涡轮喷气发动机-燃油与控制系统

1、LOGO 燃油与控制燃油与控制系统系统8 燃油与控制系统燃油与控制系统8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统8.1 8.1 概述概述8.3 8.3 监控型电子控制监控型电子控制8.4 8.4 全权限数字电子控制（全权限数字电子控制（FADEC/EECFADEC/EEC）8.1 8.1 概述概述发动机自动控制的意义发动机自动控制的意义? ? 在不同的飞行条件下在不同的飞行条件下, ,保持发动机给定的工作保持发动机给定的工作状态状态, ,或者按照所要求的规律改变工作状态或者按照所要求的规律改变工作状态, ,并保证并保证发动机安全工作。发动机安全工作。 因此，控制装置对保证

2、发动机性能和安全都起因此，控制装置对保证发动机性能和安全都起着关键的作用。着关键的作用。8.1.1 8.1.1 航空发动机对控制系统的要求航空发动机对控制系统的要求8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容8.1.3 8.1.3 被控参数与可控变量的选择被控参数与可控变量的选择8.1.48.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念8.1 8.1 概述概述Company Logo8.1.1 8.1.1 航空发动机对控制系统的要求航空发动机对控制系统的要求l 保证最有效的使用发动机保证最有效的使用发动机l 工作稳定，控制精度高工作稳定，控制精度高l 良好的动态品质良好的动

3、态品质l 可靠性高，维护性好可靠性高，维护性好l 可更改性好可更改性好l 其他其他结构简单、重量轻、体积小、安装方便等结构简单、重量轻、体积小、安装方便等8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 航空发动机对控制系统的要求航空发动机对控制系统的要求8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容8.1.3 8.1.3 被控参数与可控变量的选择被控参数与可控变量的选择8.1.48.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念8.1 8.1 概述概述Company Logo8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 燃油流量控制燃油流量控制v 空气流量

4、控制空气流量控制v 涡轮间隙的控制涡轮间隙的控制v 冷却控制冷却控制v 涡桨、涡轴发动机控制涡桨、涡轴发动机控制v 超音速飞机控制超音速飞机控制8.1 8.1 概述概述8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 燃油流量控制燃油流量控制8.1 8.1 概述概述根据发动机的不同状态，将清洁的，无蒸气的，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。经过增压的，计量好的燃油供给燃烧室。 控制分为：控制分为：l 推力控制推力控制l 过渡控制过渡控制l 安全限制安全限制8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 燃油流量控

5、制燃油流量控制8.1 8.1 概述概述l 推力控制推力控制 根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，根据发动机的工作状态和飞机的飞行状态，计量供给燃烧室的燃油，获得所需的推力。计量供给燃烧室的燃油，获得所需的推力。 推力控制包括推力控制包括: :转速控制转速控制 压力比控制压力比控制 反推力控制反推力控制8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 燃油流量控制燃油流量控制8.1 8.1 概述概述l 过渡控制过渡控制 目的：使发动机过渡过程能迅速、稳定和可靠地进行。目的：使发动机过渡过程能迅速、稳定和可靠地进行。 包括有包括有: : 起动、加速、减速控制及压气机的防喘控制。

6、起动、加速、减速控制及压气机的防喘控制。8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 燃油流量控制燃油流量控制8.1 8.1 概述概述l 安全限制安全限制 目的：防止发动机工作中出现超温、超压、超转、目的：防止发动机工作中出现超温、超压、超转、超扭和超功率。超扭和超功率。 安全限制系统只有当出现超限时才起作用。安全限制系统只有当出现超限时才起作用。8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容8.1 8.1 概述概述发动机在地面工作时受到的限制发动机在地面工作时受到的限制8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 空气流量控制空气

7、流量控制8.1 8.1 概述概述控制发动机的空气流量，保证压气机的工作稳定性。控制发动机的空气流量，保证压气机的工作稳定性。 包括：放气活门包括：放气活门VBVVBV和可调静子叶片和可调静子叶片VSVVSV等。等。8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 涡轮间隙的控制涡轮间隙的控制8.1 8.1 概述概述控制涡轮转子叶片与机匣之间的间隙在各种工作状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。态下为最佳，提高发动机的性能。8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 冷却控制冷却控制8.1 8.1 概述概述一是燃、滑

8、油温度的管理，控制燃一是燃、滑油温度的管理，控制燃、滑油的温度；、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，提高发动机性能动机性能。8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容v 涡桨、涡轴发动机控制涡桨、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。包括螺旋桨调速、动力涡轮转速调节器、多发负载匹配等。v 超音速飞机控制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。作匹配。8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1

9、.1 航空发动机对控制系统的要求航空发动机对控制系统的要求8.1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容8.1.3 8.1.3 被控参数与可控变量的选择被控参数与可控变量的选择8.1.48.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念8.1 8.1 概述概述Company Logo8.1.3 8.1.3 被控参数与可控变量的选择被控参数与可控变量的选择l 可控变量（控制量）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。油量，尾喷口面积、桨叶角等。l 被控参数（被

10、控制量）被控参数（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）、速、增压比（或压力比）、等。等。l 控制方案（调节规律、调节计划）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。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。8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 航空发动机对控制系统的要求航空发动机对控制系统的要求8.

