阅读说明：本技术 用于推进器反馈环位置检测的系统和方法 (System and method for propeller feedback loop position detection ) 是由 J.E.马龙 I.法雷尔 于 2019-06-27 设计创作，主要内容包括：提供了一种用于确定飞行器发动机的推进器的反馈环的位置的系统和方法。反馈环联接到推进器以与推进器一起旋转并且随着叶片角的调节而沿纵向轴线移位。接合构件配置成接合反馈环并且随着反馈环的移位而沿基本上平行于纵向轴线的纵向方向移位。传感器包括联接到发动机的第一构件和联接到接合构件的第二构件。当接合构件移位时,第二构件可沿纵向方向相对于第一构件移动。传感器产生指示第二构件相对于第一构件的纵向位置的信号。控制器从而传感器信号确定反馈环的轴向位置。(A system and method for determining a position of a feedback loop of a propeller of an aircraft engine is provided. The feedback loop is coupled to the propeller to rotate with the propeller and to displace along the longitudinal axis as the blade angle is adjusted. The engagement member is configured to engage the feedback loop and displace in a longitudinal direction substantially parallel to the longitudinal axis with displacement of the feedback loop. The sensor includes a first member coupled to the engine and a second member coupled to the engagement member. When the engagement member is displaced, the second member is movable in the longitudinal direction relative to the first member. The sensor generates a signal indicative of a longitudinal position of the second member relative to the first member. The controller determines the axial position of the feedback loop from the sensor signal.)

用于推进器反馈环位置检测的系统和方法

技术领域

本申请大体涉及用于飞行器发动机的推进器反馈系统，并且更特别地，涉及用于检测反馈环位置的系统和方法。

背景技术

一些飞行器发动机具有带可变螺距的推进器，可变螺距被称为推进器叶片（或贝塔）角。在这种发动机中，贝塔角的精确控制对于正确的发动机操作是重要的。例如，对贝塔角的控制可允许根据需要的发动机功率设定点来控制叶片角。叶片角的精确测量还确保不会无意地命令推进器过渡到低贝塔角或反向贝塔角，低贝塔角或反向贝塔角将会导致飞行器的潜在严重故障状况。

可使用各种方法来测量叶片角。一种这样的方法涉及使用反馈环，该反馈环被安装成用于与推进器一起旋转并且可随着叶片角的调节而轴向移动。特别地，叶片角可从测量反馈环的轴向位移获得。然而，测量该位移的现有器件具有缺点，缺点包括它们易受磁噪声的影响。

因此，存在对用于确定推进器的反馈环的位置的系统和方法的需求。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于飞行器发动机的推进器的反馈环位置检测系统。推进器可围绕纵向轴线旋转并且具有可调节的叶片角。该系统包括：反馈环，该反馈环联接到推进器以与推进器一起旋转并且随着叶片角的调节而沿纵向轴线移位；接合构件，其配置成接合反馈环并且随着反馈环的移位而沿基本上平行于纵向轴线的纵向方向移位；传感器，其包括联接到飞行器发动机的第一构件和联接到接合构件的第二构件，第一构件是固定的，并且第二构件在接合构件移位时可沿纵向方向相对于第一构件移动，传感器配置成产生指示第二构件相对于第一构件的纵向位置的传感器信号；控制器，其配置成接收传感器信号并基于第二构件相对于第一构件的纵向位置确定反馈环沿纵向轴线的轴向位置。

