高压压气机可调静叶打开裕度测量试验方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011333397.8 (22)申请日 2020.11.25 (71)申请人 中国航发上海商用航空发动机制造 有限责任公司 地址 201306 上海市浦东新区临港新城新 元南路600号1号厂房301室 申请人 中国航发商用航空发动机有限责任 公司 (72)发明人 金宗亮孙震宇高国荣曹传军 陈志龙李游 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 袁逸 (51)Int.Cl. F04D 27/02(2006.01) F04D 29/56(2006.0。

2、1) (54)发明名称 高压压气机可调静叶打开裕度测量试验方 法 (57)摘要 本公开的一方面涉及一种压气机的可调静 叶打开裕度测量试验方法， 可用于在高压压气机 部件性能试验中进行OpenBeta裕度测量。 所述 压气机包括两级或更多级可调静叶， 所述方法包 括调节压气机的转速并使所述压气机的所述两 级或更多级可调静叶中每一级可调静叶的角度 随所述转速自动控制； 调节所述压气机的压比至 共同工作线压比并调节所述压气机的级间引气 至设计引气量； 固定所述压气机的转速或所述两 级或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另 一者， 直至所述压气机进喘； 以及基于所述压气 机进喘时可调静叶的实际角度。

3、与进喘转速下的 设计角度， 计算所述压气机的可调静叶打开裕 度。 权利要求书3页 说明书11页 附图5页 CN 112128133 A 2020.12.25 CN 112128133 A 1.一种压气机的可调静叶打开裕度测量试验方法， 所述压气机包括两级或更多级可调 静叶， 所述方法包括： 调节压气机的转速并使所述压气机的所述两级或更多级可调静叶中每一级可调静叶 的角度随所述转速自动控制； 调节所述压气机的压比至共同工作线压比并调节所述压气机的级间引气至设计引气 量； 固定所述压气机的转速或所述两级或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另一 者， 直至所述压气机进喘； 以及 基于所述压气机进。

4、喘时可调静叶的实际角度与进喘转速下的设计角度， 计算所述压气 机的可调静叶打开裕度。 2.如权利要求1所述的方法， 其中， 调节所述压气机的转速包括将所述压气机的转速调 节至降转起始转速； 并且 固定所述压气机的转速或所述两级或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另一者 包括： 固定所述两级或更多级可调静叶的角度， 并递减地调节所述压气机的转速。 3.如权利要求2所述的方法， 其中， 递减地调节所述压气机的转速包括： 每次对所述压 气机的转速进行固定百分比的降转。 4.如权利要求1所述的方法， 进一步包括： 当所述压气机进喘， 确定所述压气机的进喘转速是否小于试验目标转速； 若所述压气机的进。

5、喘转速小于或等于所述目标转速， 则确定在所述压气机的转速处于 所述进喘转速与目标转速之间时， 所述压气机的可调静叶打开裕度均达到要求； 否则 若所述压气机的进喘转速大于所述目标转速， 则确定在所述压气机的转速处于所述进 喘转速与目标转速之间时， 所述压气机的可调静叶打开裕度均未达到要求。 5.如权利要求2所述的方法， 其中， 基于所述压气机进喘时可调静叶的实际角度与进喘 转速下的设计角度， 计算所述压气机的可调静叶打开裕度包括： 根据可调静叶调节规律， 确定所述两级或更多级可调静叶在进喘转速下的设计角度； 确定所述两级或更多级可调静叶在所述降转起始转速下的设计角度； 以及 将所述进喘转速下的设。

6、计角度与所述降转起始转速下的设计角度的差值作为所述进 喘转速的可调静叶打开裕度。 6.如权利要求5所述的方法， 其中， 所述降转起始转速基于所述压气机的目标转速、 可 调静叶打开裕度要求、 以及所述可调静叶调节规律反算。 7.如权利要求1所述的方法， 其中， 调节所述压气机的转速包括将所述压气机的转速调 节至试验目标转速； 并且 固定所述压气机的转速或所述两级或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另一者 包括： 将所述压气机的转速固定在所述试验目标转速， 并调节所述两级或更多级可调静叶的 角度。 8.如权利要求7所述的方法， 其中， 所述两级或更多级可调静叶至少包括进口可调导叶 以及第一级可。

7、调静叶， 并且 权利要求书 1/3 页 2 CN 112128133 A 2 调节所述两级或更多级可调静叶的角度包括： 以所述第一级可调静叶作为主调级来对所述进口可调导叶以及其他各级可调静叶的 角度进行联调。 9.如权利要求8所述的方法， 其中， 调节所述两级或更多级可调静叶的角度进一步包 括： 每次逐步地改变所述第一级可调静叶打开的角度， 并相应地对所述进口可调导叶以及 其他各级可调静叶的角度进行联调。 10.如权利要求9所述的方法， 进一步包括： 根据可调静叶调节规律， 得到所述进口可调导叶以及其他各级可调静叶各自与所述第 一级可调静叶的角度关系； 其中， 以所述第一级可调静叶作为主调级来。

