本公開總體涉及可變面積扇形噴嘴(variableareafannozzle)，更具體地涉及控制可變面積扇形噴嘴的噴嘴面積。

背景技術(shù)：

旁路渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)排氣流(核心發(fā)動(dòng)機(jī)流和扇形流)。核心發(fā)動(dòng)機(jī)流在穿過核心發(fā)動(dòng)機(jī)之后從核心流噴嘴排出。扇形流穿過由圍繞核心發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)艙和扇形函道形成的環(huán)狀通道。可以對(duì)于特定工況(諸如起飛、爬升、巡航等)優(yōu)化這兩個(gè)流所穿過的橫截面積。包括可移動(dòng)瓣(petal)的可變面積扇形噴嘴用于擴(kuò)大或縮小扇形流的噴嘴面積，從而分別降低或提高排氣速度。不同的力可以作用在瓣上，以使瓣從它們的預(yù)定位置移動(dòng)并偏離預(yù)定噴嘴面積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于具有多個(gè)瓣的可變面積扇形噴嘴(vafn)?？刂葡到y(tǒng)可以包括：至少一個(gè)光纖形狀傳感器，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器沿著所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣延伸；和光源，該光源操作地連接到所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器。光源可以被配置為引導(dǎo)光穿過所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器。控制系統(tǒng)還可以包括：接收器，該接收器操作地連接到所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器。接收器可以被配置為，接收來自所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的反射光，并基于反射光測(cè)量沿著所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的應(yīng)變?？刂葡到y(tǒng)還可以包括vafn控制單元，該vafn控制單元與所述多個(gè)瓣和接收器操作地通信。vafn控制單元可以被配置為，從接收器接收指示沿著至少一個(gè)光纖形狀傳感器的所測(cè)量的應(yīng)變的信號(hào)，并且基于所測(cè)量的應(yīng)變來計(jì)算vafn的噴嘴面積。

在改進(jìn)實(shí)施方式中，接收器還可以被配置為基于所測(cè)量的應(yīng)變確定所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的位移。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以包括：具有多個(gè)光纖布拉格光柵的光纖，所述多個(gè)光纖布拉格光柵被配置為反射預(yù)定波長光。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以包括：光頻域反射測(cè)量法(ofdr)技術(shù)，所述光頻域反射測(cè)量法(ofdr)技術(shù)被配置為提供全分布式感測(cè)光纖。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，光源可以包括波長可調(diào)諧激光器。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以包括：與光纖感測(cè)裝置捆綁在一起的三個(gè)光纖，并且接收器還可以被配置為，基于來自捆綁在一起的三個(gè)光纖的所測(cè)量的應(yīng)變來確定所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的三維位移。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，vafn控制單元還可以被配置為，基于來自接收器的所確定的三維位移來確定所述多個(gè)瓣的三維位置。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)還可以包括：與vafn控制單元通信的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器，該發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器被配置為，生成用于vafn的期望噴嘴面積并向vafn控制單元發(fā)送對(duì)應(yīng)信號(hào)。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，vafn控制單元還可以被配置為，確定所計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的差。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，vafn控制單元還可以被配置為，基于所計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的所確定的差來生成用于所述多個(gè)瓣的致動(dòng)器命令。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，vafn可以使用比例積分微分、線性二次回歸或繼電控制中的一個(gè)來生成致動(dòng)器命令。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器可以被配置為，基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況來生成期望的噴嘴面積。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種可變面積扇形噴嘴(vafn)。該vafn可以包括：多個(gè)瓣；至少一個(gè)光纖形狀傳感器，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器沿著多個(gè)瓣中的至少一個(gè)延伸；光源，該光源被配置為引導(dǎo)光穿過所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器；接收器，該接收器被配置為從所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器接收反射光，并基于反射光確定所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的位移；發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器，該發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器被配置為，基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況生成由所述多個(gè)瓣限定的開口的期望噴嘴面積；以及vafn控制單元，該vafn控制單元與所述多個(gè)瓣、接收器以及發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器操作通信。

vafn控制單元可以被配置為，從接收器接收指示所確定的位移的信號(hào)，基于來自接收器的所確定的位移計(jì)算vafn的噴嘴面積，從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器接收指示期望噴嘴面積的信號(hào)，確定所計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的差，并且基于所計(jì)算噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的所確定的差來生成致動(dòng)器命令。