在一些实施例中，反馈环具有围绕其周向部分形成的通道。

在一些实施例中，接合构件配置成被保持在通道中。

在一些实施例中，通道是U形的并且接合构件是块。

在一些实施例中，传感器是线性可变差动变压器，第一构件包括多个螺线管线圈并且第二构件包括铁磁芯。

在一些实施例中，第一构件固定到飞行器发动机的齿轮箱。

在一些实施例中，传感器配置成产生指示第二构件相对于第一构件的参考位置的纵向位移的传感器信号。

根据一个方面，提供了一种飞行器发动机。飞行器发动机包括：推进器，其可围绕纵向轴线旋转并且具有叶片，所述叶片具有可调节的叶片角；反馈环，其联接到推进器以与推进器一起旋转并随着叶片角的调节而沿纵向轴线移位；接合构件，其配置成接合反馈环并随着反馈环的移位而沿基本上平行于纵向轴线的纵向方向移位；传感器，其包括联接到飞行器发动机的第一构件和联接到接合构件的第二构件，第一构件是固定的并且第二构件在接合构件移位时可沿纵向方向相对于第一构件移动，传感器配置成产生指示第二构件相对于第一构件的纵向位置的传感器信号；以及控制器，其配置成接收传感器信号并基于第二构件相对于第一构件的纵向位置确定反馈环沿纵向轴线的轴向位置。

在一些实施例中，反馈环具有围绕其周向部分形成的通道。

在一些实施例中，接合构件配置成被保持在通道中。

在一些实施例中，通道是U形的并且接合构件是块。

在一些实施例中，传感器是线性可变差动变压器，第一构件包括多个螺线管线圈并且第二构件包括铁磁芯。

在一些实施例中，第一构件固定到飞行器发动机的齿轮箱。

在一些实施例中，传感器配置成产生指示第二构件相对于第一构件的参考位置的纵向位移的传感器信号。

根据一个方面，一种用于确定飞行器发动机的推进器的反馈环的轴向位置的方法。推进器可围绕纵向轴线旋转并且具有可调节的叶片角。该方法包括：使可移动传感器构件相对于固定传感器构件移位，固定传感器构件联接到飞行器发动机，并且可移动传感器构件在反馈环沿纵向轴线移位时可沿基本上平行于纵向轴线的纵向方向相对于固定传感器构件移位；接收指示可移动传感器构件相对于固定传感器构件的纵向位置的传感器信号；以及，基于如从传感器信号获得的可移动传感器构件相对于固定传感器构件的纵向位置，确定反馈环沿纵向轴线的轴向位置。

在一些实施例中，传感器信号指示可移动传感器构件相对于固定传感器构件的参考位置的纵向位移。

在一些实施例中，基于可移动传感器构件相对于固定传感器构件的参考位置的纵向位移来确定反馈环的轴向位置。

在一些实施例中，使可移动传感器构件相对于固定传感器构件移位包括：使可移动传感器构件相对于固定传感器构件的参考位置移位，可移动传感器构件包括线性可变差动变压器的铁磁芯，固定传感器构件包括线性可变差动变压器的多个螺线管线圈。

