航空发动机控制系统.ppt

第8章发动机控制系统8.1概述8.1.1发动机控制系统的功用燃油流量控制根据发动机的不同状态，将清洁的，无蒸气的，经过增压的，计量好的燃油供给燃烧室控制中要求不能喘振；不能超温；不能超转；不能富油熄火；不能贫油熄火。为满足上述安全限制，燃油调节器应在这些限制之内工作。放气活门VBV（VariableBleedValve）和导向叶片VSV（VariableStatorVane）的控制。涡轮间隙TCC（TurbineClearanceControl）的控制8.1.2发动机控制的内容和方法推力控制根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，计量供给然烧室的燃油，获得所需的推力。推力控制包括:转速控制、压比控制、反推力控制。过渡控制过渡控制的目的是使发动机过度过程能迅速、稳定和可靠地进行。一般包括有:起动、加速和减速过程的控制及压气机的防喘控制。安全限制安全限制的目的是保证发动机安全正常的工作。防止超温、超压、超转和超功率。安全限制系统只有当出现有超温、超压、超转和超功率是才起作用而工作。发动机工作限制在地面条件下工作时所受限制最大转速贫油熄火涡轮前燃气总温的最高值压气机喘振边界在空中条件下工作时高空低速时受燃烧室高空熄火的限制因为高空空气稀薄，燃油雾化质量差，难以稳定燃烧低空高速时受压气机超压限制图10-1发动机安全工作范围8.1.3基本概念为了得到最有利的发动机工作状态，最好能同时调节尽可能多的工作参数例如转速，涡轮前燃气总温，通过发动机的空气流量，燃烧室的余气系数等但这要求在发动机上安装大量的传感器和调节器，从而使发动机的结构和使用变得很复杂通常是尽可能将被控参数的数目减少，即只调节决定发动机工作状态的最基本的参数控制相关概念控制对象被控制的技术对象称为控制对象，如发动机控制器控制对象以外的，为完成控制任务的机构的总合控制系统控制对象和控制器的总合称为控制系统被控变量能表征被控对象（发动机）的工作状态，又能被控制的变量称为被控变量。如发动机的转速可控变量能影响被控对象（发动机）的工作过程，用来改变被控变量大小的变量称为可控变量对于涡喷发动机一般供油量为可控变量;对于涡桨发动机，一般供油量和桨叶角为可控变量干扰量作用在被控对象或控制器上，能引起被控对象发生变化的外部作用量，如大气温度，大气压力（飞行高度，飞行马赫数），大气湿度等。给定量驾驶指令发动机控制方案根据外界条件（飞行高度和速度）或驾驶指令来改变可控变量，以保证发动机的被控变量不变或按预定规律变化，从而达到控制发动机推力的目的。组成发动机的控制系统由控制装置和被控对象组成，组成控制装置的主要元件有:敏感元件，放大元件，执行元件，供油元件等。闭环控制闭环控制的应用被控对象-------发动机输出变量n（即控制器的输入量）外界干扰量控制器组成敏感元件（即离心飞重）感受发动机的实际转速指令机构（即油门杆）它通过传动臂，齿轮，齿套等来改变调准弹簧力，确定转速的给定值放大元件（即分油活门）分油活门的位置由离心飞重的轴向力与指令机构给定的调准弹簧力比较后的差值决定;执行元件（即随动活塞）它控制柱塞泵斜盘的角度，从而改变供油量供油元件（即燃油泵）图10-3闭环控制系统闭环控制系统的工作过程发动机稳定工作时发动机的转速和给定值相等，分油活处于中立位置控制器各部发都处于相对静止状态当外界条件变化引起发动机的转速增加（如何减小qmf）分油活门向上移动n增加敏感元件离心飞重的离心力变大，张角变大，其轴向力变大，大于调准弹簧力随动活塞向下移动，使柱塞泵的斜盘角变小，供油量减少,使转速恢复到给定值分油活门两个突肩堵住的上下两条油路打开随动活塞的上腔与高压油路相通下腔与回油路相通如何通过调节油门给定转速当推油门时，则通过传动臂，齿轮，齿套等来改变调准弹簧力转速给定值改变控制器相应地调节供油量，将转速调到给定值具体工作原理思考闭环控制的优缺点控制器感受的不是外界的干扰量，而是直接感受发动机（被控对象）的被控参数（转速）当被控参数有了偏离后，才被控制器感受，再进行控制，使被控参数重新恢复到给定值由于它是按被控参数的偏离信号而工作的，故称闭环控制的工作原理为偏离原理。