航空发动机控制基础精品PPT课件
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航空发动机控制基础ppt课件
反馈是将输出返回到输入量的入口
结构简图
f 放大元件
执行元件
供油元件
发动机
Hale Waihona Puke pmwfn
敏感元件
y
闭环控制：
控制比较精确，在现代飞机上被广泛使 用
反应不够及时，被控参数发生偏离，才 开始动作，干扰量连续变化，系统工作不稳 定
偏离原理控制
开环控制：
开环系统是一种最简单的控制方式，特点 是在控制器和被控对象之间只有正向作用， 而没有反馈，即系统的输出量对控制量没有 影响。
航空发动机对控制装置的基本要求
➢可更改性好，满足先进发动机对控制不 断增加的要求
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 结构简单、重量轻、体积小、安装方便
第二章 民航发动机的控制
内容
➢自动控制的基本概念 ➢民航发动机控制的内容
自动控制的基本概念
被控对象:发动机 控制装置：转速控制器（虚线内部分） 控制系统：被控对象＋控制装置 被控参数：转速 可控变量：用来改变被控参数大小的因素 干扰作用量：作用在被控对象/控制装置上，
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 良好的动态品质 控制的动态过程要有较好的快速性，而且
过程要平稳
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 可靠性高，维护性好 采用分布式结构降低控制系统的复杂性 将控制器安装在远离发动机的区域 采用砷化镓和碳化硅制造电子元器件 提高系统的耐高温、抗振动和抗电磁干扰的能 力
内容
➢齿轮泵的工作原理 ➢油泵供油量的调节特性
供油元件：燃油泵
❖油泵：是一种将机械能转化为液压能的机械。
❖ 根据用途分类： 燃油泵 特殊需要的
力油
能够引起被控参数变化的外部作用量 给定值：驾驶员的指令值
航空发动机基本原理PPT课件
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第51页/共82页
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带有外涵道的桨扇发动机
第58页/共82页
第59页/共82页
新型的HK-93涵道浆扇发动机(俄罗斯)
优点：涵道比大,省油; 增加10%推力; 减少噪音。 缺点：造价提高。
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第62页/共82页
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9.真空能发动机
现代物理学认为：真空不是一无所有,“真空 是物质的凝聚态”(李政道语),真空是能量海,蕴藏 着极大的能量。有人说1立方厘米真空里面含有 1095克的能量,通过质能互换定理(E=mc2),可以 把真空中的能量看成无穷大。
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6.涡轮轴发动机(功率大,直升机用)
动力输出
高压压气机
回流燃烧系统
低压压气机
普通涡轮
自由动力涡轮
进气道 双轴涡轮轴发动机(带自由动力涡轮的)
燃烧室
第43页/共82页
第44页/共82页
第45页/共82页
7.涡轮螺旋桨发动机(噪音小,寿命长,中低速飞机用)
小平同志亲自批示,太行发动机正式立项。 2009年,吴大观在北京去世。
第35页/共82页
5.涡轮风扇发动机(油耗低,难度高,大型民用客机用)
靠涡轮驱动
冷却引擎,降 低引擎噪音
靠涡轮驱动
中心轴
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非加力式涡扇发动机
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加力式涡扇发动机
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带有外涵道的桨扇发动机
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新型的HK-93涵道浆扇发动机(俄罗斯)
优点：涵道比大,省油; 增加10%推力; 减少噪音。 缺点：造价提高。
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9.真空能发动机
现代物理学认为：真空不是一无所有,“真空 是物质的凝聚态”(李政道语),真空是能量海,蕴藏 着极大的能量。有人说1立方厘米真空里面含有 1095克的能量,通过质能互换定理(E=mc2),可以 把真空中的能量看成无穷大。
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6.涡轮轴发动机(功率大,直升机用)
动力输出
高压压气机
回流燃烧系统
低压压气机
普通涡轮
自由动力涡轮
进气道 双轴涡轮轴发动机(带自由动力涡轮的)
燃烧室
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7.涡轮螺旋桨发动机(噪音小,寿命长,中低速飞机用)
小平同志亲自批示,太行发动机正式立项。 2009年,吴大观在北京去世。
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5.涡轮风扇发动机(油耗低,难度高,大型民用客机用)
靠涡轮驱动
冷却引擎,降 低引擎噪音
靠涡轮驱动
中心轴
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非加力式涡扇发动机
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加力式涡扇发动机
航空发动机状态控制系统课件