在改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以沿著所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣的周邊延伸。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以包括：沿著所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣的第一側(cè)延伸的第一光纖形狀傳感器；和沿著所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)的第二側(cè)延伸的第二光纖形狀傳感器，第一側(cè)和第二側(cè)彼此相反。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以嵌入所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣內(nèi)部。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以附接到所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣的表面。

根據(jù)又一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種控制可變面積扇形噴嘴(vafn)的噴嘴面積的方法。該vafn可以具有多個(gè)瓣和至少一個(gè)光纖形狀傳感器，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器在所述多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣上。該方法可以包括以下步驟：借助所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器發(fā)送光；接收來自所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的反射光；以及基于來自所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的所接收的反射光來測(cè)量應(yīng)變。

該方法還可以包括以下步驟：基于所測(cè)量的應(yīng)變確定所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的位移，接收的步驟、測(cè)量的步驟以及確定的步驟由接收器來執(zhí)行；基于所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的所確定的位移拉計(jì)算由所述多個(gè)瓣限定的開口的噴嘴面積；以及至少部分地基于所計(jì)算的噴嘴面積來生成致動(dòng)器命令，計(jì)算的步驟和生成的步驟由vafn控制單元來執(zhí)行。

在改進(jìn)實(shí)施方式中，至少一個(gè)光纖形狀傳感器可以包括：形成所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的、具有光纖感測(cè)裝置的三個(gè)捆綁的光纖，并且該方法還可以包括以下步驟：確定所述多個(gè)瓣的三維形狀。

在另一個(gè)改進(jìn)實(shí)施方式中，該方法還可以包括以下步驟：向致動(dòng)器發(fā)送致動(dòng)器命令，該致動(dòng)器被配置為使與多個(gè)瓣接觸的柔性桿移動(dòng)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施方式的、渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)的立體圖；

圖2是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、用于圖1的渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)的可變面積扇形噴嘴(vafn)的控制系統(tǒng)的示意圖；

圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、從后向前看的vafn的圖；

圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、在vafn的瓣上的光纖形狀傳感器的示意圖；

圖5是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、在vafn的瓣上的兩個(gè)光纖形狀傳感器的示意圖；

圖6是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、嵌在vafn瓣內(nèi)的光纖形狀傳感器的剖面圖；

圖7是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、附接到vafn瓣的外表面的光纖形狀傳感器的剖面圖；

圖8是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的三維光纖形狀傳感器的剖面圖；

圖9是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、圖2的控制系統(tǒng)的示意圖；

圖10是例示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、控制vafn的噴嘴面積的示例處理的流程圖；

圖11是飛行器生產(chǎn)和服務(wù)方法的流程圖；以及

圖12是飛行器的框圖。

雖然本公開易受各種修改和另選構(gòu)造影響，但下面將詳細(xì)示出并描述本公開的特定例示性實(shí)施方式。本公開不限于所公開的特定實(shí)施方式，相反包括特定實(shí)施方式的所有修改、另選構(gòu)造以及等同物。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖并且具體參照?qǐng)D1，示出了根據(jù)本公開的特定實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)20。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)20被例示為渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但發(fā)動(dòng)機(jī)可以為任意其他類型。要理解的是，發(fā)動(dòng)機(jī)20主要是為了例示的目的而示出，以幫助公開各種實(shí)施方式的特征，并且要理解的是，圖1未描繪發(fā)動(dòng)機(jī)的所有部件。

發(fā)動(dòng)機(jī)20包括核心流噴嘴22和可變面積扇形噴嘴(vafn)24。核心流噴嘴22形成圍繞核心發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的核心發(fā)動(dòng)機(jī)艙的下游端。vafn24安裝到反推套筒(thrustreversersleeve)28的下游端26或邊緣區(qū)域。套筒28與核心發(fā)動(dòng)機(jī)艙的至少一部分交疊。發(fā)動(dòng)機(jī)20從離開核心流噴嘴22的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的核心流和從vafn24離開的扇形流這兩者提供推力。核心流通常具有比扇形流更高的速度。

vafn24包括被：構(gòu)造為改變穿過發(fā)動(dòng)機(jī)20的扇形函道32的扇形流的多個(gè)瓣30。瓣30可以為可彈性變形的瓣或可旋轉(zhuǎn)剛性瓣。在一個(gè)示例中，多個(gè)瓣30中的每一個(gè)瓣在形狀上通常為梯形，但瓣30可以具有任意其他形狀。各個(gè)瓣30包括第一側(cè)34和相反的第二側(cè)36，其從被支撐端38向自由端40在大體縱向方向上延伸。瓣30可以沿著扇形函道32的周邊并排布置，瓣30的被支撐端38安裝到反推套筒28的下游端26。瓣30的自由端40形成與vafn24的噴嘴面積關(guān)聯(lián)的噴嘴開口42或周邊。