8、对所述进口可调导叶以及其他各级可调静 叶的角度进行联调包括： 基于所述第一级可调静叶的当前角度， 按照所述角度关系确定所述进口可调导叶以及 其他各级可调静叶各自所需联调的角度； 以及 基于所述进口可调导叶以及其他各级可调静叶各自所需联调的角度， 调节所述进口可 调导叶以及其他各级可调静叶。 11.如权利要求7所述的方法， 其中， 基于所述压气机进喘时可调静叶的实际角度与进 喘转速下的设计角度， 计算所述压气机的可调静叶打开裕度包括： 将所述两级或更多级可调静叶在所述试验目标转速下的设计角度与所述压气机进喘 时所述两级或更多级可调静叶的实际角度的差值作为所述试验目标转速下的可调静叶打 开裕度。 。

9、12.如权利要求1所述的方法， 进一步包括： 在固定所述压气机的转速或所述两级或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另一 者时， 记录所述压气机的稳态数据， 所述稳态数据至少包括所述压气机的转速和所述两级 或更多级可调静叶的角度。 13.如权利要求1所述的方法， 进一步包括： 当所述压气机进喘时， 立即执行退喘操作， 所述退喘操作包括以下任何一者或其组合： (i) 增大排气阀门开度； (ii) 将所述两级或更多级可调静叶恢复至设计角度； 以及 (iii) 使引气阀门全开。 14.如权利要求1所述的方法， 其中， 使所述压气机的所述两级或更多级可调静叶中每 一级可调静叶的角度随所述转速自动控制。

10、包括： 实时测量所述压气机的物理转速、 进口温度； 基于所述物理转速、 进口温度以及参考温度、 设计转速确定所述压气机的相对转换速 率； 基于可调静叶调节规律和所述相对换算速率， 确定所述两级或更多级可调静叶各自的 设定角度。 15.如权利要求1所述的方法， 其中， 所述两级或更多级可调静叶中每一级可调静叶的 角度通过单级闭环控制来调节， 其中所述单级闭环控制包括： 权利要求书 2/3 页 3 CN 112128133 A 3 基于该级可调静叶角度的设定值、 该级可调静叶的初始角度以及控制速率来确定该级 可调静叶的控制目标； 基于所述控制目标， 通过采用比例-积分-微分PID算法来确定控制输出。

11、值； 基于所述控制输出值， 执行对该级可调静叶的角度的控制； 通过角位移传感器测量该级可调静叶的当前角度； 基于该级可调静叶的当前角度与控制目标的差值， 修正所述控制目标； 以及 继续执行对该级可调静叶的角度的控制， 直至所述差值小于等于可调静叶角度偏差阈 值。 16.如权利要求15所述的方法， 其中， 每一级可调静叶的角位移传感器包括至少四个角 位移传感器， 并且所述方法进一步包括， 当所述至少四个角位移传感器中有一角位移传感 器与其余角位移传感器的测量平均值的偏差超过偏差阈值时： 将该级可调静叶锁定在当前角度； 禁用偏差超过所述偏差阈值的角位移传感器； 以及 解除对该级可调静叶的锁定。 权。

12、利要求书 3/3 页 4 CN 112128133 A 4 高压压气机可调静叶打开裕度测量试验方法 技术领域 0001 本申请一般涉及高压压气机， 尤其涉及可调静叶 （VSV） Open -Beta裕度测量。 0002 背景技术 0003 压气机， 以燃气涡轮发动机中的轴流式高压压气机为例， 喘振是压气机的一种气 动失稳现象， 压气机发生喘振时， 气流沿压气机轴线方向发生的低频率、 高振幅的振荡。 对 于发动机整机而言， 压气机的喘振一方面直接导致发动机失去推力， 另一方面导致发动机 振动以及叶片动应力的大幅度增大， 对发动机造成严重损伤。 为了提升压气机的喘振裕度， 压气机一般采用多级可调静。

13、叶， 在不同转速下通过改变可调静叶的角度， 实现压气机喘振 裕度的提升。 可调静叶角度与转速的关系称为可调静叶调节规律， 在压气机设计阶段初步 确定， 并通过压气机性能进行优化， 综合考量压气机的效率与喘振裕度， 得到最优的调节规 律。 0004 然而， 发动机工作时， 若压气机的可调静叶角度偏离调节规律， 会使压气机的喘振 裕度发生改变， 当偏离达到一定程度时将导致压气机喘振。 例如飞机飞行过程中， 若发动机 进口温度突然降低 （如发动机吸雨） ， 在物理转速不变的情况下， 会导致相对换算转速瞬间 升高， 而发动机的控制系统是基于相对换算转速控制可调静叶角度， 因此控制系统会控制 作动装置打。

