航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ).ppt

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ),航空工程學(xué)院,航空發(fā)動(dòng)機(jī)（燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)）推力 工作原理 飛機(jī)在不同的飛行階段，需要不同的推力 起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸、復(fù)飛 此外，飛行條件也在不斷變化。,進(jìn)氣道,壓氣機(jī),燃燒室,噴管,渦輪,控制發(fā)動(dòng)機(jī)的推力或功率輸出以滿足飛機(jī)的需要。 燃油系統(tǒng)將清潔的、無蒸汽的、經(jīng)過增壓的、計(jì)量好的燃油輸送給燃燒室。 燃油量的多少要由燃油控制器給出 保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全工作。 不熄火、不超溫、不超載、不喘振、不超轉(zhuǎn) 防止壓氣機(jī)的喘振(VBV variable bleed valve、VSV variable stator vane) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能（渦輪間隙控制TCC）,早期：

2、 單變量控制基本的安全考慮 發(fā)展： 多變量監(jiān)控以安全為主兼顧性能 成熟 全權(quán)限監(jiān)控以安全為主兼顧性能和經(jīng)濟(jì)性 未來 全權(quán)限數(shù)字電子控制以安全為主兼顧性能、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性,CFM56 FADEC系統(tǒng)的功能,航空動(dòng)力裝置控制包括： 進(jìn)氣道控制、發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)控制、排氣裝置控制,航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制基礎(chǔ) aircraft engine control 根據(jù)自動(dòng)控制原理運(yùn)用機(jī)械、液壓、氣壓、電氣等控制裝置使航空發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律工作，以便發(fā)動(dòng)機(jī)在各種飛行條件下能安全工作并獲得最佳的或接近最佳的性能。 涉及的內(nèi)容控制理論、發(fā)動(dòng)機(jī)原理、氣體 動(dòng)力學(xué)、工程熱力學(xué)、機(jī)械、液壓、電子、計(jì)算機(jī)等各方面的知識(shí)。,航空發(fā)

3、動(dòng)機(jī)對(duì)控制裝置的基本要求 保證最有效的使用發(fā)動(dòng)機(jī)，最大限度地發(fā) 揮其潛力 最大狀態(tài) 巡航 慢車,航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制裝置的基本要求 保證動(dòng)力裝置穩(wěn)定工作，控制精度高 有極強(qiáng)的抗干擾能力 調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度要高,航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制裝置的基本要求 良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì) 控制的動(dòng)態(tài)過程要有較好的快速性，而且過程要平穩(wěn),航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制裝置的基本要求 可靠性高，維護(hù)性好 采用分布式結(jié)構(gòu)降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜性 將控制器安裝在遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)域 采用砷化鎵和碳化硅制造電子元器件 提高系統(tǒng)的耐高溫、抗振動(dòng)和抗電磁干擾的能 力,航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制裝置的基本要求 可更改性好，滿足先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制不 斷增加的要求,航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)控制裝置的

4、基本要求 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、安裝方便,第二章 民航發(fā)動(dòng)機(jī)的控制,內(nèi)容 自動(dòng)控制的基本概念 民航發(fā)動(dòng)機(jī)控制的內(nèi)容,自動(dòng)控制的基本概念,被控對(duì)象:發(fā)動(dòng)機(jī) 控制裝置：轉(zhuǎn)速控制器（虛線內(nèi)部分） 控制系統(tǒng)：被控對(duì)象控制裝置 被控參數(shù)：轉(zhuǎn)速 可控變量：用來改變被控參數(shù)大小的因素 干擾作用量：作用在被控對(duì)象/控制裝置上， 能夠引起被控參數(shù)變化的外部作用量 給定值：駕駛員的指令值,控制作用量：能改變給定值大小的作用量 調(diào)準(zhǔn)和調(diào)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)：改變控制作用量的過程及其機(jī)構(gòu) 過渡過程和平衡穩(wěn)定過程 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 r,控制系統(tǒng)的基本控制方式： 開環(huán)控制 閉環(huán)控制 閉環(huán)控制特點(diǎn)：在控制器輸入量和被控對(duì)象之間，不僅存在正向

5、作用，而且存在反饋?zhàn)饔?反饋是將輸出返回到輸入量的入口 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 f p m w f n y,閉環(huán)控制： 控制比較精確，在現(xiàn)代飛機(jī)上被廣泛使用 反應(yīng)不夠及時(shí)，被控參數(shù)發(fā)生偏離，才開始動(dòng)作，干擾量連續(xù)變化，系統(tǒng)工作不穩(wěn)定 偏離原理控制,開環(huán)控制： 開環(huán)系統(tǒng)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式，特點(diǎn)是在控制器和被控對(duì)象之間只有正向作用，而沒有反饋，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制量沒有影響。 f p m wf n,放大元件,放大元件,放大元件,放大元件,敏感元件,開環(huán)控制: 反應(yīng)及時(shí)，控制系統(tǒng)和被控對(duì)象（發(fā)動(dòng)機(jī)）同時(shí)感受外界所有的干擾量變化，控制裝置變化與發(fā)動(dòng)機(jī)變化同步，穩(wěn)定性好。 控制精度差 不能感受所有的干擾量 對(duì)發(fā)動(dòng)

