发动机电子控制系统.ppt

发动机电子控制系统发动机电子控制系统1.1.对电子控制的要求对电子控制的要求对于发动机控制需要测量和调节的参数越来越多，控对于发动机控制需要测量和调节的参数越来越多，控制回路不断增加。制回路不断增加。如：涡轮导向器面积调节、涡轮间如：涡轮导向器面积调节、涡轮间隙主动控制等。隙主动控制等。变循环发动机要同时调节风扇、压气机、涡轮、内外变循环发动机要同时调节风扇、压气机、涡轮、内外涵喷管等几个几何形状；这些变量互相关联、互相影涵喷管等几个几何形状；这些变量互相关联、互相影响，必须协调控制。响，必须协调控制。为了提高飞机、发动机的性能，对发动机控制的精度为了提高飞机、发动机的性能，对发动机控制的精度要求越来越高，而且，随着发动机控制和飞机系统间要求越来越高，而且，随着发动机控制和飞机系统间关系的增加以及控制、诊断、显示功能的扩充，飞机关系的增加以及控制、诊断、显示功能的扩充，飞机发动机一体化控制的水平要求不断提高。发动机一体化控制的水平要求不断提高。从从19541954年英国研制用于年英国研制用于J47J47发动机的模拟式电子控制发动机的模拟式电子控制系统，到系统，到19761976年协和号超音速民航客机的奥利巴斯年协和号超音速民航客机的奥利巴斯593593涡喷发动机上采用的全电调节器，都是模拟的。涡喷发动机上采用的全电调节器，都是模拟的。20 20 世纪世纪7070年代，由于数字电子技术的迅速发展，超年代，由于数字电子技术的迅速发展，超大规模集成电路和微处理器的出现，为发动机数字电大规模集成电路和微处理器的出现，为发动机数字电子控制奠定了基础。子控制奠定了基础。2.2.电子控制系统的组成和分类电子控制系统的组成和分类电子控制系统的组成：输入部分、计算部分和输出部分。输入部分：接受各种传感器输入信号。对输入信号要进行处理，需要证实和选择逻辑，以消除故障传感器的错误信号。计算部分：储存控制方案、设计程序，接受各种信号，通过中央处理计算机得出对应当时条件及要求的飞行状态下发动机需要的燃油量和各部分最近工作时应有的位置。输出部分：是一些作动器，接受计算机部分来得信号，输出各种有管参数。现代飞机的发动机电子控制系统分类：现代飞机的发动机电子控制系统分类：监控型控制监控型控制全功能数字控制全功能数字控制监控型控制监控型控制(Supervising Contronl)(Supervising Contronl)：发动机控制的发动机控制的主要功能仍由液压机械式控制器完成。如：转速、起主要功能仍由液压机械式控制器完成。如：转速、起动、加速、减速控制等。动、加速、减速控制等。EECEEC的主要作用是监控和限制，保证精确地推力控制，的主要作用是监控和限制，保证精确地推力控制，同时不要超出发动机的工作限制。同时不要超出发动机的工作限制。全功能数字控制全功能数字控制(Full Authority Digial Electronic(Full Authority Digial Electronic Cotronl,FADEC)Cotronl,FADEC)，在在FADECFADEC系统中，液压机械装置只系统中，液压机械装置只保留作为执行机构，在有的机型上作为电子控制的备保留作为执行机构，在有的机型上作为电子控制的备份控制。份控制。3.3.