14、开可调静叶， 从而导致可调静叶角度偏离调节规律。 此外， 机械结构上的偏差以 及控制系统的误差等因素也可能导致可调静叶角度偏离调节规律。 为此，航空发动机适航 规定 将高压压气机可调静叶角度相对于调节规律打开的裕度 （以下简称Open-Beta裕度） 作为适航考核指标之一， 要求在发动机适航取证阶段进行试验验证。 但是， 发动机在整机试 验过程中发生喘振的危害性很大， 此外， 一旦试验结果达不到预期指标， 将对发动机的适航 取证周期造成严重影响。 0005 因此， 在高压压气机部件研制阶段开展Open-Beta裕度测量试验进行预验证， 对于 降低试验风险、 支撑整机适航试验具有重要意义。 00。

15、06 然而， 现有技术中缺乏在高压压气机部件性能试验中进行Open-Beta裕度测量的 试验方法。 0007 发明内容 0008 本公开的一方面涉及一种压气机的可调静叶打开裕度测量试验方法， 所述压气机 包括两级或更多级可调静叶， 所述方法包括调节压气机的转速并使所述压气机的所述两级 或更多级可调静叶中每一级可调静叶的角度随所述转速自动控制； 调节所述压气机的压比 至共同工作线压比并调节所述压气机的级间引气至设计引气量； 固定所述压气机的转速或 所述两级或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另一者， 直至所述压气机进喘； 以及基 于所述压气机进喘时可调静叶的实际角度与进喘转速下的设计角度， 。

16、计算所述压气机的可 说明书 1/11 页 5 CN 112128133 A 5 调静叶打开裕度。 0009 根据一些示例性实施例， 调节所述压气机的转速包括将所述压气机的转速调节至 降转起始转速； 并且固定所述压气机的转速或所述两级或更多级可调静叶的角度中的一 者， 并调节另一者包括固定所述两级或更多级可调静叶的角度， 并递减地调节所述压气机 的转速。 0010 根据进一步的示例性实施例， 递减地调节所述压气机的转速包括每次对所述压气 机的转速进行固定百分比的降转。 0011 根据一些示例性实施例， 该方法进一步包括当所述压气机进喘， 确定所述压气机 的进喘转速是否小于试验目标转速； 若所述压。

17、气机的进喘转速小于或等于所述目标转速， 则确定在所述压气机的转速处于所述进喘转速与目标转速之间时， 所述压气机的可调静叶 打开裕度均达到要求； 否则若所述压气机的进喘转速大于所述目标转速， 则确定在所述压 气机的转速处于所述进喘转速与目标转速之间时， 所述压气机的可调静叶打开裕度均未达 到要求。 0012 根据进一步的示例性实施例， 基于所述压气机进喘时可调静叶的实际角度与进喘 转速下的设计角度， 计算所述压气机的可调静叶打开裕度包括根据可调静叶调节规律， 确 定所述两级或更多级可调静叶在进喘转速下的设计角度； 确定所述两级或更多级可调静叶 在所述降转起始转速下的设计角度； 以及将所述进喘转速。

18、下的设计角度与所述降转起始转 速下的设计角度的差值作为所述进喘转速的可调静叶打开裕度。 0013 根据进一步的示例性实施例， 所述降转起始转速基于所述压气机的目标转速、 可 调静叶打开裕度要求、 以及所述可调静叶调节规律反算。 0014 根据一些示例性实施例， 调节所述压气机的转速包括将所述压气机的转速调节至 试验目标转速； 并且固定所述压气机的转速或所述两级或更多级可调静叶的角度中的一 者， 并调节另一者包括将所述压气机的转速固定在所述试验目标转速， 并调节所述两级或 更多级可调静叶的角度。 0015 根据进一步的示例性实施例， 所述两级或更多级可调静叶至少包括进口可调导叶 以及第一级可调静。

19、叶， 并且调节所述两级或更多级可调静叶的角度包括以所述第一级可调 静叶作为主调级来对所述进口可调导叶以及其他各级可调静叶的角度进行联调。 0016 根据进一步的示例性实施例， 调节所述两级或更多级可调静叶的角度进一步包括 每次逐步地改变所述第一级可调静叶打开的角度， 并相应地对所述进口可调导叶以及其他 各级可调静叶的角度进行联调。 0017 根据进一步的示例性实施例， 该方法进一步包括根据可调静叶调节规律， 得到所 述进口可调导叶以及其他各级可调静叶各自与所述第一级可调静叶的角度关系； 其中， 以 所述第一级可调静叶作为主调级来对所述进口可调导叶以及其他各级可调静叶的角度进 行联调包括基于所述。