6、機(jī)內(nèi)部的變化無法感知,開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較 閉環(huán)系統(tǒng)引入了反饋，精度高，可以采用成本較低，精度不太高的元件構(gòu)成精度較高的控制系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng)沒有糾正偏差的能力，當(dāng)受到干擾時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)精度降低，它的精度完全取決于系統(tǒng)元器件的精度和調(diào)整的準(zhǔn)確度,復(fù)合控制,放大元件,執(zhí)行元件,供油元件,發(fā)動(dòng)機(jī),敏感元件,指令機(jī)構(gòu),敏感元件,思考題 閉環(huán)控制的原理是什么,民航發(fā)動(dòng)機(jī)控制的內(nèi)容 發(fā)動(dòng)機(jī)控制內(nèi)容有： 燃油流量控制 空氣流量控制 渦輪間隙控制 冷卻控制 其它系統(tǒng)控制 渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)控制 超音速民航機(jī)控制,發(fā)動(dòng)機(jī)控制的目的 穩(wěn)態(tài)控制：保持既定發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn) 過渡控制：快速而又穩(wěn)定可靠 極限控制：保證

7、發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)不超出安全限制,穩(wěn)態(tài)控制 目的：為了獲得所需要的推力和功率 轉(zhuǎn)速控制 壓力比控制 慢車控制 反推力控制 加力控制 進(jìn)氣道控制,被控參數(shù)和可控變量 表征發(fā)動(dòng)機(jī)推力的量 N1 EPR Wf 燃油流量 Ae 噴管出口面積,控制方案（調(diào)節(jié)規(guī)律或調(diào)節(jié)計(jì)劃） 根據(jù)外界干擾（飛行高度和速度的變化）和駕駛員的指令來改變可控變量，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)被控參數(shù)不變或者按預(yù)定的規(guī)律變化，從而達(dá)到控制發(fā)動(dòng)機(jī)推力的目的。 不帶加力的單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) Wf n 雙、三轉(zhuǎn)子的渦噴和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) Wf nH Wf EPR Wf c*,過渡控制 目的：過渡過程能迅速、穩(wěn)定、可靠的進(jìn)行 啟動(dòng)控制 加速控制 減速控制 壓氣機(jī)

8、防喘控制 加力接通及關(guān)閉控制等,壓氣機(jī)控制 在啟動(dòng)、加速和減速過程中保證壓氣機(jī)穩(wěn)定工作，不發(fā)生 喘振 控制方案（程序控制） 1 按轉(zhuǎn)速n的壓氣機(jī)控制。 2 按壓比進(jìn)行控制 3 按n2和壓氣機(jī)進(jìn)口溫度控制VBV、VSV 4 按相似轉(zhuǎn)速控制 5 按照n1、n2、大氣總溫、進(jìn)口溫度、環(huán)境壓力、飛行馬赫數(shù)、推力桿角度等進(jìn)行邏輯控制。 FADEC,安全限制 超轉(zhuǎn)限制 超溫限制 超壓限制 超功率限制,民航發(fā)動(dòng)機(jī)的控制類型 機(jī)械液壓式控制 JT8D JT9D-7J PT6T 監(jiān)控型電子式控制 JT9D-7R4 CFM56-3 RB211-535E4 全權(quán)限數(shù)字電子控制 PW4000 V2500 CFM56-

9、5 Trent GE90,第三章 燃油泵,內(nèi)容 齒輪泵的工作原理 油泵供油量的調(diào)節(jié)特性,供油元件：燃油泵 油泵：是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能的機(jī)械。 根據(jù)用途分類： 燃油泵 供應(yīng)帶壓力的燃油（航空煤油） 滑油泵 供應(yīng)滑油以及其他特殊需要的 液體（水） 液壓泵 為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力油,根據(jù)供油原理分類： 容積式泵 ： 抽吸元件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，改變?cè)g的自由容積， 進(jìn)行吸油和擠油。供油量的大小取決于一次循 環(huán)中自由溶積的變化大小。壓力的大小理論上 與供油量無關(guān)。 柱塞泵、齒輪泵、旋板泵 葉輪式泵： 葉輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，增加液體的動(dòng)能和壓力能 ， 在葉輪后的擴(kuò)壓器中，再將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力位能。 離心泵、螺旋泵、

10、汽心泵等 根據(jù)供油元件一次循環(huán)索提供的油量是否變化， 分為：定量泵和變量泵,柱塞泵 容積式 齒輪泵（定量） 旋板泵 航空發(fā)動(dòng)機(jī)油泵 離心泵 葉輪式 螺旋泵（定量） 汽心泵（變量）,目前用的最多的是： 軸向傾斜式柱塞泵和漸開線直齒外嚙合齒輪泵 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)齒輪泵的要求： 重量?。辉陬~定共有壓力范圍內(nèi)，有較高的 效率；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，壽命長(zhǎng)；抵抗污染能力強(qiáng)；適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)；在轉(zhuǎn)速不變的情況下，可以方便、合理的大范圍調(diào)節(jié)供油量等。,3.2 齒輪泵,影響供油量的因素 1 泄漏損失 由間隙、壓差、溫度引起 徑向間隙和軸向間隙 充填損失 吸油腔壓力過低、無效容積的影響和泵轉(zhuǎn)速過高 2 轉(zhuǎn)速對(duì)供油量的影