瓣30被配置為改變噴嘴面積，以便改變穿過扇形函道32的扇形流。比如，可以使用連接到柔性桿(flexrod)48的致動(dòng)器44、46使瓣30向內(nèi)或向外移動(dòng)。柔性桿48可以按壓布置在致動(dòng)器44、46之間的瓣30。致動(dòng)器44、46可以經(jīng)由被配置為控制液壓流體向致動(dòng)器44、46的供給的電動(dòng)液壓伺服閥，而被液壓致動(dòng)。然而，可以使用用于致動(dòng)多個(gè)瓣30的其他構(gòu)造。

在圖1所示的示例中，vafn24包括設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)掛架50的相對(duì)側(cè)上的兩組瓣30，但在該圖中僅一組瓣30可見。大體周邊布置的柔性桿48包括在致動(dòng)器44、46之間延伸的電纜。柔性桿48與各組中的全部瓣接觸，并且柔性桿48的端部諸如經(jīng)由安裝到軸的臂來附接到致動(dòng)器44、46。

另外，各組中的相鄰瓣30可以由彈料密封物52所占據(jù)的間隙而分離。由硅橡膠或任意其他合適材料組成的密封物52用于防止空氣從vafn24的內(nèi)部向外部泄露。密封物52在瓣30的向內(nèi)致動(dòng)期間從拉伸狀態(tài)返回到標(biāo)稱狀態(tài)?？梢允褂糜糜趘afn24的其他構(gòu)造。此外，本公開的方面可以應(yīng)用于其他類型的vafn24。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，繼續(xù)參照?qǐng)D1，發(fā)動(dòng)機(jī)20還包括用于vafn24的控制系統(tǒng)60?？刂葡到y(tǒng)60包括至少一個(gè)光纖形狀傳感器62、光源64、接收器66、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68以及vafn控制單元70。沿著vafn24的瓣30中的至少一個(gè)延伸的至少一個(gè)光纖形狀傳感器62可操作地連接到光源64和接收器66。

光源64被配置為引導(dǎo)光穿過光纖形狀傳感器62。例如，光源64可以包括波長可調(diào)諧激光器。然而，可以使用其他類型的激光器和光源。接收器66被配置為從光纖形狀傳感器62接收發(fā)射光，并實(shí)時(shí)基于反射光測(cè)量沿著光纖形狀傳感器62的應(yīng)變。在一個(gè)示例中，光源64和接收器66可以被封裝在一起，作為光纖發(fā)送器和接收器72，但可以使用其他構(gòu)造。

被配置為發(fā)送來自光源64的光的光纖形狀傳感器62包括光纖，該光纖包括光纖感測(cè)裝置。例如，單個(gè)光纖可以包括沿著光纖長度的數(shù)千個(gè)光纖感測(cè)裝置，但可以使用更多或更少的光纖感測(cè)裝置。光纖感測(cè)裝置用于在沿著光纖長度的若干點(diǎn)處獲得應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)。

光纖感測(cè)裝置可以包括多個(gè)光纖布拉格光柵(fiberbragggrating)、光頻域反射測(cè)量法(ofdr)技術(shù)等。比如，光纖布拉格光柵被配置為反射預(yù)定波長的光。憑借ofdr技術(shù)，光柵沿著光纖并排布置，以提供全分布式感測(cè)光纖。反射光波長的變化直接對(duì)應(yīng)于對(duì)光纖形狀傳感器62所施加的應(yīng)變。

來自光纖感測(cè)裝置的反射光由接收器66來檢測(cè)。例如，接收器66可以包括：數(shù)據(jù)獲取硬件，和具有關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器的基于處理器的裝置，但可以使用其他類型的接收器。軟件(諸如應(yīng)變到位移算法)可以被編程到接收器66的存儲(chǔ)器中。根據(jù)由光纖形狀傳感器62的光纖中的光纖感測(cè)裝置反射的光，接收器66可以隨著光沿著光纖形狀傳感器62的長度傳遞，而檢測(cè)波長偏移、時(shí)間延遲以及其他應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)。

通過在光纖形狀傳感器62中測(cè)量實(shí)時(shí)應(yīng)變，接收器66可以確定光纖形狀傳感器62的位移，從而可以確定瓣30的位移。更具體地，接收器66通過將來自光纖形狀傳感器62的應(yīng)變測(cè)量積分來確定瓣30的位移或位置。此外，接收器66向vafn70發(fā)送指示瓣30的位移的信號(hào)，以便實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算vafn24的噴嘴面積。

