航空发动机构造 第8章 发动机控制系统.ppt

第8章 发动机控制系统 n8.1 概述 q8.1.1 发动机控制系统的功用 n燃油流量控制 q 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q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n放气活门VBV（Variable Bleed Valve）和导向叶片VSV （Variable Stator Vane）的控制n涡轮间隙TCC（Turbine Clearance Control）的控制 n8.1.2 发动机控制的内容和方法q推力控制n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q过渡控制n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q安全限制n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n发动机工作限制q在地面条件下工作时所受限制n最大转速n贫油熄火n涡轮前燃气总温的最高值n压气机喘振边界q在空中条件下工作时n高空低速时受燃烧室高空熄火的限制q因为高空空气稀薄，燃油雾化质量差，难以稳定燃烧n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 n8.1.3 基本概念q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n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n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q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 n控制相关概念q控制对象n被控制的技术对象称为控制对象，如发动机 q控制器n控制对象以外的，为完成控制任务的机构的总合q控制系统n控制对象和控制器的总合称为控制系统q被控变量n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q可控变量n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n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q干扰量n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q给定量n驾驶指令q发动机控制方案n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q组成n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q闭环控制q闭环控制的应用n被控对象-------发动机q输出变量n（即控制器的输入量）外界干扰量外界干扰量n控制器组成q敏感元件（即离心飞重 ）§感受发动机的实际转速 q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q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;q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q供油元件（即燃油泵） 图10-3 闭环控制系统 n闭环控制系统的工作过程q发动机稳定工作时n发动机的转速和给定值相等，分油活处于中立位置n控制器各部发都处于相对静止状态q当外界条件变化引起发动机的转速增加（如何减小 qmf）n分油活门向上移动qn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n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 q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n如何通过调节油门给定转速q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q控制器相应地调节供油量，将转速调到给定值q具体工作原理n 思考n闭环控制的优缺点q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）q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q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。

q它的优点是控制比较准确，但控制不及时，滞后n开环控制q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n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qmfn敏感元件（膜盒）q感受进气总压; 进气总压是飞行高度和飞行马赫数 的函数;n指令机构（油门杆）q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;n放大元件（档板活门）q档板通过与膜盒相连的杠杆的作用来改变其开度n执行元件（随动活塞）q它控制柱塞泵斜盘的角度，从而改变供油量;n供油元件（柱塞泵） 图10-4 开环控制系统 n开环控制系统工作原理q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q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 n开环控制系统特点q控制器和发动机同是感受外界的干扰量n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n这种控制系统的控制工作原理为补偿原理。

q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n复合控制:q复合控制系统是开环和闭环控制的组合控制系统q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n8.2 液压机械式发动机控制系统q发动机控制系统分类n液压机械式n 监控型电子式n 全功能数字电子式q液压机械式及气动机械式燃油控制器n目前为止民用航空发动机上使用最多的控制器n它有良好的使用经验和较高的可靠性n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n液压机械式控制器q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）n气动机械式调节器q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n8.2.1液压机械式发动机控制系统组成 q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 n组成各部件的功用q低压燃油泵n向发动机高压泵提供所需燃油压力和流量q加热器n热空气来自压气机，对燃油加热，防止燃油结冰q主油泵n给燃油增压。

分为柱塞泵和齿轮泵两种，它们都属于容积泵q燃油控制器n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q燃油／滑油热交换器n加热燃油，同时冷却滑油q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q增压/泄油活门(PD活门)n增压活门q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;n泄油活门q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q燃油滤n由油滤，旁通活门和压差电门组成n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n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n8.2.2 燃油泵q油泵是一种将机械能转变成压力能的机械q航空发动机中油泵分类（根据用途划分）n燃油泵、滑油泵、液压泵等q燃油泵的功用n燃油经燃油泵增压后，供往发动机喷嘴n高压燃油还作为能源，用来驱动执行元件q油泵的分类（根据增压原理划分）n容积式泵n叶轮式泵 n(1)容积式泵 q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q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）n⑵ 叶轮式泵 q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q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 n齿轮泵(容积式泵)q定量泵，工作容积不可调流量和转速有一一对应 关系q当转速不变时，供油量通过旁通回油节流调节q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n柱塞泵(容积式泵)q供油量不仅取决于转速还取决于斜盘角度q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 n8.2.3 燃油控制器q功用n 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n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q组成n计量系统n计算系统n计量系统 q功用n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 q实现方法n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 q组成n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。

n计算系统 q功用n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n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q组成n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 n8.3 监控型电子控制q从液压机械式控制向数字电子控制的过渡q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q在这种类型的发动机控制中n液压机械式控制器q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n发动机电子控制q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q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 nEEC应用qJT9D-7R4、RB211-535E4、CFM56-3、CT7等发动机nEEC的电液转换（如何把电信号转换为液压信号）q通过力矩马达与液压机械式控制器联系，实现电液转换qEEC的计算结果以电信号输出给力矩马达q力矩马达将信号转换成液压信号控制燃油流量nEEC的安全可靠性q电子控制器若有故障，可退出工作q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nEEC供电q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nEEC安装q一般安装在风扇机匣的外侧n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n也有的EEC位于电子设备舱。

n8.4 全权限数字电子控制(FADEC/EEC)qFADEC全称n full authority digital electronic controlqFADEC应用nP。