旋翼飞行器和用于调节旋翼的可变转速的方法与流程

本发明涉及旋翼飞行器和调节旋翼的可变转速的方法。旋翼飞行器可以包括使形成旋转翼的旋翼运动的动力装置。例如，直升机包括至少一个主旋翼，该主旋翼有助于其升力，并且还可能有助于其推进力。动力装置可以包括多个内燃机，也更简单地称为“发动机”，其使驱动旋翼旋转的机械系统运动。例如，发动机机械地连接到使旋翼运动的动力传输齿轮箱。这种发动机可以是涡轮轴发动机，其包括气体发生器和使涡轮轴发动机的输出轴运动的至少一个工作涡轮。该输出轴然后机械地连接到机械系统。根据另一方面，旋翼飞行器包括调节系统，该调节系统的主要功能是经由燃料流控制由每个发动机输送的驱动力。该调节系统的目的可以是保持旋翼飞行器的旋翼的旋转速度等于预定设定点值。这种调节系统通常包括发动机计算机和每个发动机各自的燃料计量装置，以及各种传感器。例如，特别是通过作用于主旋翼的桨叶的桨距来驾驶直升机。该桨距的增加倾向于引起主旋翼的旋转运动的减速，桨距的增加也引起主旋翼的升力的增加，而且引起该主旋翼的气动阻力的增加。为了防止主旋翼的旋转速度过度降低，必须增加由发动机产生的动力，以便保持主旋翼的旋转速度基本恒定。类似地，当桨片的桨距减小时，必须减小由发动机输送的动力。此外，必须控制燃料流的调节以避免例如发动机的喘振或熄火。例如，传感器测量涡轮轴发动机的工作涡轮的第一旋转速度ntl。在这种情况下，确定与为了使旋翼的旋转速度等于其设定点而第一旋转速度ntl必须具有的值相对应的第一值。因此，如果第一旋转速度ntl不同于该第一值，则计算机生成使发动机加速或减速以达到主旋翼的设定点旋转速度的命令。在这些条件下，发动机计算机确定第二值，例如通过使用基于主旋翼的桨叶的总桨距的预期定律。该第二值与为了使第一旋转速度ntl等于第一值而涡轮轴发动机的气体发生器的移动构件的第二旋转速度ng必须达到的值对应。可以使用旋翼飞行器调节系统以便获得旋翼的可变转速。实际上，利用了旋翼的转速nr的显著变化，例如，以减少地面附近的噪声污染和/或提高性能。作为指示，主旋翼的旋转速度可以被控制为在可能在参考速度的90%和110%之间的值的范围内可变。特别地，旋转翼的旋转速度nr的已知变化定律可以指定设定点速度nr*等于最大速度，例如当飞行器具有低于第一阈值的空速时参考速度的105%的量级。该第一阈值例如大约为50节（kt，一结等于每小时1.852公里）。该特征旨在优化低速下的性能，并且特别是当旋翼飞行器处于悬停位置时。此外，当飞行器具有大于第二阈值的空速时，该已知定律定义参考速度nr*等于最小速度，例如参考速度的90%的量级。该第二阈值例如大约为75节。该特征使得可以特别地限制以高速施加在动态组件上的力，和/或限制噪声污染。最后，当飞行器具有从第一阈值增加到第二阈值的空速时，该已知定律定义了该设定点速度nr*从最大速度到最小速度的线性减小。可选地，最小速度根据海拔高度而变化，以便优化飞行器的性能和/或避免在发动机处于高海拔时达到低旋翼速度，发动机性能在低速时较差。例如，调节定律可以包括多个方程，每个方程与海拔高度范围相关联。在常规旋翼飞行器上，除了在故障的情况下之外，多发动机动力装置以协作操作模式操作，其中发动机各自生成共同有助于使机械系统运动的驱动力。用于调节旋转速度nr的这种定律则特别有效。相比之下，动力装置还可以可选地通过将燃烧发动机中的至少一个置于待机模式而以非对称操作模式操作。在双发动机旋翼飞行器上，在非对称操作模式期间，主动发动机被调节以通过经由其动力轴将非零驱动动力传输到旋翼来确保旋翼的旋转。另一方面，被动发动机处于待机状态，以便不向旋翼传输驱动动力。可以通过关闭燃烧室来关闭处于待机模式的发动机。然后，被动发动机的燃烧室不再被供应燃料，并且在涡轮轴发动机上，气体发生器的旋转部件可以或可以不通过电机来进行运动。替代地，处于待机模式的发动机可以在怠速或超怠速模式下操作，使燃烧室点燃并供应燃料，处于待机模式的发动机以非常低的转速操作并且不向旋翼传输动力，其中一个或多个主动发动机提供整个动力供应。例如，被动发动机处于旋转速度为其额定速度的约40%的怠速模式。在双发动机旋翼飞行器上，如果主动发动机发生故障，则旋翼飞行器在重新激活备用发动机所需的时间内处于非机动自旋阶段。在该时间段期间，飞行员降低旋转翼的桨片的桨距以限制旋转翼的旋转速度nr的下降并达到设定点速度。