一個(gè)或更多個(gè)光纖形狀傳感器62在各種布置中可以設(shè)置在vafn24的瓣30上。例如，如圖3所示，如果vafn24被劃分為四個(gè)象限i、ii、iii、iv，則四個(gè)象限i、ii、iii、iv中的每一個(gè)中的一個(gè)瓣74、76、78、80可以分別包括：光纖形狀傳感器84、86、88、90。然而，可以使用其他構(gòu)造。另外，多于或少于四個(gè)瓣可以包括光纖形狀傳感器，并且可以使用多于或少于四個(gè)光纖形狀傳感器。在另一個(gè)示例中，vafn中的所有瓣包括至少一個(gè)光纖形狀傳感器62。

如圖4所示，光纖形狀傳感器62沿著瓣30的周邊延伸。在該示例中，光纖形狀傳感器62在圍繞第一側(cè)34、自由端40、第二側(cè)36以及被支撐端38的連續(xù)環(huán)路中延伸。在另一個(gè)示例中，至少一個(gè)光纖形狀傳感器62包括圖5中所示的兩個(gè)光纖形狀傳感器88、90。第一光纖形狀傳感器88沿著第一側(cè)34延伸，并且第二光纖形狀傳感器90沿著相反的第二側(cè)36延伸。在這樣做時(shí)，光纖形狀傳感器62、88、90可以用于檢測(cè)位移，諸如瓣30的偏轉(zhuǎn)和/或扭曲。

另外，至少一個(gè)光纖形狀傳感器62可以嵌入瓣30內(nèi)部，或安裝在瓣30的表面上。例如，光纖形狀傳感器62可以嵌在側(cè)34、36和/或端部38、40內(nèi)。圖6例示了光纖形狀傳感器62嵌在瓣30的自由端40上的示例。如圖7所示，光纖形狀傳感器62可以附接到瓣30的外表面54，諸如附接到瓣的外表面54上的通道56。然而，光纖形狀傳感器62可以以其他方式附接到或嵌到瓣30。

此外，控制系統(tǒng)60可以用于實(shí)時(shí)提供vafn24的三維(3d)形狀感測(cè)。至少一個(gè)光纖形狀傳感器62可以包括圖8所示的3d光纖形狀傳感器92。3d光纖形狀傳感器92包括三個(gè)獨(dú)立的光纖94、96、98，各光纖包括捆綁在一起的光纖感測(cè)裝置。接收器66從各個(gè)光纖94、96、98收集并組合應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)，以便確定瓣30在3d空間中的位移。在這樣做時(shí)，可以在3d空間中確定噴嘴開口42的形狀，因此，可以實(shí)時(shí)計(jì)算vafn24的準(zhǔn)確噴嘴面積。

返回參照?qǐng)D2，vafn控制單元70與多個(gè)瓣30、接收器66以及發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68操作地通信。vafn控制單元70可以使用如下各項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)來實(shí)施：處理器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、電子控制模塊(ecm)、電子控制單元(ecu)以及基于處理器的裝置(該裝置可以包括如下各項(xiàng)或與如下各項(xiàng)關(guān)聯(lián)：上面存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的永久計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)或用于電子地控制vafn24和多個(gè)瓣30的功能的任意其他合適裝置)。

例如，vafn控制單元70可以被配置為，根據(jù)用于操作控制系統(tǒng)60的預(yù)定算法或指令組來操作。這種算法或指令組可以被編程或并入到存儲(chǔ)器100中中，該存儲(chǔ)器100中與vafn控制單元70關(guān)聯(lián)，或至少可接入vafn控制單元70。存儲(chǔ)器100可以包括被設(shè)置在vafn控制單元70內(nèi)和/或外的非易失性存儲(chǔ)器。理解，vafn控制單元70和控制系統(tǒng)70可以包括其他硬件、軟件、固件或其組合。

類似地，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68包括：用于電子地控制整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)20的功能的、具有關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器102的基于處理器的裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68被配置為，生成期望的噴嘴面積，并向vafn控制單元70發(fā)送對(duì)應(yīng)信號(hào)。在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況生成期望的噴嘴面積。

