發(fā)動(dòng)機(jī)全功能數(shù)字電子控制器-共28頁(yè)P(yáng)PT課件

1、發(fā)動(dòng)機(jī)全功能數(shù)字電子控制器 FADEC1.概況全功能(權(quán)限)數(shù)字電子控制FADEC(Full Authority Digital Electronic Control)所謂權(quán)限是指直接行動(dòng)的能力。全權(quán)限數(shù)字式電子控制是指可利用數(shù)字式電子控制系統(tǒng)的極限能力來(lái)完成系統(tǒng)所規(guī)定的全部任務(wù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可靠性問(wèn)題已可通過(guò)元部件本身的提高和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得以解決，成本不高。1.1發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)控制概念20世紀(jì)80年代，以美國(guó)NASA為首的多家研究機(jī)構(gòu)通過(guò)詳細(xì)評(píng)估鑒定出最值得發(fā)展的先進(jìn)控制概念。在篩選和排序工作中所選擇的比較基礎(chǔ)是裝有先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的第4代高性能軍用戰(zhàn)斗機(jī)（MHPF）和馬赫數(shù)為2.4的

2、高速民用運(yùn)輸機(jī)（HSCT）及其發(fā)動(dòng)機(jī)；所采用的評(píng)估判據(jù)包括權(quán)衡因子和品質(zhì)因素。其中，權(quán)衡因子考慮不同尺寸、燃油及空氣流量、效率等影響；品質(zhì)因素包括起飛重量、耗油率、失速裕度、起動(dòng)影響以及復(fù)雜性、風(fēng)險(xiǎn)、壽命期費(fèi)用、診斷能力、解析余度等指標(biāo)。根據(jù)評(píng)估結(jié)論，排在前4位的先進(jìn)控制概念是：發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制(IEC)、性能尋優(yōu)控制(PSC)、穩(wěn)定性尋優(yōu)控制(SSC)、主動(dòng)失速/喘振控制(ASC)。 先進(jìn)控制概念穩(wěn)定性尋優(yōu)控制(SSC)發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制(IEC)性能尋優(yōu)控制(PSC)主動(dòng)失速/喘振控制(ASC)SSC利用控制算法減小對(duì)部件穩(wěn)定性裕度的要求。這種方法將穩(wěn)定性檢查加入到發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯中去，實(shí)時(shí)地計(jì)算

3、非穩(wěn)定性影響，對(duì)風(fēng)扇和壓氣機(jī)穩(wěn)定性進(jìn)行在線評(píng)估，允許控制系統(tǒng)將喘振裕度減至最小，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。IEC采用的基本方法是進(jìn)行渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的模型仿真，即將所建立的發(fā)動(dòng)機(jī)模型加到推進(jìn)系統(tǒng)的控制中去，直接控制推力和發(fā)動(dòng)機(jī)限制參數(shù)。PSC是一種以模型為基礎(chǔ)的自適應(yīng)控制算法，目的是通過(guò)實(shí)時(shí)修正飛行測(cè)量參數(shù)來(lái)調(diào)整控制規(guī)律，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能。PSC所采用的控制算法包括三種控制模式：最大推力模式、最小耗油率模式、最低風(fēng)扇渦輪進(jìn)口溫度計(jì)算模式。 ASC旨在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振進(jìn)行主動(dòng)控制，即在剛出現(xiàn)失速的征兆時(shí)就采取措施（如調(diào)整放氣量、燃油流量和導(dǎo)葉角度等）消除失速。采用這種方法能擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，使發(fā)動(dòng)機(jī)在降低

