涡轮喷气发动机-燃油与控制系统
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Gas Turbine
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燃油与控制 系统
8 燃油与控制系统
8.1 概述 8.2 液压机械式发动机控制系统 8.3 监控型电子控制 8.4 全权限数字电子控制（FADEC/EEC）
8.1 概述
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发动机自动控制的意义?
在不同的飞行条件下,保持发动机给定的工作 状态,或者按照所要求的规律改变工作状态,并保证 发动机安全工作。
监控型发动机电子控制器是液压机械式控制器再增加一个发动机电 子控制器（EEC），两者共同实施对发动机的控制。
➢在这种类型的发动机控制中，液压机械式控制器作为主控 制器，负责发动机的完全控制，包括启动、加速、减速控制， 转速控制。
➢发动机电子控制具有监督能力，对推力（功率）进行精确 控制，并对发动机重要工作参数进行安全限制。
7．EEC有输入信号证实和选择逻辑，它可以排除有故障的或假 的输入信号。
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8.3 监控型电子控制
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监控型电子式的特点
8．EEC一般装在风扇机匣外侧，这里是发动机上环境相对较好的 地方，安装有减震座，采用环境空气冷却。也有的EEC位于飞机电 子设备舱。
控制装置 给定值 复合控制
控制系统 闭环控制
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8.1 概述
8.1.4 自动控制的基本概念
被控对象：被控制的物体或过程。如发动机。 控制装置：用以完成既定控制任务的机构总和,又称控制器。 控制系统：由被控对象和控制装置组成。 给 定 值：驾驶员的指令值。 干 扰 量：引起被控参数发生变化的外部作用量，例如飞行
因此，控制装置对保证发动机性能和安全都起 着关键的作用。
8.1 概述
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8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1 概述
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8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 涡桨、涡轴发动机控制
✓ 包括螺旋桨调速、动力涡轮转速调节器、多发负载匹配等。
❖ 超音速飞机控制
✓超音速飞机发动机进气道和尾喷口面积控制，保证各部件工 作匹配。
8.1 概述
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8.2 液压机械式发动机控制系统
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控制的基本方面
稳态控制 在外界干扰量发生变化时，保持既定的 发动机稳态工作点。
过渡控制 当发动机从一个工作状态改变到另一个 工作状态时，能快速响应且又保证稳定可靠的工作， 不超出允许的限制。
安全限制 在各种工作状态及飞行条件下，保证发 动机主要参数不超出安全限制。
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8.3 监控型电子控制
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监控型电子式的特点
5．如果发现EEC有故障，可以冻结调准在当时位置，同时通知 驾驶员。驾驶员可以使EEC退出工作，即回到不能下调位置， 由液压机械式控制器恢复全部控制。
6．EEC有自检能力（BITE），可以连续检测自身故障。有的 EEC还可以故障代码形式储存故障，供维护人员调出改
❖ 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。 ✓ 控制分为： 推力控制 过渡控制 安全限制
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 燃油流量控制
推力控制 ——根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，
8.2 液压机械式发动机控制系统
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组成
计量系统和计算系统 ➢计量系统的功用: 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。 ➢计算系统的功用: 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。
发动机在地面工作时受到的限制
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 空气流量控制
——控制发动机的空气流量，保证压气机的工作稳定性。 ✓ 包括：放气活门VBV和可调静子叶片VSV等。
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
计量供给燃烧室的燃油，获得所需的推力。 ✓ 推力控制包括:
转速控制 压力比控制 反推力控制
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 燃油流量控制
过渡控制 ✓ 目的：使发动机过渡过程能迅速、稳定和可靠地进行。 ✓ 包括有: 起动、加速、减速控制及压气机的防喘控制。
8.1.4 自动控制的基本概念
开环控制
8.1.4 自动控制的基本概念
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。
❖ 涡轮间隙的控制
——控制涡轮转子叶片与机匣之间的间隙在各种工作状 态下为最佳，提高发动机的性能。
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 冷却控制
一是燃、滑油温度的管理，控制燃、滑油的温度； 二是以最少的引气量，控制发动机部件的冷却，提高发 动机性能。
➢气动机械式调节器的计算则是由薄膜、膜盒、连杆等 气动、机械元件组合进行的，使用压气机空气作为伺 服介质。
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8.2 液压机械式发动机控制系统
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8.3 监控型电子控制
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监控型电子式
