航空发动机控制基础

ymax10% 0 ymax
限制最大位移量，滞环就会减少，所以薄膜的 位移一般不大于1—2毫米
二、膜片和膜盒
膜片是用金属材料制成的圆形薄片 优点
机械强度高，刚性大 位移特性直线性好，滞环小 装配情况对特性的影响小。
膜片测量的压差比薄膜大，可达30kg/cm2
缺点： 温度影响大，不适宜在宽广的温度范围 内工作
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。
供油量的调节不能靠泵内部的调节，可以通过 以下方法调节供油量。
3 旁路回路调节
旁路调节是定量泵调节供油的唯一方法，但是会 引起温升，对于高性能的发动机节流比较大， 必须采用变量泵。
工作原理图
柱塞泵
吸油过程：柱塞伸出→ΔV↑→p↓→吸油； 压油过程：柱塞缩回→ΔV↓→p↑→压油
柱塞泵
出口压力受到流动阻力的限制，低转速下仍然可以获 得较高的压力。 柱塞泵特点：
➢ 将元件浸在油中，使干摩擦变为湿摩擦。 为了减少振荡的影响，飞重浸在油中旋转。 温度会对灵敏度产生影响。 1 飞重比重大，体积小 2 采取温度补偿装置
二 脉冲式转速传感器 变磁阻式转速敏感元件 Eg4.4Z 4 sf 1 0 8
遮断射流式转速敏感元件
气动式转速敏感元件
第四章 传感器(2)
叶轮式泵： 叶轮做旋转运动，增加液体的动能和压力能 ， 在叶轮后的扩压器中，再将动能转化为压力位能。
离心泵、螺旋泵、汽心泵等
根据供油元件一次循环索提供的油量是否变化， 分为：定量泵和变量泵
航空发动机油泵
容积式
柱塞泵 齿轮泵（定量） 旋板泵
叶轮式
离心泵 螺旋泵（定量） 汽心泵（变量）
目前用的最多的是： 轴向倾斜式柱塞泵和渐开线直齿外啮合齿轮泵
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
迟滞系数
n
n2 n1 n0
3 元件的自稳定性 转速不变，调准弹簧力不变，元件保持给定位 置的一种能力。
轴向换算力 弹簧力
n1<n2<n3
低转速A 具有稳定性 高转速B 不具有稳定性
这种转速传感元件 在低转速区敏感性不好，稳定性好 在高转速区敏感性好，但稳定性差 只能在某一转速范围内使用，可以采取恰当的飞
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
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 滑油泵
液压泵
供应带压力的燃油（航空煤油） 供应滑油以及其他特殊需要的 液体（水） 为液压系统提供动力油
根据供油原理分类： 容积式泵 ： 抽吸元件作相对运动，改变元件间的自由容积， 进行吸油和挤油。供油量的大小取决于一次循 环中自由溶积的变化大小。压力的大小理论上 与供油量无关。 柱塞泵、齿轮泵、旋板泵
柱塞泵主要优点是供油量可以调节
为了减少柱塞头与斜盘表面的磨损，采用油膜支 撑和柱塞摆动头。
第三章 燃油泵
内容
➢离心泵的工作原理 ➢各类油泵供油量的调节特性
离心泵 优点： ➢转速高，供油量大 ➢供油稳定，无脉动 ➢运动部件少，结构简单，比重量小 ➢抗燃油污染性好，寿命高 缺点： ➢效率低，低转速时压力低 ➢对抗气蚀性能要求高 ➢调节性能差（低转速）
航空发动机对齿轮泵的要求： 重量小；在额定共有压力范围内，有较高的 效率；结构简单，安全可靠，寿命长；抵抗污
染能力强；适应环境能力强；在转速不变的 情况下，可以方便、合理的大范围调节供油 量等。
3.2 齿轮泵
影响供油量的因素 1 泄漏损失 由间隙、压差、温度引起 径向间隙和轴向间隙
充填损失 吸油腔压力过低、无效容积的影响和泵转速过高 2 转速对供油量的影响 高转速可以提高供油量，但是提高有限度。 目前油泵转速在5000转/分以下，要求齿顶的切
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
重参数扩大工作范围。
4 动态特性 元件在过渡过程中的特性。 最好的情况是:转速或弹簧力发生突变时，导杆
迅速而且没有震荡的达到新的平衡点。
导杆和飞重块质量都很小，弹簧刚度比较大。 这样可以忽略掉惯性力和阻尼力的影响。
5 结构 为了提高灵敏度，应设法减少摩擦力 ➢ 飞重支承上安装滚珠轴承或摆动销
➢ 使分油活门与飞重一起旋转，将静摩擦变为动 摩擦。
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
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
偏离原理源自文库制
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。
（1） 柱塞和转子配合间隙容易控制，密封性好，容 积斜率高0.93-0.95。
（2） 高压泵，结构复杂，价格贵，使用环境要求高。
（3） 柱塞数通常为7、9、11个，单数，减小脉动。
（4） 排量取决于泵的斜盘倾角γ。
2 增加转速 会增加零部件的磨损、影响寿命，还会使油液的填充 恶化。
n30~ 050000
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
➢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
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、
推力杆角度等进行逻辑控制。 FADEC
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
πc*
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
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
Wf 燃油流量
完成信息测量和转换作用的元件叫敏感元件或 测量元件
对测量元件的要求： ➢ 灵敏性好 ➢ 迟滞性小 ➢ 准确性好 ➢ 抗干扰性强
一 机械离心式
转速
输入量 n 输出量 y
特性分析 1 元件的灵敏度（n---y) 低灵敏区 可用工作区
临界转速ncr
2 元件的不灵敏区 不灵敏区（迟滞区） 转速改变，导杆不移动
内容
➢压力工作原理及应用
压力和压力比敏感元件 感受的是压力（压力差）和压力比变化 输入信号 Δp 输出信号 机械位移Δy或者晶体振荡f
压力敏感元件由感受器和信号转换器两部分组 成 感受器：静压管 总压管 信号转换器：活门 (刚性元件)
薄膜 (弹性元件)
一、薄膜
薄膜的调节准确度低 薄膜的准确度
y
3 斜盘角度r r<16。 斜盘工作面常采用锥形或圆形面
4 柱塞安装角ө（ 13。—15。 ）
Dlsin
柱塞泵的特性（Q,n,pin,pout,η)
1 供油量与转速关系
2 供油量调节特性
3 供油量 压差特性
4 汽隙特性 低压区产生气泡—高压区气泡挤压破灭 这种气泡生灭过程及伴随而来的液压撞击：汽隙现象
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
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
线速度Vmax<10米/秒
nmax60 10 De0 V0max
3 齿数对供油量的影响 标准齿轮节圆直径
dj mz
齿轮模数m：指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t 与圆周率π的比值
Z: 齿数
Q2b(d2 j /z)n
4 齿宽对供油量的影响 供油量与齿宽b成正比 齿宽一般不超过10m
四 齿轮泵的供油量调节 齿轮泵是定量泵，工作容积可改变，当△p不 变时，流量Q与转速n成对应关系。
航空发动机控制基础
航空工程学院
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
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，
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
第四章 传感器
内容
➢转速传感器的工作原理和应用 ➢元件的自稳性
对发动机的准确控制，首先要准确的测量影响 发动机性能的各种信息 例如：高度、速度、温度、压力、转速、流量等
传感器：将被测的某一物理量（信号）按一定 的规律转换成与其对应的另一种（或同种）物 理量（信号）输出的装置
非电物理量——电量信号 包含：敏感元件和转换元件