航空发动机控制基础
航空发动机控制的书
航空发动机控制的书摘要：I.航空发动机控制简介A.航空发动机控制系统的定义和作用B.航空发动机控制系统的组成II.航空发动机控制系统的分类A.机械液压控制系统B.全权限数字式控制系统III.航空发动机控制系统的功能A.燃油流量控制B.发动机状态监控C.故障诊断与维护IV.航空发动机控制系统的应用A.民用航空发动机控制原理及典型系统B.军用航空发动机控制原理及典型系统C.国际合作与未来发展趋势正文：航空发动机控制是航空发动机技术的重要组成部分，它对发动机的工作状态进行监控和调整，以确保发动机在最佳状态下运行。
航空发动机控制系统主要由燃油流量控制、发动机状态监控和故障诊断与维护等功能组成。
航空发动机控制系统可以分为机械液压控制系统和全权限数字式控制系统两大类。
机械液压控制系统主要采用液压油缸、滑阀、喷嘴挡板阀等机械液压元件来实现控制功能。
全权限数字式控制系统则采用电子设备来实现控制功能，具有更高的控制精度和可靠性。
在航空发动机控制系统的应用方面，民用航空发动机控制系统和军用航空发动机控制系统有很大的区别。
民用航空发动机控制系统主要采用燃油流量控制原理，通过对燃油流量的精确控制来实现发动机工作状态的控制。
军用航空发动机控制系统则更注重发动机状态的实时监控和故障诊断与维护，以保证发动机的高可靠性和长寿命。
近年来，随着航空发动机控制技术的不断发展，国际合作和未来发展趋势也日益明显。
国际知名航空企业如赛峰、罗罗、霍尼韦尔等都在积极开展航空发动机控制技术的研究和开发，力争在航空发动机控制领域取得更多的技术优势。
总之，航空发动机控制技术对航空发动机的性能和可靠性有着重要的影响。
航空发动机控制
燃气涡轮发动机控制系统介绍现代燃气涡轮发动机闭环控制系统大致分为控制器、传感器、执行器与附件。
最简单的发动机控制系统是通过调节燃油流量来产生期望的发动机推力的系统。
但是实际上，飞行过程中获取飞机的推力是不现实的，而发动机的转子转速n 与发动机的增压比（EPR ）是容易获取的且能够表征推力的变化，通常被选择为被控参数。
控制变量为燃油流量，或者执行器（燃油流量计量阀）的位移。
飞机包线：典型的飞机包线表示为飞行高度与飞行马赫数之间关系。
对于涡喷与涡扇发动机，还包括环境温度坐标，也即三维图像。
发动机控制包线是一个允许发动机的工作范围，是以主控制变量燃油流量与发动机转子转速（在EPR 控制的情况下是增压比）之间的关系。
由于燃油流量比（油气比）比燃油流量更适合做主控制变量。
燃油流量比定义为燃油流量Wf 与压气机出口压力p3的比值RU=Wf/p3。
发动机建模与仿真一、稳态发动机模型二、动态发动机模型燃气涡轮发动机的三个基本动力学方程：转子动态方程、压力动态方程与温度动态方程。
单轴发动机转子动力学：单轴发动机可以近似为一个一阶惯性环节。
从输入变量燃油流量至输出变量的传递函数为：Y(s)cb d Wf (s)s a=+-，其中1111Q Q y y a ,b ,c ,d J n J W f J n J W f∆∆∆∆====∆∆∆∆。
双轴发动机转子动力学：为二阶模型。
表示为状态空间为：[]1111212212221212n a a n n a a n n y c c dWf n ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦，其中参数与单轴类似，为偏导数，偏导数的值由标称点处偏导数值获得。
表示为传递函数为：12Y(s)k(s z)Wf (s)(s r )(s r )+=++ 压力动力学：压力变化为质量变化的积分。
0p(s)(PV/T)M(s)s =∆。
温度动力学：两种温度动力学：一是由于容积内空气或者燃气的热力学状态改变引起的温度变化（相对较快，快温度动力学），二是金属部件与燃气之间热传导引起的温度变化（相对变化慢，慢温度动力学）。
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
航空发动机控制系统发展概述
航空发动机控制系统发展概述航空发动机控制系统发展概述摘要：发动机作为飞机的心脏为飞机提供前进的动力，而动力来自于发动机通过进气道、压气机、燃烧室、涡轮及尾喷管共同工作提供的推力。
但是这些部分的工作参数是无法通过自身进行调节的，需要采用智能调控系统进行控制，这就是航空发动机的控制系统。
