第九章 航空发动机状态控制系统

航空发动机控制系统中的设计与模拟引言近年来，随着航空工业的快速发展，飞行器的性能需求不断提高，航空发动机在飞行器性能中起着至关重要的作用。

而航空发动机控制系统则是保证发动机安全、稳定、高效运行的核心组成部分。

本文将着重探讨航空发动机控制系统的设计与模拟，旨在为相关研究工作者提供一定的参考。

一、航空发动机控制系统概述航空发动机控制系统是指用于调节、控制、管理航空发动机运行的一系列控制装置。

主要功能是保证发动机在各种工况下高效、稳定、安全地运行，并满足对发动机性能、燃油消耗、环保等方面的需求。

航空发动机控制系统主要由以下几部分组成：1. 发动机控制这是控制航空发动机整个运行过程的主要设备。

如果控制系统调节不当，则可能会对飞机的飞行安全产生重大影响。

2. 燃油供给系统燃料供给系统包括燃油泵、控制器、喷油器等。

其主要任务是准确地控制燃油的喷射量和缺口。

3. 空气供给系统空气供给系统包括压气机、增压器、排气口等部分。

其主要作用是为燃料燃烧提供所需的氧气。

4. 维护系统维护系统负责监测发动机运行情况，并及时修复其故障。

维护系统不仅包括传感器，还包括数据处理单元和故障排除单元。

5. 数据传输系统数据传输系统的主要任务是将所有数据从发动机控制单元中传输到其他控制单元中。

这些单元包括飞行控制系统、救生系统、可靠性监测系统等。

二、航空发动机控制系统的设计在设计航空发动机控制系统时，需要根据不同型号、功率、使用环境等不同条件进行设计。

具体来说，航空发动机控制系统的设计需要考虑以下几个方面：1. 设计对目标性能的控制方案针对航空发动机的性能要求制定控制方案，并具体分析不同方案的影响因素及其优劣之处。

2. 控制系统的规范化和模块化设计对控制系统进行规范化、模块化设计，提高其可靠性和可维护性。

3. 软硬件资源的分配设计人员需要根据航空发动机的特征和使用条件对硬件、软件资源进行适当的分配。

4. 设定系统程序、接口和协议设计合理的系统程序，制定统一的接口和协议，实现各系统之间的数据共享、交换和互联。

燃气涡轮发动机控制系统介绍现代燃气涡轮发动机闭环控制系统大致分为控制器、传感器、执行器与附件。

最简单的发动机控制系统是通过调节燃油流量来产生期望的发动机推力的系统。

但是实际上，飞行过程中获取飞机的推力是不现实的，而发动机的转子转速n 与发动机的增压比（EPR ）是容易获取的且能够表征推力的变化，通常被选择为被控参数。

控制变量为燃油流量，或者执行器（燃油流量计量阀）的位移。

飞机包线：典型的飞机包线表示为飞行高度与飞行马赫数之间关系。

对于涡喷与涡扇发动机，还包括环境温度坐标，也即三维图像。

发动机控制包线是一个允许发动机的工作范围，是以主控制变量燃油流量与发动机转子转速（在EPR 控制的情况下是增压比）之间的关系。

由于燃油流量比（油气比）比燃油流量更适合做主控制变量。

燃油流量比定义为燃油流量Wf 与压气机出口压力p3的比值RU=Wf/p3。

发动机建模与仿真一、稳态发动机模型二、动态发动机模型燃气涡轮发动机的三个基本动力学方程：转子动态方程、压力动态方程与温度动态方程。

单轴发动机转子动力学：单轴发动机可以近似为一个一阶惯性环节。

从输入变量燃油流量至输出变量的传递函数为：Y(s)cb d Wf (s)s a=+-，其中1111Q Q y y a ,b ,c ,d J n J W f J n J W f∆∆∆∆====∆∆∆∆。

双轴发动机转子动力学：为二阶模型。

表示为状态空间为：[]1111212212221212n a a n n a a n n y c c dWf n ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦，其中参数与单轴类似，为偏导数，偏导数的值由标称点处偏导数值获得。