系统发展历程与趋势
发展历程
航空发动机状态控制系统经历了从机械液压式到全权限数字电子控制（FADEC ）的发展过程，技术不断升级换代。
趋势
未来发展方向包括更加智能化的控制算法、更加精确的传感器技术以及更加可 靠的网络通信技术等。
02 航空发动机状态检测技术
传感器技术
01
02
03
传感器类型
温度、压力、振动、位移 等传感器用于监测航空发 动机的工作状态。
自适应鲁棒控制
自适应鲁棒控制是一种结合了自适应控制和鲁棒控制的算法，它 能够根据系统的不确定性和扰动情况，自动调整控制器参数，以
保证系统的稳定性和性能。
04 航空发动机状态控制系统设计
系统架构设计
系统架构概述
01
介绍航空发动机状态控制系统的整体架构，包括各组成部分及
其功能。
分层架构设计
02
详细描述系统架构中的各层，包括感知层、控制层、执行层等
航空发动机状态控制系 统课件
目录
Contents
• 航空发动机状态控制系统概述 • 航空发动机状态检测技术 • 航空发动机状态控制算法 • 航空发动机状态控制系统设计 • 航空发动机状态控制系统实现与验
证 • 航空发动机状态控制系统案例分析
01 航空发动机状态控制系统概述
系统定义与功能
定义
航空发动机状态控制系统是用于监测 、控制和优化航空发动机性能的一套 综合系统。
功能
实时监测发动机状态参数，如温度、 压力、转速等；控制燃油流量、点火 时刻等关键参数；对发动机性能进行 优化，确保安全、高效运行。
系统重要性及应用领域
重要性
航空发动机状态控制系统是保障 飞行安全和提高飞行效率的关键 技术之一。
航空发动机控制系统
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• 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
第12页/共39页
• 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
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• 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
第13页/共39页
• 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
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• 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;
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• (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）
• 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
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• 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
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• 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
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• 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
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• 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;
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• (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）
《航空发动机结构》PPT课件
2020/12/31
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燃气涡轮发动机的基本机理---喷气推进原理： 喷气推进是牛顿第三定律（作用在物体上的每一
2020/12/31
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4、WZ发动机
主要部件：进气道、压气机、燃烧室、动力涡 轮、自由涡轮、尾喷管
特点：通常带有自由涡轮，而其他形式的涡轮 喷气发动机一般没有自由涡轮。
2020/12/31
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5 桨扇发动机
螺桨风扇发动机是一种介于涡扇发动机和涡桨 发动机之间的一种发动机形式。它既可看作带除去 外涵道的大涵道比涡扇发动机，又可看作高速先进 螺桨的涡桨发动机，因而兼有前者飞行速度高和后 者耗油率低的优点。目前正处于研究和实验阶段。
航空发动机结构分析
1. 目录
2. 绪论 3. 压气机 4. 涡轮 5. 燃烧室 6. 尾喷管 7. 总体结构 8. 受力分析
2020/12/31
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西北工业大学装置。自从人类尝试进行
有翼飞行器飞行以来，经历了无数次失败，只是在使 用了活塞式内燃机以后，才在20世纪初把第一架飞机 送上蓝天。
• 对单转子发动机来讲，就是指压气机、主燃烧 室的带动压气机的涡轮；
• 对双转子发动机来讲，就是指高压压气机、主 燃烧室和高压涡轮。
以核心机为基础，增添不同类型的部件 就可以发展成不同类型的发动机。