本文主要就航空发动机控制系统发展进行探讨。
关键词：航空发动机；控制系统；发展1航空发动机控制系统组成和原理1.1航空发动机控制系统组成发动机是飞机的重要系统，除了发动机本体单元体之外，还包括控制系统、传动系统及润滑系统等。
其中控制系统是航空发动机的重要组成部分，现代航空发动机基本都采用全权限数字电子控制（FADEC）系统。
FADEC系统由感受航空发动机工作状态和环境信息的传感装置、对信息进行逻辑判断和控制运算的计算装置、把计算结果施加给航空发动机的控制装置，以及在它们之间传递信息的机械、电缆和管路等组成。
FADEC系统--般可分为控制计算机子系统、燃油与作动子系统、传感器子系统、电气子系统等。
图1为某型发动机FADEC系统的组成图。
控制计算机子系统分为电子控制器和嵌入式软件两部分。
数字电子控制器（EEC）是FADEC系统的核心部件，它处理来自各种传感器和开关装置的信号，经模/数转换为数字量，由其内部机载的控制软件对输入数字量进行诊断、处理，实现各种控制算法、控制逻辑的计算，产生输出数字量，再经过数/模转换成模拟信号，经放大处理，生成控制器输出驱动信号，经电缆传输给相应的液压机械装置。
燃油与作动子系统包括燃油子系统和伺服作动子系统。
燃油子系统包括增压泵、主燃油泵、燃油计量装置、燃油滤、燃油管路、喷嘴等。
伺服作动子系统包括伺服控制单元、伺服作动器及相应附件。
传感器子系统包括控制用传感器和状态监视用传感器等。
1.2航空发动机控制系统原理FADEC系统-般包括转速、压力、温度等多个控制回路，每个控制回路根据相应的输入闭环计算出控制输出，进而实现控制发动机状态的目的。
航空发动机控制系统纵论
航空发动机控制系统纵论发动机控制系统对于发动机而言犹如人的大脑对人体各器官的控制作用，是发动机的核心部件。
航空发动机动力学控制技术的主要目的，是通过对支承结构和质量分布的合理分配，保障发动机在全转速范围内无有害振动。
飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，都必须对发动机进行控制。
所有这些只有依靠自动控制系统来完成。
目前，我国正在结合高性能军用航空发动机的型号研制工作，开发符合中国国情的航空发动机数控系统，缩短与先进国家的技术差距，推动我国航空发动机技术的发展。
一、发动机控制系统的基本要求（一）穩定性高。
航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。
作为飞机的心脏，被誉为"工业之花"，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。
航空发动机控制系统能够保障航空器的持续适航，技术具备强实时性、高稳定性及小巧便携等优势，能够在降低监测和诊断设备成本的同时，实现机载化的航空发动机监测与诊断系统的良好运行。
但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计相衔接（如软件、机械、电子等）。
于是基于模型的系统工程（MBSE）应运而生，这也是未来系统工程发展的必然趋势。
（二）精度高。
航空发动机的工作环境复杂，工作温度范围大（环境温度～2000 ℃），导致结构工艺特征参数和结构特征参数的变化范围大，引起发动机结构振动具有非线性时变特性。
同时，转静件间隙、支承刚度、同心度、不平衡量分布等动力学参数和气动流场气动力等，随发动机状态和温度场的变化而变化，造成各连接结构部件振动传递特性相差也较大。
在保证发动机可靠性的前提下，要求发动机的“寿命长”。
这是发动机经济性的另一项指标。
飞机发动机控制操作2
在本模块中，我们将看到在各个飞行阶段如何操作发动机，并且你将熟悉它们的功能和指示。
在地面上，推力的控制完全是传统的。
油门杆的位置确定了推力的大小。
油门杆可在整个四分之一圆周范围内人工移动。
它们不会自动移动。
TO/GA MAX REVIDLECLIMB IDLEFLEX/MCTCLIMBIDLETO/GA FLEX/MCTCLIMBIDLECLIMBFLEX/MCTTO/GAIDLE IDLE REV在四分之一圆周范围内有六个卡槽：●IDLE（慢车）●CL（爬升），代表最大爬升推力●FLEX/MCT（灵活/最大连续推力），一个卡槽具备两个功能：-FLEX用于在起飞时减推力，-MCT代表最大连续推力，在单发飞行时使用。
