燃气涡轮发动机(第二版)第6章

6.1
6.1.1
燃油分配系统
燃油的规格、添加剂及安全措施
航空燃油及添加剂 –燃气涡轮发动机燃油是液体的碳氢化合物，象掺和汽油的煤油。掺和 汽油减少煤油燃料在高空太黏的趋势。地面动力装置没有遇到这个问题。 通过在燃气涡轮发动机燃料燃烧形成的氧化物大多数是气体。保持固体 颗粒为最低是选择喷气燃料的另一个质量要求，固体颗粒能够冲击涡轮 叶片和导向器，引起腐蚀。 • 在商用和通用航空中最常用的喷气燃料有： –Jet-A： 重煤油基燃料，闪点110-150℉，凝固点-40℉，18 600Btu/lb（英制热量单位）（约为19600千焦）；类似于海军JP-5燃油。 –Jet-A1：除了凝固点-58℉外同Jet-A一样。类似于北约带添加剂的JP8燃油。 –Jet-B： 重汽油基燃料，闪点0℉，凝固点-76℉，18 400Btu/lb （约 为19400千焦） ；类似于军用JP-4燃油。 –Jet-A，Jet-A1和Jet-B是主要的商用燃油，对于大多数燃气涡轮发动 机使用是可互换的。军用JP-4和JP-5常适于作备用燃油。
燃气涡轮发动机（第二版 ）
第6章 燃油及控制系统
1. 飞机的不同飞行阶段（滑跑、起飞、爬升、巡 航、下 降、进近、复飞等）需要不同的推 力（或功率），对应着发动机不同的工作状态， 也就是说供给发动机不同的燃油量。 2. 动力装置在地面和空中有其安全工作范围。 发动机控制应该避免发动机工作中出现超温、 超转、喘振、贫油或富油熄火、超压、和超扭。 3. 燃油系统的功用： 是在各个工作状态下将清洁的、无蒸汽的、经 过增压的、计量好的燃油供给发动机。
6.2 燃油控制系统
6.2.1 燃油控制系统的工作原理、功用及控制方法分类
发动机控制按控制功能分 :

稳态控制：是指在人工指令不变的情况下，对外界干扰引 起的发动机工作状态变化，发动机控制能消除干扰的影响， 保持既定的发动机稳定工作点不变的控制功能。如恒速控 制。

过渡控制（瞬态工作）：在人工指令改变的情况下，发动 机控制能按指令的要求，控制发动机从原有工作状态，平 稳、快速、准确地过渡到所选定的新的工作状态。如：启 动／停车、加速、减速、反推等。 安全限制：指发动机在各种工作状态和全部的飞行条件下， 保证发动机主要参数不超出安全范围，即不超出允许的限 制。如发动机控制装置能确保发动机在任何情况下，不超 温、不超转、不喘振、不熄火、不超压、不超扭等。

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

民航发动机常用的燃油控制器的共同特点概括如下： 1．同燃油控制器联用的燃油泵通常有齿轮泵（包括增压级 和主级）、柱塞泵和叶片泵。 • 柱塞泵可按需油量向燃烧室供油； • 齿轮泵、叶片泵则要求燃油控制器将超出需要的燃油返 回油泵进口。
燃 油 雾 化 的 各 个 阶 段
单油路喷嘴 ：它有一个内腔，使燃油产生漩涡，还有一
个固定面积的雾化孔。这种燃油喷嘴，在较高的燃油流量， 即在较高的燃油压力时，能提供良好的雾化质量
单油路和可调进口喷嘴

双油路喷嘴：有初级和主燃油
总管和有两个独立的孔，一个孔比另 一个孔小很多。较小的孔处理较低燃 油流量，较大的孔随着燃油压力的增 加供应较高的燃油流量。这种类型喷 嘴采用增压活门将燃油分配到不同的 总管。随燃油流量和压力增加，增压 活门移动，逐渐使燃油进入主燃油总 管和主油孔。这给出组合的两个总管 供油。 与单油路相比，在相同的最大燃油压力 下，双油路喷嘴能够在较宽的流量范围 内实现有效雾化。而且在高空条件下如 果要求低燃油流量时，也可获得有效的 雾化。 对于一个供油总管的采用双油路喷嘴的 情况，在喷嘴内有流量分配器，低流量 时喷嘴中心孔喷油，流量大时，燃油压 力打开流量分配器，喷嘴中心孔和外圆 孔一起喷油。
2．控制器一般分为计量部分和计算部分。
• 计算部分感受各种参数，在发动机的所有工作阶段控制 计量部分的输出。
• 计量部分按照驾驶员要求的推力（或功率），在发动机 工作限制之内，依据计算系统计划的燃油流量供往发动 机喷嘴。
3．改变燃油流量一般通过改变计量活门的流通面积和 /或计 量活门前、后压差实现。Fra bibliotek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
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。
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
燃油添加剂是加入到燃油中的一种化合物，其量很少。它能改进和提高燃 油品质。在各种等级燃油中允许加入多少是由适当的规则进行严格控制的。 防氧化剂：防止在燃油系统的元件上形成由于燃油氧化而产生的胶质沉淀， 同时也防止在喷出燃油中形成过氧化物。 抗静电剂：消除由于燃油在高速传输过程中产生静电的有害影响。 抗腐剂：保护燃油系统中的含铁金属，防止腐蚀，如管道和油箱。有些抗 腐剂可提高喷出燃油的润滑性。 燃油防冰剂：降低由于高空低温导致从燃油中析出的水分的冰点，并防止 形成冰晶。这些冰晶将阻碍发动机中燃油流动。这种添加剂不会影响燃油 本身的冰点。 金属钝化剂：降低一些金属，尤其是铜对燃油氧化的催化作用。
• 相当多的燃油控制器，利用压力调节活门（压差活门）保持计量活门 前、后压差不变，通过改变计量活门的通油面积改变供油量。 • 为了补偿燃油温度的影响，常在压力调节活门内装有温度补偿器。压 差调整钉兼做燃油密度选择器。
4 ．转速调节器通常是比例式的，采用刚性反馈，实施闭环 转速控制。 5 ．一些燃油控制器采用三维凸轮作为计算元件，由凸轮型 面给出加速（或许还有减速、稳态）的供油计划。三维凸轮感 受一个参数移动，感受另一个参数转动。凸轮型面上每一点即 代表该组参数下，不发生喘振、超温、熄火的允许值
1. 燃油泵
燃油泵：负责供油和增压，常常包括增压级和主级。 增压的目的：燃油喷咀工作的需要；提供伺服燃油。 增压级也叫低压泵，给主级进口提供所需的流量和压 力，可由离心泵或齿轮泵完成；主级也叫高压泵，提 供燃油系统所需的最终压力，通常由齿轮泵完成。 分类：容积式泵和叶轮式泵
2. 燃油滤