20、第一级可调静叶的当前角度， 按照所述角度关系确定所述进口可调导 叶以及其他各级可调静叶各自所需联调的角度； 以及基于所述进口可调导叶以及其他各级 可调静叶各自所需联调的角度， 调节所述进口可调导叶以及其他各级可调静叶。 0018 根据进一步的示例性实施例， 基于所述压气机进喘时可调静叶的实际角度与进喘 转速下的设计角度， 计算所述压气机的可调静叶打开裕度包括将所述两级或更多级可调静 叶在所述试验目标转速下的设计角度与所述压气机进喘时所述两级或更多级可调静叶的 说明书 2/11 页 6 CN 112128133 A 6 实际角度的差值作为所述试验目标转速下的可调静叶打开裕度。 0019 根据一些。

21、示例性实施例， 该方法进一步包括在固定所述压气机的转速或所述两级 或更多级可调静叶的角度中的一者， 并调节另一者时， 记录所述压气机的稳态数据， 所述稳 态数据至少包括所述压气机的转速和所述两级或更多级可调静叶的角度。 0020 根据一些示例性实施例， 该方法进一步包括当所述压气机进喘时， 立即执行退喘 操作， 所述退喘操作包括以下任何一者或其组合： (i) 增大排气阀门开度； (ii) 将所述两 级或更多级可调静叶恢复至设计角度； 以及(iii) 使引气阀门全开。 0021 根据一些示例性实施例， 使所述压气机的所述两级或更多级可调静叶中每一级可 调静叶的角度随所述转速自动控制包括实时测量所。

22、述压气机的物理转速、 进口温度； 基于 所述物理转速、 进口温度以及参考温度、 设计转速确定所述压气机的相对转换速率； 基于可 调静叶调节规律和所述相对换算速率， 确定所述两级或更多级可调静叶各自的设定角度。 0022 根据一些示例性实施例， 所述两级或更多级可调静叶中每一级可调静叶的角度通 过单级闭环控制来调节， 其中所述单级闭环控制包括基于该级可调静叶角度的设定值、 该 级可调静叶的初始角度以及控制速率来确定该级可调静叶的控制目标； 基于所述控制目 标， 通过采用比例-积分-微分PID算法来确定控制输出值； 基于所述控制输出值， 执行对该 级可调静叶的角度的控制； 通过角位移传感器测量该级。

23、可调静叶的当前角度； 基于该级可 调静叶的当前角度与控制目标的差值， 修正所述控制目标； 以及继续执行对该级可调静叶 的角度的控制， 直至所述差值小于等于可调静叶角度偏差阈值。 0023 根据进一步的示例性实施例， 每一级可调静叶的角位移传感器包括至少四个角位 移传感器， 并且所述方法进一步包括， 当所述至少四个角位移传感器中有一角位移传感器 与其余角位移传感器的测量平均值的偏差超过偏差阈值时： 将该级可调静叶锁定在当前角 度； 禁用偏差超过所述偏差阈值的角位移传感器； 以及解除对该级可调静叶的锁定。 0024 本公开还包括其他相关方面。 0025 附图说明 0026 图1示出了根据本公开的一。

24、方面的可调静叶的常规控制原理。 0027 图2示出了根据本公开的一方面的作动筒与可调静叶之间的机械连接结构的示 图。 0028 图3示出了根据本公开一方面的固定可调静叶角度降转试验方法的流程图。 0029 图4示出了根据本公开一方面的固定转速打开可调静叶试验方法的流程图。 0030 图5示出了根据本公开的示例性实施例的可调静叶单级闭环控制逻辑的示图。 0031 图6示出了可调静叶随相对换算转速自动控制逻辑的示意图。 0032 图7示出了以第一级可调静叶S1为主调级的联调控制逻辑的示图。 0033 图8示出了角位移传感器失效判定逻辑和保护系统的示图。 0034 具体实施方式 0035 图1示出了。

25、根据本公开的一方面的可调静叶组件系统100的常规控制原理的示图。 说明书 3/11 页 7 CN 112128133 A 7 如图1所示， 可调静叶组件系统100包括可调静叶5以及液压作动筒3， 可调静叶5通过液压作 动筒3驱动发生角位移。 液压作动筒3可以具有活塞， 活塞将作动筒内部分为第一腔室B以及 第二腔室A。 0036 图2示出了根据本公开的一方面的作动筒与可调静叶之间的机械连接结构200的 示图。 如图1和图2所示的， 活塞杆7通过拉杆8与联动环4连接， 联动环4通过摇臂与可旋转的 静叶5的叶柄相连， 最终实现将活塞的线性运动转化为静叶5的角向运动。 0037 参考图1， 压气机可调。