11、1.2 8.1.2 发动机控制系统的内容发动机控制系统的内容8.1.3 8.1.3 被控参数与可控变量的选择被控参数与可控变量的选择8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念8.1 8.1 概述概述Company Logo8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念基本术语基本术语控制对象控制对象控制装置控制装置控制系统控制系统干扰量干扰量给定值给定值 闭环控制闭环控制开环控制开环控制 8.1 8.1 概述概述l 被控对象：被控制的物体或过程。如发动机。被控对象：被控制的物体或过程。如发动机。l 控制装置：用以完成既定控制任务的机构总和控制装置：用以完成既定控

12、制任务的机构总和, ,又称控制器。又称控制器。l 控制系统：由被控对象和控制装置组成。控制系统：由被控对象和控制装置组成。l 给给 定定 值：驾驶员的指令值。值：驾驶员的指令值。l 干干 扰扰 量：引起被控参数发生变化的外部作用量，例如飞行量：引起被控参数发生变化的外部作用量，例如飞行 高度。高度。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 开环控制开环控制 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，按补偿原理工作量，补偿干扰量引起的被控参数变化，按补偿原理工作. .

13、优点：优点：及时、稳定。及时、稳定。 缺点：缺点：不能补偿所有干扰，精度差不能补偿所有干扰，精度差. .8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 开环控制主要元件开环控制主要元件 敏感元件为膜盒，感受进气总压敏感元件为膜盒，感受进气总压; ; 进气总压是飞行高度和飞行马赫数进气总压是飞行高度和飞行马赫数的函数的函数; ; 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，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放大元件为档板活门，档板通过与膜盒

14、相连的杠杆的作用来改变其开度度; ; 执行元件为随动活塞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。供油元件为柱塞泵。8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 开环控制开环控制8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 闭环控制闭环控制被控对象的输出被控对象的输出n n即为控制装置的输入即为控制装置的输入n n ，控制装置，控制装置的输出的输出q qm,fm,f即为被控对象的输入即为被控对象的输入q qm,fm,f，整个控制系统形，整个控制系统形成一个闭合的回路。按偏离

15、原理工作。成一个闭合的回路。按偏离原理工作。优点优点: :精度高，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。控参数变化也能修正。缺点：缺点：不及时。不及时。8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 闭环控制主要元件闭环控制主要元件 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，确定转速的给定值簧力，确定转速的给定值; ;

16、推力杆经钢索，连杆联到燃油控制器推力杆经钢索，连杆联到燃油控制器上的功率杆。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执行元件是随动活塞; ; 它控制滑油路的走向，改变斜盘角度；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。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。8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 闭环控制闭环控制8.1.

17、4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念双向液压式螺旋桨调速器双向液压式螺旋桨调速器8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念l 复合控制复合控制开、闭环控制的结合，兼有二者优点，精度高，及时、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。稳定；能补偿所有干扰；弥补各自的缺点。 8.1.4 8.1.4 自动控制的基本概念自动控制的基本概念8 燃油与控制系统燃油与控制系统8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统8.1 8.1 概述概述8.3 8.3 监控型电子控制监控型电子控制8.4 8.4 全权限数字

18、电子控制（全权限数字电子控制（FADEC/EECFADEC/EEC）8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统u稳态控制稳态控制 在外界干扰量发生变化时，保持既定的在外界干扰量发生变化时，保持既定的发动机稳态工作点。发动机稳态工作点。u过渡控制过渡控制 当发动机从一个工作状态改变到另一个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，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。不超出允许的限制。u安全限制安全限制 在各种工作状态及飞行条件下，保证发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。动机主要参数

19、不超出安全限制。控制的基本方面控制的基本方面8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统计量系统和计算系统计量系统和计算系统计量系统的功用计量系统的功用: : 按照驾驶员要求的推力，根据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。供应燃油。计算系统的功用计算系统的功用: : 感受各种参数，在发动机所有感受各种参数，在发动机所有工作阶段控制计量部分的输出。工作阶段控制计量部分的输出。组成组成8.2 8.2 液压

20、机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统发动机控制器分为发动机控制器分为: : u 液压机械式液压机械式u 监控型电子式监控型电子式u 全功能数字电子式全功能数字电子式Company Logo液压机械式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。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。8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统Company Logo液压机械式液压机械式液压机械式控制器，即计算是由凸轮、杠杆、

21、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）。 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。8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统Company Logo8.2 8.2 液压机械式发动机控制系统液压机械式发动机控制系统Company Logo8.3 8.3 监控型电子控制监控型电子控制监控型电子式监控型电子式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

22、，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。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。Company Logo8.3 8.3 监控型电子控制监控型电子控制Company Logo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。2EEC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)。4EEC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。8.3 8.3 监控型电子控制监控型电子控制Company Logo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