4、了對(duì)設(shè)計(jì)失速裕度要求的狀態(tài)下仍能穩(wěn)定工作，從而獲得更高的性能。1.2 FADEC的優(yōu)點(diǎn)民航發(fā)動(dòng)機(jī)控制越來(lái)越多采用FADEC，如：PW4000，V2500，RB211-524，GE90等。提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能;可以降低燃油消耗量;減輕駕駛員的負(fù)擔(dān);提高可靠性;降低成本;易于實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)控制一體化。 (1) 提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。FADEC的計(jì)算能力強(qiáng)、精度高，能夠在整個(gè)飛行范圍發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能；能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和過(guò)渡特性；能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)安全保護(hù)。FADEC的數(shù)值計(jì)算和邏輯判斷能力可在更合理的范圍選擇控制規(guī)律；容易實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制方案的變動(dòng)，通過(guò)修改軟件就可以尋找最佳控制性能。 (2) 降低燃油消

5、耗量。由于FADEC可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳控制，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器更換時(shí)，可減少乃至不需要調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)，加之慢車(chē)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制、引氣最佳化，結(jié)合自動(dòng)油門(mén)等措施，能夠減少燃油消耗。 (3) 減輕駕駛員的負(fù)擔(dān);(4) 提高可靠性。由于采用余度技術(shù)、故障診斷、恢復(fù)功能，而且減少了超溫、超轉(zhuǎn)、過(guò)應(yīng)力等情況，使發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性提高。 (5) 降低成本。由于包括自測(cè)試、診斷、記憶等功能，可實(shí)施計(jì)算機(jī)輔助故障診斷，給維護(hù)帶來(lái)方便。加上更換控制裝置不需要調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)維修成本降低。 (6) 易于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，易于實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)控制的一體化。 CFM56-5BV2500-A52.FADEC組成和功能2.1 FADE

6、C系統(tǒng)包括：燃油泵系統(tǒng)，主燃油、加力燃油計(jì)量裝置，放氣活門(mén)控制，變幾何位置作動(dòng)，葉尖間隙主動(dòng)控制，傳感器，專(zhuān)用電源發(fā)電機(jī)以及電子控制器等完整的控制系統(tǒng)。數(shù)字式電子控制器(EEC或DEEC)是FADEC系統(tǒng)核心部件，它由封裝在一個(gè)箱體里的雙數(shù)字控制通道組成，包括雙微處理機(jī)、雙程序儲(chǔ)存器和雙電源，具有檢測(cè)、隔離和適應(yīng)任何部件故障所需要的邏輯，在電路中含有對(duì)輸入余度傳感器進(jìn)行選評(píng)的電路和容錯(cuò)備份控制模式。飛機(jī)給FADEC輸入信號(hào)、控制系統(tǒng)給飛機(jī)的輸出信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)給FADEC的輸入信號(hào)以及FADEC給發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出信號(hào)：(1)飛機(jī)給FADEC輸入信號(hào)：油門(mén)桿位置；大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；離散信號(hào)；28

7、V直流電壓。(2)FADEC給飛機(jī)的輸入信號(hào)：超轉(zhuǎn)的離散信號(hào)；燃油流量反饋信號(hào)；電子控制器電源盒發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；風(fēng)扇導(dǎo)葉壓氣機(jī)靜子葉片角度、尾噴口位置等信號(hào)；燃油溫度、滑油溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總溫、排氣溫度等信號(hào)；發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓、燃燒室壓力、尾噴口壓力等信號(hào)；(4)FADEC給發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出信號(hào)：燃油流量和各變幾何形狀作動(dòng)器指令信號(hào)。2.2 FADEC的功能之所以說(shuō)是全功能，這是因?yàn)?(1)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制方面推力管理，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力進(jìn)行精確的控制，提高了推力控制的精度;燃油量的控制由EEC對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制；控制放氣活門(mén)的開(kāi)度和可調(diào)靜子葉片的角度，以得到最佳的喘振裕度防止喘振使發(fā)動(dòng)機(jī)更好地工作;渦輪間隙（TCC