附图说明

现参考附图，其中：

图1是燃气涡轮发动机的示意性横截面图；

图2是根据说明性实施例的包括减速齿轮箱的推进器组件的示意性横截面图示；

图3是根据说明性实施例的包括反馈环的推进器组件的示意性图示；

图4A是根据说明性实施例的推进器组件的示意性图示，该推进器组件包括图2的减速齿轮箱、图3的反馈环和用于测量反馈环的位置的传感器；

图4B、4C和4D是示出图4A的反馈环和传感器的纵向移动的示意图；

图5是根据说明性实施例的用于确定反馈环的轴向位置的方法的流程图；以及

图6是根据实施例的用于实施图5的方法的示例计算系统的框图。

具体实施方式

图1图示了通常设置成用于亚音速飞行的类型的燃气涡轮发动机10，其包括入口12，环境空气通过入口12被推进；用于对空气进行加压的压缩机部分14；燃烧室16，其中，经压缩的空气与燃料混合并被点燃以用于产生热燃烧气体的环形流；以及涡轮部分18，其用于从燃烧气体提取能量。涡轮部分18说明性地包括驱动压缩机组件和附件的压缩机涡轮20，以及至少一个动力或自由涡轮22，动力或自由涡轮22独立于压缩机涡轮20并且通过减速齿轮箱26围绕纵向推进器轴轴线A旋转地驱动转子轴24。热气体然后可通过排气短管28排出。发动机10的气体发生器说明性地包括压缩机部分14、燃烧室16和涡轮部分18。呈推进器（环境空气通过其被推进）形式的转子30被承载在推进器毂32中。转子30可例如包括固定翼飞行器的推进器或诸如直升机的旋翼飞行器的主（或尾）转子。转子30可包括多个周向布置的叶片，所述叶片连接到毂或任何合适的器件并从其径向延伸。叶片还可以通过多个叶片角围绕其自身的径向轴线旋转，这些叶片角可以改变以实现诸如顺桨、完全反向和向前推力的操作模式。

如图2所描绘的，转子30是推进器组件36的一部分。转子30通过安装法兰40安装到推进器轴38。推进器轴38被接收在减速齿轮箱26中。减速齿轮箱26从输入轴44接收动力，输入轴44旋转并通过齿轮系46驱动推进器轴38。推进器轴38和转子30围绕纵向推进器轴线A旋转。如本文所使用的，参考纵向方向指的基本上平行于纵向推进器轴线A的方向。齿轮系46可减小角速度，使得转子30以比输入轴44更低的速度转动。如所描绘的，齿轮系46包括两组减速齿轮。然而，齿轮系46可以具有任何数量的减速齿轮。替代地或另外地，齿轮系46可包括一个或多个行星齿轮组。减速齿轮箱26具有带有前壁50的壳体48。推进器轴38通过前壁50中的开口被接收并由轴承52承载，轴承52固定传动轴38相对于壳体48的纵向位置。减速齿轮箱26可根据实际的实施方式而变化。

如图3中所描绘的，推进器30包括多个成角度地布置的叶片110，每个叶片110可通过多个可调节的叶片角围绕径向延伸的轴线R旋转，叶片角是推进器叶片部分的弦线（即，在叶片的前缘与后缘之间绘制的线）与垂直于推进器旋转轴线的平面之间的角。推进器30可以是具有多种操作模式的反向推进器30，所述操作模式诸如是顺桨、全反向和向前推力。在一些操作模式中，诸如顺桨，叶片角为正。推进器30可以以反向模式操作，其中叶片角为负。

反馈环104被支撑以用于与推进器30一起旋转，推进器30围绕纵向轴线A旋转。反馈环104是环形的并且可被称为贝塔环或贝塔反馈环。反馈环104也（例如通过支撑构件）被支撑以用于沿纵向轴线A纵向滑动移动，所述支撑构件诸如是沿纵向轴线A延伸的一系列周向隔开的贝塔反馈杆106。压缩弹簧108包围每个杆106的端部。反馈环104被安装成在推进器叶片的贝塔角被调节时沿纵向方向移位。具体地，贝塔角的调节引起杆106基本上平行于轴线A的对应轴向移动，并因此引起反馈环104基本上平行于轴线A的对应轴向移动。相反地，贝塔角的沿第一方向的调节使反馈环104向前移动（例如，朝向推进器30），并且贝塔角的沿相反方向的调节使反馈环104向后移动（例如，远离推进器30）。在示例中，当叶片110处于其最小（或最负）贝塔角处时，杆106和反馈环104移动到最大向前位置，并且当叶片110处于其最大（或最正）贝塔角处时，杆106和反馈环104移动到最大向后位置。将显而易见的是，在其他实施例中，该取向可以相反。反馈环104可用于从反馈环104沿轴线A的轴向位置提供叶片（或贝塔）角位置反馈。

另外参考图4A，传感器200被用于确定反馈环104的轴向位置。传感器200包括第一构件202和第二构件204，这两者都沿纵向方向延伸。第一构件202说明性地是固定的，并且第二构件204可沿纵向方向移位并且可相对于第一构件202移动。第一构件202以任何合适的方式联接到发动机10。在所图示的实施例中，第一构件202固定到齿轮箱26。传感器200配置成使得当反馈环104沿纵向轴线A移动时，第二构件204可沿纵向方向相对于第一构件202移动。例如，第一构件202可包括管，并且第二构件204可包括臂部（例如，杆、轴、棒等）。该臂部可配置成被接收在管中并且在反馈环104沿轴线A移位时可沿纵向方向移位、进出管。