监控型电子控制监控型电子控制发动机电子控制器发动机电子控制器(EEC)(EEC)或功率管理控制器或功率管理控制器(PMC)(PMC)例如：例如：B767/A310/B757/B733B767/A310/B757/B733JT9D-7R4 JT9D-7R4 采用采用EECEEC与液压机械式调节器与液压机械式调节器FCUFCU共同个工作；共同个工作；CF6-80C2 CF6-80C2 采用采用PMCPMC与液压机械式调节器与液压机械式调节器MECMEC共同工作；共同工作；RB211-535E4 RB211-535E4 采用采用EECEEC与液压机械式调节器与液压机械式调节器FFGFFG共同工作；共同工作；CFM56-3 CFM56-3 采用采用PMCPMC与液压机械式调节器与液压机械式调节器MECMEC共同工作。共同工作。以上几类发动机电子控制中，液压机械式调节器仍然保留以上几类发动机电子控制中，液压机械式调节器仍然保留主要的控制功能，电子控制装置起辅助作用，精确地保持主要的控制功能，电子控制装置起辅助作用，精确地保持推理目标值，并视发动机参数不超出工作极限。推理目标值，并视发动机参数不超出工作极限。优点：优点：在最大起飞和反推功率状态，油门调定位置与环境在最大起飞和反推功率状态，油门调定位置与环境温度和大气压力无关，总接近与极限工作；温度和大气压力无关，总接近与极限工作；油门给定和实际推力之间总呈精确地线性关系；油门给定和实际推力之间总呈精确地线性关系；当所有的发动机油门杆排成一线时，实际推力给定当所有的发动机油门杆排成一线时，实际推力给定参数值是相同的；参数值是相同的；改善了到达红线限制之前的排气温度和转速限制；改善了到达红线限制之前的排气温度和转速限制；直接控制推力给定参数，在起飞期间，推力参数保直接控制推力给定参数，在起飞期间，推力参数保持不变；瞬态工作期间，排气温度峰值减小；持不变；瞬态工作期间，排气温度峰值减小；发动机部件可进行自动监控和故障诊断；发动机部件可进行自动监控和故障诊断；可减轻驾驶员的工作负担。可减轻驾驶员的工作负担。EECEEC有微调功能，能保持精确地推力控制及工作参数有微调功能，能保持精确地推力控制及工作参数不超限，因此，不超限，因此，EECEEC的工作范围是有限的，即对推力的工作范围是有限的，即对推力做有限的控制。做有限的控制。监控控制是指发动机的主要功能仍由液压机械式控制监控控制是指发动机的主要功能仍由液压机械式控制器完成。如转速控制、启动、加速和减速控制等。器完成。如转速控制、启动、加速和减速控制等。发动机电子控制器发动机电子控制器(EEC)(EEC)辅助于液压机械式控制器，其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时不超出发动机的安全限制;方便与飞机的接口方便与飞机的接口;故障诊故障诊断断;参数显示参数显示;事件记录等功能。事件记录等功能。电子控制器若有故障，可退出工作，驾驶员按一下按电子控制器若有故障，可退出工作，驾驶员按一下按钮即可。钮即可。民航一些干线飞机和直升机采用着这种型式的控制器，民航一些干线飞机和直升机采用着这种型式的控制器，如如JT9D-7R4JT9D-7R4、RB211-535E4RB211-535E4、CFM56-3CFM56-3、V2500V2500等发动机。等发动机。Your Topic Goes HereYour Topic Goes HereYOUR SUBTOPICS GO HEREYOUR SUBTOPICS GO HERECFM56-3CFM56-31.1.概述概述常用于常用于B737-300B737-300飞机，燃油系统除给发动机燃烧室飞机，燃油系统除给发动机燃烧室供油外，还用于发动机空气系统的液压控制和发动机供油外，还用于发动机空气系统的液压控制和发动机滑油冷却。燃油输送系统包括主燃油泵、燃油总管、滑油冷却。燃油输送系统包括主燃油泵、燃油总管、油滤、伺服燃油加热器、发动机主控制器、燃油滤、伺服燃油加热器、发动机主控制器、燃/滑油热滑油热交换器、燃油流量计和燃油喷嘴等。交换器、燃油流量计和燃油喷嘴等。