航空发动机控制基础
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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。
•
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
•
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
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
•
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
•
•
•
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
航空发动机控制基础
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。
•
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
•
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
•
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
•
被控参数和可控变量
表征发动机推力的量 N1 EPR
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
•
CFM56 FADEC系统的功能
•
•
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
•
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。
•
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
•
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、
Wf 燃油流量
Ae 喷管出口面积
•
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
π
* c
•
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
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
•
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
•
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
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
•
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。
推力杆角度等进行逻辑控制。 FADEC
•
安全限制 超转限制 超温限制 超压限制 超功率限制
•
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
•
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，
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）
•
•
•
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
•
第三章 燃油泵
内容
齿轮泵的工作原理 油泵供油量的调节特性
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
•
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
•
思考题
闭环控制的原理是什么
•Hale Waihona Puke Baidu
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
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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
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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
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
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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
航空发动机控制基础
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。
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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
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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
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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
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被控参数和可控变量
表征发动机推力的量 N1 EPR
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
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CFM56 FADEC系统的功能
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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
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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。
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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
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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、
Wf 燃油流量
Ae 喷管出口面积
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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
π
* c
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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
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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
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
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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
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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
反馈是将输出返回到输入量的入口
结构简图
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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
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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
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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。
推力杆角度等进行逻辑控制。 FADEC
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安全限制 超转限制 超温限制 超压限制 超功率限制
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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
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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
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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
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自动控制的基本概念
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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，
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）
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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
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第三章 燃油泵
内容
齿轮泵的工作原理 油泵供油量的调节特性
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
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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
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思考题
闭环控制的原理是什么
•Hale Waihona Puke Baidu
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