比如，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68可以包括用于不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳或期望噴嘴面積的預(yù)定表，以便實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。期望噴嘴面積的預(yù)定表可以被編程到與發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器102中。發(fā)動(dòng)機(jī)工況的示例可以包括：起飛、爬升、巡航、飛行狀態(tài)、推力狀態(tài)等。期望結(jié)果的示例可以包括更低的燃料燃燒、燃料流、推力等?；趯?shí)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68從存儲(chǔ)器102檢索來自預(yù)定表的期望噴嘴面積。

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68然后向vafn控制單元70發(fā)送命令，以實(shí)現(xiàn)用于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)工況的、vafn24的適當(dāng)開口面積。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68還可以確定無法對(duì)于特定發(fā)動(dòng)機(jī)工況實(shí)現(xiàn)最佳面積，并且可以確定用于該特定工況的非最佳面積。vafn控制單元70控制瓣30到不同位置的移動(dòng)速率，或者維持一位置，以實(shí)現(xiàn)期望的噴嘴面積。

基于來自發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68的、指示期望噴嘴面積的信號(hào)，vafn控制單元70可以向電動(dòng)液壓伺服閥發(fā)動(dòng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)，以便控制到致動(dòng)器44、46的液壓流。比如，vafn控制單元70可以向電動(dòng)液壓伺服閥發(fā)動(dòng)信號(hào)，以增大或減小到柔性桿48的致動(dòng)器44、46的液壓流，并且使瓣30向外或向內(nèi)移動(dòng)，以便改變噴嘴開口42(圖1)的形狀，并實(shí)現(xiàn)期望的噴嘴面積。vafn控制單元70還可以向電動(dòng)液壓伺服閥發(fā)動(dòng)信號(hào)，以維持到致動(dòng)器44、46的相同液壓流，以便維持相同的噴嘴面積。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9，繼續(xù)參照?qǐng)D1至圖8，示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的控制系統(tǒng)60的示意圖。vafn控制單元70被配置為，從接收器66接收指示瓣30的所感測(cè)位置的信號(hào)，諸如沿著光纖形狀傳感器62的所測(cè)量應(yīng)變和瓣30的所確定位移?；趤碜越邮掌?6的信號(hào)，vafn控制單元70被配置為，計(jì)算vafn24的實(shí)時(shí)噴嘴面積。例如，連同來自接收器66的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一起，vafn控制單元70可以使用被預(yù)編程到存儲(chǔ)器100中的預(yù)定公式和信息(諸如vafn24的安裝幾何結(jié)構(gòu))，以便計(jì)算vafn24的實(shí)時(shí)噴嘴面積。

vafn控制單元70還被配置為，向發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68發(fā)送指示vafn24的所計(jì)算的實(shí)時(shí)噴嘴面積的信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68可以使用該反饋來記錄故障(如果必要的話)，并且調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工況。vafn控制單元70還被配置為，從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68接收指示期望噴嘴面積的信號(hào)?；趤碜越邮掌?6和發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68的信號(hào)，vafn控制單元70被配置為生成調(diào)節(jié)瓣30的致動(dòng)器命令。

在基于來自接收器66的所感測(cè)瓣位置計(jì)算vafn24的實(shí)時(shí)噴嘴面積之后，vafn控制單元70被配置為，確定所計(jì)算的噴嘴面積與來自發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器68的期望噴嘴面積之間的差?；谒?jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的所確定的差，vafn控制單元70還被配置為使用控制規(guī)則來生成致動(dòng)器命令。致動(dòng)器命令可以被發(fā)送給電動(dòng)液壓伺服閥，該電動(dòng)液壓伺服閥控制到與瓣30接觸的柔性桿48的致動(dòng)器44、46的液壓流。

例如，vafn控制單元70可以被配置為，使用比例積分微分(pid)、線性二次回歸(lqr)或繼電控制(bang-bangcontrol)。然而，其他類型的反饋回路控制和控制規(guī)則可以用于vafn控制單元70中。更具體地，使用控制規(guī)則(諸如pid、lqr或繼電控制)，vafn控制單元70將實(shí)時(shí)計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的差連續(xù)應(yīng)用為反饋，以便生成致動(dòng)器命令，并修改實(shí)時(shí)噴嘴面積，使得可以差不多達(dá)到(如果不能實(shí)現(xiàn))期望的噴嘴面積。在這樣做時(shí)，vafn控制單元70可以精確控制瓣30的移動(dòng)速率，并避免瓣30的預(yù)定位置的誤放。而且，由于vafn24的瓣30的準(zhǔn)確位置感測(cè)和控制，所以控制系統(tǒng)60允許無限的瓣位置設(shè)置，從而允許無限的噴嘴開口面積設(shè)置。