表示为传递函数为：12Y(s)k(s z)Wf (s)(s r )(s r )+=++ 压力动力学：压力变化为质量变化的积分。

0p(s)(PV/T)M(s)s =∆。

温度动力学：两种温度动力学：一是由于容积内空气或者燃气的热力学状态改变引起的温度变化（相对较快，快温度动力学），二是金属部件与燃气之间热传导引起的温度变化（相对变化慢，慢温度动力学）。

航空发动机控制状态维持系统研究在现代航空的发展中，航空发动机控制技术变得越来越重要。

这种技术不仅可以使航空发动机性能提高，而且可以保证安全、可靠运行。

与此同时，由于航空发动机运转状态的影响，加上一些外部干扰因素的影响，调节航空发动机的状态的维持系统也变得至关重要。

这篇文章中，将探讨航空发动机控制状态维持系统的研究情况。

1. 概述航空发动机控制状态维持系统是由多种技术和知识构成的。

例如，航空发动机控制技术、数字信号处理技术、电路设计技术、数据库管理技术、机械制造技术、测试技术等。

在实际应用中，航空发动机控制状态维持系统的效果将与多种因素相关，如传感器的质量、控制算法的设计、控制电路的稳定性等。

2. 传感器设计在航空发动机控制状态维持系统中，传感器的设计起着至关重要的作用。

传感器必须满足航空发动机运作环境的严厉条件，避免受到外部干扰。

这需要传感器能够抵御多种不利的环境因素，如高温、高压、高速等。

此外，传感器还必须能够快速、准确地采集数据，这对传感器的灵敏度和精度提出了更高的要求。

3. 控制算法设计航空发动机控制状态维持系统的控制算法的设计要求具有高精度和高稳定性。

这种算法需要根据航空发动机运行的实际情况，构建合适的数学模型，并根据模型来选择合适的控制策略。

同时，控制算法应该能够应对不同的工况条件，如高海拔、高温等。

4. 控制电路设计在控制算法的基础上，需要对航空发动机控制状态维持系统的控制电路进行设计。

设计提出的要求与传感器类似，控制电路需要具有稳定性和可靠性。

控制电路的性能直接影响了控制算法的实际应用效果。

为了保证航空发动机控制状态维持系统的正常运行，控制电路需要具有超高的抗干扰性能，能够快速地收集数据，实时地控制航空发动机的状态。

5. 现有研究目前，已经有很多团队开始研究航空发动机控制状态维持系统。

其中，一些企业正在根据航空发动机的性能要求，开发出专业的航空发动机控制状态维持系统。

一方面，他们研发有效的传感器，能够满足航空发动机运作环境的要求，实时监控航空发动机状态；另一方面，这些企业研究并优化控制算法和控制电路，以确保系统具有较高的性能和可靠性。

航空发动机控制系统纵论发动机控制系统对于发动机而言犹如人的大脑对人体各器官的控制作用，是发动机的核心部件。

航空发动机动力学控制技术的主要目的，是通过对支承结构和质量分布的合理分配，保障发动机在全转速范围内无有害振动。

飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，都必须对发动机进行控制。

所有这些只有依靠自动控制系统来完成。

目前，我国正在结合高性能军用航空发动机的型号研制工作，开发符合中国国情的航空发动机数控系统，缩短与先进国家的技术差距，推动我国航空发动机技术的发展。

一、发动机控制系统的基本要求（一）穩定性高。

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。

作为飞机的心脏，被誉为"工业之花"，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。

航空发动机控制系统能够保障航空器的持续适航，技术具备强实时性、高稳定性及小巧便携等优势，能够在降低监测和诊断设备成本的同时，实现机载化的航空发动机监测与诊断系统的良好运行。