闭环控制主要元件 敏感元件是离心飞重，其功用是感受发动机的实际转速; 指令机构是油门杆，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; 推力杆经钢索，连杆联到燃油控制器 上的功率杆。 放大元件是分油活门，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; 执行元件是随动活塞; 它控制滑油路的走向，改变斜盘角度；


闭环控制实例：
稳态工作时：发动机稳定工作时， 发动机的转速和给定值相等，分 油活门处于中立位置，控制器各 部分都处于相对静止状态。 干扰引起偏离时（动态）：飞行 高度增加－－空气流量减少－－ 涡轮功大于压气机功－－转速增 加－－离心力变大－－分油活门 上移－－随动活塞下移－－柱塞 泵斜盘角变小－－供油量减少－ －转速回落，恢复到给定值。



发动机控制按控制原理分
开环控制系统
闭环控制系统 复合控制系统

开环控制
—— 控制装置和被控对象同时感受外界干扰，改变可控变量，补偿干扰量
引起的被控参数变化，按补偿原理工作 优点：及时、稳定。 缺点：不能补偿所有干扰，精度差。
开环控制实例：
飞行高度增加－－进入发动机的空 气流量减少（若不补偿则会引起发 动机转速升高）－－膜盒膨胀－－ 档板活门的开度增大－－随动活塞 上移－－柱塞泵的斜盘角变小－－ 供油量减少－－保持转速不变。
闭环控制系统 闭环控制： 控制装置与被控对象之间既有顺向作用 又有反向联系的控制过程。 特点： 对元件的精度要求低而调节的准确度高； 调节不及时，使系统经常处于有偏差状态下工作; 易引起过调和振荡。 闭环控制 被控对象的输出n即为控制装置的输入n ，控制装置的 输出qm,f即为被控对象的输入qm,f，整个控制系统形成一个闭 合的回路。按偏离原理工作。 优点:精度高，不仅对外界干扰而且对内部部件性能退化所造 成的被控参数变化也能修正。 缺点：不及时。

发动机控制按可控变量分

根据可控变量的不同：发动机控制分为燃油流量控制和几 何控制。 燃油流量控制：以燃油流量，即供油量为可控变量，控制 发动机的转速、压力比（ＥＰＲ），以控制发动机的推力 为目的。 几何控制：以发动机的某些几何参数为可控变量，通过控 制和调节，以保证发动机稳定和提高发动机性能等内容为 控制目的。如：可调静子叶片，可调放气活门或放气带， 涡轮间隙，螺旋桨桨叶角、可调进气道，可调面积（或方 向）喷管等。
供油元件是燃油泵。控制柱塞泵斜盘的角度，从而改变供油量 。
复合控制系统 特点： 调节及时、准确； 控制器的结构复杂； 容易引起过调和振荡。 复合控制 开、闭环控制的结合，兼有二者优点，精度高，及时、稳 定；能补偿所有干扰；弥补各自的缺点。
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
燃油系统的供油过 程: 发动机燃油系统 是由飞机燃油系统 将燃油供到发动机 的燃油泵开始，一 直到燃油从燃烧室 喷嘴喷出，这中间 除燃油泵外还有燃 油加热器、燃油滤、 燃油控制器、燃油 流量计、分配活门 或增压和泄油活门， 燃油总管、燃油喷 嘴
6.1.2
燃油分配系 统的工作
低压系统
高压燃油系统

开环控制主要元件 敏感元件为膜盒，感受进气总压; 进气总压是飞行高度和飞行马 赫数的函数; 油门杆为指令机构，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; 放大元件为档板活门，档板通过与膜盒相连的杠杆的作用来改变 其开度; 执行元件为随动活塞, 它控制柱塞泵斜盘的角度，从而改变供油 量; 供油元件为柱塞泵。