第6章动力装置2011-2-100

空管技术室朱承元第6章动力装置(2)2008-3-201空管技术室6.6发动机控制系统6.6.1液压机械控制器6.6.2气动机械式调节器6.6.3监控型电子控制器6.6.4全功能（全权限）数字电子控制（FADEC）2008-3-202空管技术室6.6.1液压机械控制器液压机械式及气动机械式燃油控制器曾是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。它主要控制供往燃烧室的燃油。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，由液压油作为伺服油（控制油）。2008-3-203空管技术室气动机械式调节器：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。控制器一般分为计量部分和计算部分。计量部分：按照驾驶员要求的推力（或功率），在发动机工作限制之内，依据计算系统计划的燃油流量供往发动机喷嘴；计算部分：感受各种参数，在发动机的所有工作阶段控制计量部分的输出。6.6.2气动机械式调节器2008-3-204空管技术室这是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（例如CFM56-3）。控制由液压机械式控制器完成主要功能。EEC起监控、限制作用，即对推力（功率）作有限的控制。6.6.3监控型电子控制器2008-3-205空管技术室1．特征和优点FADEC即全功能（全权限）数字电子控制系统。组成包括：（1）发动机电子控制器（EEC）或电子控制组件（ECU）、（2）燃油计量装置（FMU）或液压机械装置（HMU）、（3）传感器、（4）作动器、（5）活门、（6）发电机和（7）互连电缆等。6.6.4全功能（全权限）数字电子控制（FADEC）2008-3-206空管技术室FADEC系统发动机电子控制器（EEC）或电子控制组件（ECU）是核心。FADEC系统是管理发动机控制的所有控制装置的总称。所有控制计算由计算机进行，然后通过电液伺服机构输出控制液压机械装置及各个活门、作动器等，因此液压机械装置是它的执行机构。2008-3-207空管技术室FADEC的功能在发动机控制方面，FADEC的功能包括：输出参数(推力或功率)控制；燃油(包括启动、加速、减速、稳态的)流量控制；涡轮间隙主动控制(ACC)；高压压气机、涡轮冷却空气流量控制；发动机滑油和燃油的温度管理；发动机安全保护以及启动和点火控制；反推控制。所以FADEC又称全功能控制。2008-3-208空管技术室FADEC还监视发动机工作状态。EEC或ECU自动检测故障，隔离出故障部位及采取相应的适应措施，对驾驶员提供发动机状态监控信息，记忆存储故障数据。数据通信EEC一方面从飞机接受信息，如飞行高度、大气总温、马赫数、推力基准、自动油门调准信息以及引气、防冰等接通、断开的离散量；另一方面也发送信息给飞机用于计算、操纵、维护、驾驶舱显示等。2008-3-209空管技术室在FADEC系统中，液压机械装置已不再具有计算功能。液压机械装置仅成为EEC的执行机构。液压机械装置（HMU）在有的机型称为燃油计量装置（FMU），保留除计算功能以外的原有功能。2008-3-2010空管技术室FADEC是容错系统，余度控制。对于不重要的故障，它仍可继续工作。EEC采用双通道，通道之间可以相互通信；EEC接受余度的传感器及飞机输入，并同计算的数据比较选用；所有通道都故障时，可转换到故障-安全状态；2008-3-2011空管技术室FADEC的发动机控制系统图2008-3-2012空管技术室

6.6.指示系统

6.6.1参数指示和传感器

1．发动机的参数指示模拟式仪表：是以指针和表盘形式给出发动机参数的模拟值来显示连续变化的量；数字式仪表：是由传感器感受信息转换成一序列电信号输给计算机，处理后送给指示器，由液晶或发光二极管显示数字，即以离散的数字而不是指针的位置显示。2008-3-2013空管技术室轴流式压气机有指示参数：

