航空发动机控制系统.ppt

8.1.3 基本概念

为了得到最有利的发动机工作状态，最好能同时调 节尽可能多的工作参数


例如转速，涡轮前燃气总温，通过发动机的空气流量， 燃烧室的余气系数等 但这要求在发动机上安装大量的传感器和调节器，从而 使发动机的结构和使用变得很复杂

通常是尽可能将被控参数的数目减少，即只调节决 定发动机工作状态的最基本的参数

复合控制:

复合控制系统是开环和闭环控制的组合控制系统 这种控制系统蒹有开环和闭环控制系统的优点，即 控制及时(响应快)又准确(精度高)，工作稳定，但 控制器的结构较复杂。

8.2 液压机械式发动机控制系统

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 目前为止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 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

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 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

实现方法


组成

q m , f A 2 p
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。


从液压机械式控制向数字电子控制的过渡 在原有的液压机械式控制器基础上，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 由于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

EEC的电液转换（如何把电信号转换为液压信号）


EEC的安全可靠性


EEC供电


EEC安装

因为那里是发动机上环境相对较好的地方，安装有减振座，采 用大气冷却 也有的EEC位于电子设备舱。

主油泵


燃油控制器


燃油／滑油热交换器

加热燃油，同时冷却滑油

燃油喷嘴: 雾化燃油，分为雾化型（双路离心式喷嘴）、气 动式和蒸发型等

增压/泄油活门(PD活门)

增压活门

在供油压力大于预定值时打开（一般在慢车之前），停车时 和低转速时关闭。工作时增压使燃油在预定压力下流入燃油 总管，控制到副油路的燃油流量，起到分配活门的作用; 停车时打开将燃油总管中的燃油放回到油箱。发动机工作时 关闭。


放气活门VBV（Variable Bleed Valve）和导向叶片VSV （Variable Stator Vane）的控制。 涡轮间隙TCC（Turbine Clearance Control）的控制

8.1.2 发动机控制的内容和方法

推力控制

根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，计量供给然 烧室的燃油，获得所需的推力。推力控制包括: 转速控制、 压比控制、反推力控制。 过渡控制的目的是使发动机过度过程能迅速、稳定和可 靠地进行。一般包括有: 起动、加速和减速过程的控制及 压气机的防喘控制。 安全限制的目的是保证发动机安全正常的工作。防止超 温、超压、超转和超功率。安全限制系统只有当出现有 超温、超压、超转和超功率是才起作用而工作。
图10-9 柱塞泵
离心泵

8.2.3 燃油控制器

功用


感受各种参数，按照驾驶员的要求，向燃烧室供应足够 的燃油，使发动机产生需要的推力 控制器按照预先确定的供油计划，作为油门杆角度、压 气机出口压力、压气机进口温度和发动机转速的函数调 节供油量。 计量系统 计算系统

组成



计量系统

功用

液压机械式及气动机械式燃油控制器




液压机械式控制器

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） 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 低压燃油泵，加热器，主油泵，燃油滤，燃油控制 器，流量传感器，燃油／滑油热交换器，增压泄油 活门，燃油总管，喷油嘴

EEC应用

JT9D-7R4、RB211-535E4、CFM56-3、CT7等发动机
通过力矩马达与液压机械式控制器联系，实现电液转换 EEC的计算结果以电信号输出给力矩马达 力矩马达将信号转换成液压信号控制燃油流量 电子控制器若有故障，可退出工作 驾驶员按一下按钮即可使液压机械式控制器恢复全部控制 专用发电机供电，飞机电源可作为EEC的备用电源及地面试 验电源 一般安装在风扇机匣的外侧

燃油泵、滑油泵、液压泵等 燃油经燃油泵增压后，供往发动机喷嘴 高压燃油还作为能源，用来驱动执行元件 容积式泵 叶轮式泵

燃油泵的功用


油泵的分类（根据增压原理划分）


(1)容积式泵


容积式泵是依靠泵的抽吸元件作相对运动，交替改变元件间 的自由容积进行吸油、排油的 供油量取决于元件一次循环运动中自由容积变化的大小。在 一定的供油量下，泵根据出口处的液体流动阻力来建立压力。 这类泵在航空发动机上应用最广，如：柱塞泵、齿轮泵、旋 板泵（叶片泵）

指令机构（油门杆）


放大元件（档板活门）


执行元件（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（柱塞泵）
图10-4 开环控制系统

开环控制系统工作原理


当飞行高度增加时，进入发动机的空气流量减少,同时也使 PH＊减小，控制器和膜盒同时感受到这一干扰量的变化，于 是膜盒膨胀,通过杠杆使档板活门的开度增大，随动活塞上 腔的放油量增大，使随动活塞上移 并带动柱塞泵的斜盘角变小, 供油量减少与空气流量的减少 相适应，从而保持转速不变

随动活塞向下移动，使柱塞泵的斜盘角变小，供油量减 少,使转速恢复到给定值

分油活门两个突肩堵住的上下两条油路打开 随动活塞的上腔与高压油路相通 下腔与回油路相通

如何通过调节油门给定转速


当推油门时，则通过传动臂，齿轮，齿套等来改变 调准弹簧力转速给定值改变 控制器相应地调节供油量，将转速调到给定值 具体工作原理

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

8.3 监控型电子控制

气动机械式调节器


8.2.1液压机械式发动机控制系统组成


组成各部件的功用

低压燃油泵

向发动机高压泵提供所需燃油压力和流量

加热器

热空气来自压气机，对燃油加热，防止燃油结冰
给燃油增压。分为柱塞泵和齿轮泵两种，它们都属于容积泵 根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，计量供给然烧室的 燃油
图10-3 闭环控制系统

闭环控制系统的工作过程

发动机稳定工作时

发动机的转速和给定值相等，分油活处于中立位置 控制器各部发都处于相对静止状态

当外界条件变化引起发动机的转速增加（如何减小 qmf）

分油活门向上移动

n增加敏感元件离心飞重的离心力变大，张角变大，其轴向 力变大，大于调准弹簧力

泄油活门


燃油滤


由油滤，旁通活门和压差电门组成 旁通活门的功用是当油滤堵塞或油滤进出口的压差达到 一定数值时打开，直接供油 压差电门的功用是当油滤堵塞或油滤进出口的压差达到 一定数值时接通，警告灯亮。但发动机仍能正常工作， 只是指出油滤堵塞应清洗油滤

8.2.2 燃油泵

油泵是一种将机械能转变成压力能的机械 航空发动机中油泵分类（根据用途划分）

思考

闭环控制的优缺点




控制器感受的不是外界的干扰量，而是直接感受发 动机（被控对象）的被控参数（转速） 当被控参数有了偏离后，才被控制器感受，再进行 控制，使被控参数重新恢复到给定值 由于它是按被控参数的偏离信号而工作的，故称闭 环控制的工作原理为偏离原理。 它的优点是控制比较准确，但控制不及时，滞后

过渡控制


安全限制


发动机工作限制

在地面条件下工作时所受限制

最大转速 贫油熄火 涡轮前燃气总温的最高值 压气机喘振边界

在空中条件下工作时

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
图10-1 发动机安全工作范围

开环控制

控制器与发动机的关系以及信号传递的关系形成一 个开路,故称为开环控制系统