2020/12/31
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燃气涡轮发动机的主要性能参数 推力 单位推力 推重比 单位迎面推力 单位燃油消耗率 增压比涡轮前燃气温度涵道比
桨扇发动机的概念研 究始于70年代中期。80年 代后半期已完成地面和飞 行验证试验，基本达到预 期目标。由于航空公司的 综合经济因素和公众接受 心理等种种原因，桨扇发 动机尚未进入实用阶段。
《航空发动机原理》课件
润滑系统故障
润滑油压力低、油温过高或过低、漏油等。
冷却系统问题
冷却水流量不足、水温过高、散热器堵塞等 。
故障诊断方法
振动分析
通过测量和分析发动机的振动 信号，判断是否存在异常。
性能参数监测
定期检查发动机的性能参数， 如功率、油耗、排气温度等， 以便及时发现异常。
油液分析
通过对润滑油和冷却水的成分 和状态进行检测，判断是否存 在故障。
指航空发动机将吸入的空气进行压缩的过 程。
压缩方式
航空发动机的压缩方式主要有两种，即等 熵压缩和等压压缩。不同的压缩方式会对
发动机的性能和效率产生影响。
压缩比
压缩比是指航空发动机压缩后的空气压力 与压缩前的空气压力的比值。压缩比的大 小会影响发动机的性能和效率。
压缩热
在空气被压缩的过程中，会产生大量的热 量，这些热量需要得到及时的散发和冷却 ，否则会影响发动机的性能和寿命。
随着环保意识的日益增强，航空发动机 的绿色环保发展趋势愈发重要。
VS
详细描述
为了降低航空发动机对环境的影响，未来 的发展将更加注重节能减排、降低噪音和 减少废弃物等方面。新型燃烧室设计、排 放控制技术和先进冷却技术等将有助于实 现这一目标。同时，生物燃料和电力驱动 等替代能源的研究和应用也将为航空发动 机的绿色发展提供更多可能性。
预防性维护
根据实际情况制定合理的维护计划，确保发 动机始终处于良好状态。
05
CATALOGUE
航空发动机的发展趋势与未来展望
高性能与高效率的发展趋势
总结词
随着科技的不断进步，航空发动机的高性能与高效率发展趋 势日益明显。
详细描述
为了满足现代航空工业对飞行器性能的更高要求，航空发动 机在设计和制造过程中不断追求更高的推力、更轻的重量、 更低的油耗和更高的可靠性。
航空发动机PPT课件
星形发动机
直立式发动机
V形发动机
2020/2/19
活塞式航空发动6 机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
活塞8发动机 双排14缸星形气冷发动机
2020/2/19
7
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
3.2.4 航空活塞式发动机主要性能指标
发动机功率——
发动机可用与驱动螺旋桨的功率称为有效功率（kW）
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
2020/2/19
1
3.1 发动机的分类及特点
冲压 喷气发 燃动气机
涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮螺桨发动机
活塞式
涡轮发
涡轮桨扇发动机
发动机
航发空动航机天 动机
涡轮轴发动机 垂直起落发动机
火箭
航空航天
冲压发 动机
组合
涡轮
发动机
火箭 发动机
化学 液体火箭发动机 火箭发 固体火箭发动机 动机 固-液混合火箭发动机
涡轮喷气发动机 涡轮螺桨发动机 涡轮轴发动机
涡轮风扇发动机 涡轮桨扇发动机 垂直起落发动机
2020/2/19
空气喷气发动11 机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
1、涡轮喷气发动机
组成部件
进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
进气道系统
整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证发动机 所需的空气量；将高速气流逐渐降下来，尽量将动能 转变为压力势能，保证压气机有良好的工作条件
2020/2/19
涡轮喷气发动机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
空气喷气发动26 机
尾喷管 整流锥
支板
整理燃烧后的气流
航空发动机学 _发动机控制系统
第四章 发动机控制系统
•发动机在地面条件下工作时受到最大转速、贫油熄火、涡轮前燃气总温 的最高值及压气机喘振边界的限制，如图4-1所示。 •发动机在空中条件下工作时受到的限制有: 高空低速时受燃烧室高空熄火 的限制,这是因为高空空气稀薄，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。
第四章 发动机控制系统
• 计量活门进、出口的压差保持不变，改变燃油的流通面积，改变 向燃烧室的供油量因为
• 式中: － qm.f燃油流量；－ u流量系数；－ A计量活门的面积； － p燃油密度； －△p 计量活门进、出口的压差。 • 活动套筒的位置由旋转的计量活门的操纵活门控制。 • 计算系统的功用是: 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n，压气机出口总压P2，压气机出口总温 T2，压气机进口总温T1 ，油门杆角度等。
第四章 发动机控制系统
• 4.1.1 发动机控制系统的功用 • 发动机控制系统的功用包括下述几个方面: • 1、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。在控制中要求: 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。 • 控制分为: 稳态控制和过渡态控制和安全限制。 • 2、放气活门VBV和导向叶片VSV的控制。 • 3、涡轮间隙TCC的控制。
第四章 发动机控制系统