发动机压力比（EPR）：即低压涡轮出口总压与压气机进口总压之比代表发动机推力。高涵道比涡扇发动机有指示参数：风扇转速（n1）亦能很好表征发动机的推力。

排气压力也可以推算发动机的推力或功率。2．推力和功率的参数指示2008-3-2014空管技术室所有的发动机都有转速指示，双转子、三转子发动机不仅有高压、低压或许有中压转子转速指示。转速指示器一般示出的是最大转速的百分数。采用变磁阻式转速测量。3．转速的参数指示2008-3-2015空管技术室涡轮燃气温度：有时用排气温度（EGT）指示，是发动机工作中的关键参数，也是限制参数。不少机型EGT是从低压涡轮中间级测量的，也叫：排气温度。排气温度测量普遍使用热电偶（见图6-14）。4．温度的参数指示2008-3-2016空管技术室传感器可以是直接压力式，也可以是压差式。例如燃油滤和滑油滤装有压差电门，感受和测量油滤前、后压差，指示油滤堵塞情况。压差电门与驾驶舱的警告灯相连，灯亮告诉驾驶员油滤部分堵塞，油滤旁通活门即将打开。5．压力的参数指示2008-3-2017空管技术室发动机流量测量广泛使用一种新型传感器，燃油流量传感器。燃油流量指示：不仅告诉驾驶员到发动机喷嘴的实际燃油流量，还可以知道已耗燃油总量。6、流量的参数指示2008-3-2018空管技术室在发动机上的压气机端和涡轮端装有振动传感器，连续地监视发动机的振动水平。图6-19振动传感器6.振动的参数指示2008-3-2019空管技术室警告系统： 提供出现故障或存在危险情况的指示，以便于采取措施保护发动机和飞机。燃气涡轮发动机上，除了装火警探测系统外，还安装声响和目视警告系统。当出现低滑油压力，低燃油压力，振动过高或过热情况时，这些系统可以发出警告。指示：可以是告警灯、警铃或喇叭声。闪光灯：能吸引驾驶员对中央警告板的注意。6.6.2警告系统和显示组件2008-3-2020空管技术室新一代波音飞机，驾驶舱内装有发动机指示及机组告警系统（EICAS）。空中客车飞机上安装有飞机电子中央监控系统（ECAM）。2008-3-2021空管技术室波音2008-3-2022空管技术室2008-3-2023空管技术室空中客车ECAM2008-3-2024空管技术室2008-3-2025空管技术室Engine/WarningDisplaySystemDisplay上部ECAM显示被称为发动机/警告显示（E/WD）.下部ECAM被称为系统显示(SD)。在这个屏幕上飞行员可以看到各种飞机参数。ELECTRONIC