26、静叶组件系统100的控制系统一般通过控制器 （PLC） 2与伺服 阀1精准地控制液压作动筒3供油压力/流量， 从而驱动可调静叶5， 每级可调静叶一般配置 一个或多个 （例如， 1-4个） 角位移传感器6， 取平均值作为该级静叶角度的反馈值， 并发送至 控制器2形成闭环反馈控制。 伺服阀1例如可以是具有线性可变差动变压器 （LVDT） 的线性位 置反馈比例阀。 0038 针对不同转速的Open-Beta裕度测量， 本申请可包括固定可调静叶角度降转和固 定转速打开可调静叶等试验方法。 0039 图3示出了根据本公开一方面的固定可调静叶角度降转试验方法300的流程图。 方 法300可包括在框302，。

27、 调节压气机转速至降转的起始转速， 其中， 可调静叶的角度随相对换 算转速自动控制 （在后文中描述） 。 0040 由于试验前不确定降转过程中发生喘振的转速， 因此需要根据验证Open-Beta裕 度的目标转速与Open-Beta裕度要求以及调节规律反算降转的起始转速。 0041 例如， 假设验证Open-Beta裕度的目标转速为N1， Open-Beta裕度要求是第一级可 调静叶S1作为主调级联调打开X 。 基于此， 可以例如基于设计角度与X 之差来计算得到N1 转速可调静叶联调打开后的角度， 再根据该角度查调节规律得到对应的转速N0， 从而将N0 作为降转的起始转速。 0042 在框304。

28、， 方法300可包括调节压气机的压比至共同工作线压比， 并调节压气机级 间引气至设计引气量。 根据优选实施例， 因压气机压比调节与引气量调节相互影响， 为了减 少操作迭代， 引气量控制可使用自动控制模式。 即， 在调节压比过程中， 引气量可以自动跟 随调节。 0043 在框306， 方法300可包括固定可调静叶角度。 在本申请的可调静叶控制模式中， 例 如， 可以通过从可调静叶随相对换算转速自动控制模式切换至手动控制模式来实现固定可 调静叶角度。 0044 在框308， 方法300可包括调节压气机转速， 并录取稳态数据。 例如， 根据示例性实 施例， 压气机转速可以每次逐步地改变， 例如可以每。

29、次降低0.5%相对换算转速， 或每次降低 其他固定的变化量/百分比或可变的变化量/百分比。 例如， 根据至少一些示例性实施例， 压 气机转速每次降低的量可以逐步减小， 例如可以按等差或等比或其他关系或序列等逐渐减 小。 本公开在此方面不受限定。 0045 在框310， 方法300可包括确定压气机是否进喘。 若否， 则方法300回到框308， 重复 该步骤一次或多次直至压气机进喘。 数据采集系统在此降转过程中连续采集数据 （例如， 采 集频率可为10 Hz） ， 以更加准确的获取进喘时的相对换算转速。 另一方面， 若是， 则方法300 可去往框312。 0046 在框312， 方法300可包括在。

30、压气机进喘后立即执行退喘操作。 退喘操作可包括例 说明书 4/11 页 8 CN 112128133 A 8 如增加排气阀门的开度， 恢复可调静叶角度至设计角度， 引气阀门全开等， 或是上述各项操 作的组合。 0047 在本申请的可调静叶控制模式中， 例如， 从手动控制模式切换至可调静叶随相对 换算转速自动控制模式， 便可快速实现可调静叶角度与转速匹配。 0048 根据其他实施例， 对于排气阀门打开的开度， 为了规避压气机在堵点发生颤振的 风险， 不建议全开， 通常根据试验器调试阶段摸索的规律设定退喘时排气阀门打开的开度。 另一方面， 级间引气阀门可以全开， 其目的是增大压气机前面级流量， 改。

31、善攻角状态。 0049 为了简化试验操作， 同时保证压气机退喘时各级可调静叶角度快速恢复到设计角 度， 可以对可调静叶随相对换算转速进行自动控制。 例如， 可根据可调静叶调节规律， 在压 气机试验器控制系统中分别配置S0、 S1Sn各级可调静叶的角度与相对换算转速的关系； 在可调静叶随相对换算转速自动控制的模式下， 调节压气机转速时， 控制系统根据配置关 系及当前的相对换算转速插值计算各级可调静叶的设定值； 控制系统可以根据各级角度设 定值和角位移传感器测量的反馈值， 形成闭环控制。 0050 在框314， 方法300可包括确定进喘转速的Open-Beta裕度。 例如， 根据示例性实施 例， 。

