发动机控制系统

发动机控制系统4.1.1

功用:燃油流量控制放气活门VBV和静子叶片VSV控制涡轮间隙TCC的控制.1发动机控制系统4.1.2控制的内容推力控制过渡控制安全限制.2发动机控制系统－燃油控制器4.1.2

燃油控制器

控制的内容或者说基本方面包括：稳态控制在外界干扰量发生变化时，保持既定的发动机稳态工作点过渡控制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，不超出允许的限制安全限制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3发动机控制系统4.1.2控制的内容:推力控制飞机的不同飞行阶段（滑跑、起飞、爬升、巡航、下降、进近、复飞等）需要不同的推力（或功率），对应着发动机不同的工作状态，也就是说供给发动机不同的燃油量推力控制包括:转速控制;压力比控制和反推力控制.4发动机控制系统4.1.2控制的内容:过渡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。加速性:从慢车转速到最大转速所需要的以秒为单位的时间叫做发动机的加速性。这个时间越短，加速性就越好。加速的条件:增加发动机的转速就一定要有剩余功率而且剩余功率越大，加速所需要的时间越短，加速性就越好。5发动机控制系统4.1.2控制的内容:过渡控制⑴在地面加速时要特别注意防止压气机喘振;加速的限制条件:⑵在高转速范围内加速时要特别注意防止超温;⑶在空中加速时要特别注意防止熄火和压气机出口的压力超压。减速时的限制条件是:防止贫油熄火，防止低压压气机进入喘振。6发动机控制系统4.1.2控制的内容:安全限制动力装置在地面和空中有其安全工作范围。发动机控制应该避免发动机工作中出现超温、超转、喘振、贫油或富油熄火、超压、和超扭。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。7燃油和控制系统－控制系统11.2发动机控制基本概念被控对象被控制的技术对象，如发动机。控制装置用以完成控制任务的机构总和，又称控制器。控制系统由被控对象和控制装置组成。被控参数能表征被控对象的工作状态又被控制的参数，如发动机的转速。可控变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，如供油量，桨叶角等。给定值驾驶员的指令值。干扰量引起被控参数发生变化的外部作用量。8燃油和控制系统－控制系统闭环控制被控对象的输出即为控制装置的输入，控制装置的输出即为被控对象的输入，整个控制系统形成一个闭合的回路，按偏离原理工作。优点是精度高，不仅对外界干扰而且对内部部件性能退化也造成的被控参数变化也能修正，缺点是不及时。开环控制

控制装置和被控对象同时感受外界干扰，改变可控变量，补偿干扰量引起的被控参数变化，按补偿原理工作。优点是及时、稳定，缺点是不能补偿所有干扰，精度差。复合控制开、闭环控制的结合，兼有二者优点，弥补各自的缺点。9燃油系统－闭环控制

10燃油系统－闭环控制

11发动机控制系统--闭环控制

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进入发动机的空气流量减少时，由于供油量未变,使提高，涡轮功增大，涡轮输出的功率大于压气机消耗的功率，使发动机的转速增加，这使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，分油活门向上移动，将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，使随动活塞向下移动，使柱塞泵的斜盘角变小，供油量减少,使转速恢复到给定值。12燃油系统－闭环控制

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簧力，确定转速的给定值;推力杆经钢索，连杆联到燃油控制器上的功率杆。放大元件是分油活门和随动活塞，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;

执行元件是随动活塞;供油元件是燃油泵。13燃油系统--开环控制

14燃油系统--开环控制15燃油系统--开环控制

当飞行高度增加时，进入发动机的空气流量减少,同时压力也减小，发动机和控制器的膜盒同是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。