●TO/GA（起飞/复飞），代表最大起飞或复飞推力●IDLE REV（慢车反推），代表选择反推时的慢车推力●MAX REV（最大反推），代表最大反推力CLIMB FLEX/MCTTO/GA MAX REVIDLE IDLE REV推力控制可通过两种方式实现：●和在传统飞机上一样，使用油门杆人工控制，●当自动推力系统工作时，自动控制。
在地面上，推力极限方式是起飞复飞或灵活起飞。
所选的方式显示在发动机/警告显示器的右上角。
起飞复飞推力代表对应于当天实际外界大气温度的发动机的最大可用推力。
N1额定极限显示在所选方式的旁边，表示相对应的N1值。
灵活用于减推力起飞。
为了使推力减小，需使用一个假设温度（或灵活温度），例如45摄氏度。
灵活温度显示在N1额定极限的旁边。
这意味着发动机将按外界温度为灵活温度值时起飞所需的全马力工作。
结果是实际起飞推力减小，这有助于延长发动机寿命。
灵活起飞将在本课程的性能部分作更为详细地讨论。
今天我们将执行减推力的灵活起飞，因为通常你们将采用这种起飞方式。
把杆飞行员分两步逐渐调整发动机推力。
第一步是将油门杆从慢车位移到大约50％N1处。
单击油门杆调定推力。
不对，移动油门杆以调定推力。
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。
航空发动机的动态特性与控制策略
航空发动机的动态特性与控制策略航空发动机，这个被誉为“工业皇冠上的明珠”的复杂系统，其性能和可靠性对于航空领域的发展至关重要。
而深入理解航空发动机的动态特性以及制定有效的控制策略，是保障发动机稳定运行、提高性能和效率的关键所在。
航空发动机的动态特性是指在各种运行条件下，其内部各参数随时间的变化规律。
这些特性受到多种因素的影响，包括但不限于气流流动、燃烧过程、机械结构的运动以及外部环境的变化等。
首先，气流流动是影响航空发动机动态特性的一个重要因素。
在发动机的进气道、压气机、燃烧室和涡轮等部件中，气流的速度、压力和温度都会不断变化。
例如，在压气机中，叶片对气流的作用会导致气流压力的升高，但如果气流的速度和角度不合适，可能会引发失速和喘振等不稳定现象。
燃烧过程也是一个关键环节。
燃料的喷射、混合和燃烧的稳定性直接影响着发动机的功率输出和燃烧效率。
燃烧室内的温度和压力变化剧烈，而且燃烧过程还会受到燃料品质、进气条件和点火时机等多种因素的综合影响。
机械结构的运动同样不可忽视。
发动机内部的转子、叶片和轴系等部件在高速旋转时会产生离心力、振动和热变形等。
这些因素不仅会影响部件的寿命和可靠性，还会对发动机的动态性能产生重要影响。
外部环境的变化，如大气温度、压力和湿度的改变，也会对航空发动机的动态特性产生显著影响。
在高海拔、低温或高温等极端环境下，发动机的性能可能会出现明显下降。
了解了航空发动机的动态特性，接下来我们探讨一下相应的控制策略。
控制策略的首要目标是确保发动机的稳定运行。
这就需要对诸如压气机的喘振、燃烧室的熄火以及涡轮的超温等潜在的不稳定现象进行实时监测和控制。
通过传感器采集关键参数，如压力、温度和转速等，并将这些数据传输给发动机控制系统，系统会根据预设的算法和逻辑来调整燃油流量、叶片角度等控制变量，以维持发动机的稳定工作状态。
提高发动机的性能和效率也是控制策略的重要任务。
例如，通过优化燃油喷射的时机和量，可以提高燃烧效率，从而增加发动机的推力和降低燃油消耗。
第九章 航空发动机状态控制系统汇总
复合转速控制系统框图
系统分析和设计 （1）性能指标 通常用性能指标评价发动机转速控制系统的性能，包括系统的稳定性、 动态品质和控制精度等要求。 （2）分析和设计方法 设计发动机单输入-单输出转速控制系统常常采用试探法，就是出不确定 控制方案、选择控制器结构以及参数，进行系统设计。然后，设计人员 检查设计出来的系统是否满足全部性能指标。 （3）设计步骤 ①分析技术要求和性能指标；②初步确定系统控制方案； ③选择控制器的元件及部件，并分析其性能； ④ 建立包括控制对象和控制器的系统数学模型； ⑤选择控制器动态参数； ⑥对所建立的控制系统在整个飞行范围内的各 种工作状态进行性能分析及计算机仿真，实验系统对各种输入的响应及 干扰对系统性能的影响，检查所设计系统是否能在各种使用条件下满足 规定的性能指标； ⑦建立物理系统的样机，确定物理系统的结构及参数 ，并进行实物在回路（HIL）仿真试验； ⑧进行发动机控制系统半物理 仿真试验； ⑨进行发动机控制系统试验。