工業(yè)應(yīng)用性

從上文，可以看到本公開的示教可以在任意數(shù)量的不同情況下找到工業(yè)應(yīng)用、技術(shù)效果以及益處，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī))。這種發(fā)動(dòng)機(jī)例如可以在飛行器上用于產(chǎn)生推力，或在陸地、海洋中或飛行器應(yīng)用中用于產(chǎn)生動(dòng)力。

本公開提供一種可用于渦輪扇發(fā)動(dòng)機(jī)的可變面積扇形噴嘴(vafn)的控制系統(tǒng)。所公開的控制系統(tǒng)使用光纖系統(tǒng)和vafn控制單元來測(cè)量并監(jiān)測(cè)vafn瓣的實(shí)時(shí)位置。另外，所公開的光纖系統(tǒng)可以使用三維(3d)光纖形狀傳感器來確定vafn瓣在3d空間中的形狀。通過使用所公開的控制系統(tǒng)，可以計(jì)算vafn的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)噴嘴面積，并且可以差不多完成(如果不能實(shí)現(xiàn))vafn的期望噴嘴面積。因此，所公開的控制系統(tǒng)可以允許無限的瓣位置和vafn噴嘴面積設(shè)置。

現(xiàn)在參照?qǐng)D10，繼續(xù)參照?qǐng)D1至圖9，示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的、例示了控制vafn24的噴嘴面積的示例算法或處理120的流程圖。vafn24具有：多個(gè)瓣30，和在所述多個(gè)瓣30中的至少一個(gè)上的至少一個(gè)光纖形狀傳感器62。在塊122處，借助至少一個(gè)光纖形狀傳感器62諸如從光源64發(fā)送光。

在塊124處，諸如經(jīng)由接收器66，接收來自至少一個(gè)光纖形狀傳感器62的反射光。在塊126處，基于來自至少一個(gè)光纖形狀傳感器62的所接收的反射光來測(cè)量應(yīng)變，并且在塊128處，基于所測(cè)量的應(yīng)變來確定至少一個(gè)光纖形狀傳感器62的位移。接收器66可以測(cè)量應(yīng)變，確定位移，并向vafn控制單元70發(fā)送對(duì)應(yīng)的信號(hào)。

在塊130處，基于至少一個(gè)光纖形狀傳感器62的所確定的位移來計(jì)算由多個(gè)瓣30限定的開口42的噴嘴面積。在塊132處，至少部分地基于所計(jì)算的噴嘴面積來生成致動(dòng)器命令。vafn控制單元70可以計(jì)算噴嘴面積，生成致動(dòng)器命令，并向致動(dòng)器44、46發(fā)動(dòng)致動(dòng)器命令，致動(dòng)器44、46被配置為使與瓣30接觸的柔性桿48移動(dòng)。在這樣做時(shí)，vafn控制單元70可以監(jiān)測(cè)并控制vafn24的噴嘴開口42，以便差不多完成(如果不能實(shí)現(xiàn))期望的噴嘴面積。

此外，本公開的實(shí)施方式可以在如圖11所示的飛行器制造和服務(wù)方法200和如圖12所示的飛行器202的語境中進(jìn)行描述。在預(yù)生產(chǎn)期間，示例方法200可以包括飛行器202的規(guī)范和設(shè)計(jì)204和材料采購206。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛行器202的部件和子組件制造208和系統(tǒng)集成210。其后，飛行器202可以經(jīng)受認(rèn)證和交付212，以便投入運(yùn)行214。當(dāng)由客戶進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，對(duì)于日常維護(hù)和保養(yǎng)216(日常維護(hù)和保養(yǎng)還可以包括修改、重新配置、翻新等)調(diào)度飛行器202。用于可變面積扇形噴嘴的控制系統(tǒng)可以在這些階段中的任意一個(gè)時(shí)添加。例如，控制系統(tǒng)可以在制造208或系統(tǒng)集成210期間來添加。在一些情況下，控制系統(tǒng)可以在飛行器202運(yùn)行中添加。

方法200的各個(gè)處理可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或運(yùn)營商(例如，客戶)來執(zhí)行或進(jìn)行。為了該描述的目的，系統(tǒng)集成商可以沒有限制地包括任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以沒有限制地包括任意數(shù)量的賣主、轉(zhuǎn)包商以及供應(yīng)商；并且運(yùn)營商可以為航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、服務(wù)組織等。

