一種全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對消喘系統(tǒng)的切油時間、切油方法、最小油量限制、幾何角控制的實現(xiàn)方法。其特征在于，切油控制方法為：當Wf＞W(wǎng)fmin+C時，回油占空比電磁閥PWMLs工作，通過控制主燃油占空比電磁閥PWMLm、回油占空比電磁閥PWMLs開環(huán)進行切油；當Wf≤Wfmin+C，回油占空比電磁閥PWMLs停止工作，通過調(diào)節(jié)控制主燃油占空比電磁閥PWMLm，閉環(huán)控制Wf降至最小油量Wfmin。本發(fā)明的優(yōu)點是：根據(jù)本發(fā)明提供的全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機的消喘控制方法，經(jīng)地面試驗、高空臺試驗以及飛行試驗驗證了消喘措施的有效性，即能將發(fā)動機成功退喘，又具有最小燃油限制功能，不會導(dǎo)致發(fā)動機停車。
【專利說明】一種全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全權(quán)限數(shù)字電調(diào)式航空發(fā)動機、地面及船用燃機消喘控制方法的實現(xiàn)與調(diào)試領(lǐng)域，涉及對消喘系統(tǒng)的切油時間、切油方法、最小油量限制、幾何角控制的實現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機的發(fā)展，發(fā)動機的穩(wěn)定性越來越受到人們的重視。喘振是渦扇發(fā)動機壓氣機中的一種不穩(wěn)定地工作狀態(tài)，具有突發(fā)性，如果處理不當能在很短的時間內(nèi)損害發(fā)動機甚至導(dǎo)致嚴重的后果。
[0003]為了保證發(fā)動機在全包線范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠工作，發(fā)動機的設(shè)計要留有一定的喘振裕度。為了追求高性能、高機動性，使用條件更為惡劣，發(fā)動機參數(shù)接近于極限狀態(tài)，喘振裕度更小。
[0004]為了提高發(fā)動機的消防喘能力，我們在設(shè)計時要留有適當?shù)拇裨６龋硪环矫嬉ρ兄七m合發(fā)動機使用的防喘和消喘系統(tǒng)。
[0005]國內(nèi)全權(quán)限數(shù)字電調(diào)控制發(fā)動機消喘系統(tǒng)研制尚無成熟經(jīng)驗可以借鑒，仍處于摸索階段，消喘系統(tǒng)的邏輯、時序、油量存在缺陷，無法滿足發(fā)動機使用需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:本發(fā)明針對全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制存在的問題，提出了具體的解決方法:
[0007]I)確定合理的消喘切油最小及最大時間以及恢復(fù)供油時間，可兼顧發(fā)動機長時單波及短時連續(xù)波的喘振類型，保證發(fā)動機既能成功退喘，又不會狀態(tài)持續(xù)下降；
[0008]2)利用數(shù)字電調(diào)可全程控制流量的優(yōu)勢，設(shè)置消喘過程中的最小燃油流量限制，保證發(fā)動機不會因為消喘切油而空中停車；
[0009]3)為實現(xiàn)快速切油使發(fā)動迅速退喘又不會產(chǎn)生油量超調(diào)而影響控制穩(wěn)定性，通過兩路占空比電磁閥先開環(huán)后閉環(huán)實現(xiàn)消喘切油，既保證切油速度又避免切油過程中產(chǎn)生油量超調(diào)；
[0010]4)消喘結(jié)束后延遲退出幾何角度偏關(guān)控制，提高發(fā)動機喘振裕度，保證發(fā)動機不會再次進喘。
[0011]可以利用本發(fā)明闡述的方法進行數(shù)字電調(diào)控制的航空發(fā)動機、地面及船用燃機消喘系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試。
[0012]本發(fā)明針對全權(quán)限數(shù)字電調(diào)航空發(fā)動機消喘系統(tǒng)存在的切油速度慢，切油時序無法兼顧短時及長時喘振、無油量限制導(dǎo)致切油停車、幾何角度控制不優(yōu)導(dǎo)致發(fā)動機再次進喘的問題，提出解決方案?？梢岳帽景l(fā)明闡述的方法進行數(shù)字電調(diào)控制的航空發(fā)動機、地面及船用燃機消喘控制方法中。