8、）控制，控制發(fā)動(dòng)機(jī)不同級(jí)的引氣，從而保證渦輪葉尖間隙為最佳間隙，減少燃?xì)庑孤?，改善渦輪的效率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能; 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油和滑油進(jìn)行控制; 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)點(diǎn)火和反推進(jìn)行控制; 安全保護(hù)，EEC使發(fā)動(dòng)機(jī)的各主要參數(shù)不超限。 (2)狀態(tài)監(jiān)控和故障檢測(cè)方面FADEC能自動(dòng)檢測(cè)故障，并可以采取相應(yīng)的改正措施;為了保證工作可靠，F(xiàn)ADEC采用裕度控制:EEC采用雙通道或多通道工作，當(dāng)一個(gè)通道有故障時(shí)，可自動(dòng)轉(zhuǎn)換到另一通道，重要的傳感器，作動(dòng)器也是有裕度的;以EPR控制發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出，如果EEC檢測(cè)到壓力傳感器的故障，可以自動(dòng)切換到N1控制發(fā)動(dòng)機(jī)的推力輸出。FADEC有存儲(chǔ)，記憶故障的功能。(3)

9、數(shù)據(jù)通訊方面EEC既可以從飛機(jī)接受信息，飛機(jī)也可接受來(lái)自EEC的信息，用于操縱、維護(hù)駕駛艙顯示。采用全功能數(shù)字電子控制后仍然需要一些液壓機(jī)械部件。發(fā)動(dòng)機(jī)仍然需要油泵，燃油計(jì)量裝置 （FMU）以及作動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 CFM56CFM56 FADEC系統(tǒng)組成：1個(gè)雙通道ECU；HMU；ECU專(zhuān)用發(fā)電機(jī)；VSV、VBV、HPTACC、LPTACC、轉(zhuǎn)子主動(dòng)間隙和起動(dòng)放氣(RACSB)；起動(dòng)系統(tǒng)；反推系統(tǒng)；燃油/滑油溫度控制；發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器；電纜；ECU冷卻；燃燒室級(jí)活門(mén)(BSV)。CFM56 FADEC系統(tǒng)功能：對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工作在安全限制之內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)生器控制；發(fā)動(dòng)機(jī)限制保護(hù)；功率管理；發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)程序

10、；反推控制；傳送發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)用于駕駛艙指示；發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視參數(shù)的傳送；系統(tǒng)內(nèi)部故障的檢測(cè)、隔離、調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存；燃油回油活門(mén)控制。CFM56 FADEC系統(tǒng)ECU(電子控制裝置)CFM56 FADEC系統(tǒng)HMU(液壓機(jī)械裝置)HMU接受ECU的電信號(hào)并且通過(guò)力矩馬達(dá)/伺服活門(mén)轉(zhuǎn)換這些輸入信號(hào)成發(fā)動(dòng)機(jī)燃油流量和到各個(gè)外部系統(tǒng)的液壓信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油用作液壓介質(zhì)。V2500V2500 FADEC系統(tǒng)組成：雙通道EEC；FMU (燃油計(jì)量裝置)；PMA (專(zhuān)用的永磁式發(fā)電機(jī))VSV、BSBV(增壓器級(jí)放氣活門(mén))、主動(dòng)間隙控制、第10級(jí)冷卻空氣、發(fā)動(dòng)機(jī)和IDG(整體傳動(dòng)交流發(fā)電機(jī)熱管理控制作動(dòng)系統(tǒng))；傳感器；電纜和起動(dòng)系統(tǒng)部件。V2500 FADEC系統(tǒng)功能：對(duì)于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在安全限制之內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)生器控制；發(fā)動(dòng)機(jī)限制保護(hù)；功率管理；發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)程序；反推控制；發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視參數(shù)的傳送；系統(tǒng)內(nèi)部故障的檢測(cè)、隔離、調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存；燃油回油活門(mén)控制。V2500 FADEC系統(tǒng)EEC(電子控制裝置)V2500 FADEC系統(tǒng)FMU(燃油計(jì)量