航空发动机控制基础.

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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
源自文库
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。
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