[0013]本發(fā)明技術(shù)方案是，一種全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制方法，全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘系統(tǒng)由喘振信號器、消喘控制器和執(zhí)行機構(gòu)組成，其特征在于，
[0014]切油時序控制方法為:消喘控制切油工作時間不大于tmax,不小于tmin ；
[0015]最小燃油流量在消喘時控制切油不能低于設(shè)定最低油量；
[0016]切油控制方法為:
[0017]當Wf > fffmin+C時，回油占空比電磁閥PWMLs工作，通過控制主燃油占空比電磁閥PWMLm、回油占空比電磁閥PWMLs開環(huán)進行切油；
[0018]當Wf彡fffmin+C,回油占空比電磁閥PWMLs停止工作，通過調(diào)節(jié)控制主燃油占空比電磁閥PWMLm，閉環(huán)控制Wf降至最小油量Wfmin。
[0019]幾何通道的控制方法為:在消喘結(jié)束后，幾何通道延時退出控制，保證發(fā)動機成功退喘。
[0020]在所述切油時序控制方法中，若在消喘供油t恢復(fù)后還能再次滿足消喘控制條件，則重新進行消喘控制；若在tmin及tmax之間的某一時刻不滿足消喘條件,則消喘控制時間為滿足消喘條件的時間。
[0021]所述幾何通道的控制方法分為如下三個部分:
[0022]a.在消喘指令持續(xù)期間α I的控制方法
[0023]控制“風(fēng)扇導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α I關(guān)??；消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α I角度延時退出偏關(guān)控制；
[0024]b.在消喘指令持續(xù)期間α 2的控制方法
[0025]控制“壓氣機導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α 2在液壓機械限制的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)按偏關(guān)極限狀態(tài)控制；消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α 2角度延時退出偏關(guān)控制；
[0026]c.在消喘指令持續(xù)期間噴口的控制方法
[0027]當處于防喘或消喘控制過程中，在當前控制計劃的基礎(chǔ)上Α8值放大20% ;消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，噴口延時退出偏關(guān)控制。
[0028]2.1切油時序控制方法
[0029]原有系統(tǒng)切油時序不夠合理，無法兼顧發(fā)動機的短時及長時喘振，不能使發(fā)動機成功退喘，并且在多次切油后還會導(dǎo)致發(fā)動機狀態(tài)持續(xù)下降。
[0030]本方法根據(jù)不同情況下，發(fā)動機出現(xiàn)喘振的狀態(tài)的差異，將消喘的退出按如下情況分類。消喘控制工作時間至多工作tmax。如果消喘控制工作時間達到tmax,即便消喘控制條件還成立，也要退出消喘控制；若在消喘供油t恢復(fù)后還能再次滿足消喘控制條件，則重新進行消喘控制。若在tmin及tmax之間的某一時刻不滿足消喘條件,則消喘控制時間為滿足消喘條件的時間，具體的喘振切油時序見圖1所示。
[0031]以上邏輯保證了發(fā)動機在出現(xiàn)復(fù)雜的多波喘振波時，能根據(jù)喘振的特點分別對待，既能使發(fā)動機成功退喘，又能在最短的時間內(nèi)恢復(fù)發(fā)動機的狀態(tài)。
[0032]2.2最小燃油流量及切油控制方法
[0033]為解決發(fā)動機出現(xiàn)連續(xù)喘振波時，多次消喘后燃油越切越深，設(shè)計全權(quán)限數(shù)字電調(diào)控制發(fā)動機消喘時的最小燃油流量限制。
[0034]消喘時控制切油不能低于設(shè)定最低油量。最低油量的設(shè)置應(yīng)兼顧地面和空中，同時要區(qū)別對待慢車以上及慢車以下消喘時油量控制。消喘最低油量設(shè)置過高，不利于退喘；而最低油量設(shè)置過低，就會導(dǎo)致發(fā)動機停車。
[0035]為保證快速切油使發(fā)動機成功退喘，且不產(chǎn)生較大的油量超調(diào)，
[0036]切油方式按如下方法實現(xiàn)。
[0037]當Wf > fffmin+C時，回油占空比電磁閥PWMLs工作，通過控制主燃油占空比電磁閥PWMLm、回油占空比電磁閥PWMLs開環(huán)進行切油；
[0038]當Wf彡fffmin+C,回油占空比電磁閥PWMLs停止工作，通過調(diào)節(jié)控制主燃油占空比電磁閥PWMLm，閉環(huán)控制Wf降至最小油量Wfmin。