但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计相衔接（如软件、机械、电子等）。

于是基于模型的系统工程（MBSE）应运而生，这也是未来系统工程发展的必然趋势。

（二）精度高。

航空发动机的工作环境复杂，工作温度范围大（环境温度～2000 ℃），导致结构工艺特征参数和结构特征参数的变化范围大，引起发动机结构振动具有非线性时变特性。

同时，转静件间隙、支承刚度、同心度、不平衡量分布等动力学参数和气动流场气动力等，随发动机状态和温度场的变化而变化，造成各连接结构部件振动传递特性相差也较大。

在保证发动机可靠性的前提下，要求发动机的“寿命长”。

这是发动机经济性的另一项指标。

航空发动机控制系统设计与实现随着航空事业的不断发展，现代航空机械的要求也越来越精密。

而其中最关键的一部分便是航空发动机，其中的控制系统也是至关重要的组成部分。

如何设计和实现一套高效的航空发动机控制系统成为了现代航空科技的一个重要研究领域，本文将对相关内容进行深入阐述。

一、航空发动机控制系统的基本原理航空发动机是直接影响着航空器飞行性能和安全的核心组成部分，其控制系统则是保证整个航空器运行稳定和安全的基本保障。

航空发动机控制系统主要由自矫正控制系统和人工干预控制系统组成。

自矫正在起保持发动机稳定性和实现闭环控制作用的基础上，人工干预控制系统则可以根据实际运行情况采取一些主动措施来保证飞行安全性。

二、航空发动机控制系统的设计航空发动机控制系统的设计过程主要包括以下几个步骤：1. 确定系统控制对象首先要明确控制系统的对象是哪些，在发动机控制系统中，涉及到的对象包括燃料系统、冷却系统、涡轮系统等组成部分。

2. 建立模型建立准确的数学模型并进行模拟是航空发动机控制系统设计的基础，其中涉及到的数学知识包括微积分、控制论、概率论等多个学科。

3. 设计控制器在了解系统模型的基础上，可以根据实际需求和控制目标设计不同类型的控制器，常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。

