[發(fā)明專利]航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油伺服等壓差控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211216031.1
• 申請(qǐng)日: 2022-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN115573820A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文帥;王曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C9/26
• 分類號(hào): F02C9/26
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 肖鵬

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油伺服等壓差控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)中被控對(duì)象控制系統(tǒng)基于對(duì)擾動(dòng)變化的指令油壓力增量和計(jì)量活門流通面積增量，以及當(dāng)前執(zhí)行活門流通面積增量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，輸出計(jì)量活門后壓力增量；伺服前饋補(bǔ)償器基于計(jì)量活門后壓力增量與指令油壓力增量的第一調(diào)節(jié)差值，對(duì)指令油壓力增量進(jìn)行前饋補(bǔ)償，得到執(zhí)行活門彈簧腔壓力增量；鎮(zhèn)定控制器基于計(jì)量活門后壓力增量與執(zhí)行活門彈簧腔壓力增量的第二調(diào)節(jié)差值，獲取新的執(zhí)行活門流通面積增量，以使被控對(duì)象控制系統(tǒng)輸出的計(jì)量活門后壓力增量為設(shè)計(jì)值。該系統(tǒng)揭示了等壓差活門的設(shè)計(jì)機(jī)理。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體而言，涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油伺服等壓差控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)已由液壓機(jī)械式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子式，但無(wú)論是液壓機(jī)械式還是數(shù)字電子式，其燃油計(jì)量裝置基本上采用了等壓差控制的燃油流量計(jì)量方法，其計(jì)量精度取決于等壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，如果等壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不到位，往往對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)造成穩(wěn)定性喪失和性能的降低，如轉(zhuǎn)速、推力的擺動(dòng)、渦輪前溫度的超溫，甚至導(dǎo)致壓氣機(jī)的失速和喘振。最早航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)采用了等壓差控制原理，實(shí)現(xiàn)了燃油流量?jī)H僅依賴于計(jì)量活門開度的燃油流量計(jì)量方法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)等壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的研究主要集中在建模、仿真和穩(wěn)定性分析等方面。

近年來(lái)，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，對(duì)等壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的研究主要集中在動(dòng)態(tài)建模分析和仿真驗(yàn)證方面，基于AMESim仿真軟件，探索了彈簧剛度、型孔直徑等參數(shù)對(duì)等壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)性能的影響，并進(jìn)行了仿真對(duì)比的驗(yàn)證；同時(shí)，通過(guò)仿真分析，深入研究了回油型面結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)特性的影響；通過(guò)建立等壓差調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了部分設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；基于CFD流場(chǎng)仿真，研究了流動(dòng)力對(duì)閥芯平衡的影響。此外，還有部分關(guān)于壓差計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能計(jì)算分析，以及壓差活門滯環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的影響研究。盡管這些研究借助仿真技術(shù)提高了研究效率，但現(xiàn)有的等壓差活門設(shè)計(jì)無(wú)法揭示等壓差活門的設(shè)計(jì)機(jī)理。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油伺服等壓差控制系統(tǒng)及方法，用以解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的等壓差活門設(shè)計(jì)無(wú)法揭示等壓差活門的設(shè)計(jì)機(jī)理的問(wèn)題。

第一方面，提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油伺服等壓差控制系統(tǒng)，該方法可以包括：被控對(duì)象控制系統(tǒng)、鎮(zhèn)定控制器和伺服前饋補(bǔ)償器；

所述被控對(duì)象控制系統(tǒng)，用于基于對(duì)擾動(dòng)變化的指令油壓力增量ΔP_S和計(jì)量活門流通面積增量ΔA_J，以及所述鎮(zhèn)定控制器輸出的當(dāng)前執(zhí)行活門流通面積增量ΔAZ，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，輸出計(jì)量活門后壓力增量ΔP_C和噴嘴前壓力增量ΔP_O；

所述伺服前饋補(bǔ)償器，用于基于所述被控對(duì)象控制系統(tǒng)輸出的計(jì)量活門后壓力增量ΔP_C與輸入所述系統(tǒng)的指令油壓力增量ΔP_S的第一調(diào)節(jié)差值，對(duì)所述指令油壓力增量ΔP_S進(jìn)行前饋補(bǔ)償，得到執(zhí)行活門彈簧腔壓力增量ΔP_Z；

所述鎮(zhèn)定控制器，用于基于所述被控對(duì)象控制系統(tǒng)輸出的計(jì)量活門后壓力增量ΔP_C與所述伺服前饋補(bǔ)償器輸出的執(zhí)行活門彈簧腔壓力增量ΔP_Z的第二調(diào)節(jié)差值，獲取新的執(zhí)行活門流通面積增量ΔA_Z，以使所述被控對(duì)象控制系統(tǒng)輸出的計(jì)量活門后壓力增量ΔP_C為設(shè)計(jì)值。

在一個(gè)可選的實(shí)現(xiàn)中，所述伺服前饋補(bǔ)償器包括等壓差活門、伺服控制增益K_C單元和前饋流路；

所述等壓差活門，用于基于所述系統(tǒng)的指令油壓力增量ΔP_S與所述被控對(duì)象控制系統(tǒng)輸出的計(jì)量活門后壓力增量ΔP_C的第一調(diào)節(jié)差值e，獲取等壓差活門位移增量Δx_y和速度增量所述等壓差活門位移增量Δx_y等于等壓差活門節(jié)流型孔開度x_uy；