11、響 高轉(zhuǎn)速可以提高供油量，但是提高有限度。 目前油泵轉(zhuǎn)速在5000轉(zhuǎn)/分以下，要求齒頂?shù)那芯€速度Vmax10米/秒,3 齒數(shù)對(duì)供油量的影響 標(biāo)準(zhǔn)齒輪節(jié)圓直徑 齒輪模數(shù)m：指相鄰兩輪齒同側(cè)齒廓間的齒距t 與圓周率的比值 Z: 齒數(shù),4 齒寬對(duì)供油量的影響 供油量與齒寬b成正比 齒寬一般不超過10m,四 齒輪泵的供油量調(diào)節(jié) 齒輪泵是定量泵，工作容積可改變，當(dāng)p不 變時(shí)，流量Q與轉(zhuǎn)速n成對(duì)應(yīng)關(guān)系。 供油量的調(diào)節(jié)不能靠泵內(nèi)部的調(diào)節(jié)，可以通過 以下方法調(diào)節(jié)供油量。,3 旁路回路調(diào)節(jié) 旁路調(diào)節(jié)是定量泵調(diào)節(jié)供油的唯一方法，但是會(huì)引起溫升，對(duì)于高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流比較大，必須采用變量泵。,柱塞泵 工作原理圖 吸

12、油過程：柱塞伸出Vp吸油； 壓油過程：柱塞縮回Vp壓油,柱塞泵 出口壓力受到流動(dòng)阻力的限制，低轉(zhuǎn)速下仍然可以獲得較高的壓力。 柱塞泵特點(diǎn)：（1） 柱塞和轉(zhuǎn)子配合間隙容易控制，密封性好，容積斜率高0.93-0.95。（2） 高壓泵，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴，使用環(huán)境要求高。（3） 柱塞數(shù)通常為7、9、11個(gè)，單數(shù)，減小脈動(dòng)。（4） 排量取決于泵的斜盤傾角。,2 增加轉(zhuǎn)速 會(huì)增加零部件的磨損、影響壽命，還會(huì)使油液的填充惡化。 3 斜盤角度r r16。 斜盤工作面常采用錐形或圓形面 4 柱塞安裝角（ 13。15。 ）,柱塞泵的特性（Q,n,pin,pout,) 1 供油量與轉(zhuǎn)速關(guān)系 2 供油量調(diào)節(jié)特性 3

13、供油量 壓差特性 4 汽隙特性 低壓區(qū)產(chǎn)生氣泡高壓區(qū)氣泡擠壓破滅 這種氣泡生滅過程及伴隨而來的液壓撞擊：汽隙現(xiàn)象,柱塞泵主要優(yōu)點(diǎn)是供油量可以調(diào)節(jié) 為了減少柱塞頭與斜盤表面的磨損，采用油膜支撐和柱塞擺動(dòng)頭。,第三章 燃油泵,內(nèi)容 離心泵的工作原理 各類油泵供油量的調(diào)節(jié)特性,離心泵 優(yōu)點(diǎn)： 轉(zhuǎn)速高，供油量大 供油穩(wěn)定，無脈動(dòng) 運(yùn)動(dòng)部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比重量小 抗燃油污染性好，壽命高 缺點(diǎn)： 效率低，低轉(zhuǎn)速時(shí)壓力低 對(duì)抗氣蝕性能要求高 調(diào)節(jié)性能差（低轉(zhuǎn)速）,第四章 傳感器,內(nèi)容 轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理和應(yīng)用 元件的自穩(wěn)性,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)確控制，首先要準(zhǔn)確的測(cè)量影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的各種信息 例如：高度、速度、溫

14、度、壓力、轉(zhuǎn)速、流量等 傳感器：將被測(cè)的某一物理量（信號(hào)）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成與其對(duì)應(yīng)的另一種（或同種）物理量（信號(hào)）輸出的裝置 非電物理量電量信號(hào) 包含：敏感元件和轉(zhuǎn)換元件 完成信息測(cè)量和轉(zhuǎn)換作用的元件叫敏感元件或測(cè)量元件,對(duì)測(cè)量元件的要求： 靈敏性好 遲滯性小 準(zhǔn)確性好 抗干擾性強(qiáng),轉(zhuǎn)速 一 機(jī)械離心式 輸入量 n 輸出量 y,特性分析 1 元件的靈敏度（n-y) 低靈敏區(qū) 可用工作區(qū) 臨界轉(zhuǎn)速ncr,2 元件的不靈敏區(qū) 不靈敏區(qū)（遲滯區(qū)） 轉(zhuǎn)速改變，導(dǎo)桿不移動(dòng) 遲滯系數(shù),3 元件的自穩(wěn)定性 轉(zhuǎn)速不變，調(diào)準(zhǔn)彈簧力不變，元件保持給定位 置的一種能力。,軸向換算力 彈簧力 n1n2n3 低轉(zhuǎn)速A