➢电子控制便于同飞机接口，易于推力管理，状态监视，以 及信号显示和数据储存。
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8.3 监控型电子控制
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8.3 监控型电子控制
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监控型电子式的特点
1．由液压机械式控制器完成主要功能，EEC起监控、限制作用， 具有有限功能，即对推力（功率）作有限的控制。 2．EEC参与工作时，对于外界条件的变化，它可以精确保证选 定的目标值。EEC可以精确地保证EPR或N1的实际值等于要求值。 3．在该型控制中，多数的液压机械控制器的供油计划高于EEC 的供油计划，EEC通过减少液压机械控制器的供油达到目标值， 即称下调(DOWNTRIM)。 4．EEC通过力矩马达与液压机械控制器联系，实现电/液转换。 EEC计算结果以电信号输出给力矩马达，再转换成液压信号控 制燃油流量。
被Hale Waihona Puke Baidu参数（被控制量）
——能表征被控对象的工作状态又被控制的参数，如推力、发动机的转 速、增压比（或压力比）、Ｔ３＊等。
控制方案（调节规律、调节计划）
——指根据外界干扰或驾驶员指令来改变可控变量，以保证发动机被控 参数不变或按规定的规律变化，从而达到控制发动机推力的目的。
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8.2 液压机械式发动机控制系统
发动机控制器分为: 液压机械式 监控型电子式 全功能数字电子式
8.2 液压机械式发动机控制系统
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液压机械式
液压机械式及气动机械式燃油控制器曾是民用航空发 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。
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 燃油流量控制 ❖ 空气流量控制 ❖ 涡轮间隙的控制 ❖ 冷却控制 ❖ 涡桨、涡轴发动机控制 ❖ 超音速飞机控制
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8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
8.1.1 航空发动机对控制系统的要求
保证最有效的使用发动机 工作稳定，控制精度高 良好的动态品质 可靠性高，维护性好 可更改性好 其他——结构简单、重量轻、体积小、安装方便等
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8.1 概述
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8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1 概述
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8.1.3 被控参数与可控变量的选择
可控变量（控制量）
——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。如供 油量，尾喷口面积、桨叶角等。
高度。
8.1.4 自动控制的基本概念
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.
8.1.4 自动控制的基本概念
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。
8.1 概述
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8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1 概述
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8.1.4 自动控制的基本概念
基本术语
控制对象 干扰量 开环控制
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 燃油流量控制
安全限制 ✓ 目的：防止发动机工作中出现超温、超压、超转、 超扭和超功率。 ✓ 安全限制系统只有当出现超限时才起作用。
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
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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8.2 液压机械式发动机控制系统
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液压机械式
➢液压机械式控制器，即计算是由凸轮、杠杆、滚轮、 弹簧、活门等机械元件组合实现的，由液压油源作为 伺服油（控制油）。
9．EEC由专用发电机供电，飞机电源也供给EEC作为备用电源及地 面试验电源。
10．在飞机主设备中心有监控器，对EEC实施监控，储存EEC故障 数据。
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8.3全功能数字电子式（FADEC）
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8.1.4 自动控制的基本概念
闭环控制
8.1.4 自动控制的基本概念
双向液压式螺旋桨调速器
8.1.4 自动控制的基本概念
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。
8 燃油与控制系统
8.1 概述 8.2 液压机械式发动机控制系统 8.3 监控型电子控制 8.4 全权限数字电子控制（FADEC/EEC）
8.1.4 自动控制的基本概念
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； 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。
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8 燃油与控制系统
8.1 概述 8.2 液压机械式发动机控制系统 8.3 监控型电子控制 8.4 全权限数字电子控制（FADEC/EEC）
8.1 概述
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发动机自动控制的意义?