32、可以根据压气机可调静叶调节规律得到进喘转速各级可调静叶的设计角度， 计算进喘 转速可调静叶设计角度与起始转速可调静叶设计角度的差值， 从而得到进喘转速的Open- Beta裕度。 0051 假设降转过程中压气机在N2转速发生喘振。 若N2N1， 则说明N1到N2转速范围内Open-Beta裕度均未达到要求。 0052 图3的固定可调静叶角度降转试验方法300一般较适用于进行压气机中低转速的 Open-Beta裕度测量。 该方法在降转时除了获得进喘转速的Open-Beta裕度， 还可验证部分 未进喘转速的Open-Beta裕度是否满足要求。 0053 图4示出了根据本公开一方面的固定转速打开可调。

33、静叶试验方法400的流程图。 方 法400可包括在框402， 调节压气机转速至测量Open-Beta裕度的目标转速， 其中， 可调静叶 随相对换算转速自动控制 （在后文中描述） 。 0054 在框404， 方法400可包括调节压气机的压比至共同工作线压比， 并调节压气机级 间引气至设计引气量。 0055 在框406， 方法400可包括以第一级可调静叶S1为主调级， 各级联调打开可调静叶， 并录取稳态数据。 0056 根据示例性实施例， 在本申请的可调静叶控制模式中， 通过从可调静叶随相对换 算转速控制模式切换至S1为主调级的联调控制模式， 可以在打开可调静叶时只调节S1角 度， 其他级自动联调。

34、。 0057 例如， 根据示例性实施例， S1打开的角度可以每次逐步地改变， 例如每次递增1 、 每次递减1 、 或每次递增/递减其他固定角度变化量或可变角度变化量。 例如， 根据至少一 些示例性实施例， S1打开的角度每次递增/递减的量可以逐步减小， 例如可以按等差或等比 或其他关系或序列等逐渐减小。 本公开在此方面不受限定。 0058 在可调静叶联调控制模式下， 输入或改变S1的角度设定值时， 压气机试验器控制 系统可以根据配置关系来计算 （例如， 插值） 其他各级可调静叶角度的设定值； 控制系统可 说明书 5/11 页 9 CN 112128133 A 9 以根据各级角度设定值和角位移传。

35、感器测量的反馈值， 形成闭环控制。 0059 在框408， 方法400可包括确定压气机是否进喘。 若否， 则方法400回到框406， 重复 该步骤一次或多次直至压气机进喘。 数据采集系统在此打开可调静叶过程中连续采集数据 （例如， 采集频率可为10 Hz） ， 以更加准确的获取进喘时的角度。 另一方面， 若是， 则方法400 可去往410。 0060 在框410， 方法400可包括在压气机进喘后立即执行退喘操作。 退喘操作可包括例 如增加排气阀门的开度， 恢复可调静叶角度至设计角度， 引气阀门全开等， 或是上述各项操 作的组合。 0061 在本申请的可调静叶控制模式中， 例如， 从手动控制模式。

36、切换至可调静叶随相对 换算转速自动控制模式， 便可快速实现可调静叶角度与转速匹配。 0062 根据其他实施例， 对于排气阀门打开的开度， 为了规避压气机在堵点发生颤振的 风险， 不建议全开， 通常根据试验器调试阶段摸索的规律设定退喘时排气阀门打开的开度。 另一方面， 级间引气阀门可以全开， 其目的是增大压气机前面级流量， 改善攻角状态。 0063 为了简化试验操作， 同时保证压气机退喘时各级可调静叶角度快速恢复到设计角 度， 可以对可调静叶随相对换算转速进行自动控制。 例如， 可根据可调静叶调节规律， 在压 气机试验器控制系统中分别配置S0、 S1Sn各级可调静叶的角度与相对换算转速的关系； 。

37、在可调静叶随相对换算转速自动控制的模式下， 调节压气机转速时， 控制系统根据配置关 系及当前的相对换算转速插值计算各级可调静叶的设定值； 控制系统可以根据各级角度设 定值和角位移传感器测量的反馈值， 形成闭环控制。 0064 在本申请的可调静叶控制模式中， 例如， 通过从S1为主调级的联调控制模式切换 至可调静叶随相对换算转速控制模式， 可快速使可调静叶恢复至设计角度。 0065 类似地， 根据其他实施例， 对于排气阀门打开的开度， 为了规避压气机在堵点发生 颤振的风险， 不建议全开， 通常根据试验器调试阶段摸索的规律设定退喘时排气阀门打开 的开度。 另一方面， 级间引气阀门可以全开， 其目的。

