды на вентиль 1. Так, если команда на открывание вентиля действует только в течение 125 мс, он все равно откроется. Однако, чтобы иметь некоторый запас, предпочтительно ТО выбирают равным 150 мс. Точно так же, чтобы закрыть вентиль 1, необходимо, чтобы ток неверного канала оставался в значении 0 мА в течение 150 мс.
Заявленный способ может иметь многочисленные версии.
В представленном выше варианте осуществления вентиль 1 является бистабильным. Кроме того, обе катушки реагируют на идентичные значения силы тока по абсолютной величине, и сигналы открывания и открывания имеют равные значения IO и IF по абсолютной величине. Вместе с тем, можно предусмотреть две разные катушки 12А и 12В и/или сигналы SO и SF, имеющие разные соответствующие значения IO и IF, если только сигнал открывания и сигнал закрывания калиброваны относительно друг друга таким образом, чтобы вентиль не менял состояния при получении этих двух сигналов одновременно.
Катушки 12А и 12В можно заменить другими средствами, управляемыми или не управляемыми по силе тока (например, по напряжению) для перемещения пластины.
Кроме того, можно выбрать другие значения времени TR и ТО в зависимости от работы привода или приводов, выбранных для вентиля 1.
Сигнал открывания может иметь другие периодические формы, например, синусоидальную форму.