在不同的飞行条件下,保持发动机给定的工作 状态,或者按照所要求的规律改变工作状态,并保证 发动机安全工作。
监控型发动机电子控制器是液压机械式控制器再增加一个发动机电 子控制器（EEC），两者共同实施对发动机的控制。
➢在这种类型的发动机控制中，液压机械式控制器作为主控 制器，负责发动机的完全控制，包括启动、加速、减速控制， 转速控制。
➢发动机电子控制具有监督能力，对推力（功率）进行精确 控制，并对发动机重要工作参数进行安全限制。
7．EEC有输入信号证实和选择逻辑，它可以排除有故障的或假 的输入信号。
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8.3 监控型电子控制
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监控型电子式的特点
8．EEC一般装在风扇机匣外侧，这里是发动机上环境相对较好的 地方，安装有减震座，采用环境空气冷却。也有的EEC位于飞机电 子设备舱。
控制装置 给定值 复合控制
控制系统 闭环控制
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8.1 概述
8.1.4 自动控制的基本概念
被控对象：被控制的物体或过程。如发动机。 控制装置：用以完成既定控制任务的机构总和,又称控制器。 控制系统：由被控对象和控制装置组成。 给 定 值：驾驶员的指令值。 干 扰 量：引起被控参数发生变化的外部作用量，例如飞行
因此，控制装置对保证发动机性能和安全都起 着关键的作用。
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8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 涡桨、涡轴发动机控制
✓ 包括螺旋桨调速、动力涡轮转速调节器、多发负载匹配等。
❖ 超音速飞机控制
✓超音速飞机发动机进气道和尾喷口面积控制，保证各部件工 作匹配。
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控制的基本方面
稳态控制 在外界干扰量发生变化时，保持既定的 发动机稳态工作点。
过渡控制 当发动机从一个工作状态改变到另一个 工作状态时，能快速响应且又保证稳定可靠的工作， 不超出允许的限制。
安全限制 在各种工作状态及飞行条件下，保证发 动机主要参数不超出安全限制。
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监控型电子式的特点
5．如果发现EEC有故障，可以冻结调准在当时位置，同时通知 驾驶员。驾驶员可以使EEC退出工作，即回到不能下调位置， 由液压机械式控制器恢复全部控制。
6．EEC有自检能力（BITE），可以连续检测自身故障。有的 EEC还可以故障代码形式储存故障，供维护人员调出改
❖ 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。 ✓ 控制分为： 推力控制 过渡控制 安全限制
8.1 概述
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❖ 燃油流量控制
推力控制 ——根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，
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组成
计量系统和计算系统 ➢计量系统的功用: 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。 ➢计算系统的功用: 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。
发动机在地面工作时受到的限制
8.1 概述
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❖ 空气流量控制
——控制发动机的空气流量，保证压气机的工作稳定性。 ✓ 包括：放气活门VBV和可调静子叶片VSV等。
8.1 概述
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计量供给燃烧室的燃油，获得所需的推力。 ✓ 推力控制包括:
转速控制 压力比控制 反推力控制
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❖ 燃油流量控制
过渡控制 ✓ 目的：使发动机过渡过程能迅速、稳定和可靠地进行。 ✓ 包括有: 起动、加速、减速控制及压气机的防喘控制。
8.1.4 自动控制的基本概念
开环控制
8.1.4 自动控制的基本概念
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。
❖ 涡轮间隙的控制
——控制涡轮转子叶片与机匣之间的间隙在各种工作状 态下为最佳，提高发动机的性能。
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❖ 冷却控制
一是燃、滑油温度的管理，控制燃、滑油的温度； 二是以最少的引气量，控制发动机部件的冷却，提高发 动机性能。
➢气动机械式调节器的计算则是由薄膜、膜盒、连杆等 气动、机械元件组合进行的，使用压气机空气作为伺 服介质。
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监控型电子式
➢电子控制便于同飞机接口，易于推力管理，状态监视，以 及信号显示和数据储存。
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8.3 监控型电子控制
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8.3 监控型电子控制