15、 具有穩(wěn)定性 高轉(zhuǎn)速B 不具有穩(wěn)定性,這種轉(zhuǎn)速傳感元件 在低轉(zhuǎn)速區(qū)敏感性不好，穩(wěn)定性好 在高轉(zhuǎn)速區(qū)敏感性好，但穩(wěn)定性差 只能在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)使用，可以采取恰當(dāng)?shù)娘w重參數(shù)擴(kuò)大工作范圍。,4 動(dòng)態(tài)特性 元件在過渡過程中的特性。 最好的情況是:轉(zhuǎn)速或彈簧力發(fā)生突變時(shí)，導(dǎo)桿迅速而且沒有震蕩的達(dá)到新的平衡點(diǎn)。 導(dǎo)桿和飛重塊質(zhì)量都很小，彈簧剛度比較大。 這樣可以忽略掉慣性力和阻尼力的影響。,5 結(jié)構(gòu) 為了提高靈敏度，應(yīng)設(shè)法減少摩擦力 飛重支承上安裝滾珠軸承或擺動(dòng)銷,使分油活門與飛重一起旋轉(zhuǎn)，將靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦。,將元件浸在油中，使干摩擦變?yōu)闈衲Σ痢?為了減少振蕩的影響，飛重浸在油中旋轉(zhuǎn)。 溫度會(huì)對(duì)靈敏度產(chǎn)

16、生影響。 1 飛重比重大，體積小 2 采取溫度補(bǔ)償裝置,二 脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器 變磁阻式轉(zhuǎn)速敏感元件,遮斷射流式轉(zhuǎn)速敏感元件,氣動(dòng)式轉(zhuǎn)速敏感元件,第四章 傳感器(2),內(nèi)容 壓力工作原理及應(yīng)用,壓力和壓力比敏感元件 感受的是壓力（壓力差）和壓力比變化 輸入信號(hào) p 輸出信號(hào) 機(jī)械位移y或者晶體振蕩f 壓力敏感元件由感受器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成 感受器：靜壓管 總壓管 信號(hào)轉(zhuǎn)換器：活門 (剛性元件) 薄膜 (彈性元件),一、薄膜,薄膜的調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度低 薄膜的準(zhǔn)確度 限制最大位移量，滯環(huán)就會(huì)減少，所以薄膜的位移一般不大于12毫米,二、膜片和膜盒 膜片是用金屬材料制成的圓形薄片 優(yōu)點(diǎn) 機(jī)械強(qiáng)度高，剛性大

17、 位移特性直線性好，滯環(huán)小 裝配情況對(duì)特性的影響小。 膜片測(cè)量的壓差比薄膜大，可達(dá)30kg/cm2 缺點(diǎn)： 溫度影響大，不適宜在寬廣的溫度范圍內(nèi)工作,膜片的形狀,平面膜片的線性段很短，僅適用于位移量不大的 情況 波紋膜片加大了線性段的長(zhǎng)度，增加輸出位移。 梯形波紋易保證線型特性，鋸齒形波紋相對(duì)較差 多道波紋膜片對(duì)性能起主要作用的是邊緣的一道 波紋（外波紋） 膜片材料：鈹青銅、錫青銅、磷青銅和不銹鋼,膜盒 為了增加膜片的輸出位移，可以將兩個(gè)膜片沿圓 周邊緣焊接起來，即成膜盒。幾個(gè)膜盒疊加在一 塊，就是膜盒組,膜盒和膜片一樣，都有滯環(huán)，不過小的多， 但是敏感性差。要求膜盒與磨盒組必須保 證絕對(duì)的密

18、封，膜盒邊緣的焊接強(qiáng)度不高， 不能承受高壓。,三、波紋管 具有波形皺紋的同心表面的薄壁圓筒。,波紋管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在壓力差下會(huì)產(chǎn)生很大的位移 和力，廣用來測(cè)量氣體和液體的壓力或壓差。,環(huán)境壓力和溫度對(duì)波紋管的性能有很大影響，為 了補(bǔ)償這種影響造成的誤差，通常將兩個(gè)相同的 波紋管組合起來。,波紋管的形式有單層的、雙層和多層的，有時(shí)， 內(nèi)腔加有彈簧。 波形有U、V、S等。 材料：黃銅、鈹青銅，錫青銅和不銹鋼、高彈性 合金。,四、活門（剛性） 活門壓力測(cè)量元件直接由活門來感受壓力和壓力 差。 燃油切斷活門,定壓活門 控制輸出壓力恒定 壓差活門,恒壓的高壓油P1經(jīng)過可變節(jié)流孔a流入活門下部，再?gòu)南驴琢鞒觥?/p>

19、當(dāng)?shù)撞康膲毫2增大時(shí)，活門克服彈簧力向上移動(dòng)，節(jié)流孔a的流通面積減小，流量下降，會(huì)使P2略微下降，當(dāng)活門下移停在一個(gè)比初始平衡位置稍上一點(diǎn)的位置時(shí)，壓力P2基本恢復(fù)到原來的值。,五 壓電式 某些晶體【石英晶 壓電陶瓷材料】受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng),六 壓力比 壓力比敏感元件感受壓力比變化，輸出位移 普通薄膜式壓力傳感器不能感受壓力比變化 Fo=(P1-P3)Ae=Fs o=P1/P3,Fo=(P1+ P1)-(P3 + P3)Ae=Fs 如果 P1 = P3 Fo=(P1-P3)Ae=Fs =(P1+ P1) /(P3+ P3) o ,壓力比敏感元件：由分壓器和薄膜組成 一定容積的分