16燃油系统－开环控制

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的函数;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;推力杆经钢索，连杆联到燃油控制器上的功率杆。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度执行元件是随动活塞;供油元件为柱塞泵。17燃油系统－复合控制18燃油和控制系统－燃油控制器发动机控制系统分为:液压机械式;监控型电子式;全功能数字电子式三种。液压机械式燃油控制器仍然是目前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。19液压机械式控制系统－燃油系统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。燃油系统的组成:发动机燃油系统是由低压燃油泵，燃油加热器、主油泵，燃油滤、燃油控制器、燃油流量计、燃油/滑油热交换器，分配活门或增压和泄油活门，燃油总管、燃油喷嘴组成。2021燃油和控制系统－燃油系统低压燃油泵负责向发动机主油泵提供所需的燃油压力和流量。加热器的目的是加温燃油防止结冰，堵塞油路。加温的方法可用发动机的滑油及压气机的引气。主油泵给燃油增压。分为柱塞泵和齿轮泵两种，它们都属于容积泵。22燃油和控制系统－燃油泵齿轮泵是定量泵，工作容积不可调。流量和转速有一一对应关系。当转速不变时，供油量通过旁通回油节流调节。即齿轮泵的供油量始终高于需油量，超出需要的油量返回油泵进口23燃油和控制系统－燃油泵柱塞泵(见图11-4)的供油量不仅取决于转速还取决于斜盘角度，转速不变时，供油量通过改变斜盘角度容易调节，这是它的主要优点1-柱塞；2-斜盘；3-转子；4-分油盘24燃油和控制系统－燃油系统燃油滤过滤燃油，保证清洁的燃油供给喷嘴。通常由油滤，旁通活门和压差电门组成。旁通活门的功用是当油滤油滤堵塞堵塞或油滤进出口的压差达到一定数值时打开，直接供油，保证燃油的继续供给。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。25燃油和控制系统－燃油系统燃油控制器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。燃油/滑油热交换器加热燃油，同时冷却滑油。增压泄油活门⑴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;泄油活门的作用是停车时，泄放总管燃油。因此，发动机工作时，泄油活门关闭，增压活门打开；停车时，泄油活门打开，增压活门关闭。26燃油和控制系统－燃油系统燃油喷嘴燃油喷嘴的功用是雾化燃油。分为雾化型（双路离心式喷嘴，气动式喷嘴）和蒸发型。是发动机燃油系统的终点27燃油和控制系统－燃油喷嘴

双油路喷嘴28燃油和控制系统－燃油控制器

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。29燃油和控制系统－燃油控制器燃油控制器由计量系统和计算系统组成。计量系统的功用是: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。其方法是：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。30燃油和控制系统－燃油控制器1．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。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。31燃油和控制系统－燃油控制器监控型发动机电子控制器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。发动机电子控制器（EEC）辅助于液压机械式控制器，其主要作用是保证精确的推力控制，便于推力管理，同时不超出发动机的安全限制。方便与飞机的接口，还具有故障诊断，参数显示，事件记录等功能。3233燃油和控制系统－FADEC11.5全功能（全权限）数字电子控制（FADEC）

在FADEC控制中，发动机电子控制器EEC或电子控制装置ECU是它的核心，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。34燃油和控制系统－FADEC功能1．在发动机控制方面对发动机的推力进行精确的控制，提高了推力控制的精度;燃油量的控制由EEC完成计算功能，FMU作为执行元件仅保留燃油计量部分的功能。控制放气活门的开度和可调静子叶片的角度，以得到最佳的喘振裕度防止喘振使发动机更好地工作;涡轮间隙（TCC）控制，控制发动机不同级的引气，从而保证涡轮叶尖间隙为最佳间隙，减少燃气泄漏，改善涡轮的效率，提高发动机的性能;35燃油和控制系统－FADEC功能1．在发动机控制方面对发动机的燃油和滑油进行控制;对发动机的起动点火和反推进行控制;安全保护，EEC使发动机的各主要参数不超限。36燃油和控制系统－FADEC功能2．在状态监控和故障检测方面FADEC能自动检测故障，并可以采取相应的改正措施;为了保证工作可靠，FADEC采用裕度控制:

EEC采用双通道或多通道工作，当一个通道有故障时，可自动转换到另一通道重要的传感器，作动器也是有裕度的;以EPR控制发动机的推力输出，如果EEC检测到压力传感器的故障，可以自动切换到N1控制发动机的推力输出。3．在数据通信方面，EEC一方面从飞机接受信息；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。37燃油和控制系统－

FADEC

FADEC系统的优点提高发动机性降低燃油消耗减轻驾驶员负担提高可靠性改善维护性等方面带来好处为控制的进一步发展提供很大的潜力。383940燃油和控制系统END41滑油系统

滑油系统功用润滑，减少摩檫

冷却防腐清洁工作介质42滑油系统润滑和冷却⒈润滑:减小摩擦力，减小摩擦损失;其原理是相互运动部件表面的有一层一定厚度的油膜所覆盖，金属与金属不直接接触，而是油膜与油膜相接触，这就在相互运动中减小了摩擦。⒉冷却:降低温度，带走热量;其原理是滑油从轴承和其它温度高的部件吸收了热量，在散热器处又将热量传递给燃油或空气，从而达到了冷却的目的。43滑油系统清洁和防腐⒊清洁，带走摩损的微小颗粒;滑油在流过轴承或其它部件时将摩损下来的金属微粒带走，在滑油滤中将这些金属微粒从滑油中分离出来，达到清洁的目的。⒋防腐:其原理在金属部件表面有一层一定厚度的油膜所覆盖，将金属与空气隔离开，使金属不直接与空气接触，从而防止氧化和腐蚀。除此之外，滑油系统还为其它系统提供工作介质、封严、并是发动机状态的载体。44滑油系统滑油性能粘度