背景技术：

1、文献fr3061142和fr3027124是已知的，但是两者均与该问题相去甚远。文献fr3061142描述了一种用于调节旋翼飞行器涡轮轴发动机的气体发生器轴的旋转速度的装置。文献fr3027124描述了一种用于调节在结冰条件下驱动旋翼飞行器旋翼的速度的方法。

2、文献ep3803082b1描述了一种设置有第一涡轮轴发动机和第二涡轮轴发动机的动力装置。第一涡轮轴发动机配备有热交换器。另一方面，计算机限制第一涡轮轴发动机的加速和减速能力，以便限制施加在热交换器上的机械应力和热应力。第一涡轮轴发动机可以以接近恒定的功率水平操作，以便提供飞行器所需的推进能量的一部分。在第一涡轮轴发动机发生故障的情况下，第二涡轮轴发动机接管并输送所有必要的动力。在第二发动机发生故障的情况下，第一涡轮轴发动机的加速和减速能力不再受到限制。

3、文献us2022/306308a1、us2020/362754a1和us2022/106913a1也是已知的。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是提出一种创新的方法和旋翼飞行器，用于在应用非对称操作模式期间在主动发动机故障之后优化该自旋阶段。

2、因此，本发明涉及一种用于调节旋翼飞行器旋翼的旋转速度的方法。旋翼飞行器包括具有至少两个发动机的动力装置和驱动旋翼旋转的动力传动系统，每个发动机具有连接至动力传动系统的动力组件，旋翼飞行器包括调节系统，该调节系统根据将由旋翼实现的至少一个设定点速度来调节每个发动机，调节系统在非对称操作模式期间以主动速度调节至少两个发动机当中的至少一个主动发动机，并且使至少两个发动机当中的至少一个被动发动机处于待机。调节系统在协作操作模式期间以主动速度调节所述发动机，调节系统在协作操作模式期间通过应用默认定律来确定所述至少一个设定点速度，该默认定律至少根据旋翼飞行器的前进速度给出所述设定点速度，当所述前进速度大于第一阈值时，所述设定点速度等于最小值。

3、在非对称操作模式期间，该方法包括：i）在存在大于第一阈值的前进速度的情况下并且在相同海拔高度处，使用调节系统通过应用替代定律来确定设定点速度，该替代定律生成大于由默认定律生成的设定点速度的设定点速度，以及ii）调节所述主动发动机以达到设定点速度。

4、特别地，每个发动机可以是涡轮轴发动机，每个动力组件包括至少一个膨胀涡轮和至少一个动力轴。

5、根据一个示例，调节系统可以确定要由旋翼实现的设定点速度，并且从中推导出要由每个动力组件的构件实现的目标旋转速度。然后，调节系统以通常的方式调节发动机。

6、此外，调节系统在协作操作模式期间应用默认定律，该默认定律至少根据飞行器的前进速度，并且还可能根据海拔高度。每个发动机被控制成以主动速度操作，以便产生有助于旋翼旋转的驱动动力，从而达到设定点速度。

7、当接合协作操作模式时，所有发动机因此产生驱动动力。一个发动机的故障由另一个发动机补偿。因此，即使在设定点速度最小化的高速下，旋翼的旋转速度也几乎不受发动机故障的影响（如果有的话）。

8、另一方面，在非对称操作模式期间，调节系统以主动速度调节至少两个内燃机当中的至少一个主动发动机，并使至少两个内燃机当中的至少一个被动发动机处于待机，主动发动机利用其动力轴产生参与旋翼旋转的非零驱动动力，被动发动机不向旋翼传输动力。

9、当非对称操作模式激活时，因此由一个或多个主动转子使旋翼运动，并且特别是由双发动机飞行器上的单个主动发动机使旋翼运动。如果主动发动机发生故障，则在重新激活被动发动机所需的短时间段期间，旋翼不再由发动机驱动旋转。然后，飞行员在被动发动机被重新激活时进行自旋过程以限制旋翼的旋转速度的降低。然而，在高速下，默认定律通常需要以最小速度调节旋翼的旋转速度。因此，在重新激活被动发动机所需的时间段期间，旋翼的转速可能接近可接受的下限。