它的优点是控制比较准确，但控制不及时，滞后开环控制控制器与发动机的关系以及信号传递的关系形成一个开路,故称为开环控制系统被控对象的输出量是发动机的转速n，控制器的输入量是干扰量f;而控制器的输出量是qmf敏感元件（膜盒）感受进气总压;进气总压是飞行高度和飞行马赫数的函数;指令机构（油门杆）通过传动臂，齿轮，齿套等来改变调准弹簧力，确定转速的给定值;放大元件（档板活门）档板通过与膜盒相连的杠杆的作用来改变其开度执行元件（随动活塞）它控制柱塞泵斜盘的角度，从而改变供油量;供油元件（柱塞泵）图10-4开环控制系统开环控制系统工作原理当飞行高度增加时，进入发动机的空气流量减少,同时也使PH＊减小，控制器和膜盒同时感受到这一干扰量的变化，于是膜盒膨胀,通过杠杆使档板活门的开度增大，随动活塞上腔的放油量增大，使随动活塞上移并带动柱塞泵的斜盘角变小,供油量减少与空气流量的减少相适应，从而保持转速不变开环控制系统特点控制器和发动机同是感受外界的干扰量只要干扰量发生变化，控制器就相应地改变可控变量qmf，以补偿干扰量f对发动机所引起的被控参数n的变化，从而保持被控参数不变这种控制系统的控制工作原理为补偿原理。这种控制系统控制及时，滞后较小，但由于不能感受所有的干扰量，故控制不太准确复合控制:复合控制系统是开环和闭环控制的组合控制系统这种控制系统蒹有开环和闭环控制系统的优点，即控制及时(响应快)又准确(精度高)，工作稳定，但控制器的结构较复杂。8.2液压机械式发动机控制系统发动机控制系统分类液压机械式监控型电子式全功能数字电子式液压机械式及气动机械式燃油控制器目前为止民用航空发动机上使用最多的控制器它有良好的使用经验和较高的可靠性它除控制供往燃烧室的燃油外，还操纵控制发动机可变几何形状，例如可调静子叶片、放气活门、放气带等，保证发动机工作稳定和提高发动机性能液压机械式控制器计算是由凸轮、杠杆、滚轮、弹簧、活门等机械元件组合实现的，由液压油源作为伺服油（控制油）气动机械式调节器计算则是由薄膜、膜盒、连杆等气动、机械元件组合进行的，使用压气机空气作为伺服介质8.2.1液压机械式发动机控制系统组成低压燃油泵，加热器，主油泵，燃油滤，燃油控制器，流量传感器，燃油／滑油热交换器，增压泄油活门，燃油总管，喷油嘴组成各部件的功用低压燃油泵向发动机高压泵提供所需燃油压力和流量加热器热空气来自压气机，对燃油加热，防止燃油结冰主油泵给燃油增压。分为柱塞泵和齿轮泵两种，它们都属于容积泵燃油控制器根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，计量供给然烧室的燃油燃油／滑油热交换器加热燃油，同时冷却滑油燃油喷嘴:雾化燃油，分为雾化型（双路离心式喷嘴）、气动式和蒸发型等增压/泄油活门(PD活门)增压活门在供油压力大于预定值时打开（一般在慢车之前），停车时和低转速时关闭。工作时增压使燃油在预定压力下流入燃油总管，控制到副油路的燃油流量，起到分配活门的作用;泄油活门停车时打开将燃油总管中的燃油放回到油箱。发动机工作时关闭。燃油滤由油滤，旁通活门和压差电门组成旁通活门的功用是当油滤堵塞或油滤进出口的压差达到一定数值时打开，直接供油压差电门的功用是当油滤堵塞或油滤进出口的压差达到一定数值时接通，警告灯亮。但发动机仍能正常工作，只是指出油滤堵塞应清洗油滤8.2.2燃油泵油泵是一种将机械能转变成压力能的机械航空发动机中油泵分类（根据用途划分）燃油泵、滑油泵、液压泵等燃油泵的功用燃油经燃油泵增压后，供往发动机喷嘴高压燃油还作为能源，用来驱动执行元件油泵的分类（根据增压原理划分）容积式泵叶轮式泵(1)容积式泵容积式泵是依靠泵的抽吸元件作相对运动，交替改变元件间的自由容积进行吸油、排油的供油量取决于元件一次循环运动中自由容积变化的大小。