闭环转速控制系统框图
（3）复合转速控制系统 在闭环控制回路的基础上，复合控制系统增加干扰补偿的顺 馈通路，是系统具有综合闭环控制系统和开环控制系统的优 点，在干扰量对系统产生不利影响之前，就能通过补偿消除 即将产生的不利影响。当外界干扰改变时，复合控制系统由 于顺馈补偿作用可以使被控量不发生过大偏离；调节过程结 束时，它又能由闭环控制作用使被控量较准确地保持给定值 。随着航空发动机性能要求的提高，复合控制系统在航空发 动机控制系统中得应用亦逐渐广泛。
带速度反馈的转速控制系统 （1）工作原理 比例反馈的转速控制系统动态特性得到明显改善，但存在较 大静差。为了消除静差，在飞行高度或速度改变引起的调节 过程结束后，必须使反馈套筒回到调节过程开始时位置，这 种控制器如图所示，它与比例反馈控制器比较，除了增加反 馈活塞9，反馈阀10，反 馈活塞与随动活塞中间有 一条油路d和油路上装有 层板节流器11外，其他与 比例反馈控制器的相同。
航空发动机控制基础
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
（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。
n300~50000
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
第三章 燃油泵
内容
➢齿轮泵的工作原理 ➢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
f
敏感元件
➢放大元件 p 放大元件 m
飞机发动机操纵系统课件
➢ 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）
航空发动机控制系统课件
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。
航发(机械燃油调节器)控制原理
❖ CFM56－5B发动机数字式电子控制器的燃油控制规律用于 计算燃油计量阀的供油指令信号。该指令信号送到燃油计量 装置，以产生合适的燃油流量控制发动机的风扇转速，从而 提供相应的推力。供油量的指令信号的计算取决于风扇转速 的指令信号、各种安全保护限制因素和相应的控制规律。
下垂凸轮杠杆机构完成系统反
馈信号nH的计算，保证滚轮位移x 与nH转速之间满足给定的函数关系， 即 x=f1(nH)
d) 油门放大器
油门放大器如图所示，它由角形杠杆5，压力比阀3，小活 塞2，油门活塞8，弹簧7，节流嘴1，喷嘴挡板6和平衡喷 嘴挡板4等组成。
油门放大器是控制器的核心，完成顺馈通路与反馈回路的 信号综合，并根据综合后的信号控制执行元件－油门位置 ，即控制供往发动机的油量。
③发动机一旦出现喘振，Pt3会急剧下降，以Wf/Pt3作为控制参 数时，Wf将随Pt3的减小而减小，使压气机自动退出喘振， 但会使剩余功率减小。
由于这种加速控制规律不是按发动机加速相似关系建立的， 因此，飞行条件改变时， Wf/Pt3与nH的关系曲线会略有改变 ，不能保证在任何飞行条件下都获得同样良好的加速性。
图中，①－稳态供油量曲线；
②－最佳加速供油量曲线；
③－发动机涡轮前燃气最高允
许温度限制线；
④－压气机喘振边界；
⑤－发动机贫油熄火边界。
最佳加速供油量曲线
当发动机加速时，加速供油量达到相应转速下允许的极限供 油量，即紧挨Tt4max和压气机喘振边界，通常称这条极限供 油量曲线为最佳加速供油量曲线。之所以将这条曲线称为最 佳加速供油量曲线，是因为按这条供油量曲线进行加速时， 加速时间Tac最小。这条曲线形状特殊，初始有一阶跃，接 着曲线供油量大小与斜率随发动机转速n大小而变。这条曲 线也随飞行条件变化而变化，从理论上不易确定，一般用试 验方法确定。
2019 航空发动机控制复习大纲 总结
2019 年《航空发动机控制》复习提纲1.理解航空动力装置在地面条件下的安全工作范围。
它的工作受到慢车转速、最大转速、贫油熄火、涡轮前最高温度以及压气机喘振边界的限制。
2.理解航空动力装置在空中飞行时受到的各种限制。
高空低速时受燃烧室高空熄火的限制。
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。