CENTRALIZED

AIRCRAFT

MONITORING2008-3-2026空管技术室6.8燃油和控制系统

6.8.1燃油系统发动机燃油系统是从燃油供到发动机的燃油泵开始，一直到燃油从燃烧室喷嘴喷出。组成：燃油泵、燃油加热器、燃油/滑油热交换器、燃油滤、燃油控制器、燃油流量计、分配活门或增压和泄油活门，燃油总管、燃油喷嘴。2008-3-2027空管技术室发动机燃油系统的功用发动机燃油系统的功用是在各个工作状态下将清洁的、无蒸汽的、经过增压的、计量好的燃油供给发动机。它也可分成燃油分配、燃油控制和燃油指示分系统。2008-3-2028空管技术室1．主要部件燃油泵：负责供油和增压。释压活门：防止泵后压力过高，损坏下游部件和造成漏油。燃油滤：负责过滤燃油，保证清洁的燃油供给喷嘴。压差电门，旁通活门：提出警示，防止泵后压力过高，损坏下游部件和漏油。2008-3-2029空管技术室燃油加热器：是加温燃油防止结冰，堵塞油路燃/滑油热交换器：在这里冷却滑油的同时燃油得到加温，然后燃油再回到燃油泵里并通过燃油滤到主级泵。燃油喷嘴：是发动机燃油系统的终点。其基本功能是执行燃油雾化或汽化的任务，以保证燃油快速燃烧。喷雾的形状是雾化程度的重要指示；喷嘴燃油的压力是良好雾化的重要因素。2008-3-2030空管技术室图5-13燃油雾化的各个阶段2008-3-2031空管技术室6.8.2启动和点火系统发动机从静止状态到慢车转速的过程称为：启动。为保证燃气涡轮发动机能够良好启动，需要两套独立的系统。首先，应有设备1.将压气机和涡轮带转到一定转速，这时适量的空气进入燃烧室同喷嘴喷出的燃油相混合。其次，应有设备2.使燃烧室中空气／燃油混合气点燃。这些均有启动机来完成。2008-3-2032空管技术室6.8.2.1启动机启动机必须产生高扭矩和传递到发动机旋转组件，以提供一种平缓的方式从静止状态加速转子，供应足够的空气到燃烧室和燃油混合燃烧，直到流经发动机涡轮的燃气流提供足够的功率取代启动机的功率。2008-3-2033空管技术室空气涡轮启动机：在旅客运输机上是最广泛采用的。空气涡轮启动机需要有气源，它的可用气源有：地面气源，机上辅助动力装置的引气和已工作的发动机的引气。电动启动机：也广泛采用，并且主要用于涡轮螺旋桨、小型喷气发动机和辅助动力装置上。电动启动机是一台直流电动马达。启动机类型2008-3-2034空管技术室冲击启动：是指某些涡轮喷气发动机不装启动机，但使用空气直接冲击涡轮叶片作为转动发动机的手段。2008-3-2035空管技术室6.8.2.2点火系统1．组成和功用所有喷气发动机采用高能点火，而且总是装备双套系统。当外界条件可能导致燃烧室熄火时，发动机也需要点火系统工作，称为：连续点火。2008-3-2036空管技术室发动机空中熄火后需点火系统再工作，称空中点火。点火系统工作方式（地面点火、连续点火、空中点火）可由手动选择启动电门位置决定。有些现代飞机上，当存在发动机熄火危险时可自动使发动机连续点火。每个高能点火装置接受来自飞机供电系统的电源，由启动点火系统电路控制，其中有一个是从飞机应急电源系统供电。在FADEC控制的发动机上，FADEC可以控制点火系统工作。2008-3-2037空管技术室6.8.2.3启动程序机构启动程序机构的作用是在发动机启动过程中协调启动机、点火装置和启动供油装置的工作,使启动过程平稳、有序、可靠。启动程序机构一般通过时间和转速来进行程序控制。目前,一些大、重型民航机,如A320/330/340、B777等发动机启动系统由FADEC自动控制启动机、点火装置、启动供油等,可实现发动机自动启动。2008-3-2038空管技术室(一)发动机外部检查发动机进气道有无异物，风扇叶片有无裂纹，发动机有无任何渗油痕迹，发动机喷管内有无异物，发动机前方区域是否清洁等。启动发动机前必须确保地面危险区域(见图6-8)，无地面人员，以防止发动机工作时巨大的进气吸气和喷气冲力对地面人员和发动机造成伤害，如图6-9所示。