20、壓室通過兩個(gè)節(jié)流嘴a、b連通P2、P0（P2P0，P0為外界環(huán)境壓力）分壓室壓力P1介于P2、P0之間， P1稱為分壓壓力,1=P1/P2在超臨界狀態(tài)下保持為常數(shù),將分壓器和薄膜組合起來，薄膜實(shí)際壓力比=P3/P2 當(dāng)1=時(shí)，P1=P3，無輸出； 當(dāng)P2發(fā)生變化時(shí)，發(fā)生變化 1，產(chǎn)生輸出。同樣當(dāng)P3發(fā)生變化或P3、P2都變化，都會(huì)產(chǎn)生輸出,不靈敏區(qū) 元件的靈敏度,第四章 傳感器(3),內(nèi)容 溫度敏感元件的工作原理及應(yīng)用,在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，對(duì)各個(gè)站位溫度的了解，有助于了解發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 進(jìn)氣溫度、壓氣機(jī)進(jìn)口溫度、T3*、T4*等 被測(cè)的介質(zhì)有氣體（空氣、燃?xì)猓?液體（燃油、滑油） 溫度敏感元

21、件的感應(yīng)部位一般與被測(cè)介質(zhì)直接接 觸，但是感受到的溫度并不等于介質(zhì)溫度，他與 敏感元件的尺寸、形狀、材料和被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、 狀態(tài)有關(guān)系。,對(duì)溫度敏感元件的要求： 熱慣性小，即時(shí)間常數(shù)小 工作可靠，壽命長(zhǎng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小 航空發(fā)動(dòng)機(jī)上常用的有 充填式溫度敏感元件 雙金屬式溫度敏感元件 熱電偶式溫度敏感元件 電阻式溫度敏感元件,非電測(cè)量(充添式、雙金屬式) 電測(cè)方法(熱電偶、電阻式) 一、充填式 充液式 甲醇、乙醇、二甲苯(適合測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度) 充氣式 惰性氣體。氦氣、氮?dú)?凝點(diǎn)較低，可測(cè)溫范圍大) 充蒸汽式 低沸點(diǎn)的液體(尺寸小，敏感性好，非線性程度嚴(yán)重) 充填式溫度敏感元件主要利用易膨脹

22、的物質(zhì)在介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，由于體積膨脹而產(chǎn)生的壓力或位移的原理制成。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，成本低；測(cè)溫范圍窄，熱慣性大 適合測(cè)量進(jìn)口溫度，燃滑油溫度,1：密封外套； 2：波紋管； 3：推桿,二、雙金屬式 工作原理是當(dāng)兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片沿接觸表面焊在一起時(shí)，在溫度改變時(shí)，產(chǎn)生變形輸出位移。 形式包括平面片狀、圓碟狀或繞成平面螺旋狀 主要用作溫度補(bǔ)償或控制元件 特點(diǎn)是靈敏度高，穩(wěn)定性好,三、熱電偶式 任何金屬都有一定的自由電子，如果把兩種不同的金屬連接起來，由于不同金屬自由電子密度不同，電子會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。而且溫度會(huì)影響電子的擴(kuò)散速度，兩者呈現(xiàn)變化影響關(guān)系。將兩種不同材料的金屬絲（銅和鉑）連接在一

23、起，組成回路，形成熱電偶溫度傳感器。,熱電偶產(chǎn)生電勢(shì)較小，通常將幾個(gè)熱電偶串聯(lián)，導(dǎo)線的電阻值為關(guān)鍵參數(shù)。 熱電偶的電流取決于熱端、冷端的溫度和電阻值，所以做好的熱電偶不能隨便剪短。,熱電偶式溫度敏感元件的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受振動(dòng)，高溫下不易氧化和腐蝕 可采用多個(gè)熱電偶測(cè)溫，取平均值,如果并聯(lián)使用，損壞一個(gè)也不影響工作 使用維護(hù)方便 有一定的熱慣性（近些年來我國(guó)自制了時(shí)間常數(shù)較小的熱電偶）,四、電阻式 大多數(shù)純金屬溫度每升高一度，電阻增加0.40.6% (自由電子受溫度升高影響活動(dòng)加劇，對(duì)電流起到阻滯作用) 半導(dǎo)體材料（金屬氧化物、金屬硫化物）溫度每升高一度，電阻減少1.65.4% (半導(dǎo)體的

24、晶格受熱膨脹，使電流通過阻力減小) 電阻式溫度傳感器根據(jù)溫度和電阻的單值函數(shù)關(guān)系特性而制成的溫度敏感元件。通常利用電阻橋式測(cè)量線路來測(cè)溫。,熱電阻式在測(cè)量范圍內(nèi)準(zhǔn)確性高、靈敏度高和較好的穩(wěn)定性，適用于低溫測(cè)量（測(cè)大氣溫度、壓氣機(jī)進(jìn)口溫度、燃油滑油溫度） 要求熱電阻材料： 化學(xué)性質(zhì)上是惰性，受熱不氧化 電阻隨溫度變化呈線性 電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高 同一牌號(hào)的材料，性能相同,第五章放大器,內(nèi)容 分油活門式放大元件的特性 在控制系統(tǒng)中為什么需要放大元件？ 放大元件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分。在控制系統(tǒng)中，由于敏感元件輸出信號(hào)能量微弱，不足以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載（執(zhí)行機(jī)構(gòu)），例如柱塞泵的斜盤、燃油計(jì)