4. 仿真测试通过基于数学模型的仿真测试，可以模拟实际控制系统的运行状况，评估系统的控制效果和性能是否达到预期目标。

三、航空发动机控制系统实现技术现代航空发动机控制系统的实现离不开高科技的支持，主要包括以下几个方面。

1. 传感器技术传感器是控制系统的基础，其可以对发动机运行状态进行实时监控，并标定出实际的控制参数。

2. 总线技术总线技术可以有效的降低系统的复杂性和维护成本，多发动机控制系统及其他传感器等设备之间的实时数据传输也离不开总线技术的支持。

3. 控制器技术随着硬件技术的不断提升和软件技术的不断发展，现代航空发动机控制系统所采用的控制器技术也越来越高效和精密。

航空发动机控制系统的设计与优化随着科技的不断发展，航空领域也在不断地进步。

在飞机上，航空发动机起到了至关重要的作用，但仅有一款好的发动机还不足以保证飞机的安全性和高效性。

为了确保飞机的稳定性和性能，航空发动机控制系统的设计和优化非常重要。

一、航空发动机控制系统的基础概念航空发动机控制系统是由多个子系统组成的，其中包括可变推力调节系统、燃油控制系统、空气管理系统和电子控制系统等。

这些子系统相互协调工作，确保发动机的运转和性能符合既定要求。

1. 可变推力调节系统——可变推力调节系统是通过调节发动机的推力来适应不同的飞行状态和条件，这可以实现飞机在起飞、爬升、巡航和着陆等不同阶段的最佳工作状态。

当发动机处于强大推力状态时，油门位置大，燃油消耗量增加，但是可以提高飞机的速度和爬升性能。

相对而言，低推力状态下发动机的燃油消耗量较低。

2. 燃油控制系统——燃油控制系统集成了油箱、燃油喷嘴、油泵、和燃油调节器等部件，控制燃油流量、压力、温度和燃油进气量等参数，以满足飞行时不同的需要。

3. 空气管理系统——空气管理系统是控制发动机进气、压缩、燃烧和排放过程的重要组成部分。

空气管理系统中通常会包括差压计、温度计、气压计、涡轮增压器和中冷系统等部件，以确保发动机进气量符合要求。

4. 电子控制系统——电子控制系统是所有子系统的控制中枢，通过传感器、执行器和计算机系统等将各个子系统协调起来。

电子控制系统可以根据环境和操作条件调整和优化发动机的性能。

二、现代航空发动机控制系统的设计与优化要开发现代化的航空发动机控制系统，需要充分考虑发动机运转受到各种因素的影响，包括温度、压力、湿度、寿命和材料的特性等。

同时，设计人员还需要考虑飞机的安全性、可靠性和性能，以及燃油和维护成本等方面的因素。

在航空发动机控制系统设计中，一般会采用先进的计算机化建模和仿真技术，以便尽早评估和优化设计。

这种方法可以大大缩短飞机开发周期，降低开发成本，并且有助于设计师在更早的阶段发现可能的缺陷和优化设计方案。

航空发动机全权限数字电子控制系统概述航空发动机全权限数字电子控制系统是现代飞机上不可或缺的重要组成部分之一，它可以监测并控制发动机的转速、温度、压力以及发动机其他重要参数，进而确保飞机的安全、可靠飞行。

本文将从系统结构、控制算法、优点等方面来概述一下航空发动机全权限数字电子控制系统。

首先，航空发动机全权限数字电子控制系统的结构是非常复杂的，它包括一个由多个控制单元组成的控制器和与发动机相连的多个传感器、执行器等。

这些传感器可以监测发动机的运行状态，包括发动机的功率、温度、压力等，然后将这些信息传输到控制器中进行处理。

控制器则根据这些信息对发动机进行控制，调节发动机内部的各种参数。

比如，在发动机需要降温时，控制器会通过执行器将冷却剂喷入发动机内部，从而降低发动机的温度。

此外，控制器还可以根据不同的操作模式调节发动机输出的功率、节省燃料等。

其次，航空发动机全权限数字电子控制系统采用的是一套基于先进算法的控制技术。

主要有三种算法：PID控制算法、模糊控制和神经网络控制。

PID控制算法是最基础的算法之一，它采用比例、积分、微分这三个因素来调节发动机输出的功率，是一种比较稳定的算法。

模糊控制是一种强化的控制算法，它可以适应发动机不同输出状态，发挥最大功效。

神经网络控制则是一种类似于大脑的控制算法，通过不断学习和改进，对发动机输出做出最优的调整。

最后，航空发动机全权限数字电子控制系统的优点非常显著。

首先，它可以实时地监测发动机的状态，及时地进行调整。

其次，它的数据精确性很高，能够减少因误差造成的漏检或误判。

再次，它的智能化和自主化程度较高，不仅可以自动调节发动机，还可以自主诊断问题。

总之，航空发动机全权限数字电子控制系统的重要性不言而喻，它是飞机运作的关键之一。

随着技术的不断提升，这个系统也在不断发展，以达到更高效、更精确、更安全的目标。

航空发动机控制系统设计及其优化研究航空发动机控制系统作为现代化飞机的关键部件之一，承担着决定飞机飞行性能、燃油消耗、排放等方面的重要任务。

因此，航空发动机控制系统的设计和优化研究显得尤为重要。

航空发动机控制系统组成航空发动机控制系统一般由电子控制器、传感器、执行机构和相关供电系统等组成。

其中，电子控制器是航空发动机控制系统的核心部分，它可以监测并控制发动机转速、温度、压力等多种参数，对飞机的性能和安全起到了至关重要的作用。

传感器则负责采集各种发动机参数信息，将其处理成电信号送至电子控制器。

执行机构一般由喷油器、电磁阀等组成，通过电子控制器的控制，调整发动机的工作状态。

航空发动机控制系统优化为了使航空发动机控制系统发挥最大的效能，需要对系统进行优化。

航空发动机控制系统的优化可以从以下几个方面入手：1. 增加反馈控制机制航空发动机控制系统的反馈控制机制是指控制系统实时监测发动机的工作状态，并根据监测结果对控制信号进行调整。