2008-3-2039空管技术室地面危险区域2008-3-2040空管技术室地面危险区域2008-3-2041空管技术室2008-3-2042空管技术室二、发动机启动在一切准备就绪后，机长发启动指令(一般先启动右发动机；2008-3-2043空管技术室三冷转和空中启动除发动机地面启动外，在一定的情形下需要对发动机进行冷转和空中启动。2008-3-2044空管技术室一、冷转冷转是指发动机不点火时，启动机带动发动机转子转动的过程。2008-3-2045空管技术室二、空中启动空中启动是指飞行中，由于飞行员操纵不当或因恶劣气象条件等引起的燃烧室熄火，造成发动机停车，在空中启动发动机。实际飞行中，一台发动机熄火后，飞机将自动向失效发动机一侧倾斜。2008-3-2046空管技术室6.8.3排气系统在涡轮喷气发动机中：排气流的速度和压力产生推力，在涡轮螺桨发动机中：排气流只提供少量推力，大部分能量已经由涡轮吸收，用来驱动螺旋桨。2008-3-2047空管技术室6.8.4反推装置大型、重型民航机起飞、着陆重量越来越大,单纯靠飞机刹车、减速板等减速装置不足以使飞机迅速减速(尤其在湿滑跑道),从而使飞机着陆/中止起飞滑跑距离增长,直接影响飞机的起飞、着陆性能。单纯靠延长跑道长度既不经济、也不现实。所以，必须采用一种效率更高的减速装置.发动机的反推装置就是目前民航机应用最广泛的一种。当飞机正常着陆时或中止起飞时,通过改变发动机喷气气流的喷射方向的方法,从而使发动机获得反推力,使飞机迅速减速.反推装置通常由飞机液压系统操作。2008-3-2048空管技术室反推力作用2008-3-2049空管技术室(一)反推力装置的基本工作导流叶片转折口反推挡板2008-3-2050空管技术室2008-3-2051空管技术室2008-3-2052空管技术室2008-3-2053空管技术室(一)反推力装置的基本工作在飞机正常飞行中,发动机喷管气流向后流动，从喷口高速喷出,由于气体具有向后的加速度,必然受到发动机施加的向后的作用力。反过来气体有提供给发动机向前的推力(正推力).当发动机处在反推状态时，发动机喷管气流沿叶片导引的方向高速喷出,此时由于气体在发动机中具有向前的加速度,必然受到发动机施加的向前的作用力,所以气体又提供给发动机向后的推力(反推力）。发动机反推力的大小主要由发动机转速和飞机速度确定。2008-3-2054空管技术室反推装置高涵道比涡扇发动机：反推力是将通过风扇的气流反向而实现的。由于发动机大部分推力是由风扇产生的，所以，没有必要将热的排气流反向。2008-3-2055空管技术室2008-3-2056空管技术室哈壳形折流门：将排气流反向是其一种。反推装置通常由高压压气机的引气气动操作。铲斗门型：反推装置通常由飞机液压系统操作。阻流门：将风扇气流反向，也称风扇反推器。高涵道比涡扇发动机用。反推工作状态由驾驶舱的指示灯显示。2008-3-2057空管技术室(二)反推力装置使用注意事项正确使用发动机反推直接影响飞机飞行性能,所以在使用中应注意:①只能在地面使用,禁止在空中使用。②使用和退出时机要适宜2008-3-2058空管技术室案例例如,1991年5月26日,奥地利航空公司一架B767-300飞机,在飞机爬升时左发动机反推自动展开(发动机电子控制系统故障）.飞机失控、坠毁在泰国曼谷,223名旅客和机组人员全部遇难。2008-3-2059空管技术室6.8.5滑油系统滑油的功用：减少摩擦，降低磨损，冷却，清洁，防腐等。监视滑油工作的参数：滑油压力、滑油温度、滑油量以及警告指示：滑油滤旁通、低滑油压力警告，这些均在驾驶舱显示。滑油压力、温度传感器装在滑油系统中，滑油量传感器装在滑油箱。2008-3-2060空管技术室图6-33典型的滑油系统部件2008-3-2061空管技术室6.9辅助动力装置辅助动力装置（APU）目的是:在地面,提供电源和气源，以使飞机减少对地面设备的依赖；在空中提供备用气源和电源。辅助动力装置的工作是建立在一台小型涡轮发动机上的，装在飞机机身尾部。辅助动力装置基于它的能力限制一般在地面工作时，可以提供电源和气源，用于启动主发动机及飞机空调用气。在空中一定高度以后，可以提供电源或气源任何一项。如果飞行高度继续增加，到一定高度后，它仅能提供电源。