如圖12所示，由示例方法200生產(chǎn)的飛行器202可以包括具有多個(gè)系統(tǒng)220和內(nèi)部222的機(jī)身218。高級(jí)系統(tǒng)220的示例包括：推進(jìn)系統(tǒng)224、電氣系統(tǒng)226、液壓系統(tǒng)228以及環(huán)境系統(tǒng)230中的一個(gè)或更多個(gè)。可以包括這些系統(tǒng)中的任意數(shù)量個(gè)。雖然示出了航空航天示例，但本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于其他行業(yè)，諸如汽車行業(yè)。因此，除了飛行器202之外，這里所公開的特征還可以應(yīng)用于其他交通工具，諸如陸上交通工具、海洋交通工具、太空交通工具等。用于可變面積扇形噴嘴的控制系統(tǒng)可以是推進(jìn)系統(tǒng)224和/或電氣系統(tǒng)226的一部分。

這里具體實(shí)施的設(shè)備和方法可以在生成和服務(wù)方法200的階段中的任意一個(gè)或更多個(gè)期間采用。例如，可以以類似于在飛行器202在運(yùn)行中時(shí)生產(chǎn)的部件或子組件的方式來制造對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)處理208的部件或子組件。同樣，例如可以通過充分加快飛行器202的組裝或降低飛行器202的成本在操作208和210期間使用一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備實(shí)施方式、方法實(shí)施方式或其組合。類似地，可以在飛行器202在運(yùn)行中時(shí)將設(shè)備實(shí)施方式、方法實(shí)施方式或其組合中的一個(gè)或更多個(gè)例如且沒有限制地用于維護(hù)和保養(yǎng)216。

要理解，圖10和圖11中的流程圖僅被示出且描述為幫助公開所公開控制系統(tǒng)的特征的示例，并且要理解，比所示出的更多或更少的步驟可以在不偏離本公開范圍的情況下包括在對(duì)應(yīng)于上面對(duì)于所公開控制系統(tǒng)描述的各種特征的處理中。

進(jìn)一步地，本公開包括根據(jù)以下條款的實(shí)施方式。

條款1.一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于具有多個(gè)瓣的可變面積扇形噴嘴(vafn)，該控制系統(tǒng)包括：

至少一個(gè)光纖形狀傳感器，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器沿著多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣延伸；

光源，該光源操作地連接到至少一個(gè)光纖形狀傳感器，光源被配置為引導(dǎo)光穿過至少一個(gè)光纖形狀傳感器；

接收器，該接收器操作地連接到至少一個(gè)光纖形狀傳感器，接收器被配置為接收來自至少一個(gè)光纖形狀傳感器的反射光并基于反射光測(cè)量沿著至少一個(gè)光纖形狀傳感器的應(yīng)變；以及

vafn控制單元，該vafn控制單元與多個(gè)瓣和接收器操作通信，vafn控制單元被配置為，從接收器接收指示沿著至少一個(gè)光纖形狀傳感器的所測(cè)量的應(yīng)變的信號(hào)，并且基于所測(cè)量的應(yīng)變來計(jì)算vafn的噴嘴面積。

條款2.條款1的控制系統(tǒng)，其中，接收器還可以被配置為，基于所測(cè)量的應(yīng)變來確定至少一個(gè)光纖形狀傳感器的位移。

條款3.條款1或條款2的控制系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器包括具有多個(gè)光纖布拉格光柵的光纖，所述多個(gè)光纖布拉格光柵被配置被配置為反射預(yù)定波長光。

條款4.條款1至條款3中任意一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器包括光頻域反射測(cè)量法(ofdr)技術(shù)，該光頻域反射測(cè)量法(ofdr)技術(shù)被配置為提供全分布式感測(cè)光纖。

條款5.條款4的控制系統(tǒng)，其中，光源包括波長可調(diào)諧激光器。

條款6.條款1至條款5中任意一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器包括與光纖感測(cè)裝置捆綁在一起的三個(gè)光纖，并且其中，接收器還被配置為，基于來自捆綁在一起的三個(gè)光纖的所測(cè)量的應(yīng)變來確定至少一個(gè)光纖形狀傳感器的三維位移。

條款7.條款6的控制系統(tǒng)，其中，vafn控制單元還被配置為，基于來自接收器的所確定的三維位移來確定多個(gè)瓣的三維位置。

條款8.條款1至條款7中任意一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)還包括：與vafn控制單元通信的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器，該發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器被配置為，生成用于vafn的期望噴嘴面積，并向vafn控制單元發(fā)送對(duì)應(yīng)信號(hào)。

條款9.條款8的控制系統(tǒng)，其中，vafn控制單元還被配置為，確定所計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的差。