因为压气机后压力过高，可能会损坏压气机、燃烧室等薄壁部件。
图中右边为最大飞行马赫数 MH 限制线。
右上方为进气道、飞机蒙皮承受的气动热限制，或称为超载边界。
发动机在空中熄火后，一般只能在空中起动区这一狭小范围内，利用发动机风车状态所造成的燃烧室压力而重新点火、起动。
3.理解航空发动机对控制装置的要求。
（P22）1 保证最有效地使用发动机、2 稳定工作，控制精度高、3 良好的动态品质、4 可靠性高，维护性好、5 可更改性好，满足先进发动机对控制不断增加的要求。
4.掌握可控变量的概念。
能影响被控对象的工作过程，用来改变被控参数大小的因素称为可控变量，如供往发动机的燃油流量Wf，涡桨发动机上螺旋桨的桨叶角β。
通常选择油气比（Wf /p3）作为主要的可控变量（原因在28题处也有）：（1）因其与主燃烧室油气比的正比关系，油气比可以很好地控制涡轮燃气温度；（2）当发动机喘振时提供了自恢复的特征；（3）由于减少了控制器收益限制的变化，简化了控制规律，就如同使用修正参数来降低发动机性能参数的变化。
5.掌握被控参数的概念。
能表征被控对象的工作状态而又被控制的参数。
原则上能表征发动机推力大小的参数均可选作被控参数，如转速、涡轮前温度、涡轮后温度、增压比等，当然也包括推力本身。
现代民用航空发动机通常用N1和EPR作为被控参数。
6.掌握控制装置的概念。
用以完成既定控制任务的机构总和，又称控制器。
7.掌握干扰作用量的概念。
作用在被控对象或/和控制器上，能引起被控参数发生变化的外部作用量，如飞机的飞行高度H，飞行速度V、外界温度、压力等，通用可以用f表示。
航空发动机控制
航空发动机控制航空发动机控制简介航空发动机是播种机器可以失去，基于我们都清楚的事情。
发动机的控制是保证发动机工作状况良好、安全、可靠的前提。
航空发动机控制系统是综合应用传感、信号处理、微处理、电子技术等先进技术的高精度、高可靠的复杂系统，不仅具有高度的自控能力，还能根据飞机任务要求进行定制。
一、航空发动机控制的目的及其所要完成的任务航空发动机控制的目的，就是保证发动机安全、可靠地运行。
它可以保证发动机始终处于最优的运行状态，避免因操作错误或外部因素梭差（如高温、湿度和压力等）而导致的事故发生。
航空发动机控制所要完成的任务，主要包括以下几个方面：1、实现对发动机的启动、工作转速、停车手续和故障检测等控制。
2、通过监视发动机的工作情况，及时发现故障并采取相应的态势，防止故障引起事故。
3、为飞机提供满足特定任务要求的最优发动机参数（如燃油消耗、发动机功率、噪声和排放等）。
4、实现自适应控制，适应飞行任务和高、低温、高刹地区等不同环境条件。
二、航空发动机控制系统的组成航空发动机控制系统由的组成部分：发动机传感器、控制与数据处理器、执行器和人机接口等。
1、发动机传感器发动机传感器是架设在发动机地方的装置，用于监视发动机各部位的状况，以取得发动机的运行状态。
常用的发动机传感器有：（1）压力传感器——用于测量燃气流动的压力和燃油领付压力等。
（2）温度传感器——用于测量各部位的温度和排气温度等。
（3）速度传感器——用于测量高压涡轮和低压涡轮转速等，以控制发动机的工作转速。
（4）加速度传感器——用于测量振动、震荡和冲击力等。
（5）流量传感器——用于测量燃油流量和气体流量等。
（6）位置传感器——用于测量晶圆位置、调节器位置和排气门位置等。
2、控制与数据处理器控制与数据处理器是发动机控制系统的主要部分，其功能包括数据处理、故障检测、反馈控制等，它可以通过接收传感器的信号来监测发动机状态，并通过执行器实现相应的控制。
一个典型的控制器包括处理器、存储器和输入/输出功能，同时也能够对发动机进行智能判断，划分故障级别和预警。
50-A320飞机发动机控制操作1
我们来看一下你所需要了解的有关发动机正常操作的知识。
我们将从绕机检查开始学习。
我们检查每台发动机上的滑油加注口关闭，证实放油管的状态正常并且无漏油。
我们证实风扇整流罩门关闭并锁定。
我们证实发动机进气口和风扇叶片的状态正常。
在每台发动机右侧，我们检查通风进气口清洁并且释压和启动活门手柄口盖关闭。
在该侧我们还检查短舱舱盖关闭。
用外部电源使飞机通电。
不对，单击EXT PWR（外部电源）按钮使飞机通电。
不对，单击EXT PWR（外部电源）按钮使飞机通电。
在飞机电源接通后，FADEC(全权限数字式发动机控制)自动通电5分钟并在发动机/警告显示器上提供一些发动机的指示。