38、是增大压气机前面级流量， 改善攻角状 态。 0066 在框412， 方法400可包括计算该转速可调静叶设计角度与压气机进喘时可调静叶 角度的差值， 从而得到该转速的Open-Beta裕度。 0067 图4的固定转速打开可调静叶试验方法较适用于高转速的Open-Beta裕度测量， 其 可避免降转的起始转速超过压气机设计转速 （即， 超转） 的问题。 0068 本公开的上述各实施例及其变体涉及研究在高压压气机性能试验件上进行可调 静叶Open-Beta裕度测量的试验方法。 试验过程中涉及转速调节、 压比调节、 引气量调节、 可 调静叶角度控制、 退喘措施以及Open-Beta裕度计算等。 0069。

39、 为了模拟发动机整机上多级可调静叶联调的控制方式， 避免各级可调静叶角度调 节的不协调， 影响Open-Beta裕度测量结果， 在压气机试验件可调静叶单级调节的机械结构 上通过控制系统实现可调静叶的多级联调， 同时保证各级角度调节的同步性。 0070 图5示出了根据本公开的示例性实施例的可调静叶单级闭环控制逻辑500的示图。 可调静叶单级闭环控制逻辑500可包括VSV控制目标计算单元502、 PID控制机构504、 执行机 构506、 以及角位移传感器508。 0071 可调静叶角度设定值SP、 可调静叶初始角度P0以及控制速率ROC可被输入到VSV控 说明书 6/11 页 10 CN 112。

40、128133 A 10 制目标计算单元502。 VSV控制目标计算单元502可基于SP、P0和ROC来计算不同时刻可调静叶 的控制目标值S(t)。 例如， 可调静叶初始角度P0可以指在改变可调静叶角度设定值的那一 时刻， 可调静叶角度的测量值。 0072 根据示例性实施例， 若SPP0， 则S(t)可以在P0基础上根据控制速率ROC来增大， 直 至S(t)=SP或其差值的绝对值小于阈值。 例如， 根据一示例，S(t)=P0+ROC*t， 其中t表示时间， 直至S(t)=SP或其差值的绝对值小于阈值。 0073 另一方面， 若SPP0， 则S(t)可以在P0基础上根据控制速率ROC来降低， 直至。

41、S(t)=SP 或其差值的绝对值小于阈值。 例如， 根据一示例，S(t)=P0-ROC*t， 其中t表示时间， 直至S(t) =SP或其差值的绝对值小于阈值。 0074 根据一些示例性实施例， 为了避免角位移传感器失效导致控制失效， 每级可调静 叶周向可以安装不止一个 （例如， 4个） 角位移传感器， 作为冗余设置。 此外， 考虑可调静叶角 度周向不均匀的问题， 每级有不止一个角位移传感器亦可提高测量精度。 0075 VSV控制目标计算单元502输出的控制目标值S(t)可被输入到加法器503。 角位移 传感器508测量到的实时反馈值P(t)也可被输入到加法器503。 加法器503计算可通过将控。

42、 制目标值S(t)减去实时反馈值P(t)来计算可调静叶角度偏差值e(t)。 0076 PID控制机构504可基于可调静叶角度偏差值e(t)， 通过采用PID （比例-积分-微 分） 算法来计算控制输出值u(t)。 控制输出值u(t)可被输出至执行机构506。 0077 执行机构506例如可包括例如以上结合图1和图2描述的液压作动筒、 联动环等组 件， 其驱动叶柄旋转以实现可调静叶角度调整。 0078 根据示例性实施例， 当可调静叶角度偏差值e(t)小于等于阈值时， 可以停止控制。 0079 图6示出了可调静叶随相对换算转速自动控制逻辑600的示意图。 压气机可以包括 两级或更多级可调静叶。 0。

43、080 以压气机静叶5级可调为例， 可调静叶可包括S0、 S1、 S2、 S3、 和S4， 其中S0为进口可 调导叶， 亦称进口可调静叶或第0级可调静叶； 而S1 S4分别为第一级到第四级可调静叶。 然而， 本公开并不被限定于此， 而是可以有更多或更少的可调静叶级。 0081 根据示例性实施例， 相对换算转速自动控制逻辑600可以包括设定值计算单元602 和可调静叶闭环控制单元604。 0082 压气机相对换算转速NCR可被输入至设定值计算单元602。 根据示例性实施例， 压气 机相对换算转速NCR可被直接输入至相对换算转速自动控制逻辑600， 或者也可由相对换算 转速自动控制逻辑600基于根。

44、据实时测量的压气机物理转速、 压气机进口温度及参考温度、 压气机设计转速来计算。 0083 设定值计算单元602可以根据可调静叶调节规律及相对换算转速NCR来计算各级可 调静叶角度设定值。 0084 根据示例性实施例， 可调静叶调节规律可以被配置在压气机试验器控制系统中。 例如， 通常可以配置25组可调静叶角度值与相对换算转速值的关系， 这样可保证插值精度 在0.2 以内。 但本公开并不被限定于此。 0085 根据各级可调静叶角度设定值， 可调静叶闭环控制单元604可以用单级闭环控制 的方式控制各级可调静叶角度。 根据示例性实施例， 可调静叶闭环控制单元604可以包括与 每一级可调静叶可调静叶。