[0039]2.3幾何通道的控制方法
[0040]從氣動的角度分析，在發(fā)動機喘振時，關(guān)小進氣流量并增大噴口面積會有利于發(fā)動機退喘。本發(fā)明確定了喘振時α?、α2、噴口的控制方式。
[0041]a.在消喘指令持續(xù)期間α I的控制方法
[0042]控制“風(fēng)扇導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α I關(guān)小。消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α I角度延時退出偏關(guān)控制。
[0043]b.在消喘指令持續(xù)期間α 2的控制方法
[0044]控制“壓氣機導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α 2在液壓機械限制的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)按偏關(guān)極限狀態(tài)控制；消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α 2角度延時退出偏關(guān)控制。
[0045]c.在消喘指令持續(xù)期間噴口的控制方法
[0046]當處于防喘或消喘控制過程中，在當前控制計劃的基礎(chǔ)上Α8值放大20 %。消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，噴口延時退出偏關(guān)控制。
[0047]本發(fā)明原理說明:
[0048]數(shù)字電調(diào)式發(fā)動機消喘系統(tǒng)由喘振信號器、消喘控制器和執(zhí)行機構(gòu)組成。壓差式喘振壓力傳感器是根據(jù)發(fā)動機喘振時出現(xiàn)氣流倒流的特性設(shè)計的，它感受高壓壓氣機出口的總壓和靜壓之差，輸出與壓差成比例的電壓信號。消喘控制器模塊集成在數(shù)字電子控制器內(nèi)。
[0049]在數(shù)字電子控制器的消喘模塊內(nèi)，經(jīng)過相關(guān)信號處理模塊分解成直流分量Λ PckDC和脈動分量Λ Pck AC，當A = K Λ Pck AC/ Δ Pck DC。如果發(fā)生喘振，A值達到門檻值后電路輸出脈沖信號，控制下一級電路發(fā)出消喘指令。具體切油時序、切油邏輯、流量控制及幾何角度控制指令，由數(shù)字電子控制器根據(jù)設(shè)定好的軟件進行控制，由執(zhí)行結(jié)構(gòu)負責(zé)操作執(zhí)行。
[0050]本發(fā)明的優(yōu)點是:根據(jù)本發(fā)明提供的全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機的消喘控制方法，經(jīng)地面試驗、高空臺試驗以及飛行試驗驗證了消喘措施的有效性，即能將發(fā)動機成功退喘，又具有最小燃油限制功能，不會導(dǎo)致發(fā)動機停車。
[0051]本發(fā)明可以應(yīng)用在全權(quán)限數(shù)字電調(diào)控制的航空發(fā)動機、地面及船用燃氣輪機的消喘控制方法中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1消喘切油邏輯時序圖

【具體實施方式】
[0053]下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0054]圖中Kl為喘振指令。
[0055]由喘振信號器、消喘控制器和執(zhí)行機構(gòu)組成的數(shù)字電調(diào)式發(fā)動機消喘系統(tǒng)，依據(jù)本發(fā)明論述的方法，將消喘控制最大工作時間設(shè)為1.2s。消喘切油后恢復(fù)供油時間t設(shè)為Is,消喘切油最小時間tmin設(shè)為0.8s。發(fā)動機消喘時最小切油流量Wfmin設(shè)為200kg/h。
[0056]切油控制方法為:
[0057]當Wf > fffmin+250時，回油占空比電磁閥PWMLs工作，通過控制主燃油占空比電磁閥PWMLm、回油占空比電磁閥PWMLs開環(huán)進行切油；
[0058]當Wf彡fffmin+250,回油占空比電磁閥PWMLs停止工作，通過調(diào)節(jié)控制主燃油占空比電磁閥PWMLm，閉環(huán)控制燃油至最小油量Wfmin。
[0059]幾何通道的控制方法:
[0060]a.在消喘指令持續(xù)期間α I的控制方法
[0061]控制“風(fēng)扇導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α I關(guān)小3°。消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α I角度延時退出5s偏關(guān)控制。
