航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造-第8章-燃油與控制系統(tǒng)

1、Gas Turbine Aero-engine 燃油與控制系統(tǒng)8 燃油與控制系統(tǒng)8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8.1 概述8.3 監(jiān)控型電子控制8.4 全權(quán)限數(shù)字電子控制（FADEC/EEC）8.1 概述發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制的意義? 在不同的飛行條件下,保持發(fā)動(dòng)機(jī)給定的工作狀態(tài),或者按照所要求的規(guī)律改變工作狀態(tài),并保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作。 因此，控制裝置對(duì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能和安全都起著關(guān)鍵的作用。8.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容8.1.3 被控參數(shù)與可控變量的選擇8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念8.1 概述Company Logo8.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求

2、保證最有效的使用發(fā)動(dòng)機(jī) 工作穩(wěn)定，控制精度高 良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì) 可靠性高，維護(hù)性好 可更改性好 其他結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、安裝方便等8.1 概述8.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容8.1.3 被控參數(shù)與可控變量的選擇8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念8.1 概述Company Logo8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 燃油流量控制 空氣流量控制 渦輪間隙的控制 冷卻控制 渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制 超音速飛機(jī)控制8.1 概述8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 燃油流量控制8.1 概述根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同狀態(tài)，將清潔的，無蒸氣的，經(jīng)過增壓的，計(jì)量好的燃油供給燃燒室。 控制分為

3、： 推力控制 過渡控制 安全限制8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 燃油流量控制8.1 概述 推力控制 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和飛機(jī)的飛行狀態(tài)，計(jì)量供給燃燒室的燃油，獲得所需的推力。 推力控制包括:轉(zhuǎn)速控制 壓力比控制 反推力控制8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 燃油流量控制8.1 概述 過渡控制 目的：使發(fā)動(dòng)機(jī)過渡過程能迅速、穩(wěn)定和可靠地進(jìn)行。 包括有: 起動(dòng)、加速、減速控制及壓氣機(jī)的防喘控制。8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 燃油流量控制8.1 概述 安全限制 目的：防止發(fā)動(dòng)機(jī)工作中出現(xiàn)超溫、超壓、超轉(zhuǎn)、超扭和超功率。 安全限制系統(tǒng)只有當(dāng)出現(xiàn)超限時(shí)才起作用。8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容8.

4、1 概述發(fā)動(dòng)機(jī)在地面工作時(shí)受到的限制8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 空氣流量控制8.1 概述控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量，保證壓氣機(jī)的工作穩(wěn)定性。 包括：放氣活門VBV和可調(diào)靜子葉片VSV等。8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 渦輪間隙的控制8.1 概述控制渦輪轉(zhuǎn)子葉片與機(jī)匣之間的間隙在各種工作狀態(tài)下為最佳，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 冷卻控制8.1 概述一是燃、滑油溫度的管理，控制燃、滑油的溫度；二是以最少的引氣量，控制發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容 渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制 包括螺旋槳調(diào)速、動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、多發(fā)負(fù)載匹配等。 超音速飛機(jī)控制

5、超音速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道和尾噴口面積控制，保證各部件工作匹配。8.1 概述8.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容8.1.3 被控參數(shù)與可控變量的選擇8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念8.1 概述Company Logo8.1.3 被控參數(shù)與可控變量的選擇 可控變量（控制量）能影響被控對(duì)象的工作過程，用來改變被控參數(shù)大小的因素。如供油量，尾噴口面積、槳葉角等。 被控參數(shù)（被控制量）能表征被控對(duì)象的工作狀態(tài)又被控制的參數(shù)，如推力、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、增壓比（或壓力比）、等。 控制方案（調(diào)節(jié)規(guī)律、調(diào)節(jié)計(jì)劃）指根據(jù)外界干擾或駕駛員指令來改變可控變量，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)被控參數(shù)不變或按規(guī)定

6、的規(guī)律變化，從而達(dá)到控制發(fā)動(dòng)機(jī)推力的目的。8.1 概述8.1.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的要求8.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容8.1.3 被控參數(shù)與可控變量的選擇8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念8.1 概述Company Logo8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念基本術(shù)語控制對(duì)象控制裝置控制系統(tǒng)干擾量給定值 閉環(huán)控制開環(huán)控制 復(fù)合控制8.1 概述 被控對(duì)象：被控制的物體或過程。如發(fā)動(dòng)機(jī)。 控制裝置：用以完成既定控制任務(wù)的機(jī)構(gòu)總和,又稱控制器。 控制系統(tǒng)：由被控對(duì)象和控制裝置組成。 給 定 值：駕駛員的指令值。 干 擾 量：引起被控參數(shù)發(fā)生變化的外部作用量，例如飛行 高度。8.1 概述8.1.4 自動(dòng)控