当外界条件变化引起进入发动机的空气流量增加时， 则调节过程相反。 • 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。 • 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。 •
飞机发动机操纵系统课件
➢前向推力杆和反推杆是绞接在一起的，一个锁定机构防止 前向推力杆和反推杆的同时作动。
➢ 每个杆能够运动的能力取决于另一个杆的位置。 ➢如果前向推力杆在慢车位，反推杆离开OFF位的话，推 力杆不能向前推增加正推力； ➢如果反推杆在OFF位，前向推力杆离开慢车位，那么， 反推杆提不起来。 ➢当反推杆拉起时，发动机的转速将增加。
（发动机运转）位置
➢ 当移动起动手柄至关断位置时：
➢ 燃油控制板接收一个起动手柄位置输入 ➢ 电源关闭发动机燃油翼梁活门 ➢ 从EEC断掉点火电源 ➢ 两个发动机起动手柄继电器移至关断位置 ➢ 电源关闭在液压机械装置（HMU）内的高压切断活门（HPSOV） ➢ EEC的通道A和通道B 复位。
➢反推力联锁电磁线圈通电允许在反推装置展开操作期 间反推力杆的进一步扳动。如果反推力联锁电磁线圈 不通电，你就不能扳动反推力杆和增加反推力。当反 推装置套筒是在60%行程至完全展开位置时，电磁线 圈通电。每个EEC控制两个电磁线圈中的一个。
➢每个电磁线圈连接至EEC的两个通道。EEC从每个反 推装置平移套筒的LVDT 接收平移套筒的位置信号。 当两个套筒都是在大于60％的展开时，EEC 使电磁 线圈通电。电磁线圈收起联锁锁闩。反推力杆这时就 能够通过展开位置，所以反推力能够增大。
➢ 推力杆解算器
➢ 推力杆解算器组件有两个，每台发动机一个。每个推力杆解算 器组件有两个解算器，一个是EEC通道A的，一个是EEC通道 B 的。推力杆解算器把机械的正推推力杆和反推推力杆位置改 变为模拟的推力杆解算器角度（TRA）信号。这些信号输至 EEC。EEC使用这些信号控传动钢索与燃油控制器上的功率杆相 连。
2. 发动机操纵部件( B737 )
发动机 操纵部件
推力杆 （正推和反推）
➢ 每个杆能够运动的能力取决于另一个杆的位置。 ➢如果前向推力杆在慢车位，反推杆离开OFF位的话，推 力杆不能向前推增加正推力； ➢如果反推杆在OFF位，前向推力杆离开慢车位，那么， 反推杆提不起来。 ➢当反推杆拉起时，发动机的转速将增加。
（发动机运转）位置
➢ 当移动起动手柄至关断位置时：
➢ 燃油控制板接收一个起动手柄位置输入 ➢ 电源关闭发动机燃油翼梁活门 ➢ 从EEC断掉点火电源 ➢ 两个发动机起动手柄继电器移至关断位置 ➢ 电源关闭在液压机械装置（HMU）内的高压切断活门（HPSOV） ➢ EEC的通道A和通道B 复位。
➢反推力联锁电磁线圈通电允许在反推装置展开操作期 间反推力杆的进一步扳动。如果反推力联锁电磁线圈 不通电，你就不能扳动反推力杆和增加反推力。当反 推装置套筒是在60%行程至完全展开位置时，电磁线 圈通电。每个EEC控制两个电磁线圈中的一个。
➢每个电磁线圈连接至EEC的两个通道。EEC从每个反 推装置平移套筒的LVDT 接收平移套筒的位置信号。 当两个套筒都是在大于60％的展开时，EEC 使电磁 线圈通电。电磁线圈收起联锁锁闩。反推力杆这时就 能够通过展开位置，所以反推力能够增大。
➢ 推力杆解算器
➢ 推力杆解算器组件有两个，每台发动机一个。每个推力杆解算 器组件有两个解算器，一个是EEC通道A的，一个是EEC通道 B 的。推力杆解算器把机械的正推推力杆和反推推力杆位置改 变为模拟的推力杆解算器角度（TRA）信号。这些信号输至 EEC。EEC使用这些信号控传动钢索与燃油控制器上的功率杆相 连。
2. 发动机操纵部件( B737 )
发动机 操纵部件
推力杆 （正推和反推）
航空发动机概述精品PPT课件
4、涡轮轴发动机
➢ 涡轮轴发动机用于直升机，与涡桨发动机相类似， 将燃气发生器产生的可用功几乎全部从动力涡轮 轴上输出，带动直升机的旋翼和尾桨。
➢ 涡轮轴发动机简图
发动机在飞机上的位置
机身内后部
发动机在飞机上的位置
机翼根部
发动机在飞机上的位置
机翼下（多用于旅客机）
发动机在飞机上的位置
机身后部平尾根部
冲压空气喷气发动机
脉动式空气喷气发动机
（2）燃气涡轮喷气发动机
发动机工作时，空气的压缩除了利用冲压 的作用外，主要依靠专门的压气机来完成。
燃气涡轮喷气发动机的分类
用于飞机的航空燃气轮机： 涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮螺桨发动机
用于直升飞机的航空燃气轮机： 涡轮轴发动机
1、涡轮喷气发动机
一、航空活塞式发动机
按混合气着火的方法区分 点燃式发动机
电嘴产生电火花点燃混合气 压燃式发动机
不装电嘴
一、航空活塞式发动机
按冷却发动机的方法区分 气冷式发动机
直接利用飞行中的迎面气流来冷却气缸 液冷式发动机
利用循环流动的冷却液来冷却气缸
一、航空活塞式发动机
按气缸排列的方式区分 直列型发动机
二、喷气发动机
火箭发动机
固体火箭发动机
液体火箭发动机
无压气机式空 气喷气发动机
冲压式喷气发动机 脉动式喷气发动机
空气喷气发动机
涡轮喷气发动机
有压气机式空气喷 气发动机
涡轮风扇发动机 涡轮螺旋桨发动机
涡轮轴发动机
1、火箭发动机
火箭发动机自身带有氧化剂，燃料燃烧时 不需要外界输入空气来助燃，可以在真空 中飞行，飞行高度不受限制。
根据采用的燃料不同，分为固体燃料火箭 发动机和液体燃料火箭发动机两种。
航空发动机控制系统课件
压力和流量检测法
通过检测发动机进气、排气和 燃油系统的压力和流量，判断
是否存在故障。
维护与保养
定期更换润滑油和滤清器
保持发动机内部清洁，防止磨损和堵塞。
定期检查涡轮和压气机
确保发动机的空气流动畅通无阻。
检查电气线路和传感器
确保发动机控制系统的正常工作和信号传输 。
调整燃油和点火系统
保证发动机的正常燃烧和功率输出。
涡轮增压器
涡轮增压器是航空发动机控制系统中 用于提高发动机进气压力的执行器。
涡轮增压器的工作温度和压力很高， 因此需要采用耐高温、耐磨损的材料 制造，同时需要定期进行维护和更换 易损件。