25、量裝置、汽心泵進(jìn)口節(jié)流閥等，因此需要一定的裝置將敏感元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有更大能量的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載， 這一裝置稱為放大元件。簡(jiǎn)言之，就是將微小的信號(hào)（位移、力、電量）進(jìn)行放大的一種裝置,種類：機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)式、電氣式 機(jī)械式放大元件：例如杠桿、齒輪機(jī)構(gòu)，由于受控制器 結(jié)構(gòu)的限制，其放大作用有限，故不單獨(dú)作為放大元件來應(yīng)用。 液壓式放大元件：以一定壓力的液體為工質(zhì)，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓力來驅(qū)動(dòng)負(fù)載的放 大元件。分油活門式(滑閥式)液壓放大元件和噴嘴擋板式放大元件即為這種液壓放大元件。 氣動(dòng)式放大元件：以一定壓力的氣體為工質(zhì)，將輸入信號(hào)加以放大的元件。這種放大元 件可以利用壓氣機(jī)出口壓力為工

26、質(zhì)，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，但靈敏性和工作穩(wěn)定性較差。 電量放大元件是將電壓或功率等電信號(hào)加以放大的元件，例如數(shù)字式電子放大器和模擬式電子放大器。 電液式放大元件是將輸入的電信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為液壓力或功率的放大元件。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的電液伺服閥，它可以將微小的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為很大的輸出功率。,液壓機(jī)械式： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、輸出力大、相應(yīng)快，對(duì)溫度不太敏感，重量小。 分油活門 噴嘴擋板 射流放大器 分油活門式廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、流量調(diào)節(jié)器、加速活門、排油活門等 目前在航空中應(yīng)用最廣泛的是兩種液壓放大元件：分油門(滑閥)式和噴嘴擋板式,分油活門,“分油活門”的含義包括分油活門、

27、襯套和油路。 分油活門可以在襯套中沿軸向移動(dòng)，分油活門上凸臺(tái)的作用是遮蔽或打開襯套上的窗口。 當(dāng)分油活門移動(dòng)時(shí)，打開由凸臺(tái)控制的襯套上的窗口，所打開的窗口軸向尺寸稱為開度，打開的面積為液體的流通面積，也稱為節(jié)流面積， 節(jié)流面積的大小取決于分油活門的軸向位移、窗口的形狀及尺寸和窗口數(shù)目。 分油活門是分油活門式液壓放大器的組成部分。分油活門式液壓放大器的特性與分油活門的結(jié)構(gòu)及特性密切相關(guān)。,分油活門的輸入信號(hào)是敏感元件的位移信號(hào)、輸出信號(hào)是油壓；隨動(dòng)活塞的輸入信號(hào)輸入信號(hào)是油壓、輸出信號(hào)是活塞的位移量 控制結(jié)束后，分油活門必須回到中立位置。但是隨動(dòng)活塞可能處于新的位置，這種元件叫做非定位元件。,分

28、油活門的類型（按照油路數(shù)目分）,襯套上窗口的形狀 長(zhǎng)方形 面積與位移成正比，加工難度大。A=by 圓形 面積與位移非線性,z 滑閥每一凸臺(tái)所控制的孔數(shù) 圓孔半徑,三 流量特性 實(shí)際質(zhì)量流量與活門開度的關(guān)系 Q=AV =/g Ps=P+1/2V 2 不可壓流體 V=2(Ps-P)/1/2 Q ：實(shí)際的體積流量 A：流通面積 Ps ：伺服油壓力（工作液壓力） P：經(jīng)分油活門節(jié)流后的油壓力 ：分油活門的流量系數(shù),流量系數(shù) 長(zhǎng)方形孔、正重疊量、紅油為工作液,兩條曲線都可以近似的看成直線 工作介質(zhì)的溫度和種類不同，因而使流量系數(shù)發(fā)生變化。 在紊流狀態(tài)下，粘度對(duì)流量系數(shù)的影響很小，故可不考 慮溫度和介質(zhì)對(duì)

29、流量系數(shù)的影響。在層流狀態(tài)，粘度越 大，流量系數(shù)越小。,壓力-位移特性 當(dāng)分油活門由中立位置移動(dòng)時(shí)，輸出壓力變化的特性 分油活門在中立位置，各參數(shù)的關(guān)系滑閥凸臺(tái)的寬度與襯套上的窗口沿軸向的寬度或直徑之差的，稱為滑閥的重疊量 假定： 忽略粘性的影響 不計(jì)分油活門的阻力和管路損失 隨動(dòng)活塞不動(dòng) 回油壓力p0=0,滑閥在中立位置時(shí)，PaPb負(fù)載壓力PPaPb， 一般Pa0Pb0(Ps+P0)/2假定P0， 則Pa0Pb0Ps/2 中立位置負(fù)重疊量取對(duì)稱形式，e1=e4，e2=e5，d3=d6 分油窗口為圓形窗口，分油活門向右移動(dòng)為正方向,根據(jù)設(shè)計(jì)分油活門出口壓力為進(jìn)口的一半 通過選配d3來滿足中立位