10、本发明可以解决这个问题。实际上，当非对称操作模式处于激活状态并且处于高前进速度时，则在至少一个海拔高度范围内，要达到的设定点速度大于当协作操作模式处于激活状态并且在相同条件下（即，在相同速度和相同海拔高度下）要达到的设定点速度。因此，替代定律使得当非对称操作模式被激活时，可以获得相对于旋翼的允许极限旋转速度的更大裕度。

11、因此，该方法使得能够保持与在协同操作模式期间使用通常的默认定律相关联的优点，同时在非对称操作模式处于激活状态时保证足够的安全裕度。

12、该方法还可以包括单独或组合采用的以下特征中的一个或多个。

13、根据一种可能性，对于小于第二阈值的前进速度，第二阈值小于第一阈值，根据默认定律和替代定律，设定点速度可以等于相同的最大值。

14、在默认定律和替代定律的情况下，最大值大于存在大于第一阈值的前进速度的情况下达到的设定点值。换句话说，在低速下，默认定律和替代定律为设定点速度提供相同的最大值。该特征旨在达到相同的最大值，特别是为了在悬停阶段期间获得所需的性能。

15、根据与前述可能性兼容的一种可能性，对于大于第一阈值的前进速度，设定点速度可以等于根据默认定律的最小值和根据替代定律的最小值，最小值根据默认定律取第一值，最小值根据替代定律第二值，第二值在相同海拔高度处大于第一值。

16、第一值和第二值均小于上述最大值。因此，在高速下，当应用非对称操作模式时，设定点速度在相同条件下（即对于相同海拔高度）比在协作操作模式期间采用更高的最小值。

17、可选地，所述第一值和第二值可以根据海拔高度而变化。

18、该特征使得可以通过考虑海拔高度来优化动力装置的操作。该海拔高度可以是密度海拔高度或压力海拔高度。密度海拔高度对应于针对温度效应校正的压力高度。根据例如使用气压计等测量的大气压力以通常的方式计算压力海拔高度。另一方面，以通常的方式从例如使用气压计等测量的大气压力和使用热电偶或其他温度感测元件测量的温度来计算密度海拔高度。

19、根据与前述可能性兼容的一种可能性：

20、·当所述非对称操作模式被激活时，所述方法可以包括通过将所述设定点速度从所述第一值线性地变化到所述第二值来调节所述主动发动机；以及

21、·当所述非对称操作模式被停用时，所述方法可以包括通过将所述设定点速度从所述第二值线性地变化到所述第一值来调节所述发动机。

22、这些特征使得可以在从协同操作模式到非对称操作模式的转换期间获得优化的转换，反之亦然。

23、根据与前述可能性兼容的一种可能性，对于大于或等于第二阈值且小于或等于第一阈值的前进速度，设定点速度可根据默认定律和替代定律从最大值线性地减小到最小值。

24、除了一种方法之外，本发明还涉及一种旋翼飞行器，所述旋翼飞行器包括具有至少两个发动机的动力装置和驱动旋翼旋转的动力传动系统，每个发动机具有连接到动力传动系统的动力组件，旋翼飞行器包括调节系统，该调节系统根据旋翼要达到的至少一个设定点速度来调节每个发动机，调节系统在非对称操作模式期间以主动速度调节至少两个发动机当中的至少一个主动发动机，并且使至少两个发动机当中的至少一个被动发动机处于待机，调节系统在协同操作模式期间以主动速度调节所述发动机，调节系统在协同操作模式期间通过应用默认定律来确定所述至少一个设定点速度，该默认定律至少根据旋翼飞行器的前进速度给出所述设定点速度，当所述前进速度大于第一阈值时，所述设定点速度等于最小值。

25、调节系统被配置为实现本发明的方法。

26、根据一种可能性，调节系统可以包括测量旋翼飞行器的前进速度的速度传感器。

27、例如，速度传感器可以测量真实空速或地速。

28、根据一种可能性，调节系统可以包括测量海拔高度的海拔高度传感器。

29、在下文中使用的术语传感器可以表示包括一个或多个感测元件的组件，并且可能还表示计算机。

30、因此，海拔高度传感器可以包括用于评估压力海拔高度的气压计或用于评估密度海拔高度的气压计以及热电偶或其他类型的温度感测元件。