燃油控制系统计划发动机正确工作所需要的燃油量和燃油控制系统计划发动机正确工作所需要的燃油量和供应空气系统控制所需的液压压力。发动机主控制器供应空气系统控制所需的液压压力。发动机主控制器(MEC)(MEC)响应推理输入，调节核心发动机转速响应推理输入，调节核心发动机转速(N2)(N2)，并，并有发动机控制变量修正。有发动机控制变量修正。MECMEC通过作动器自动调节通过作动器自动调节VSVVSV、VBVVBV和和HPTHPT。2.2.控制系统组成控制系统组成CFM56-3CFM56-3发动机是一种较先进的涡轮风扇发动机。发动机是一种较先进的涡轮风扇发动机。该发动机采用高涵道比、双转子的设计方式。同时它该发动机采用高涵道比、双转子的设计方式。同时它的转速控制方式采用既不同于传统的机械液压的控制的转速控制方式采用既不同于传统的机械液压的控制 ,也有别于现在普遍采用的全权限数字电子控制也有别于现在普遍采用的全权限数字电子控制(FADEC),(FADEC),而是介于二者之间的一种过渡控制模式。而是介于二者之间的一种过渡控制模式。主发动机控制器主发动机控制器MECMEC(液压机械部件液压机械部件)控制核心机转速控制核心机转速 n nH H(或以或以N2 N2 为被控参数为被控参数););功率管理控制器功率管理控制器PMCPMC(电气部件电气部件)控制发动机推力控制发动机推力 n nL L转转速速(或以或以N1 N1 为被控参数为被控参数)的双重控制模式。的双重控制模式。CFM56-3MECPMC主控主控nH或或N2液压机械部件液压机械部件主控主控nL或或N1电气部件电气部件T2TICVBVVSVHPTACC转速表发电机转速表发电机风扇转速传感器风扇转速传感器T12 Ps12控控制制系系统统组组成成发动机控制系统液压机械部件包括：发动机控制系统液压机械部件包括：主发动机控制器主发动机控制器MEC;MEC;风扇进口温度传感器风扇进口温度传感器T2;T2;压气机进口温度传感器压气机进口温度传感器CIT;CIT;可变放气活门可变放气活门VBV VBV 系统系统;可调静子叶片可调静子叶片VSVVSV系统系统;高压涡轮间隙控制高压涡轮间隙控制HPTCC HPTCC 系统。系统。电气部件包括：电气部件包括：功率管理控制器功率管理控制器PMC;PMC;转速表发电机转速表发电机;风扇转速传感器风扇转速传感器;风扇进口温度传感器风扇进口温度传感器T12;T12;风扇进口静压传感器风扇进口静压传感器Ps12Ps12。3.PMC3.PMC与与MECMEC双重控制模式双重控制模式3.1 MEC3.1 MEC发动机主控制器发动机主控制器(MEC)(MEC)在所有发动机工作状态通过计在所有发动机工作状态通过计量到燃油喷咀的燃油流量控制发动机的转速。量到燃油喷咀的燃油流量控制发动机的转速。MEC MEC 装在主燃油泵上，响应油门杆输入并按发动机控装在主燃油泵上，响应油门杆输入并按发动机控制变量修正制变量修正,调节核心发动机转速调节核心发动机转速N2N2。并通过外作动。并通过外作动器控制器控制VSV VSV 和和VBV VBV 系统。系统。MEC MEC 还提供相应信号操纵高压涡轮间隙控制还提供相应信号操纵高压涡轮间隙控制HPTCC HPTCC 系统。系统。MEC MEC 的加速供油计划由飞机引气进行修正。的加速供油计划由飞机引气进行修正。MEC MEC 是一个液压机械装置，它包括转速调节、燃油限是一个液压机械装置，它包括转速调节、燃油限制和计量活门三大系统，它以核心发动机转速为调节制和计量活门三大系统，它以核心发动机转速为调节目标。目标。