涡轮增压器通过将废气排出发动机后 驱动涡轮，涡轮再带动压气机将空气 压缩并送入发动机，从而提高发动机 的进气压力和密度。
喷油嘴
喷油嘴是航空发动机控制系统 中控制燃油喷射的关键执行器
。
喷油嘴通过精确控制燃油的喷 射量和喷射时间，实现发动机 的燃油供给和燃烧过程的控制
。
喷油嘴通常由针阀和喷嘴组成 ，针阀用于控制燃油的流动， 喷嘴则将燃油雾化成微小颗粒 ，以便更好地与空气混合燃烧 。
喷油嘴的性能直接影响发动机 的燃烧效率和性能，因此需要 定期检查和维护，以确保其正 常工作和良好的性能。
具有输出力矩大、响应速度快的特点，适用于 大负载的场合。
气动执行器
利用压缩气体驱动，具有结构简单、可靠性高的优点。
控制算法的优化与改进
自适应控制算法
根据系统参数变化，自动调整控制参数，提 高控制精度。
鲁棒控制算法
针对不确定性因素，设计鲁棒控制器，提高 系统稳定性。
滑模控制算法
通过滑模面的设计，实现快速响应和抗干扰 能力。
通过检测发动机进气、排气和 燃油系统的压力和流量，判断
是否存在故障。
维护与保养
定期更换润滑油和滤清器
保持发动机内部清洁，防止磨损和堵塞。
定期检查涡轮和压气机
确保发动机的空气流动畅通无阻。
检查电气线路和传感器
确保发动机控制系统的正常工作和信号传输 。
调整燃油和点火系统
保证发动机的正常燃烧和功率输出。
涡轮增压器
涡轮增压器是航空发动机控制系统中 用于提高发动机进气压力的执行器。
涡轮增压器的工作温度和压力很高， 因此需要采用耐高温、耐磨损的材料 制造，同时需要定期进行维护和更换 易损件。
涡轮增压器通过将废气排出发动机后 驱动涡轮，涡轮再带动压气机将空气 压缩并送入发动机，从而提高发动机 的进气压力和密度。
喷油嘴
喷油嘴是航空发动机控制系统 中控制燃油喷射的关键执行器
。
喷油嘴通过精确控制燃油的喷 射量和喷射时间，实现发动机 的燃油供给和燃烧过程的控制
。
喷油嘴通常由针阀和喷嘴组成 ，针阀用于控制燃油的流动， 喷嘴则将燃油雾化成微小颗粒 ，以便更好地与空气混合燃烧 。
喷油嘴的性能直接影响发动机 的燃烧效率和性能，因此需要 定期检查和维护，以确保其正 常工作和良好的性能。
具有输出力矩大、响应速度快的特点，适用于 大负载的场合。
气动执行器
利用压缩气体驱动，具有结构简单、可靠性高的优点。
控制算法的优化与改进
自适应控制算法
根据系统参数变化，自动调整控制参数，提 高控制精度。
鲁棒控制算法
针对不确定性因素，设计鲁棒控制器，提高 系统稳定性。
滑模控制算法
通过滑模面的设计，实现快速响应和抗干扰 能力。
第十一章--航空发动机数据系统PPT课件
谐振式压力传感器形式：弦振式、振膜式、振筒式等。 PW4000压力传感器（4处）：pamb、pt2、pt4.95、pb(燃烧室)
•26.03.2024
•8
四、流量及传感器
质量流量 体积流量 涡轮流量传感器：前后直管段长度应大于15倍和5倍 磁电式转换器：磁阻式、感应式、霍尔元件、光电元件变
换器等；
涡轮流量传感器特点：精度高、线性特性、测量范围宽、 反应灵敏、压力损失小等。
五、振动及传感器
(P390,表11.2)位置：风扇轴承、压气机、中介机匣、涡轮 传感器：速度式、加速度式 1、速度式测振原理 2、加速度式振动传感器原理
•26.03.2024
•9
六、位移测量 差动变压器式位移传感器 形式：1）II型；2）螺旋管型；3）“山”字型 特点：结构简单、灵敏度高、线性度好、测量范围宽。
温度测量：热电偶—400~12000C
电阻温度计—-60~4000C
压力测量：晶体振荡式传感器—可靠性高、稳定性好
转速传感器：齿轮式
•26.03.2024
•5
位移和转角测量：可变差动变压器（LVDT和RVDT）
一、转速及传感器
直接式：r/min(活塞式发动机) 相对转速：x%nmax 磁电感应式传感器（PW400、RB211、V2500、A320） EEC发电机（N2转速信号源）
第二节 典型的机载测试与显示系统
一、概述
FADEC系统将传感器采集、数字信号传给EEC（ECU），经 计算判断，发出指令控制发动机。
显示系统：EICAS或ECAM
二、boeing747-400飞机的机载显示系统
发动机指示及机组警告系统（EICAS） 1、驾驶舱EICAS系统：主发、辅发、警告、警戒、忠告、
•26.03.2024
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四、流量及传感器
质量流量 体积流量 涡轮流量传感器：前后直管段长度应大于15倍和5倍 磁电式转换器：磁阻式、感应式、霍尔元件、光电元件变
换器等；
涡轮流量传感器特点：精度高、线性特性、测量范围宽、 反应灵敏、压力损失小等。
五、振动及传感器
(P390,表11.2)位置：风扇轴承、压气机、中介机匣、涡轮 传感器：速度式、加速度式 1、速度式测振原理 2、加速度式振动传感器原理
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六、位移测量 差动变压器式位移传感器 形式：1）II型；2）螺旋管型；3）“山”字型 特点：结构简单、灵敏度高、线性度好、测量范围宽。
温度测量：热电偶—400~12000C
电阻温度计—-60~4000C
压力测量：晶体振荡式传感器—可靠性高、稳定性好
转速传感器：齿轮式
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位移和转角测量：可变差动变压器（LVDT和RVDT）
一、转速及传感器
直接式：r/min(活塞式发动机) 相对转速：x%nmax 磁电感应式传感器（PW400、RB211、V2500、A320） EEC发电机（N2转速信号源）
第二节 典型的机载测试与显示系统
一、概述
FADEC系统将传感器采集、数字信号传给EEC（ECU），经 计算判断，发出指令控制发动机。
显示系统：EICAS或ECAM
二、boeing747-400飞机的机载显示系统
发动机指示及机组警告系统（EICAS） 1、驾驶舱EICAS系统：主发、辅发、警告、警戒、忠告、