通过增加反馈控制机制，可以大大提高控制系统的精度和稳定性，减少发动机的能耗和排放量。

2. 引入智能算法智能算法可以提高航空发动机控制系统的自适应性和自学习能力，从而使系统更加智能化和高效化。

例如，可以利用神经网络算法对飞机的多种工况进行分析，根据分析结果调整发动机的工作状态。

3. 采用先进的材料技术航空发动机控制系统中的各种零部件需要具有高强度、高温度等特殊性能，为此，需要采用先进的材料技术。

例如，采用高强度陶瓷材料可以大大提高发动机的承载能力和热稳定性；采用金属陶瓷复合材料可以减轻发动机的重量。

4. 加强数据管理和信息安全随着航空发动机控制系统的升级和智能化，对数据管理和信息安全的要求也越来越高。

为此，需要加强对数据采集、存储、传输过程中的安全防护，保护系统的机密性和完整性。

航空发动机控制系统的设计与优化研究一直是工程技术领域的热点问题。

只有在不断优化系统的同时，才能为飞机的飞行带来更加高效和安全的保障。

航空小知识——航空发动机控制系统和主要附件的介绍航空发动机控制系统民航发动机的控制技术在近年来有着惊人的发展。

为了适应高性能和高精度的要求，民航发动机控制技术经过了从传统的液压机械式控制向数字电子控制的转变阶段，并且经历了从单个部件到整体、从模拟式到数字式、从有限功能到全权控制的发展过程。

液压机械式及气动机械式燃油控制器液压机械式及气动机械式燃油控制器是从早期飞机上单一的功能发展起来的。

从简单的开环控制到后来的多回路开、闭环复合控制。

液压机械式及气动机械式燃油控制器由液压机械式调节器、启动机械式调节器和燃油控制器等组成。

除控制燃油流量外还可以控制发动机的可变几何形状如可调静子叶片、放气活门等。

液压机械式调节器，其计算是由凸轮、杠杆、滚轮、弹簧、活门等机械元件组合实现的，液压油作为伺服介质。

气动机械式调节器的计算则是由膜盒和连杆等气动元件组合进行的，空气作为伺服介质。

燃油控制器是发动机燃油系统的主要部件。

燃油控制器分为计量部分和计算部分，或者说是供油部分和控制部分。

计量部分按照飞行员的要求的推力（功率），在发动机工作限制内，根据计算部分提供的数据向发动机提供燃油。

计算部分通过感受各个部分的参数，控制计量部分输出的燃油。

监控型电子控制器监控型发动机电子控制器是在原有的液压机械式控制器HMU（或者称为FCU）基础上，再增加一个发动机电子控制器EEC（或者称为ECU），两者共同工作实施对发动机的控制。

在这类型发动机控制中，液压机械式控制控制器为主控制器，发动机电子控制器具有监督能力。

前者负责发动机的完全控制，包括启动、加速、减速控制和转速控制；后者负责对推力进行精确的控制，以及对发动机的主要工作参数进行安全限制、状态监控和故障诊断。

全功能数字电子控制全功能（或者称为全权限）数字电子控制FADEC是当今发动机研究的主要方向。

它使发动机的控制技术、控制精度和控制范围达到了新的高度在FADEC控制中，发动机电子控制器EEC（或ECU）是它的核心，FADEC系统是管理发动机控制的所有控制装置的总称。

航空发动机控制系统发展概述摘要：发动机作为飞机的心脏为飞机提供前进的动力，而动力来自于发动机通过进气道、压气机、燃烧室、涡轮及尾喷管共同工作提供的推力。

但是这些部分的工作参数是无法通过自身进行调节的，需要采用智能调控系统进行控制，这就是航空发动机的控制系统。

本文主要就航空发动机控制系统发展进行探讨。

关键词：航空发动机；控制系统；发展1航空发动机控制系统组成和原理1.1航空发动机控制系统组成发动机是飞机的重要系统，除了发动机本体单元体之外，还包括控制系统、传动系统及润滑系统等。