45、S0、 S1、 S2、 S3、 和S4相对应的单级闭环控制逻辑。 单级闭环控制逻 说明书 7/11 页 11 CN 112128133 A 11 辑可以如以上结合图5所描述的或是其变体， 其相应地驱动叶柄旋转以实现对本级可调静 叶的角度调整。 0086 根据示例性实施例， 为了保证各级可调静叶控制的同步性， 各级可调静叶的控制 速率ROC可以按照特定的比例进行设置， 该比例根据可调静叶调节规律计算。 0087 图6的可调静叶随相对换算转速自动控制逻辑600可以尤其适用于例如以上结合 图3描述的固定可调静叶角度降转试验方法等。 0088 图7示出了以第一级可调静叶S1为主调级的联调控制逻辑700。

46、的示图。 0089 以压气机静叶5级可调为例， 可调静叶可包括S0、 S1、 S2、 S3、 和S4， 其中S0为进口可 调导叶， 亦称进口可调静叶或第0级可调静叶； 而S1 S4分别为第一级到第四级可调静叶。 0090 应注意， 在图7的示例中以压气机静叶5级可调为例， 其中S1为主调级的联调控制 逻辑。 然而， 本公开并不被限定于此， 而是可以有更多或更少的可调静叶级， 并且主调级也 不限于是S1。 0091 根据示例性实施例， 以第一级可调静叶S1为主调级的联调控制逻辑700可以包括 设定值计算单元702和可调静叶闭环控制单元704。 0092 根据可调静叶调节规律， 可以得到S0、 S。

47、2、 S3、 S4的角度与S1的角度的关系。 根据示 例性实施例， 可以将其他各个可调静叶级与S1的角度关系分别配置在设定值计算单元702 中。 0093 设定值计算单元702可以根据上述配置关系以及所输入的S1的角度设定值， 来计 算S0、 S2、 S3、 S4的角度设定值。 0094 根据各级可调静叶角度设定值， 可调静叶闭环控制单元704以单级闭环控制的方 式控制各级可调静叶角度， 通过控制速率的比例保证各级的同步联动。 单级闭环控制逻辑 可以如以上结合图5所描述的或是其变体， 其相应地驱动叶柄旋转以实现对本级可调静叶 的角度调整。 0095 图7的以第一级可调静叶S1为主调级的联调控制。

48、逻辑700可以尤其适用于例如以 上结合图4描述的固定转速打开可调静叶试验方法等。 0096 图8示出了角位移传感器失效判定逻辑和保护系统800的示图。 角位移传感器可以 包括以上结合图1描述的角位移传感器6、 和/或结合图5描述的角位移传感器508等。 0097 如前所述， 每级可调静叶810一般配置一组一个或多个 （例如， 1-4个） 角位移传感 器808， 取平均值作为该级静叶角度的反馈值， 并发送至角位移传感器失效判定逻辑和保护 系统800以形成闭环反馈控制。 0098 根据示例性实施例， 角位移传感器失效判定逻辑和保护系统800可以包括角位移 传感器失效判定单元802、 可调静叶锁定/。

49、解锁单元804、 以及角位移传感器启用/禁用单元 806。 0099 根据示例性实施例， 若一级角位移传感器808中的某个角位移传感器测量值与该 组中其余几个角位移传感器测量平均值的偏差超过偏差阈值 （例如， 5 ） ， 则角位移传感器 失效判定单元802可以判定该角位移传感器失效， 并向可调静叶锁定/解锁单元804和角位 移传感器启用/禁用单元806通知该角位移传感器失效的情况。 出现此类角位移传感器失效 时， 可调静叶锁定/解锁单元804可以将该级可调静叶810锁定在当前角度。 角位移传感器启 用/禁用单元806可以禁用失效的角位移传感器以使其测量值不再参与平均值计算。 角位移 说明书 8。

50、/11 页 12 CN 112128133 A 12 传感器启用/禁用单元806可以自动或半自动地禁用失效的角位移传感器， 也可以由操作人 员通过控制系统界面来手动禁用失效的角位移传感器。 此后， 可调静叶锁定/解锁单元804 可以解除该级可调静叶810的角度锁定。 0100 本公开的实施例可以通过相应的方法、 装置、 设备以及程序 （例如， 存储在计算机 可读介质上， 并可由处理器执行的程序） 等来实现。 包含或实现本公开的实施例的方法、 装 置、 设备等可以通过软件、 硬件、 或固件等形式来实现， 这些均在本公开的范围之内。 当采用 软件或固件等形式来实现时， 相应的程序代码可被存储在软盘。