7、制的基本概念開環(huán)控制 控制裝置和被控對(duì)象同時(shí)感受外界干擾，改變可控變量，補(bǔ)償干擾量引起的被控參數(shù)變化，按補(bǔ)償原理工作.優(yōu)點(diǎn)：及時(shí)、穩(wěn)定。 缺點(diǎn)：不能補(bǔ)償所有干擾，精度差.8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念 開環(huán)控制主要元件敏感元件為膜盒，感受進(jìn)氣總壓; 進(jìn)氣總壓是飛行高度和飛行馬赫數(shù)的函數(shù);油門桿為指令機(jī)構(gòu)，通過傳動(dòng)臂，齒輪，齒套等來改變調(diào)準(zhǔn)彈簧力，確定轉(zhuǎn)速的給定值;放大元件為檔板活門，檔板通過與膜盒相連的杠桿的作用來改變其開度;執(zhí)行元件為隨動(dòng)活塞, 它控制柱塞泵斜盤的角度，從而改變供油量;供油元件為柱塞泵。8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念 開環(huán)控制8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念 閉環(huán)控制被控對(duì)象的

8、輸出n即為控制裝置的輸入n ，控制裝置的輸出qm,f即為被控對(duì)象的輸入qm,f，整個(gè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)閉合的回路。按偏離原理工作。優(yōu)點(diǎn):精度高，不僅對(duì)外界干擾而且對(duì)內(nèi)部部件性能退化所造成的被控參數(shù)變化也能修正。缺點(diǎn)：不及時(shí)。8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念閉環(huán)控制主要元件敏感元件是離心飛重，其功用是感受發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速; 指令機(jī)構(gòu)是油門桿，它通過傳動(dòng)臂，齒輪，齒套等來改變調(diào)準(zhǔn)彈簧力，確定轉(zhuǎn)速的給定值; 推力桿經(jīng)鋼索，連桿聯(lián)到燃油控制器上的功率桿。放大元件是分油活門，分油活門的位置由離心飛重的軸向力與指令機(jī)構(gòu)給定的調(diào)準(zhǔn)彈簧力比較后的差值決定;執(zhí)行元件是隨動(dòng)活塞; 它控制滑油路的走向，改變斜盤角度；供

9、油元件是燃油泵?？刂浦眯北P的角度，從而改變供油量。8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念 閉環(huán)控制8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念雙向液壓式螺旋槳調(diào)速器8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念 復(fù)合控制開、閉環(huán)控制的結(jié)合，兼有二者優(yōu)點(diǎn)，精度高，及時(shí)、穩(wěn)定；能補(bǔ)償所有干擾；彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)。 8.1.4 自動(dòng)控制的基本概念8 燃油與控制系統(tǒng)8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)8.1 概述8.3 監(jiān)控型電子控制8.4 全權(quán)限數(shù)字電子控制（FADEC/EEC）8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制 在外界干擾量發(fā)生變化時(shí)，保持既定的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。過渡控制 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)從一個(gè)工作狀態(tài)改變到另一個(gè)工作狀態(tài)時(shí)，能快速響應(yīng)且又

10、保證穩(wěn)定可靠的工作，不超出允許的限制。安全限制 在各種工作狀態(tài)及飛行條件下，保證發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)不超出安全限制?？刂频幕痉矫?.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)量系統(tǒng)和計(jì)算系統(tǒng)計(jì)量系統(tǒng)的功用: 按照駕駛員要求的推力，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和飛機(jī)的飛行狀態(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作限制之內(nèi)，依據(jù)計(jì)算系統(tǒng)計(jì)算的流量向燃燒室供應(yīng)燃油。計(jì)算系統(tǒng)的功用: 感受各種參數(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)所有工作階段控制計(jì)量部分的輸出。組成8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器分為: 液壓機(jī)械式 監(jiān)控型電子式 全功能數(shù)字電子式Company Logo液壓機(jī)械式液壓機(jī)械式及氣動(dòng)機(jī)械式燃油控制器曾是民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)上使用最多的控制器。它有良好的

