摘 要:发动机作为飞机的动力系统,其安全、准确、高效的运行直接关系到飞机的安全和效率, 这样,就要求发动机的控制必须朝自动化程度更高的方向发展,以避免人为操作误差带来的安全隐患。同时,随着电子技术和数字化自动控制理论的发展,也为发动机全权自动控制的实现提供了可能性。本文旨在根据本人多年安装、调试、维护和修理飞机发动机的经验,着重对飞机发动机自动控制理论进行分析,以及常见故障排除过程中的一些体会。
关键词:发动机FADEC(全权数字式发动机控制)燃油控制
中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0073-01
1 发动机概述
现代飞机上普扁使用的是涡扇式发动机。该发动机有一个由三级低压涡轮驱动的单级风扇,涵道壁上有开口,以便供给飞机引气系统的气体引出进入飞机内。燃气压气机是一个14级的轴流式压气机,由两级高压涡轮驱动。14级压气机的前五级为可变几何叶片,以调节进入燃烧室的气体流量。该可变几何叶片由燃油驱动的作动筒驱动,控制信号来自FADEC。引气口分别仅次于9级和14级压气机处。发动机同时还配有附件齿轮箱,在维持发动机自身所需润滑、配电的同时,还可满足飞机所需液压、配电等的需要。
发动机控制系统的主要组成有:两个全权数字发动机控制器,燃油泵和计量装置,压缩机可变叶片驱动器,永磁交流发电机,推力控制器,发动机控制板等。
2 发动机控制
每台发动机均配有双备份电子控制系统,包括两个单通道全权数字电子控制器(FADEC),一套发动机控制传感器,电源及电缆系统及所有控制系统之间的数据传输界面及反馈。
飞机上的每一个FADEC均独立安装在电子舱内,互相间由电缆连接,以保证数据传输及共享,以保证控制和状态数据互相监督和共有,最大程度保证飞机的安全性。所有数据均以ARINC429形式进行传输。
两个FADEC在发动机的控制下可以交替工作。当一个FADEC工作时,另一个FADEC处于动态备份状态,这意味着该备份FADEC将接收所有来自飞机相关系统的数据和信息,进行所有必要的计算和处理,所有输出数据也是待用的。但所有驱动发动机的数据,如燃油流量控制,燃油供/断油控制和压缩机可变叶片控制等信号均处于关闭状态。
FADEC从飞机驾驶杆和驾驶舱集成控制板接收控制信号,同时从飞机各采集处理系统接收ARINC429处理数据。经过一系列的计算和转换后,输出发动机燃油泵及计量装置所需的控制信号,以达到控制发动机燃油供给的目的。同时,又根据燃油供油情况调整N1目标数据,以实现实时动态闭环,并与驾驶杆所要求的功率动态一致。来自飞机大气数据计算机的空速,静压,动压等信号,与推力设置信号共同计算N1目标数据。此外,FADEC还能控制发动机压缩机的可变几何叶片,通过调节空气供给以达到控制燃油和功率的作用,并避免发动机的失速。
发动机FADEC内部软件主要包括发动机逻辑控制和功率管理两大部分,附图给出了详细的信号流程。
3 发动机控制逻辑
FADEC主要控制下列非直按参与推力计算和管理的逻辑信号:(1)闭环风扇转速控制。发动机的主要控制方式就是风扇转速闭环控制。首先来自推力管理系统的风扇转速要求值(即N1要求值)与来自风扇转速值感器的转速信号进行比较,二者的差值信号输入FADEC后,输出相应的燃油、压气机等系统的调节信号,以调整风扇转速,最终使差值趋于零值。(2)压气机可变几何叶片(CVG)的控制。发动机的控制逻辑还能给出CVG叶片的计划和闭环控制。FADEC会将CVG位置与修正的燃器涡轮转速(N2)相比较。上述的CVG位置即FADEC通过一系列计算得出的最佳压气机在失速范围内的稳定状态,该位置信号能过线性可变差分变压器输送给FADEC。然后通过FADEC的调整信号控制该差分变压器,使压气机CVG叶片与N2转速趋向零差值,即闭环控制(如图1）。
4 发动机常见故障分析
基于上述发动机工作及控制原理和特点,我们在多年发动机安装调试过程中,有时会遇到如振动值过高,级间温度值超差,客舱有滑油味等故障,下面分别对上述三种常见故障进行概括阐述:(1)振动值过高。发动机振动值过高主要由于风扇叶片配平块出现了偏差,通过更换配平块并在专用振动试验台上测试后,振动值恢复正常。(2)级间温度值超差。级间温度值超差主要由于燃油和压缩气体的供给出现偏差,此时,通常应着重检查燃油泵和计量装置(FPMU)和压气机可变几何叶片(CVG)作动筒的性能和状态。(3)客舱有滑油味。由于发动机的齿轮和轴承的润滑是在一个密封的腔室内进行。密封有碳封严、齿封严和压缩空气封严三种方式。如果某处封严出现问题,则滑油会通过压气机进入引气系统,最终通过空调系统进入客舱。因此,出现该情况后,应检查、调整或更换相应的封严。
5 结语
随着航空检测技术、新材料技术和航空发动机控制技术和不断提高,涡扇式发动机也在朝着更集成、更自动控制和更自动化和方向发展。因此,我们也应在今后的工作中,不断积累经验,关注和研究世界航空界相应领域和新技术和新发展。
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