航空发动机控制系统课件
案例三：某型飞机发动机控制系统的设计优化
设计优化目标
设计优化方案
优化效果评估
总结
提高某型飞机发动机控制系统 的性能和可靠性，降低故障率 。
对发动机控制系统的电路和控 制算法进行优化，采用更加先 进的传感器和执行器，提高系 统的自动化程度和智能化水平 。
经过优化后，发动机控制系统 的性能和可靠性得到了显著提 高，故障率大幅降低。同时， 系统的自动化和智能化水平也 得到了提升，提高了飞机的整 体性能。
REPORTING
日常维护与保养
01
02
03
每日检查
检查控制系统的外观是否 正常，各部件连接是否紧 固，线路是否完好等。
清洁与除尘
定期清洁航空发动机控制 系统的表面，去除灰尘和 污垢，保持清洁的工作环 境。
功能测试
对控制系统的各个功能进 行测试，确保其正常工作 。
定期维护与保养
定期更换磨损部件
01
供应量减少。
气动控制系统的工作原理
气动控制系统是利用空气作为工作介质来控制发动机的各种参数，如进气压力、进 气温度和进气流量等。
气动控制系统通常由空气压缩机、气瓶、调节阀和传感器等组成。
当发动机需要增加进气压力时，调节阀会打开，使更多的空气进入发动机；反之， 当发动机需要减小进气压力时，调节阀会关闭，使空气供应量减少。
陶瓷复合材料
陶瓷复合材料具有耐高温、耐磨损等特性，可用于制造高温部件， 提高发动机的工作温度和效率。
金属基复合材料
金属基复合材料具有高刚性和轻量化特点，可用于制造发动机的旋 转部件，提高发动机的稳定性和可靠性。
新技术的应用
人工智能技术
人工智能技术可用于航空发动机 控制系统的故障诊断和预测，提 高发动机的可靠性和安全性。
航空发动机原理 ppt课件
• 随着飞行速度的增大, 冲 压比变大
• 而且飞行速度越大,冲压 比增加的越快。
17
PPT课件
冲压比随飞行速度的变化
❖ 大气温度T0 ▪ 当飞行速度和损流动失一定时, 大气温度越高, 冲压比越低。
▪ 由于大气温度是随着飞行高度而变化的, 所以, 当飞行速度和流动损失一定时, 随着飞行高度的 变化, 冲压比变化规律:
❖ 防冰系统要求 ▪ 必须能有效地防止冰的生成
▪ 工作可靠，易于维护，不会过分增加重量，在工 作中不会引起发动机严重的性能损失
❖ 涡喷发动机
▪ 防冰部位：进气整流罩，前整流锥和压气机的进 气导向器
▪ 防冰方法：
• 热空气防冰 • 电加温或热空气与电加温混合型
31
PPT课件
❖ 举例：热空气防冰系统
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
定义
▪ 狭义：从飞机或发动机短舱进口到压气机进口的一段管道 （对于涡喷发动机） • 短舱进口到风扇进口（对于涡扇发动机）
▪ 广义：指进气系统，除了上述管道之外，还包括防喘装置、 附面层吸除装置、自动控制装置、防止外来物进入的防护装 置等
5
PPT课件
进气道的功用
19
PPT课件
亚声速进气道前方气流流动图
20
PPT课件
❖ 亚音速进气道成为超音速飞行阻碍
▪ 超音速飞行时，使用亚音速进气道会存在较强 的正激波，使总压恢复系数降低
21
PPT课件
亚声速进气道前方气流流动图
22
PPT课件
超音速进气道
❖ 超音速进气道应用 ▪ 要求从亚音速到超音速飞行范围内具有满意的 特性性能以及与发动机匹配工作 ▪ 设计和使用过程中遇到问题比亚音速复杂 ▪ 设计时精心组织激波波系，以减小激波引起的 损失
• 而且飞行速度越大,冲压 比增加的越快。
17
PPT课件
冲压比随飞行速度的变化
❖ 大气温度T0 ▪ 当飞行速度和损流动失一定时, 大气温度越高, 冲压比越低。
▪ 由于大气温度是随着飞行高度而变化的, 所以, 当飞行速度和流动损失一定时, 随着飞行高度的 变化, 冲压比变化规律:
❖ 防冰系统要求 ▪ 必须能有效地防止冰的生成
▪ 工作可靠，易于维护，不会过分增加重量，在工 作中不会引起发动机严重的性能损失
❖ 涡喷发动机
▪ 防冰部位：进气整流罩，前整流锥和压气机的进 气导向器
▪ 防冰方法：
• 热空气防冰 • 电加温或热空气与电加温混合型
31
PPT课件
❖ 举例：热空气防冰系统
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
定义
▪ 狭义：从飞机或发动机短舱进口到压气机进口的一段管道 （对于涡喷发动机） • 短舱进口到风扇进口（对于涡扇发动机）
▪ 广义：指进气系统，除了上述管道之外，还包括防喘装置、 附面层吸除装置、自动控制装置、防止外来物进入的防护装 置等
5
PPT课件
进气道的功用
19
PPT课件
亚声速进气道前方气流流动图
20
PPT课件
❖ 亚音速进气道成为超音速飞行阻碍
▪ 超音速飞行时，使用亚音速进气道会存在较强 的正激波，使总压恢复系数降低
21
PPT课件
亚声速进气道前方气流流动图
22
PPT课件
超音速进气道
❖ 超音速进气道应用 ▪ 要求从亚音速到超音速飞行范围内具有满意的 特性性能以及与发动机匹配工作 ▪ 设计和使用过程中遇到问题比亚音速复杂 ▪ 设计时精心组织激波波系，以减小激波引起的 损失
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涉及的内容控制理论、发动机原理、气体 动力学、工程热力学、机械、液压、电子、 计算机等各方面的知识。
9
航空发动机对控制装置的基本要求
➢保证最有效的使用发动机，最大限度地发 挥其潜力 最大状态 巡航 慢车
10
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 保证动力装置稳定工作，控制精度高
有极强的抗干扰能力 调节的准确度要高
Wf 燃油流量
Ae 喷管出口面积
33
控制方案（调节规律或调节计划）
根据外界干扰（飞行高度和速度的变化）和 驾驶员的指令来改变可控变量，以保证发动 机被控参数不变或者按预定的规律变化，从 而达到控制发动机推力的目的。
不带加力的单转子涡喷发动机
Wf
n
双、三转子的涡喷和涡扇发动机
Wf
nH
Wf