11、使用經(jīng)驗(yàn)和較高的可靠性。它除控制供往燃燒室的燃油外，還操縱控制發(fā)動(dòng)機(jī)可變幾何形狀，例如可調(diào)靜子葉片、放氣活門、放氣帶等，保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定和提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)Company Logo液壓機(jī)械式液壓機(jī)械式控制器，即計(jì)算是由凸輪、杠桿、滾輪、彈簧、活門等機(jī)械元件組合實(shí)現(xiàn)的，由液壓油源作為伺服油（控制油）。 氣動(dòng)機(jī)械式調(diào)節(jié)器的計(jì)算則是由薄膜、膜盒、連桿等氣動(dòng)、機(jī)械元件組合進(jìn)行的，使用壓氣機(jī)空氣作為伺服介質(zhì)。8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)Company Logo8.2 液壓機(jī)械式發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)Company Logo8.3 監(jiān)控型電子控制監(jiān)控型電子式監(jiān)控型發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制

12、器是液壓機(jī)械式控制器再增加一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器（EEC），兩者共同實(shí)施對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。 在這種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，液壓機(jī)械式控制器作為主控制器，負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)的完全控制，包括啟動(dòng)、加速、減速控制，轉(zhuǎn)速控制。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制具有監(jiān)督能力，對(duì)推力（功率）進(jìn)行精確控制，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)重要工作參數(shù)進(jìn)行安全限制。電子控制便于同飛機(jī)接口，易于推力管理，狀態(tài)監(jiān)視，以及信號(hào)顯示和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。Company Logo8.3 監(jiān)控型電子控制Company Logo監(jiān)控型電子式的特點(diǎn)1由液壓機(jī)械式控制器完成主要功能，EEC起監(jiān)控、限制作用，具有有限功能，即對(duì)推力（功率）作有限的控制。2EEC參與工作時(shí)，對(duì)于外界條件的變化，它可

13、以精確保證選定的目標(biāo)值。EEC可以精確地保證EPR或N1的實(shí)際值等于要求值。3在該型控制中，多數(shù)的液壓機(jī)械控制器的供油計(jì)劃高于EEC的供油計(jì)劃，EEC通過減少液壓機(jī)械控制器的供油達(dá)到目標(biāo)值，即稱下調(diào)(DOWNTRIM)。4EEC通過力矩馬達(dá)與液壓機(jī)械控制器聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)電/液轉(zhuǎn)換。EEC計(jì)算結(jié)果以電信號(hào)輸出給力矩馬達(dá)，再轉(zhuǎn)換成液壓信號(hào)控制燃油流量。8.3 監(jiān)控型電子控制Company Logo監(jiān)控型電子式的特點(diǎn)5如果發(fā)現(xiàn)EEC有故障，可以凍結(jié)調(diào)準(zhǔn)在當(dāng)時(shí)位置，同時(shí)通知駕駛員。駕駛員可以使EEC退出工作，即回到不能下調(diào)位置，由液壓機(jī)械式控制器恢復(fù)全部控制。6EEC有自檢能力（BITE），可以連續(xù)檢測(cè)自

14、身故障。有的EEC還可以故障代碼形式儲(chǔ)存故障，供維護(hù)人員調(diào)出改7EEC有輸入信號(hào)證實(shí)和選擇邏輯，它可以排除有故障的或假的輸入信號(hào)。8.3 監(jiān)控型電子控制Company Logo監(jiān)控型電子式的特點(diǎn)8EEC一般裝在風(fēng)扇機(jī)匣外側(cè)，這里是發(fā)動(dòng)機(jī)上環(huán)境相對(duì)較好的地方，安裝有減震座，采用環(huán)境空氣冷卻。也有的EEC位于飛機(jī)電子設(shè)備艙。9EEC由專用發(fā)電機(jī)供電，飛機(jī)電源也供給EEC作為備用電源及地面試驗(yàn)電源。10在飛機(jī)主設(shè)備中心有監(jiān)控器，對(duì)EEC實(shí)施監(jiān)控，儲(chǔ)存EEC故障數(shù)據(jù)。8.3 監(jiān)控型電子控制Company Logo8.3全功能數(shù)字電子式（FADEC）全功能數(shù)字電子式（FADEC） FADEC FULL AUTHORITY DIGITAL ENGINE CONTROL所有控制計(jì)算由計(jì)算機(jī)進(jìn)行，然