粘度是流体反抗切向力的能力。在滑油系统中用60cm3的滑油在一定的温度下,流过一个已精确标定的小孔所需要的以秒为单位的时间。这实际上是测量滑油的流动阻力，因为流动阻力越大，则流过小孔所需的时间越长。同种滑油粘性系数的高低主要受滑油温度的影响。温度高，则粘度低。温度低，则粘度高。好的滑油要求其粘性随温度的变化愈小愈好。45滑油系统滑油性能闪点:使滑油蒸汽产生闪燃的温度称为闪点。要求滑油的闪点高于滑油工作的最高温度。以防止可能的火灾，滑油消耗量过大及保证很好的润滑。燃点:有足够的可燃滑油蒸汽供给燃烧的最低温度称为燃点。要求滑油的燃点高于滑油工作的最高温度。良好的流动性较好的抗氧化性和抗泡沫性

不腐蚀金属，毒性小46滑油系统滑油选择我们要选择黏度适当的滑油，既承载能力强又有良好的流动性。选择高闪点的滑油。闪点、燃点低的滑油易于挥发，引起滑油消耗量高，容易引起火灾。滑油应有较高的抗泡沫性，抗氧化性，低的碳沉积，黏度指数高

47滑油系统－系统部件及工作原理滑油系统的组成：滑油箱、滑油泵（供油泵和回油泵）、滑油滤、滑油冷却器、油气分离器、指示系统磁屑探测器（磁性堵塞）、最终油滤和滑油喷嘴等。4849滑油系统－系统部件及工作原理滑油箱滑油箱加油可以是重力式或压力加油式油箱应提供地面目视检查油面的方法油箱有传感器测量油箱滑油量，并在驾驶舱仪表上指示膨胀空间:滑油箱应留有一定的膨胀空间，这是因为使用过的滑油温度高，体积有一定的膨胀，而且流动过程中会产生一些泡沫，亦使滑油体积变大，故应有一定的膨胀空间。膨胀空间的大小，根据美国联邦航空局(FAA)的规定为0.5加仑或滑油箱容积的10％，二者中较大的那个数字。１加仑＝0.0038米3油箱中有油气分离器，将滑油回油中的气体分离，滑油继续循环使用

50滑油系统－系统部件及工作原理滑油泵

滑油泵分为增压泵和回油泵。滑油泵齿轮泵。齿轮泵后释压活门用于防止泵后压力过高，损坏系统薄壁部件和管路接头。由于滑油回油温度高并且含有大量气泡，回油系统的能力必须至少是增压系统的两倍以上。51滑油系统－系统部件及工作原理滑油滤在供油路和回油路上都装有滑油滤，保证滑油清洁。

主滑油滤由壳体，滤芯，旁路活门，单向活门和压差电门组成。滤芯:过滤滑油。

旁路活门:当滤芯堵塞而使油滤进、出口压差达到一定数值时，旁路活门打开,滑油不通过油滤，直接供应到轴承处，因为供应不清洁的滑油比不供应滑油要好得多。与此同时，滑油压差电门接通，警告灯亮，表明油滤堵塞，应清洗油滤，但这时不做维修，发动机仍能正常工作。52滑油系统－系统部件及工作原理滑油滤单向活门:在停车时，在弹簧力的作用下，此活门关闭，堵住出口,防止滑油箱中的滑油在重力的作用下，流入发动机的轴承处。发动机工作时，油泵输出滑油，此活门打开。压差电门。53滑油系统－系统部件及工作原理滑油滤油滤分为网状油滤，杯型油滤和螺纹式油滤，蓖齿型油滤四种。油滤的标尺是微米或目。1微米＝1×10-6米，目是1平方英寸网眼的数目。54滑油系统－系统部件及工作原理滑油散热器功用:冷却滑油，加热燃油。分类：空气／滑油散热器滑油／燃油散热器两种。55滑油系统－系统部件及工作原理滑油／燃油散热器组成：壳体，蜂巢管，旁通活门，滑油温度传感器等。56滑油系统－系统部件及工作原理滑油／燃油散热器蜂巢管:蜂巢管内流动燃油，外部流动滑油,进行热交换。为了更好地进行热交换，设有隔板，迫使滑油上下流动。旁通活门（温度控制活门）:当温度较低，滑油粘度较大，或当散热器进出口压差达到50PSI时，此活门打开，滑油不流过散热器直接供油，以保证低温起动。滑油温度传感器:测量出口处的滑油温度。57滑油系统－系统部件及工作原理滑油／燃油散热器如果散热器装在回油路上，冷却后的滑油回油箱，称为冷箱系统。散热器位于增压系统，热滑油直接回油箱，称为热箱系统。此时，油箱出来的滑油中含有较少的空气，可以用较小的散热器58滑油系统－系统部件及工作原理油气分离器

