航空发动机基本信息及全权限数字电子控制(fadec)技术

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1、航空发动机基本信息及全权限数字电子控制(FADEC)技术2008-07-1021:45航空涡扇发动科普知识名词解析1）推重比：发动机推力与重量之比。是反映发动机性能的最重要指标之一，发动机推重比越大，战斗机的机动能力越强。2）空气流量：单位时间里流过的空气质量，单位是：公斤/秒。3）单位耗油率：产生1牛顿或10牛顿或1千牛顿或1公斤力每小时所消耗的燃油每公斤单位质量，即公斤/牛顿·时（kg/N·h）、公斤/十牛顿·时（kg/daN·h）、公斤/千牛顿·时（kg/kN·h）、公斤/公斤力·时（kg/kg·h）。4）涡轮

2、前温度：燃气从燃烧室出来在涡轮前的温度。提高涡轮前温度，某种程度上可以提高发动机性能，涡轮前温度的高低某种程度上反映着发动机的水平。5）总增压比：发动机进口和发动机出口的压力比，又称总压缩比，简称总压比，第三代发动机的增压比一般关于全权限数字电子控制（FADEC）技术关键词:全权限数字电子控制　自动控制系统　航空发动机随着飞机、发动机的发展，发动机控制领域的研究成果层出不穷。其中，飞机推进系统控制一体化技术、全权限数字电子控制（FADEC）技术等无疑都代表着当前发动机控制技术的先进水平。由于FADEC有着众多的优点和

3、发展潜力，许多国家都在研制。并且随着新技术、新材料的应用，可靠性问题已得以解决，同时，成本也在不断降低。一、发动机先进控制概念20世纪80年代，以美国NASA为首的多家研究机构通过详细评估鉴定出最值得发展的先进控制概念。在筛选和排序工作中所选择的比较基础是装有先进涡扇发动机的第4代高性能军用战斗机（MHPF）和马赫数为2.4的高速民用运输机（HSCT）及其发动机；所采用的评估判据包括权衡因子和品质因素。其中，权衡因子考虑不同尺寸、燃油及空气流量、效率等影响；品质因素包括起飞重量、耗油率、失速裕度、起动影响以及复杂性、

4、风险、寿命期费用、诊断能力、解析余度等指标。根据评估结论，排在前4位的先进控制概念是：发动机智能控制（IEC）、性能寻优控制（PSC）、稳定性寻求控制（SSC）、主动失速/喘振控制（ASC）。IEC采用的基本方法是进行涡轮发动机的模型仿真，即将所建立的发动机模型加到推进系统的控制中去，直接控制推力和发动机限制参数。这种方法首先需要正确建立发动机数学模型。目前，采用认知工程理论和模糊控制方法处理复杂的发动机动态模型已取得一些仿真试验结果，证明了其实际应用的可能性。但跟踪滤波器需调整的参数（部件特性、性能参数、传感器误差

5、等）很多，给控制方法的实现带来较大的困难。PSC是一种以模型为基础的自适应控制算法，目的是通过实时修正飞行测量参数来调整控制规律，优化发动机性能。这种算法包括一条修正推进模型的路径和一条对模型预估性能进行优化的路径。使用卡尔曼滤波器对非标准发动机按实时状态进行修正，以使模型更贴切地反映发动机的性能。PSC算法已在F-15飞机上进行了飞行试验，试验结果表明推进系统的性能得到了改善。PSC所采用的控制算法包括三种控制模式：最大推力模式、最小耗油率模式、最低风扇涡轮进口温度计算模式。SSC利用控制算法减小对部件稳定性裕度的

6、要求。这种方法将稳定性检查加入到发动机控制逻辑中去，实时地计算非稳定性影响（但不是设计时假设的最坏情况，即各种非稳定因素影响的迭加），对风扇和压气机稳定性进行在线评估，允许控制系统将喘振裕度减至最小，从而提高发动机性能。ASC旨在对发动机喘振进行主动控制，即在刚出现失速的征兆时就采取措施（如调整放气量、燃油流量和导叶角度等）消除失速。过去用于失速控制的算法受到液压机械控制技术的限制，现在则可利用微处理器的能力来实现复杂的新的控制算法。采用这种方法能扩大发动机的稳定工作范围，使发动机在降低了对设计失速裕度要求的状态下仍

7、能稳定工作，从而获得更高的性能。二、FADEC1.FADEC概况FADEC利用数字式电子控制系统的极限能力来完成系统所规定的全部任务，是高性能飞机发动机以及一体化控制必然采取的控制形式，是该领域的发展方向和研制重点。FADEC系统包括燃油泵系统，主燃油、加力燃油计量装置，放气活门控制，变几何位置作动，叶尖间隙主动控制，传感器，专用电源发电机以及电子控制器等完整的控制系统。2.FADEC的优点（1）提高发动机性能。FADEC的计算能力强、精度高，能够在整个飞行范围发挥发动机的最佳性能；能够改善发动机的启动和过渡特性；能

8、够改善发动机安全保护。FADEC的数值计算和逻辑判断能力可在更合理的范围选择控制规律；容易实现发动机控制方案的变动，通过修改软件就可以寻找最佳控制性能。（2）降低燃油消耗量。由于FADEC可实现发动机的最佳控制，因此，发动机控制器更换时，可减少乃至不需要调整运转，加之慢车转速的闭环控制、引气最佳化，结合自动油门等措施，能够减少燃油消耗。（3）提