30、置的要求,壓力-位移特性分析 靈敏度 在中立位置靈敏度最高 如果將負(fù)重疊量減小，則曲線變得更陡，靈敏度高了，工作范圍小了,如果將工作液壓力提高，則分油活門在中立位置時(shí)兩腔壓力都提高，即X曲線交點(diǎn)上移，曲線變陡，靈敏度變高 如果d6d3,曲線不對(duì)稱,5.2 帶比例負(fù)反饋的分油活門式放大器 反饋輸出量m返回到輸入口處。 正反饋：加強(qiáng)輸入，靈敏； 負(fù)反饋：減弱輸入，縮短振蕩發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 反饋量與輸入量之間有一定的函數(shù)關(guān)系，稱為剛性反饋，也稱為比例反饋（注，這里的函數(shù)是指簡(jiǎn)單函，不包含微積分） 反饋量與輸出量之間無一定的函數(shù)關(guān)系的稱為柔性反饋，也稱速度反饋,帶剛性反饋的分油活門式液壓放大器,活塞上移

31、速度先快后慢，使供油量的變化也先 快后慢，這樣就可避免調(diào)節(jié)過程發(fā)生振蕩（增加阻尼減小振蕩），又可滿足調(diào)節(jié)過程快速性的要求 隨動(dòng)活塞的一定位置對(duì)應(yīng)于襯套的一定位置 是單值對(duì)應(yīng)關(guān)系（比例關(guān)系）這種放大器是定位式放大元件，是一個(gè)穩(wěn)定環(huán)節(jié)。,2 剛性反饋的其他結(jié)構(gòu)類型,5.3帶柔性反饋的分油活門式液壓放大器 帶剛性反饋的放大器輸入與輸出間存在一定的關(guān) 系，所以調(diào)節(jié)后存在著靜態(tài)誤差。,由上述過程可知： 當(dāng)過程結(jié)束后，隨動(dòng)活塞回到原始中立位，反饋活塞、反饋襯套和反饋活門都在平衡位置，調(diào)節(jié)過程不導(dǎo)致靜態(tài)誤差，輸入和輸出沒有一定函數(shù)關(guān)系，所以帶柔性反饋的分油活門式液壓放大器為非定位放大元件,1 過渡過程結(jié)束后

32、， 2穩(wěn)態(tài)時(shí)， 輸入輸出沒有關(guān)系 3改變b，AA，AB，A和杠桿比j，工作油壓力ps，反饋系數(shù)均可以改變放大器的動(dòng)態(tài)參數(shù),帶反饋的分油活門式液壓放大器,5.4 噴嘴擋板 噴嘴擋板式放大器的特性及應(yīng)用。,敏感元件的較少的輸出力和位移，通過噴嘴擋板變?yōu)檩^大的力和位移，功率得到放大 輸入量h，輸出量m，一定的噴嘴擋板開度h，對(duì)應(yīng)著一定的隨動(dòng)活塞位置m。 m和h 的關(guān)系取決于什么？,二、噴嘴擋板的流量特性 依靠擋板對(duì)噴嘴端面的相對(duì)位置變化，可以控 制液體的流量。 通過節(jié)流器的實(shí)際容積流量Q2：,A：節(jié)流面積 P：節(jié)流前后壓差,1 流量系數(shù) 流量系數(shù)與液體通道幾何形狀、壓差和液體粘度有關(guān)系。,1 流量系

33、數(shù) 流量系數(shù)與液體通道幾何形狀、壓差和液體粘度有關(guān)系。,2 節(jié)流面積 3 壓差,流量隨開度增加，達(dá)到一定值后流量趨于平緩不再增加。,其他形式的放大元件 帶剛性反饋裝置的噴嘴擋板式液壓放大器,杠桿凸輪式反饋放大元件,液壓反饋放大元件,噴嘴結(jié)構(gòu),雙噴嘴擋板式液壓放大元件,第六章電液轉(zhuǎn)換裝置,內(nèi)容 力矩馬達(dá) 電磁活門,控制系統(tǒng)的發(fā)展 液壓機(jī)械式 EEC FADEC 電液伺服活門,電液伺服活門 功用： 電氣、液壓信號(hào)間轉(zhuǎn)換 信號(hào)的放大作用 組成： 電氣轉(zhuǎn)換裝置（力矩馬達(dá)） 液壓放大器(分油活門、噴嘴擋板) 例如：位置力反饋式兩級(jí)電液伺服活門,位置體現(xiàn)在銜鐵擋板組件的變形,二、力矩馬達(dá) 電機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置