离心式油气分离器，将滑油中的气体分离出去，并排入大气。59滑油系统－系统部件及工作原理指示系统滑油指示系统包括有滑油温度，滑油压力和滑油消耗量，压差电门和警告灯。滑油温度测量的是供向发动机的滑油温度，对于反向式的滑油系统，温度传感器安装在供油路的散热器的出口处。滑油压力测量的是供向发动机的滑油压力。滑油低压警告电门，当通往发动机的滑油压力过低时，将接通此电门，这时应立即停车进行检查和维修工作，以保证发动机的正常工作。60滑油系统－系统部件及工作原理磁性堵塞

安装在回油路上(如油箱、附件齿轮箱和各轴承的回油管路上)，将滑油中含铁的微粒吸附在上面，用来探测发动机机件的工作情况，判断轴承和齿轮的摩损情况。61滑油系统－系统部件及工作原理滑油系统的分类按循环方式分为:单路正向单路反向循环式滑油系统。按循环性质分为调压活门式系统全流式系统。62滑油系统－典型的发动机滑油系统

单路正向循环式滑油系统将热交换器安装在回油路上的滑油系统称为正向式滑油系统，如图5-2所示。这时油箱中的滑油温度较低，称为冷油箱。6364滑油系统－典型的发动机滑油系统

单路反向循环式滑油系统将热交换器安装在供油路上的滑油系统称为反向式滑油系统，如图5-3所示。这时油箱中的滑油温度较高，称为热油箱。单路反向循环式滑油系统的特点是:用于润滑和冷却的滑油全部返回滑油箱;散热器安装在供油路上;滑油中的气体少，便于传热，散热器的尺寸小;供油压力由调压活门保持为一恒定值。系统具有较好的工作性能和高空性能。目前民用航空发动机的滑油系统多为单回路全流式反向循环系统。这是因为该类型的滑油系统可以保证发动机在各个工作状态下(特别是在高转速状态下)流量和压力的要求。

65滑油系统66滑油系统－系统部件及工作原理燃气涡轮发动机的滑油系统一般分为几个分系统：增压系统、回油系统、通气系统。67滑油系统End68起动系统功用在地面起动发动机时，与点火系统协调共同工作，使发动机起动点火;在飞行时，点火系统单独工作。69起动系统组成起动机，起动燃油系统，起动点火系统，自动装置。70起动系统起动机带动发动机转子并加速到一定转速，使空气流入发动机，受到压气机的压缩，达到一定的压力，以便在燃烧室内形成可燃的混合气点燃燃烧。71起动系统起动燃油系统起动时向燃烧室供应燃油。起动点火系统

点燃混合气。自动装置

使起动过程自动化。72起动系统起动过程使发动机转子的转速由零增加到慢车转速的过程称为起动过程。根据带动发动机转子加速的驱动力的来源，可将加速过程分为三个阶段。73起动系统起动过程的三个阶段第一个阶段带动发动机转子加速的驱动力来自起动机，也就是由起动机单独带动发动机转子加速。发动机转子的转速变化为:0→n1n1＝(0.08～0.12)nmax这时发动机获得的加速力矩为:

Ma=Ms-Mf当n＝n1

时，起动燃油系统开始供油，点火，燃油燃烧，涡轮开始发出功率。起动机产生的起动力矩必须大于发动机转子的阻力矩。

74起动系统起动过程的三个阶段第二个阶段带动发动机转子加速的驱动力来自起动机和涡轮转子，也就是起动机和涡轮转子共同带动发动机转子加速。发动机转子的转速变化为:

n1

→n2n2＝(0.08～0.12)nmax这时发动机获得的加速力矩为:

Ma=Ms+

MT-Mf

当MT=Mf时n＝ng叫自持转速，这时Ma=Ms75起动系统起动过程的三个阶段第三个阶段带动发动机转子加速的驱动力来自涡轮转子，也就是由涡轮转子单独带动发动机转子加速。发动机转子的转速变化为:发动机转子的转速变化为:

n2

→nidnid＝(0.24～0.40)nmax这时发动机获得的加速力矩为:

Ma=

MT-Mf

76起动系统起动机分类电动起动机，燃气涡轮起动机空气涡轮起动机。目前民用航空发动机大多采用空气涡轮起动机。77起动系统空气涡轮起动机组成单级涡轮，减速器，离合器等。78起动系统空气涡轮起动机气源地面气源车、辅助动力装置已起动的发动机。79起动系统80起动系统空气涡轮起动机优点扭矩大，