传感器200产生指示第二构件204相对于第一构件202的纵向位置的信号。因此，该信号可指示第二构件204相对于第一构件202的参考位置的纵向位移。参考位置可以是任意参考位置。当第二构件204的位置与第一构件202的任意参考位置对准时，由传感器200产生的信号指示没有位移。当第二构件204从第一位置移动到第二位置时，响应于反馈环104沿纵向轴线A的位移，传感器200产生指示该第二位置并因此指示第二构件204相对于第一构件202的参考位置的位移的信号。应当理解的是，第二构件204可沿纵向方向轴向移位，以便定位在除第一和第二位置之外的多个位置中。

第二构件204联接到接合构件210，接合构件210配置成接合反馈环104。第二构件204可通过任何合适的机构联接到接合构件210。例如，在所图示的实施例中，紧固件212被用于将第二构件204联接到接合构件210。紧固件212可以是销、螺钉、螺栓等。

根据实施例，反馈环104已围绕其周向部分形成通道220，通道220配置成保持接合构件210。在所图示的实施例中，通道220是U形的。然而，通道220的配置可根据实际的实施方式而变化。接合构件210是环接合构件，其配置成与反馈环104一起沿纵向轴线A移动，并且当反馈环104旋转时，接合构件210依然保持在通道220中。接合构件210可由任何合适的（一种或多种）材料制成。在一些实施例中，接合构件210是块。根据实施方式的具体和非限制性示例，该块由碳制成。

计算装置400连接到传感器200，以用于接收由传感器200产生的信号。计算装置400可以被称为控制器。计算装置400配置成从由传感器200产生的信号确定反馈环的轴向位置。如本文件中其他地方所描述的，传感器信号指示第二构件204相对于第一构件202的位置。因此，可以从传感器信号确定反馈环104沿纵向轴线A的轴向位置。例如，当第二构件204处于第一位置处并与第一构件202的参考位置对准时（即，第二构件204相对于第一构件202的参考位置没有位移），这对应于反馈环104的第一轴向位置。当第二构件204处于对应于第二构件204相对于第一构件202的参考位置的给定位移的第二位置处时，这对应于反馈环的第二轴向位置。因此，第二构件204相对于第一构件202的参考位置的位移之间的关系可用于确定反馈环的轴向位置。例如，可使用查找表、公式或方程式等从第二构件204相对于第一构件202的参考位置的位移来确定反馈环的轴向位置。

可基于发动机和/或本文描述的各种部件的已知几何形状来确定反馈环104的位置。例如，传感器200相对于推进器面基准位置（例如，图3中由轴线R限定的位置）的位置可用于提供恒定值（例如，推进器面基准位置与传感器200之间的距离）。可将第二构件204相对于第一构件202的参考位置的所测量的位移加到所述恒定值以确定反馈环104的位置。在一些实施例中，当存在反馈环的可重复起始位置时，相对移动可用于确定反馈环104的位置。反馈环的给定轴向位置对应于给定的叶片角，并且因此叶片角可通过计算装置400从反馈环104的轴向位置得到确定。在本文件的其他地方进一步详细描述了计算装置400的配置。