调速系统根据油门杆角度、发动机进口温度调速系统根据油门杆角度、发动机进口温度(T2)(T2)和进和进气静压气静压(Ps12)(Ps12)确定确定N2 N2 的需求值，该值与实际的需求值，该值与实际N2 N2 值的值的差值决定燃油计量活门位置，即供油量的大小。差值决定燃油计量活门位置，即供油量的大小。燃油限制系统根据核心发动机燃油限制系统根据核心发动机N2 N2 转速、压气机进口转速、压气机进口温度传感器温度传感器(CIT)(CIT)、压气机出口压力压气机出口压力(CDP)(CDP)、压气机压气机引气压力引气压力(CBP)(CBP)、发动机进口温度、发动机进口温度(T2)(T2)，经计算和放大，经计算和放大后制定相应的加减速计划，对供油变化进行限制，防后制定相应的加减速计划，对供油变化进行限制，防止发动机富油止发动机富油.贫油熄火和失速以及超温的发生。贫油熄火和失速以及超温的发生。3.2 PMC3.2 PMCPMC PMC 由转速表发电机供电并在有限的权限内修正由转速表发电机供电并在有限的权限内修正MEC MEC 给定的风扇给定的风扇N1 N1 转速。转速。当当PMC PMC 接通，由感受的风扇进口温度和风扇进口静压接通，由感受的风扇进口温度和风扇进口静压自动计算起飞自动计算起飞N1 N1 转速。转速。油门角度信号用于选择推力的大小；推力的大小用于油门角度信号用于选择推力的大小；推力的大小用于确定通过控制确定通过控制MEC MEC 燃油流量达到要求的风扇转速。当燃油流量达到要求的风扇转速。当PMC PMC 断开后，由断开后，由MEC MEC 单独提供转速调节。单独提供转速调节。PMC PMC 是模拟式电子监控控制系统，具有有限的功能。是模拟式电子监控控制系统，具有有限的功能。它通过超控它通过超控MECMEC，调定和修正风扇转速，给出较好的，调定和修正风扇转速，给出较好的推力控制。推力控制。PMC PMC 计算和计划风扇修正转速作为油门杆角度计算和计划风扇修正转速作为油门杆角度PLAPLA；风扇进口静压风扇进口静压Ps12Ps12；风扇进口温度；风扇进口温度T12 T12 和和N1 N1 转速的转速的函数。函数。PMC PMC 提供输出电流到提供输出电流到MEC MEC 的力矩马达，力矩马达的的力矩马达，力矩马达的作用在定位转速输入杆，从而改变供油量，改变作用在定位转速输入杆，从而改变供油量，改变N2 N2 转转速。速。由于由于PMC PMC 的调节做用，当飞机油门在起飞位置时，进的调节做用，当飞机油门在起飞位置时，进口温度的变化在平均功率转折点前是不变的。口温度的变化在平均功率转折点前是不变的。PMC PMC 也也对风扇和发动机转速提供超转保护，并减少起飞对风扇和发动机转速提供超转保护，并减少起飞EGT EGT 的瞬时超调。的瞬时超调。PMC电源电源温度限制温度限制油门计划油门计划不作用不作用高度补偿高度补偿传感器控制故障传感器控制故障转速修正转速修正监控器监控器3.3 PMC3.3 PMC工作部分的特定功能工作部分的特定功能电源：电源：PMCPMC工作电源由控制发电机经工作电源由控制发电机经J2J2接头供给。该发电机装在附件齿接头供给。该发电机装在附件齿轮箱上，同时，还是转速轮箱上，同时，还是转速n2n2传感器。传感器。油门计划：油门计划：基本的平均功率转速基本的平均功率转速n1n1要求信号是作为感受的功率杆角度要求信号是作为感受的功率杆角度函数计算的。函数计算的。高度补偿：高度补偿：由功率杆位置选择的修正转速由功率杆位置选择的修正转速n1n1再由感受的压力调节，给再由感受的压力调节，给出要求的高度修正。出要求的高度修正。PMCPMC有连接风扇进口总管的压力传感器。有连接风扇进口总管的压力传感器。