5分钟后，FADEC自动关断，所有发动机指示从正常变为琥珀色。
证实：●在发动机启动面板上主控开关1和2关，并且方式选择器处于正常位置。
●油门杆处于慢车位置。
我们将使用发动机自动启动程序来启动发动机。
在启动过程中，所有的发动机参数都受到FADEC的监视，控制和保护。
为了启动发动机，必须首先将发动机方式选择器拨到点火/启动位置。
接通发动机点火/启动功能。
不对，要接通发动机点火/启动功能，须将发动机方式选择器拨到点火/启动位置。
不对，要接通发动机点火/启动功能，须将发动机方式选择器拨到点火/启动位置。
当选择了点火启动时，FADEC再次通电。
这通过发动机/警告显示器上的指示从琥珀色变为正常来表示。
在系统显示器上，ECAM发动机页面自动出现，显示更多的发动机指示。
发动机/警告显示器上的第一个指示是每台发动机的N1。
两个指示器是相同的。
绿色指针指示实际的N1。
该值也以数字形式显示。
白色弧线代表与油门杆位置对应的N1范围。
琥珀色标记代表最大N1。
这是前推油门杆到底产生的N1。
红色区域的开端代表最大允许的N1。
剩余的弧线代表超过的区域。
推力极限方式和N1额定极限显示在发动机/警告显示的右侧。
这将在以后随着方式的改变进行解释和说明。
下一组指示器显示每台发动机的排气温度（EGT）。
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。
2023 航空发动机电气控制系统 复习概要(1)
1 亚音速（超音速）条件下扩张通道、收缩通道中气流速度、压力的变化压气机入口导引叶片、动叶、静叶通道气流速度（绝对速度相对速度牵连速度）、压力变化涡轮动叶、静叶通道速度、压力变化情况速度三角形2 布莱顿循环绝热压缩过程; 定压加热过程; 绝热膨胀过程; 定压放热过程燃气涡轮喷气发动机理想循环的热效率取决于发动机的增压比π；封闭图形面积。
理想循环功取决于增压比π和加热比Δ。
3 站位典型站位压力、温度的物理意义高压转子转速低压转子转速燃油流量滑油相关参数0站位: 发动机的远前方1站位: 进气道的出口, 压气机的进口2 站位: 压气机的出口, 燃烧室的进口3站位: 燃烧室的出口, 涡轮的进口4站位: 涡轮的出口, 喷管的进口5站位: 喷管的出口p5发动机中压力最高的位置是在燃烧室进口；发动机中总压最高的位置是在压气机的出口；温度最高的位置是在涡轮的进口；发动机出口的压力可以等于或大于外界的大气压。
4 涡轮风扇（喷气）发动机的组成及工作原理，压力、速度、温度在各个部件中的变化过程✈ 进气道（Air Intake）：恢复尽可能多的自由气流的总压，以最小的紊流输送空气到压气机并保持飞机阻力最小。
✈ 压气机(Compressor)：通过旋转的叶片对空气做功，压缩空气以提高压力。
✈ 燃烧室(Combustion Chamber)：空气和燃油混合、燃烧，将燃料化学能转变成热能，生成高温燃气。
✈ 涡轮(Turbine)：燃气在涡轮内膨胀做功，涡轮功驱动压气机和附件。
✈ 喷管(Exhaust)：燃气通过喷管继续膨胀，将燃气以一定的速度和要求的方向排入大气，提供推力。
5 喘振控制机理抑制喘振的措施• 压气机喘振发生的条件–发动机转速减小而偏离设计值–压气机进口总温升高–发动机空气流量骤然减少–发动机损伤和翻修质量差• 防喘• 压气机中间级放气–防喘原理: 通过改变空气流量来改变叶轮进口处速度的大小，从而改变相对速度的大小和方向，减小攻角，解决气流分离，达到防喘。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摩擦。
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
E g 4.44Zs f10
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)
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
ymax y 100% ymax
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
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
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
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
转速
一 机械离心式
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 迟滞系数
n2 n1 n n0
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 完成信息测量和转换作用的元件叫敏感元件或 测量元件
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。 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。
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 线速度Vmax<10米/秒
601000 Vmax nmax De
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 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
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 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
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
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， 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
3 齿数对供油量的影响 标准齿轮节圆直径
d j 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
Q 2b(d / z)n
2 j
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。
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。
）
D l sin
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
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。
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
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
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。
柱塞泵
工作原理图
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： （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。
敏感元件
f
放大元件 p 放大元件 m
放大元件 w
f
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 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
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 n1<n2<n3 低转速A 具有稳定性 高转速B 不具有稳定性
弹簧力
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 重参数扩大工作范围。
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、 推力杆角度等进行逻辑控制。 FADEC
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