EPR
Wf
πc*
11
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 良好的动态品质
控制的动态过程要有较好的快速性，而且过 程要平稳
12
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 可靠性高，维护性好
采用分布式结构降低控制系统的复杂性 将控制器安装在远离发动机的区域 采用砷化镓和碳化硅制造电子元器件 提高系统的耐高温、抗振动和抗电磁干扰的能 力
38
第三章 燃油泵
内容
成熟 全权限监控——以安全为主兼顾性能和经济性
未来 全权限数字电子控制——以安全为主兼顾性能、经济性和 环保性
6
CFM56 FADEC系统的功能
7
航空动力装置控制包括： 进气道控制、发动机[核心机]控制、排气装 置控制
8
航空发动机控制基础 aircraft engine control 根据自动控制原理运用机械、液压、气压、 电气等控制装置使航空发动机自动地按预定 规律工作，以便发动机在各种飞行条件下能 安全工作并获得最佳的或接近最佳的性能。
34
过渡控制
目的：过渡过程能迅速、稳定、可靠的进行 启动控制 加速控制 减速控制 压气机防喘控制 加力接通及关闭控制等
35
压气机控制 在启动、加速和减速过程中保证压气机稳定工作，不发生 喘振
控制方案（程序控制） 1 按转速n的压气机控制。 2 按压比进行控制 3 按n2和压气机进口温度控制VBV、VSV 4 按相似转速控制 5 按照n1、n2、大气总温、进口温度、环境压力、飞行马赫数、
航空发动机控制基础
航空工程学院
1
航空发动机（燃气涡轮发动机）推力 工作原理
进气道
压气机
燃烧室
涡轮
喷管
飞机在不同的飞行阶段，需要不同的推力 起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆、复飞 此外，飞行条件也在不断变化。
2
➢控制发动机的推力或功率输出以满足飞机的 需要。 燃油系统将清洁的、无蒸汽的、经过增压的、 计量好的燃油输送给燃烧室。 燃油量的多少要由燃油控制器给出
反馈是将输出返回到输入量的入口
结构简图
f
放大元件 p 执行元件 m 供油元件 w f 发动机
n
y
敏感元件
22
闭环控制：
控制比较精确，在现代飞机上被广泛使用 反应不够及时，被控参数发生偏离，才开 始动作，干扰量连续变化，系统工作不稳定 偏离原理控制
23
24
开环控制：
开环系统是一种最简单的控制方式，特点是 在控制器和被控对象之间只有正向作用，而 没有反馈，即系统的输出量对控制量没有影 响。
➢保证发动机的安全工作。
不熄火、不超温、不超载、不喘振、不超转 防止压气机的喘振(VBV variable bleed valve、 VSV variable stator vane) 提高发动机的性能（涡轮间隙控制TCC）
3
4
5
早期： 单变量控制——基本的安全考虑
发展： 多变量监控——以安全为主兼顾性能
能够引起被控参数变化的外部作用量 给定值：驾驶员的指令值
19
控制作用量：能改变给定值大小的作用量 调准和调准机构：改变控制作用量的过程及其
机构 过渡过程和平衡稳定过程 结构简图
r
20
21
控制系统的基本控制方式：
开环控制 闭环控制
闭环控制特点：在控制器输入量和被控对象之 间，不仅存在正向作用，而且存在反馈作用
13
航空发动机对控制装置的基本要求
➢可更改性好，满足先发动机对控制不
断增加的要求
14
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 结构简单、重量轻、体积小、安装方便
15
16
第二章 民航发动机的控制
内容
➢自动控制的基本概念 ➢民航发动机控制的内容
17
自动控制的基本概念
18
被控对象:发动机 控制装置：转速控制器（虚线内部分） 控制系统：被控对象＋控制装置 被控参数：转速 可控变量：用来改变被控参数大小的因素 干扰作用量：作用在被控对象/控制装置上，
30
发动机控制的目的
➢稳态控制：保持既定发动机的稳定工作点 ➢过渡控制：快速而又稳定可靠 ➢极限控制：保证发动机的主要参数不超出
安全限制
31
稳态控制
➢目的：为了获得所需要的推力和功率
转速控制 压力比控制 慢车控制 反推力控制 加力控制 进气道控制
32
被控参数和可控变量
表征发动机推力的量 N1 EPR
推力杆角度等进行逻辑控制。 FADEC
36
安全限制
❖超转限制 ❖超温限制 ❖超压限制 ❖超功率限制
37
民航发动机的控制类型
❖机械液压式控制 ❖JT8D JT9D-7J PT6T
监控型电子式控制
❖JT9D-7R4 CFM56-3 RB211-535E4 全权限数字电子控制 PW4000 V2500 CFM56-5 Trent GE90
f
敏感元件
➢放大元件
p放大元件 m放大元件 wf放大元件
n
25
开环控制: 反应及时，控制系统和被控对象（发动机） 同时感受外界所有的干扰量变化，控制装置 变化与发动机变化同步，稳定性好。
控制精度差 不能感受所有的干扰量 对发动机内部的变化无法感知
26
开环与闭环控制系统的比较 闭环系统引入了反馈，精度高，可以采用成 本较低，精度不太高的元件构成精度较高的 控制系统
开环系统没有纠正偏差的能力，当受到干扰 时，会引起系统精度降低，它的精度完全取 决于系统元器件的精度和调整的准确度
27
复合控制
指令机构 敏感元件
放大元件
执行元件
供油元件
敏感元件
发动机
28
思考题
闭环控制的原理是什么
29
民航发动机控制的内容
发动机控制内容有： 燃油流量控制 空气流量控制 涡轮间隙控制 冷却控制 其它系统控制 涡桨、涡轴发动机控制 超音速民航机控制
9
航空发动机对控制装置的基本要求
➢保证最有效的使用发动机，最大限度地发 挥其潜力 最大状态 巡航 慢车
10
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 保证动力装置稳定工作，控制精度高
有极强的抗干扰能力 调节的准确度要高
Wf 燃油流量
Ae 喷管出口面积
