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控制系统要求 -> 航空发动机工程通论控制系统要求

时间:2023-07-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:用备份控制模式工作时,应确定该控制系统的能力和限制功能,以保证与飞行任务和安全性要求相适应,提供安全返回基地的能力。

控制系统要求 -> 航空发动机工程通论控制系统要求

7.3.1.1 基本技术要求

发动机控制系统应能自动控制发动机工作,并应具有冗余度和容错能力。发动机控制系统应能在整个工作范围内使加速杆位置与被控制的发动机变量之间保持正确的关系。具体的要求包括:

1)发动机控制系统应能在各种大气条件下,精确地控制发动机燃油流量和几何位置,实现发动机起动、加速、减速、稳态、加力、停车等各种过程和状态的控制,保证发动机的性能和适应性。

2)控制系统应具备较好的操纵性,减轻飞行员的工作负担,如:对推力和功率要求的变化范围不作限制,调节从停车到最大功率状态的推力,提高战斗机机动性和飞行任务的有效性;实现功率输入和功率输出之间的线性关系;考虑一体化控制模式,以改善飞机的可适用性,便于在航空母舰上进场降落、着陆、复飞、空中加油、空中巡逻、格斗和风车状态起动至要求功率等。

图7-21 未来控制系统的水平

3)为了避免超过气动的、热力的和结构的限制,应限制发动机的关键参数,以确保发动机的维护、安全和耐久性。发动机的限制考虑应包括发动机失速裕度保护、压力限制、温度限制、扭矩限制、转速限制和在迅速减速过程中的熄火保护。此外,控制器应提供熄火检测和调整功能,失速、喘振检测和恢复,自动调整和补偿发动机性能恶化,检测和隔离故障,以及自动地排除起动悬挂和防止起动过热。

4)全权限数字电子控制系统应具有一定的冗余度。发动机主燃油流量、压气机导叶和喷口候道面积的控制一般采用双余度的全权限数字控制(FADEC)系统。双部件或双通道可以使两个通道同时工作,或者一个通道工作时,另一个通道处于备份状态。两个部件或通道都应有一定的故障容限,当其中一个失效时,应能平稳地转换到另一个通道继续工作,而不使发动机性能恶化。对任务可靠性要求更高的发动机,可使用三余度系统或增强故障适应能力的其他设计。在冗余的电子控制器中,不应存在任何单点安全关键性故障或任务关键性故障,以及软件和硬件单点故障。

5)当发生任何电气故障时,发动机产生的推力应保证飞行安全。在安全性要求更高的发动机应用中(如单发飞机),可以采用带液压机械备份的全权限数控系统

7.3.1.2 主要性能参数要求

1)控制精度:指被控制参数在达到稳态以后控制目标值与实际物理值之间的差值(或差值与目标值之比),表示了控制系统的稳态控制能力。该值越小越好,但实际上受限于控制系统能力、成本、技术水平的差别等因素,一般要求转速控制精度高于0.5%,温度控制精度高于10 K,导叶角度控制精度高于1°,压比控制精度高于2%。(www.zuozong.com)

2)超调量:控制动态过程中达到的最大或最小值与目标值的差值(或差值与目标值之比),转速超调量一般小于1%,压比超调量一般小于3%。

3)加减速时间:发动机从一种状态到另一种状态之间的过渡时间,一般涡扇发动机慢车到中间状态的加减速时间为5~6 s,慢车到最大状态的加速时间为7~8 s。

4)控制品质衰退:需要规定在发动机寿命期(修理间隔期)内允许的控制品质恶化程度。

7.3.1.3 备份控制系统要求

配装单发飞机的发动机,以及有电磁干扰或电磁脉冲的威胁可能引起主电子控制系统发生故障之处,都应备有备份控制系统。用备份控制模式工作时,应确定该控制系统的能力和限制功能,以保证与飞行任务和安全性要求相适应,提供安全返回基地的能力。

备份控制系统应能独立于主控制系统控制发动机并达到下列要求:

1)在标准大气条件下,从海平面到10 km 高度能使发动机的推力从慢车加5%到正常可达到的90%中间推力之间进行调节。

2)能在规定的起动包线内空中起动发动机,随后按1)项工作。

3)能防止发动机超出规定的工作极限,在发动机未发生损坏期间起预防作用。

4)在发动机整个环境条件和工作包线内,主控制系统与备份控制系统应能相互切换而无须操纵加速杆。

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