其中控制系统是航空发动机的重要组成部分，现代航空发动机基本都采用全权限数字电子控制（FADEC）系统。

FADEC系统由感受航空发动机工作状态和环境信息的传感装置、对信息进行逻辑判断和控制运算的计算装置、把计算结果施加给航空发动机的控制装置，以及在它们之间传递信息的机械、电缆和管路等组成。

FADEC系统--般可分为控制计算机子系统、燃油与作动子系统、传感器子系统、电气子系统等。

图1为某型发动机FADEC系统的组成图。

控制计算机子系统分为电子控制器和嵌入式软件两部分。

数字电子控制器（EEC）是FADEC系统的核心部件，它处理来自各种传感器和开关装置的信号，经模/数转换为数字量，由其内部机载的控制软件对输入数字量进行诊断、处理，实现各种控制算法、控制逻辑的计算，产生输出数字量，再经过数/模转换成模拟信号，经放大处理，生成控制器输出驱动信号，经电缆传输给相应的液压机械装置。

燃油与作动子系统包括燃油子系统和伺服作动子系统。

燃油子系统包括增压泵、主燃油泵、燃油计量装置、燃油滤、燃油管路、喷嘴等。

伺服作动子系统包括伺服控制单元、伺服作动器及相应附件。

传感器子系统包括控制用传感器和状态监视用传感器等。

1.2航空发动机控制系统原理FADEC系统-般包括转速、压力、温度等多个控制回路，每个控制回路根据相应的输入闭环计算出控制输出，进而实现控制发动机状态的目的。

航空发动机控制航空发动机控制简介航空发动机是播种机器可以失去，基于我们都清楚的事情。

发动机的控制是保证发动机工作状况良好、安全、可靠的前提。

航空发动机控制系统是综合应用传感、信号处理、微处理、电子技术等先进技术的高精度、高可靠的复杂系统，不仅具有高度的自控能力，还能根据飞机任务要求进行定制。

一、航空发动机控制的目的及其所要完成的任务航空发动机控制的目的，就是保证发动机安全、可靠地运行。

它可以保证发动机始终处于最优的运行状态，避免因操作错误或外部因素梭差（如高温、湿度和压力等）而导致的事故发生。

航空发动机控制所要完成的任务，主要包括以下几个方面：1、实现对发动机的启动、工作转速、停车手续和故障检测等控制。

2、通过监视发动机的工作情况，及时发现故障并采取相应的态势，防止故障引起事故。

3、为飞机提供满足特定任务要求的最优发动机参数（如燃油消耗、发动机功率、噪声和排放等）。

4、实现自适应控制，适应飞行任务和高、低温、高刹地区等不同环境条件。

二、航空发动机控制系统的组成航空发动机控制系统由的组成部分：发动机传感器、控制与数据处理器、执行器和人机接口等。

1、发动机传感器发动机传感器是架设在发动机地方的装置，用于监视发动机各部位的状况，以取得发动机的运行状态。

常用的发动机传感器有：（1）压力传感器——用于测量燃气流动的压力和燃油领付压力等。

（2）温度传感器——用于测量各部位的温度和排气温度等。

（3）速度传感器——用于测量高压涡轮和低压涡轮转速等，以控制发动机的工作转速。

（4）加速度传感器——用于测量振动、震荡和冲击力等。

（5）流量传感器——用于测量燃油流量和气体流量等。

（6）位置传感器——用于测量晶圆位置、调节器位置和排气门位置等。

2、控制与数据处理器控制与数据处理器是发动机控制系统的主要部分，其功能包括数据处理、故障检测、反馈控制等，它可以通过接收传感器的信号来监测发动机状态，并通过执行器实现相应的控制。

一个典型的控制器包括处理器、存储器和输入/输出功能，同时也能够对发动机进行智能判断，划分故障级别和预警。