33
控制方案（调节规律或调节计划）
根据外界干扰（飞行高度和速度的变化）和 驾驶员的指令来改变可控变量，以保证发动 机被控参数不变或者按预定的规律变化，从 而达到控制发动机推力的目的。
不带加力的单转子涡喷发动机
Wf
n
双、三转子的涡喷和涡扇发动机
Wf
nH
Wf
EPR
Wf
πc*
11
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 良好的动态品质
控制的动态过程要有较好的快速性，而且过 程要平稳
12
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 可靠性高，维护性好
采用分布式结构降低控制系统的复杂性 将控制器安装在远离发动机的区域 采用砷化镓和碳化硅制造电子元器件 提高系统的耐高温、抗振动和抗电磁干扰的能 力
38
第三章 燃油泵
内容
成熟 全权限监控——以安全为主兼顾性能和经济性
未来 全权限数字电子控制——以安全为主兼顾性能、经济性和 环保性
6
CFM56 FADEC系统的功能
7
航空动力装置控制包括： 进气道控制、发动机[核心机]控制、排气装 置控制
8
航空发动机控制基础 aircraft engine control 根据自动控制原理运用机械、液压、气压、 电气等控制装置使航空发动机自动地按预定 规律工作，以便发动机在各种飞行条件下能 安全工作并获得最佳的或接近最佳的性能。
34
过渡控制
目的：过渡过程能迅速、稳定、可靠的进行 启动控制 加速控制 减速控制 压气机防喘控制 加力接通及关闭控制等
35
压气机控制 在启动、加速和减速过程中保证压气机稳定工作，不发生 喘振
控制方案（程序控制） 1 按转速n的压气机控制。 2 按压比进行控制 3 按n2和压气机进口温度控制VBV、VSV 4 按相似转速控制 5 按照n1、n2、大气总温、进口温度、环境压力、飞行马赫数、
航空发动机控制基础
航空工程学院
1
航空发动机（燃气涡轮发动机）推力 工作原理
进气道
压气机
燃烧室
涡轮
喷管
飞机在不同的飞行阶段，需要不同的推力 起飞、爬升、巡航、下降、进近、着陆、复飞 此外，飞行条件也在不断变化。
2
➢控制发动机的推力或功率输出以满足飞机的 需要。 燃油系统将清洁的、无蒸汽的、经过增压的、 计量好的燃油输送给燃烧室。 燃油量的多少要由燃油控制器给出
反馈是将输出返回到输入量的入口
结构简图
f
放大元件 p 执行元件 m 供油元件 w f 发动机
n
y
敏感元件
22
闭环控制：
控制比较精确，在现代飞机上被广泛使用 反应不够及时，被控参数发生偏离，才开 始动作，干扰量连续变化，系统工作不稳定 偏离原理控制
23
24
开环控制：
开环系统是一种最简单的控制方式，特点是 在控制器和被控对象之间只有正向作用，而 没有反馈，即系统的输出量对控制量没有影 响。
➢保证发动机的安全工作。
不熄火、不超温、不超载、不喘振、不超转 防止压气机的喘振(VBV variable bleed valve、 VSV variable stator vane) 提高发动机的性能（涡轮间隙控制TCC）
3
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5
早期： 单变量控制——基本的安全考虑
发展： 多变量监控——以安全为主兼顾性能
能够引起被控参数变化的外部作用量 给定值：驾驶员的指令值
19
控制作用量：能改变给定值大小的作用量 调准和调准机构：改变控制作用量的过程及其
机构 过渡过程和平衡稳定过程 结构简图
r
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控制系统的基本控制方式：
开环控制 闭环控制
闭环控制特点：在控制器输入量和被控对象之 间，不仅存在正向作用，而且存在反馈作用
13
航空发动机对控制装置的基本要求
➢可更改性好，满足先发动机对控制不
断增加的要求
14
航空发动机对控制装置的基本要求
➢ 结构简单、重量轻、体积小、安装方便
15
16
第二章 民航发动机的控制
内容
➢自动控制的基本概念 ➢民航发动机控制的内容
17
自动控制的基本概念
18
被控对象:发动机 控制装置：转速控制器（虚线内部分） 控制系统：被控对象＋控制装置 被控参数：转速 可控变量：用来改变被控参数大小的因素 干扰作用量：作用在被控对象/控制装置上，
30
发动机控制的目的
➢稳态控制：保持既定发动机的稳定工作点 ➢过渡控制：快速而又稳定可靠 ➢极限控制：保证发动机的主要参数不超出
安全限制
31
稳态控制
➢目的：为了获得所需要的推力和功率
转速控制 压力比控制 慢车控制 反推力控制 加力控制 进气道控制
32
被控参数和可控变量
表征发动机推力的量 N1 EPR
推力杆角度等进行逻辑控制。 FADEC
36
安全限制
❖超转限制 ❖超温限制 ❖超压限制 ❖超功率限制
37
民航发动机的控制类型
❖机械液压式控制 ❖JT8D JT9D-7J PT6T
监控型电子式控制
❖JT9D-7R4 CFM56-3 RB211-535E4 全权限数字电子控制 PW4000 V2500 CFM56-5 Trent GE90
f
敏感元件
➢放大元件
p放大元件 m放大元件 wf放大元件
n
25
开环控制: 反应及时，控制系统和被控对象（发动机） 同时感受外界所有的干扰量变化，控制装置 变化与发动机变化同步，稳定性好。
控制精度差 不能感受所有的干扰量 对发动机内部的变化无法感知
26
开环与闭环控制系统的比较 闭环系统引入了反馈，精度高，可以采用成 本较低，精度不太高的元件构成精度较高的 控制系统
开环系统没有纠正偏差的能力，当受到干扰 时，会引起系统精度降低，它的精度完全取 决于系统元器件的精度和调整的准确度
27
复合控制
指令机构 敏感元件
放大元件
执行元件
供油元件
敏感元件
发动机
28
思考题
闭环控制的原理是什么
29
民航发动机控制的内容
发动机控制内容有： 燃油流量控制 空气流量控制 涡轮间隙控制 冷却控制 其它系统控制 涡桨、涡轴发动机控制 超音速民航机控制