34、動(dòng)鐵式：通過銜鐵的運(yùn)動(dòng)來輸出位移 動(dòng)圈式：依靠線圈的運(yùn)動(dòng)來輸出,2 靜態(tài)特性 用來描述電流i，銜鐵轉(zhuǎn)角及負(fù)載ML的關(guān) 系,靜態(tài)特性方程,6.2電磁活們 將電信號(hào)作用變成活門的開、關(guān)而使 流體通過或截止，又稱為電動(dòng)式執(zhí)行元件,6.3數(shù)字電子控制的其它部分,ARINC429數(shù)據(jù)總線,第七章發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,內(nèi)容 發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立方法,1.航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型概述 數(shù)學(xué)模型的定義 用數(shù)學(xué)語言（如方程式、圖表、曲線）對(duì)物理過程的數(shù)學(xué)描述，可以模擬或仿照實(shí)際系統(tǒng)的行為 數(shù)學(xué)模型的作用 (仿真技術(shù)，數(shù)值仿真，用計(jì)算結(jié)果表示實(shí)際對(duì)象的運(yùn)行結(jié)果) 發(fā)動(dòng)機(jī)特性分析研究 控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì) 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障診

35、斷和容錯(cuò)控制,模型的種類 穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài) 線性、非線性（小偏離、大偏離、起動(dòng)模型） 實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí) 建立模型的方法 理論法 小偏差線性化 從部件級(jí)模型建立動(dòng)態(tài)小偏差線性模型 實(shí)驗(yàn)法 經(jīng)典實(shí)驗(yàn)法：時(shí)域法、頻域法、統(tǒng)計(jì)相關(guān)法 現(xiàn)代辨識(shí)法：最小二乘、極大似然、隨機(jī)逼近 理論建模和實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合,核心機(jī)core engine=熱機(jī)+推進(jìn)器布萊頓循環(huán),基本發(fā)動(dòng)機(jī)：尾噴口不可調(diào)的非加力單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),動(dòng)力裝置power plant,發(fā)動(dòng)機(jī)engine,基本發(fā)動(dòng)機(jī)【BASIC ENGINE】,發(fā)動(dòng)機(jī)本體,建立發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型就是研究發(fā)動(dòng)機(jī)的 動(dòng)態(tài)特性，導(dǎo)出其輸入量Wf與輸出量n之 間的動(dòng)態(tài)方程（或傳遞函數(shù)）,一、基

36、本假設(shè) 由于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣動(dòng)熱力過程比較復(fù)雜， 為了簡(jiǎn)化模型的推導(dǎo)，作如下假設(shè)： 僅考慮轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、忽略熱慣性和容腔效應(yīng) 僅研究穩(wěn)態(tài)點(diǎn)附近的小偏離特性 渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界以上工作狀態(tài) 忽略飛行條件的影響或認(rèn)為飛行條件不變 燃油泵不由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 忽略燃燒延遲及燃?xì)馀c空氣流量的區(qū)別,經(jīng)拉式變換后 傳遞函數(shù)為 基本發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，未考慮發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)細(xì)節(jié)，稱為基本發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型,三 動(dòng)態(tài)方程參數(shù)的求取,四 TT和KT 設(shè)供油量是階躍輸入，求得 放大系數(shù)大小表示輸入信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)的作用 強(qiáng)度。,一、燃油泵的運(yùn)動(dòng)方程,基本發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)燃油泵時(shí)的動(dòng)態(tài)方程式 基本發(fā)動(dòng)機(jī)帶泵后的時(shí)間常數(shù) 基

37、本發(fā)動(dòng)機(jī)帶泵后的放大系數(shù),在轉(zhuǎn)速正反饋不顯著的情況下，系統(tǒng)穩(wěn)定 如果正反饋?zhàn)饔锰珡?qiáng)，即Kn太大 ，導(dǎo)致Te0,則出現(xiàn)不穩(wěn)定的極點(diǎn)。 實(shí)際帶泵的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量是通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的 也有采取保持計(jì)量活門前后壓差恒定的方法，將多余的供油量返回到油泵進(jìn)口，使供油壓差與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 基本發(fā)動(dòng)機(jī)帶泵后仍然是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，此時(shí)的輸入量 是油泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置m，而且?guī)П煤髸r(shí)間常數(shù)加大， 動(dòng)態(tài)特性變差。,傳遞函數(shù),第八章控制系統(tǒng)分析,內(nèi)容 性能指標(biāo),性能分析 如何評(píng)價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)的性能？ 評(píng)價(jià)指標(biāo)： 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性,被控參數(shù)的變化形式,在干擾量的作用下，被控參數(shù)會(huì)偏離原來的穩(wěn) 定值，當(dāng)干擾量消失后，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，系 統(tǒng)還能夠恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。 說明系統(tǒng)具有穩(wěn)定性 相反，當(dāng)干擾消失后，被控參數(shù)不能夠回到原 來的穩(wěn)定點(diǎn)，則此系統(tǒng)不具有穩(wěn)定性。,為了衡量系統(tǒng)在過渡過程中的品質(zhì)（動(dòng)態(tài) 性能） 通常規(guī)定外部作用量為單位階躍響應(yīng),這種階躍響應(yīng)是一個(gè)突變的作用，是形式 最簡(jiǎn)單后果也最嚴(yán)重的作用 如果系統(tǒng)在階躍響應(yīng)的作用下能很好的完 成任務(wù)，那么在其他作用下，例如正弦、 速度輸入等，更能很好的完成任務(wù)。,一般來說，在單位階躍作用下，系統(tǒng)的過渡 過程是一個(gè)衰減振蕩過程。,對(duì)過渡過程的要求 過渡過程中衡量調(diào)節(jié)質(zhì)量的三個(gè)