转速修正：转速修正：在在PMCPMC中，实际转速中，实际转速n1n1与感受的与感受的T12T12（传感器在风扇进口）（传感器在风扇进口）组合，得到比例于修正的转速信号组合，得到比例于修正的转速信号n1n1。温度限制：温度限制：当温度当温度T12T12超过平功率点时，则需要计算的修正转速减少，超过平功率点时，则需要计算的修正转速减少，以保持不超出计算的最高燃气温度。以保持不超出计算的最高燃气温度。不作用：不作用：分开的驾驶舱分开的驾驶舱ON/INOPON/INOP推扭开关通过推扭开关通过J4J4接头控制接头控制PMC,PMC,并且能并且能利用利用MECMEC的力矩电机超控信号使的力矩电机超控信号使PMCPMC不作用。不作用。传感器控制故障：传感器控制故障：如果控制器或传感器发生故障，通过如果控制器或传感器发生故障，通过J4J4接头，接头，PMCPMC工工作能自动截止，这个截止将保持到故障清除和作能自动截止，这个截止将保持到故障清除和PMCPMC开关再次起动。开关再次起动。监控器：监控器：J5J5接头用于接头用于PMC PMC 试验。试验。3.4 PMC3.4 PMC与与MECMEC小结小结实践证明实践证明 ,CFM56-3,CFM56-3发动机的发动机在转速控制方发动机的发动机在转速控制方式上采用的双重控制是一种独特的控制模式式上采用的双重控制是一种独特的控制模式 ,既保证既保证了发动机的推力了发动机的推力 ,又保证了发动机安全可靠地工作。又保证了发动机安全可靠地工作。但它在使用过程中也存在一些不足但它在使用过程中也存在一些不足 ,由于它采用两个由于它采用两个控制附件进行双重控制控制附件进行双重控制 ,这给发动机维护人员的排故这给发动机维护人员的排故工作带来了一定的困难工作带来了一定的困难 ,但可以通过地面试车的方法但可以通过地面试车的方法把二者的故障隔离开把二者的故障隔离开 ,然后予以排除。然后予以排除。4.4.总结总结监控式发动机电子控制器（监控式发动机电子控制器（EECEEC或或PMCPMC）虽然对各个机型）虽然对各个机型有所差异，但其原理是相似的，在很多方面是共同的。有所差异，但其原理是相似的，在很多方面是共同的。由液压机械式控制器完成主要功能，由液压机械式控制器完成主要功能，EEC(EEC(或或PMC)PMC)起监控、起监控、限制作用，具有有限功能；限制作用，具有有限功能；EECEEC工作时，对外界条件的变化，它可以精确保证选定工作时，对外界条件的变化，它可以精确保证选定(n1(n1或或EPR)EPR)目标值；目标值；EECEEC通过力矩电机与液压机械式控制器联系或完成电通过力矩电机与液压机械式控制器联系或完成电/液液转换，转换，EECEEC发出的信号通过力矩电机参与液压机械的燃油发出的信号通过力矩电机参与液压机械的燃油控制，改变燃油计量。控制，改变燃油计量。EECEEC发生故障时，冻结调准在当时位置；不使用发生故障时，冻结调准在当时位置；不使用EECEEC时，时，液压机械式控制器恢复全部控制；液压机械式控制器恢复全部控制；EECEEC有自检能力有自检能力(BITE)(BITE)，可以连续检查自身故障，并可存，可以连续检查自身故障，并可存储故障数据；储故障数据；飞机主设备中心飞机主设备中心(MEC)(MEC)有监控器，储存有监控器，储存EECEEC故障数据，对故障数据，对EECEEC作实时监控；作实时监控；EECEEC有输入信号的证实和选择逻辑，排除故障的或假的传有输入信号的证实和选择逻辑，排除故障的或假的传感器信号；感器信号；EECEEC一般安装在发动机前部、风扇机匣的外侧；一般安装在发动机前部、风扇机匣的外侧；采用专用的发电机供电，地面试验使，使用飞机电源；采用专用的发电机供电，地面试验使，使用飞机电源；使用空气冷却。使用空气冷却。