在一些实施例中，传感器200是线性可变差动变压器（LVDT）。第一构件202可包括三个螺线管线圈，并且第二构件204可包括柱形铁磁芯。三个螺线管线圈可以围绕管放置。所述芯可以附接到臂部（例如，杆、轴、棒等），并且臂部可联接到接合构件210。三个螺线管线圈包括中心线圈和两个外部线圈，中心线圈是初级线圈，两个外部线圈是顶部和底部次级线圈。所述芯配置成沿轴线A滑动，并且可配置成移动进入和离开所述三个螺线管线圈围绕其缠绕的管。交流电驱动初级线圈并在每个次级线圈中感生电压，该电压与关联到次级线圈的芯的长度成比例。当芯移动时，初级线圈与两个次级线圈的关联改变并使感生电压改变。在该实施例中，由传感器200产生的信号是输出电压，该输出电压是顶部二次电压与底部二次电压之间的差。输出电压根据第二构件204相对于第一构件202的位置而变化。例如，输出电压的值可随着第二构件204相对于第一构件202的参考位置的轴向位移的变化量线性地变化。因此，输出电压的给定值可对应于反馈环104的给定轴向位置。

参考图4B、4C和4D，示例图示了反馈环104和传感器200的第二构件204的纵向移动。在该示例中，致动器109与活塞组件111接合以调节叶片的贝塔角。具体地，活塞组件111沿纵向方向前后移动，并通过与致动器109的滑动接合而引起叶片110的旋转。在所描绘的实施例中，活塞组件111的向前运动减小叶片110的贝塔角，并且向后运动增大贝塔角。然而，在其他实施例中，情况可能相反。当活塞组件111调节贝塔角时，活塞组件111也接合杆106。如图4B所示，在活塞组件111的一部分向前运动期间，活塞组件111支承抵靠安装到杆106的止动件113，从而沿向前方向（如箭头291所示）拉动杆106和反馈环104并压缩弹簧108。第二构件204随着反馈环104的向前移动也向前移动。如图4C中所示，当活塞组件111沿向后方向（如箭头292所示）移动时，弹簧108向后推动杆106和反馈轮104。第二构件204随着反馈环104的向后移动也向后移动。在所描绘的实施例中，反馈轮104在活塞组件111到达其最大向后位置之前到达最大向后位置（图4C中所示的位置）。在反馈环104到达最大向后位置之后，活塞组件111移动离开与止动件113的接触，如图4D所示，此后活塞组件111的进一步向后移动不引起反馈环104的移动。用于调节贝塔角并引起反馈轮104的对应纵向移动的其他合适配置对于技术人员来说将显而易见。

参考图5，示出了图示用于确定反馈环104的轴向位置的示例方法300的流程图。虽然本文参考发动机10描述了方法300，但这是出于示例的目的。方法300可应用于任何合适的发动机。在步骤302处，使可移动传感器构件（本文也称为第二构件204）相对于固定传感器构件（本文也称为第一构件202）移位。固定传感器构件202联接到飞行器发动机10，并且当反馈环104沿纵向轴线A移位时，可移动传感器构件204可沿基本上平行于纵向轴线A的纵向方向相对于固定传感器构件204移位。在传感器200处产生指示可移动传感器构件相对于固定传感器构件的纵向位置的传感器信号。在步骤304处，接收指示可移动传感器构件204相对于固定传感器构件202的位置的传感器信号。传感器信号可如本文件中其他地方所描述的那样。在步骤304处，基于可移动传感器构件204相对于固定传感器构件202的纵向位置确定反馈环104的轴向位置。对反馈环104的轴向位置的确定可如在本文件中其他地方描述的那样确定。反馈环104的轴向位置也可以称为反馈环104的纵向位置。然后可根据反馈环104的轴向位置确定推进器叶片角。所确定的推进器叶片角可输出到飞行器计算机，例如以在飞行器或驾驶舱显示器上显示推进器叶片角。所确定的推进器叶片角可以被控制器400（或另一发动机控制器和/或飞行器计算机）用于各种发动机和/或飞行器控制。例如，所确定的推进器叶片角可用于同步定相以调节多发动机推进器驱动的飞行器的多个发动机的每个推进器的叶片角。例如，（一个或多个）发动机控制器和/或（一个或多个）飞行器计算机可基于多个发动机的所确定的推进器叶片角来调节每个发动机的推进器叶片角。