在一定的供油量下，泵根据出口处的液体流动阻力来建立压力。这类泵在航空发动机上应用最广，如：柱塞泵、齿轮泵、旋板泵（叶片泵）⑵叶轮式泵叶轮式泵是依靠叶轮作旋转运动，使经过叶轮的液体增加动能和压力能，在叶轮后的扩压器中再将液体的动能部分滞止，转化为压力能。这类泵有离心泵、汽心泵、螺旋泵。目前民航发动机上用的最多的是渐开线直齿外啮合齿轮泵和轴向倾斜式变量柱塞泵以及旋板泵和离心泵。齿轮泵(容积式泵)定量泵，工作容积不可调。流量和转速有一一对应关系当转速不变时，供油量通过旁通回油节流调节齿轮泵的供油量始终高于需油量，超出需要的油量返回油泵进口。柱塞泵(容积式泵)供油量不仅取决于转速还取决于斜盘角度转速不变时，供油量通过改变斜盘角度容易调节，这是它的主要优点。图10-8齿轮泵图10-9柱塞泵离心泵8.2.3燃油控制器功用感受各种参数，按照驾驶员的要求，向燃烧室供应足够的燃油，使发动机产生需要的推力控制器按照预先确定的供油计划，作为油门杆角度、压气机出口压力、压气机进口温度和发动机转速的函数调节供油量。组成计量系统计算系统计量系统功用按照驾驶员要求的推力，根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，在发动机的工作限制之内，依据计算系统计算的流量向燃烧室供应燃油实现方法由压力调节活门用来感受计量活门进、出口的压力，保持压差不变，使供油量只与计量活门的流通面积有关组成粗油滤和细油滤、计量活门、压力调节活门、最小压力和切断活门、风车旁路和停车活门、自动储备推力和环境压力伺服等部件。pAqfm2,计算系统功用感受各种参数，在发动机所有工作阶段控制计量部分的输出感受参数有发动机转速，压气机出口总压，压气机出口总温，压气机进口总温，油门杆角度等组成计算系统由压气机出口压力传感器、压气机出口压力限制器、转速调节器、压气机进口温度传感器及操纵机构等组成8.3监控型电子控制从液压机械式控制向数字电子控制的过渡在原有的液压机械式控制器基础上，再增加一个发动机电子控制器（EEC），两者共同实施对发动机的控制在这种类型的发动机控制中液压机械式控制器作为主控制器负责发动机的完全控制，包括启动、加速、减速控制，转速控制发动机电子控制具有监督能力，对推力（功率）进行精确控制，并对发动机重要工作参数进行安全限制由于电子控制便于同飞机接口，易于推力管理，状态监视，以及信号显示和数据储存EEC应用JT9D-7R4、RB211-535E4、CFM56-3、CT7等发动机EEC的电液转换（如何把电信号转换为液压信号）通过力矩马达与液压机械式控制器联系，实现电液转换EEC的计算结果以电信号输出给力矩马达力矩马达将信号转换成液压信号控制燃油流量EEC的安全可靠性电子控制器若有故障，可退出工作驾驶员按一下按钮即可使液压机械式控制器恢复全部控制EEC供电专用发电机供电，飞机电源可作为EEC的备用电源及地面试验电源EEC安装一般安装在风扇机匣的外侧因为那里是发动机上环境相对较好的地方，安装有减振座，采用大气冷却也有的EEC位于电子设备舱。8.4全权限数字电子控制(FADEC/EEC)FADEC全称fullauthoritydigitalelectroniccontrolFADEC应用PW4000，V2500，RB211-524，GE90等全它发动机控制发展的最新水平，也是今后发展的方向FADEC组成FADEC系统是管理发动机控制的所有控制装置的总称发动机电子控制器EEC或电子控制装置ECU是它的核心所有控制计算由计算机进行，然后通过电液伺服机构输出控制液压机械装置及各个活门、作动器等，因此液压机械装置