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监控型电子式的特点
1．由液压机械式控制器完成主要功能，EEC起监控、限制作用， 具有有限功能，即对推力（功率）作有限的控制。 2．EEC参与工作时，对于外界条件的变化，它可以精确保证选 定的目标值。EEC可以精确地保证EPR或N1的实际值等于要求值。 3．在该型控制中，多数的液压机械控制器的供油计划高于EEC 的供油计划，EEC通过减少液压机械控制器的供油达到目标值， 即称下调(DOWNTRIM)。 4．EEC通过力矩马达与液压机械控制器联系，实现电/液转换。 EEC计算结果以电信号输出给力矩马达，再转换成液压信号控 制燃油流量。
被Hale Waihona Puke Baidu参数（被控制量）
——能表征被控对象的工作状态又被控制的参数，如推力、发动机的转 速、增压比（或压力比）、Ｔ３＊等。
控制方案（调节规律、调节计划）
——指根据外界干扰或驾驶员指令来改变可控变量，以保证发动机被控 参数不变或按规定的规律变化，从而达到控制发动机推力的目的。
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8.2 液压机械式发动机控制系统
发动机控制器分为: 液压机械式 监控型电子式 全功能数字电子式
8.2 液压机械式发动机控制系统
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液压机械式
液压机械式及气动机械式燃油控制器曾是民用航空发 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。
8.1 概述
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❖ 燃油流量控制 ❖ 空气流量控制 ❖ 涡轮间隙的控制 ❖ 冷却控制 ❖ 涡桨、涡轴发动机控制 ❖ 超音速飞机控制
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8.1.1 航空发动机对控制系统的要求
保证最有效的使用发动机 工作稳定，控制精度高 良好的动态品质 可靠性高，维护性好 可更改性好 其他——结构简单、重量轻、体积小、安装方便等
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8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1.1 航空发动机对控制系统的要求 8.1.2 发动机控制系统的内容 8.1.3 被控参数与可控变量的选择 8.1.4 自动控制的基本概念
8.1 概述
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8.1.3 被控参数与可控变量的选择
可控变量（控制量）
——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。如供 油量，尾喷口面积、桨叶角等。
高度。
8.1.4 自动控制的基本概念
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.
8.1.4 自动控制的基本概念
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。
8.1 概述
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8.1 概述
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8.1.4 自动控制的基本概念
基本术语
控制对象 干扰量 开环控制
8.1 概述
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8.1.2 发动机控制系统的内容
❖ 燃油流量控制
安全限制 ✓ 目的：防止发动机工作中出现超温、超压、超转、 超扭和超功率。 ✓ 安全限制系统只有当出现超限时才起作用。
8.1 概述
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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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8.2 液压机械式发动机控制系统
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液压机械式
➢液压机械式控制器，即计算是由凸轮、杠杆、滚轮、 弹簧、活门等机械元件组合实现的，由液压油源作为 伺服油（控制油）。
9．EEC由专用发电机供电，飞机电源也供给EEC作为备用电源及地 面试验电源。
10．在飞机主设备中心有监控器，对EEC实施监控，储存EEC故障 数据。
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闭环控制
8.1.4 自动控制的基本概念
双向液压式螺旋桨调速器
8.1.4 自动控制的基本概念
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。
8 燃油与控制系统
8.1 概述 8.2 液压机械式发动机控制系统 8.3 监控型电子控制 8.4 全权限数字电子控制（FADEC/EEC）
8.1.4 自动控制的基本概念
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； 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。