在一些实施例中，传感器信号指示可移动传感器构件204相对于固定传感器构件202的参考位置的纵向位移。在一些实施例中，基于可移动传感器构件204相对于固定传感器构件202的参考位置的纵向位移确定反馈环104的轴向位置。一些实施例中，使可移动传感器构件204相对于固定传感器202移位包括：使可移动传感器构件204（其包括线性可变差动变压器的铁磁芯）相对于固定传感器构件202（包括线性可变差动变压器的多个螺线管线圈）的参考位置移位。

参考图6，可以至少部分地通过使用包括处理单元412和存储器414的计算装置400来实施方法300，存储器414在其中存储有计算机可执行指令416。处理单元412可包括配置成实施该系统的任何合适的装置，使得指令416在由计算装置400或其他可编程设备执行时可使如本文所描述的方法300的功能/动作/步骤被执行。处理单元412可包括例如任何类型的通用微处理器或微控制器、数字信号处理（DSP）处理器、中央处理单元（CPU）、集成电路、现场可编程门阵列（FPGA）、可重构处理器、其他适当编程或可编程逻辑电路、或其任何组合。

存储器414可包括任何合适的已知的或其他的机器可读存储介质。存储器414可包括非暂时性计算机可读存储介质，例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或者前述的任何合适的组合。存储器414可包括位于装置内部抑或外部的任何类型的计算机存储器的合适组合，例如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、光盘只读存储器（CDROM）、电光存储器、磁光存储器、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、以及电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、铁电RAM（FRAM）等。存储器414可包括适合于可检索地存储可由处理单元412执行的机器可读指令416的任何存储器件（例如，装置）。在一些实施例中，计算装置400可以被实施为全权限数字发动机控制（FADEC）或其他类似装置的一部分，其他类似装置包括电子发动机控制（EEC）、发动机控制单元（ECU）等。

用于确定本文描述的反馈环的轴向位置的方法和系统可以以高级程序或面向对象的编程或脚本语言或其组合来实施，以与计算机系统（例如计算装置400）的操作通信或协助其操作。替代地，用于确定反馈环的轴向位置的方法和系统可以汇编语言或机器语言实施。该语言可以是编译或解释语言。用于实施用于确定反馈环的轴向位置的方法和系统的程序代码可以存储在存储介质或装置上，例如ROM、磁盘、光盘、闪存驱动器或任何其他合适的存储器介质或装置。程序代码可以由通用或专用可编程计算机读取，以用于在通过计算机读取存储介质或装置以执行本文所描述的程序时配置和操作计算机。用于确定反馈环的轴向位置的方法和系统的实施例还可视为通过非暂时性计算机可读存储介质来实施，其具有存储在其上的计算机程序。该计算机程序可包括计算机可读指令，计算机可读指令使计算机或在一些实施例中使计算装置400的处理单元412以特定和预定义的方式操作以执行本文描述的功能。

计算机可执行指令可以呈许多形式，包括由一个或多个计算机或其他装置执行的程序模块。大体地，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常地，在各种实施例中可以根据需要组合或分配程序模块的功能。

以上描述意图仅是示例性的，并且本领域技术人员将认识到，在不脱离所公开的本发明的范围的情况下，可以对所描述的实施例做出改变。根据对本公开的回顾，对于本领域技术人员而言落入本发明范围内的其他修改将会显而易见。

用于确定反馈环的轴向位置的方法和系统的各个方面可以单独使用、组合使用、或在前述中描述的实施例中未具体讨论的各种布置结构中使用，并且因此其应用不限于在前述描述中所阐述的或附图中所图示的部件的细节和布置结构。例如，在一个实施例中描述的方面可以以任何方式与在其他实施例中描述的方面组合。尽管已经示出并描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说将明显的是，可以在不脱离本发明的更广泛的方面的情况下做出改变和修改。以下权利要求的范围不应当受以示例阐述的实施例的限制，而应当具有与整个说明书一致的最广泛的合理解释。