2008-3-2062空管技术室辅助动力装置（APU）2008-3-2063空管技术室2008-3-2064空管技术室2008-3-2065空管技术室APU必须供应足够引气到飞机气源系统，空气压力通常是30到45磅/平方英寸。辅助动力装置压气机的空气由进气门进入。进气门由电气作动器控制其开与关，有的作动器还可手动超控。2008-3-2066空管技术室APU起动涡喷发动机原理使飞机发动机由静止的不工作状态逐步转变到独立运转的工作状态，就叫做起动。在大、中型飞机上，为了有效地起动大功率涡轮喷气(或涡轮风扇)发动机，往往采用起动系统。起动系统可由地面气源车或辅助动力装置(APU)起动。2008-3-2067空管技术室APU起动涡喷发动机原理2008-3-2068空管技术室APU的附件齿轮箱上安装的一台起动电动机，通常是直流串励电动机，可由飞机蓄电池或地面电源供电。起动时，先由飞机蓄电池或地面电源给APU中的电动起动机供电，起动功率较小的燃气涡轮发动机。这台小燃气涡轮发动机正常运转以后，又可连续不断地提供压缩空气，起动涡轮喷气发动机。两个中间装置用于当燃气涡轮发动机或涡轮喷气发动机达到规定转速时，接通它们的起动装置，即燃油开关和点火系统，从而保证燃烧室内燃油的有效雾化以及燃烧的开始。2008-3-2069空管技术室6.10B737-300发动机B737-300CFM56-3发动机示意图B737-300燃油滑油供油系统示意图B737-300发动机的启动系统和点火系统示意图B737-300发动机的反推系统示意图2008-3-2070空管技术室B737-300CFM56-3发动机示意图2008-3-2071空管技术室B737-300燃油滑油供油系统示意图2008-3-2072空管技术室B737-300发动机的启动系统和点火系统示意图发动机起动电门点火选择电门2008-3-2073空管技术室B737-300发动机的反推系统示意图2008-3-2074空管技术室B737-300控制仪表系统发动机控制仪表系统的功能是使驾驶员能控制和选择发动机的工作状态，通过仪表监视发动机的工作情况，必要时可采取适当措施。发动机的燃油量是通过燃油系统的控制装置自动进行的，驾驶员的控制是由操纵杆实现的。2008-3-2075空管技术室发动机的主要指示参数发动机的主要参数有：发动机压气比(EPR)、排气温度(EGT)、高压涡轮转速（N2）。发动机的次要参数有：推力、扭矩、滑油温度和压力、燃油流量、振动等。现代飞机把这些参数通过一个电子指示系统综合显示到一个或几个显像管上，并有报警系统，如果某一项数据超限，就用声音、灯光向驾驶员报警。2008-3-2076空管技术室B737-300发动机显示仪表(1)压力表：有燃油压力表、滑油压力表、液压压力表、氧气压力表等。压力表中最重要的是发动机压力比(EPR)表，它表示涡轮后压力与压气机前压力之比，通过EPR值就知道发动机的推力。(2)温度表：主要测排气温度EGT和滑油温度。(3)转速表：最主要的是高压涡轮的转子，用N2表示，低压转子的转速用N2表示。(4)燃油流量和油量表：燃油和滑油的油量表显示出飞机上所剩的油量，这对飞行安全十分重要。(5)振动指示器：2008-3-2077空管技术室B737-300辅助动力装置

APU的功能是向飞机独立地提供电力和压缩空气。飞机在地面起飞前，由APU供电来起动主发动机，而不需依靠地面电源车来发动飞机。在起飞时由APU提供电源和压缩空气，保证客舱和驾驶舱的电力照明和空调，使发动机推力全部用于起飞和爬升，改善了起飞性能。降落后，仍有APU提供电力照明和空调，使主发动机提早关闭以节省燃油。此外，在飞行中主发动机停车时，APU可在一定高度下为重新起动发动机提供动力。2008-3-2078空管技术室B737-300的辅助动力装置APU位于飞机尾部防火舱，是一个配套的燃气涡轮发动机。APU给发动机起动或空调提供引气。APU交流发电机提供备用交流电源。2008-3-2079空管技术室A320系列飞机发动机2008-3-2080空管技术室2008-3-2081空管技术室低压涡轮高压涡轮低压压气机高压压气机风扇燃烧室附件齿轮箱2008-3-2082空管技术室低压转轴风扇低压压气机低压涡轮2008-3-2083空管技术室高压转轴高压