條款10.條款9的控制系統(tǒng)，其中，vafn控制單元還被配置為，基于所計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的所確定的差，來生成用于多個(gè)瓣的致動(dòng)器命令。

條款11.條款10的控制系統(tǒng)，其中，vafn使用比例積分微分、線性二次回歸或繼電控制中的一個(gè)來生成致動(dòng)器命令。

條款12.條款8至條款11中任意一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器被配置為基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況生成期望的噴嘴面積。

條款13.一種可變面積扇形噴嘴(vafn)，其包括：

多個(gè)瓣；

至少一個(gè)光纖形狀傳感器，所還是至少一個(gè)光纖形狀傳感器沿著多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣延伸；

光源，該光源被配置為引導(dǎo)光穿過至少一個(gè)光纖形狀傳感器；

接收器，該接收器被配置為從至少一個(gè)光纖形狀傳感器接收反射光，并基于反射光確定至少一個(gè)光纖形狀傳感器的位移；

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器，該發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器被配置為基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況生成由多個(gè)瓣限定的開口的期望噴嘴面積；以及

vafn控制單元，該vafn控制單元與多個(gè)瓣、接收器以及發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器操作通信，vafn控制單元被配置為，從接收器接收指示所確定位移的信號(hào)，基于來自接收器的所確定的位移計(jì)算vafn的噴嘴面積，從發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器接收指示期望噴嘴面積的信號(hào)，確定所計(jì)算噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的差，并且基于所計(jì)算的噴嘴面積與期望噴嘴面積之間的所確定差生成致動(dòng)器命令。

條款14.條款13的vafn，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器沿著多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣的周邊延伸。

條款15.條款13或條款14的vafn，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器包括：沿著多個(gè)瓣中的至少一個(gè)的第一側(cè)延伸的第一光纖形狀傳感器；和沿著多個(gè)瓣中的至少一個(gè)的第二側(cè)延伸的第二光纖形狀傳感器，第一側(cè)和第二側(cè)彼此相反。

條款16.條款13至條款15中任意一項(xiàng)的vafn，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器嵌入多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣內(nèi)部。

條款17.條款13至條款16中任意一項(xiàng)的vafn，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器附接到多個(gè)瓣中的至少一個(gè)瓣的表面。

條款18.一種控制可變面積扇形噴嘴(vafn)的噴嘴面積的方法，該vafn具有多個(gè)瓣和至少一個(gè)光纖形狀傳感器，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器在多個(gè)瓣中的至少一個(gè)上，所述方法包括以下步驟：

借助至少一個(gè)光纖形狀傳感器來發(fā)送光；接收來自至少一個(gè)光纖形狀傳感器的反射光；基于來自至少一個(gè)光纖形狀傳感器的所接收反射光測(cè)量應(yīng)變；

基于所測(cè)量的應(yīng)變來確定至少一個(gè)光纖形狀傳感器的位移，接收的步驟、測(cè)量的刁以及確定的步驟由接收器來執(zhí)行；

基于所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器的所確定的位移來計(jì)算由所述多個(gè)瓣限定的開口的噴嘴面積；以及

至少部分地基于所計(jì)算的噴嘴面積來生成致動(dòng)器命令，計(jì)算的步驟和生成的步驟由vafn控制單元來執(zhí)行。

條款19.條款18的方法，其中，所述至少一個(gè)光纖形狀傳感器包括：形成至少一個(gè)光纖形狀傳感器的、具有光纖感測(cè)裝置的三個(gè)捆綁的光纖，并且方法還包括以下步驟：確定多個(gè)瓣的三維形狀。

條款20.條款18或條款19的方法，還包括以下步驟：向致動(dòng)器發(fā)送致動(dòng)器命令，該致動(dòng)器被配置為使與多個(gè)瓣接觸的柔性桿移動(dòng)。

雖然已經(jīng)針對(duì)特定具體實(shí)施方式給出并提供前述詳細(xì)描述，但要理解，本公開的范圍不應(yīng)限于這種實(shí)施方式，而是為了實(shí)現(xiàn)和最佳模式目的而簡(jiǎn)單地提供這種實(shí)施方式。本公開的范圍和精神寬于具體公開的實(shí)施方式且包含在所附權(quán)利要求內(nèi)。而且，雖然連同特定具體實(shí)施方式描述了一些特征，但這些特征不限于僅與和該特征一起描述的實(shí)施方式來一起使用，相反可以與連同另選實(shí)施方式一起公開的其他特征一起或分開使用。