[0062]b.在消喘指令持續(xù)期間α 2的控制方法
[0063]控制“壓氣機導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α 2在液壓機械限制的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)按偏關(guān)極限狀態(tài)控制；消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α 2角度延時5s退出偏關(guān)控制。
[0064]c.在消喘指令持續(xù)期間噴口的控制方法
[0065]當處于防喘或消喘控制過程中，在當前控制計劃的基礎(chǔ)上噴口面積A8值放大20%。消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，噴口延時8s退出偏關(guān)控制。
[0066]按本發(fā)明提供的全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機的消喘控制實現(xiàn)方式，經(jīng)地面試驗、高空臺試驗以及飛行試驗驗證了消喘措施的有效性。
[0067]本發(fā)明可以應(yīng)用在全權(quán)限數(shù)字電調(diào)控制的航空發(fā)動機、地面及船用燃氣輪機的消喘控制方法中。
【權(quán)利要求】
1.一種全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制方法，全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘系統(tǒng)由喘振信號器、消喘控制器和執(zhí)行機構(gòu)組成，其特征在于， 切油時序控制方法為:消喘控制切油工作時間不大于tmax,不小于tmin ； 最小燃油流量在消喘時控制切油不能低于設(shè)定最低油量； 切油控制方法為: 當Wf > fffmin+C時，回油占空比電磁閥PWMLs工作，通過控制主燃油占空比電磁閥PWMLm、回油占空比電磁閥PWMLs開環(huán)進行切油； 當Wf彡fffmin+C,回油占空比電磁閥PWMLs停止工作，通過調(diào)節(jié)控制主燃油占空比電磁閥PWMLm，閉環(huán)控制Wf降至最小油量Wfmin ； 幾何通道的控制方法為:在消喘結(jié)束后，幾何通道延時退出控制，保證發(fā)動機成功退喘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制方法，其特征在于，在所述切油時序控制方法中，若在消喘供油t恢復(fù)后還能再次滿足消喘控制條件，則重新進行消喘控制；若在tmin及tmax之間的某一時刻不滿足消喘條件,則消喘控制時間為滿足消喘條件的時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全權(quán)限數(shù)字電調(diào)發(fā)動機消喘控制方法，其特征在于，幾何通道的控制方法分為如下三個部分: a.在消喘指令持續(xù)期間αI的控制方法 控制“風(fēng)扇導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α I關(guān)?。幌噶钊∠麜r，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α I角度延時退出偏關(guān)控制； b.在消喘指令持續(xù)期間α2的控制方法 控制“壓氣機導(dǎo)葉角度控制占空比”電磁閥工作，α 2在液壓機械限制的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)按偏關(guān)極限狀態(tài)控制；消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，α 2角度延時退出偏關(guān)控制； c.在消喘指令持續(xù)期間噴口的控制方法 當處于防喘或消喘控制過程中，在當前控制計劃的基礎(chǔ)上Α8值放大20% ;消喘指令取消時，若發(fā)動機處于中間以下狀態(tài)，噴口延時退出偏關(guān)控制。
【文檔編號】F02C9/28GK104295376SQ201410407582
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】李昌紅, 張千一, 榮莉, 李利, 葉迪 申請人:中國航空工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所