加力燃油计量装置的AMESim 仿真研究

为获得加力燃油系统数字化仿真与性能验证平台,采用功能划分的方法分析了典型计量装置的功能模块,确定了伺服阀-随动活塞、计量活门-等压差活门是决定计量装置动态特性的主要组成部分,对其进行了数学建模。鉴于获得的数学模型描述系统特性时缺乏相关元件特性参数的设计依据,建立了由计量活门、等压差活门、电液伺服单元等组成计量装置的AMESim模型,计算主要结构参数后仿真分析了其稳态和动态特性。结果表明:基于控制系统构成的加力燃油计量装置功能划分与数学建模可为仿真研究与参数设计提供指导,AMESim可用于动态过程仿真与性能预测。     

涡轴发动机燃油信号故障对策

某型涡轴发动机燃油计量活门位置信号失效后,采取直接停车的处理对策。为了提高燃油系统的可靠性和安全性,设 计了一种基于伺服回路校正的方法。在燃油计量活门位置信号失效后,通过在燃油伺服回路中串联1个校正器,使得校正后的通 路增益为1,计算出合适的电流继续控制燃油执行机构,可避免发动机停车,实现发动机稳定控制。采用基于单点积分的扫频法, 在半物理试验器上辨识出燃油执行机构的高精度数学模型,并根据数学模型设计了校正器的控制参数。在仿真模型、控制系统半 物理试验器以及发动机地面试验台对增加校正器的燃油系统进行试验验证。试验结果表明：该伺服回路串联校正方法可以在燃 油计量活门位置信号失效后,有效控制发动机在一定状态下稳定工作。     

新型高可靠性主燃油控制装置设计仿真研究

为了提高主燃油控制装置的可靠性,在设计方案中增加了泵转换单元和计量转换活门。泵转换单元连接燃油计量子系统和导叶作动子系统,计量转换活门连接主燃油电液伺服阀与热计量电液伺服阀,实现了泵源备份和计量控制备份功能。通过AMESim建立的主燃油控制装置的数学模型对两个新增备份转换装置及功能进行了性能仿真,重点分析了备份切换过程中压力、流量等参数的波动情况。仿真结果表明:泵备份切换和计量备份切换过程引起的燃油波动都能在较短时间内恢复,分别为0.3s和1s。主燃油控制装置在单泵源状态工作时,导叶作动子系统工作正常,对计量燃油子系统的影响极小。     

步进电机驱动的燃油计量装置建模与仿真

为了开发数控燃油计量装置独立仿真平台,利用AMESet建立了基于C代码的步进电机部件模型;对建立的步进电机模型进行仿真,获得了其转角随输入脉冲的关系。建立了由计量活门、等压差活门、增压活门等组成的燃油计量装置机械液压组件AMESim模型,将开发的步进电机模型与计量装置各液压组件模型联结,实现了步进电机驱动的数控燃油计量装置面向对象的建模。仿真结果表明：在正常工作范围内,仿真结果与设计参考偏差在5%以内,所开发的AMESim模型能满足该数控计量装置的稳态和动态特性的研究要求。     

基于数据驱动的主燃油计量装置故障诊断

为建立主燃油计量装置的故障诊断方法,提出一种基于快速存取记录器（QAR）数据的燃油计量参数估计模型建模方法,并结合液压机械控制装置工作原理,给出了基于燃油计量参数残差设计的主燃油计量装置故障诊断方案。设计基于系统辨识的燃油计量活门位置（FMVP）估计模型,采取降阶处理策略以提高模型的估计精度和动态响应速度,在此基础上给出基于多项式拟合的燃油流量（FF）估计模型。结果表明：所建立的FMVP模型估计残差不超过±2%,FF估计模型残差不超过±5%;该方案能够有效地诊断出燃油计量活门故障、线性可变差动位移传感器故障和热式流量计故障。该方案结构简单,不需要大量的调试技术,提高了故障检测精度,具有工程应用前景。     

基于PWM控制的燃油调节器执行元件匹配特性研究

以基于高频脉宽调制(PWM)控制的发动机燃油调节器计量控制装置为研究对象,通过数学模型理论推导出关键执行元件高速电磁阀、脉冲阻尼活门、缓冲器的主要参数静态匹配方程,并与AMESim仿真结果进行对比,验证了方程的准确性。同时,通过AMESim仿真和工程试验得到计量控制装置平衡占空比为50%时的动态匹配特性。为工程实践中航空发动机燃油调节器计量控制模块的设计及故障分析提供了理论依据,具有一定的工程应用参考价值。     

民用涡扇发动机燃油系统健康指标选取

针对民用涡扇发动机燃油系统工作环境恶劣、性能衰退情况频发、表征健康状态的量化指标缺乏的现状,通过机理分析 对发动机燃油系统关键部件（燃油计量装置、压差控制器、主燃油泵和增压关断活门）的健康指标选取策略进行了研究。基于已验 证的某型民用涡扇发动机燃油系统AMESim模型,注入计量活门内泄漏、电液伺服阀零偏增大、压差活门内泄漏、主燃油泵外泄漏 等典型的性能衰退模式进行了性能衰退仿真,并根据燃油系统可测量信息选取了计量活门组件、压差控制器、主燃油泵等作为特 定性能衰退模式的健康指标。仿真结果表明：所选取的健康指标对于典型性能衰退模式表现出了良好的监测能力,可作为燃油系 统健康状态量化指标评估标准,为燃油系统健康管理和视情维修策略的制定提供参考。     

智能燃油计量装置故障诊断算法研究

在分布式控制系统框架下,为完善智能装置功能,以某型民用发动机燃油系统为研究对象,将其关键部件燃油计量装置作为一个智能装置节点,基于SDQ-ARMA系统算法进行位移传感器数据确认与故障诊断,并针对其计量活门的静摩擦力增大的特定性能衰退模式,在提取燃油系统传感器的时域特征的基础上,构建了基于SVM的故障检测算法流程,对燃油系统联合仿真模型进行验证,仿真实例中,故障诊断算法软硬件仿真一致,表明研究算法具有实时性,可为智能装置算法开发提供参考。     

燃油计量型孔几何正反设计方法研究

针对燃油计量活门特殊型孔的几何型面问题,提出了1种分段分析的设计方法。在已知燃油流量和计量活门位移函数关系的条件下,根据随动活塞和燃油流量的函数关系,利用分段型面设计法进行正向设计,在已知计量活门几何型面的条件下,确定开度与随动活塞位移之间的函数关系,进行反向设计用于计算仿真。结果表明,在计量活门工作范围内,正向设计计算结果与实际数据的最大相对误差小于0.5%,证明正向设计方法具有很高的准确性;通过1组实例对正反向设计进行了相互验证,证明反向设计方法具有工程实用性。     

等增益比燃油计量活门型孔设计计算

为解决普通方形、圆形、三角形等燃油计量活门型孔流量增益比变化大的问题,提出了一种等流量增益比的燃油计量活门型孔设计思路。通过理论计算得到了等增益比活门型孔曲线函数的基本形式和详细设计计算方法,并进行了举例计算。流量增益比与计量活门开度扰动量的比值为定值,两者呈正比关系,活门开度扰动量越小,流量增益比越小,即计量精度越高。与方形型孔进行了对比分析,详细说明了等增益比型孔在小流量状态下,增益小抗干扰能力强的优点,并且通过组合型孔设计,避免了等增益比活门型孔大流量状态下的增益过大问题。      

燃油计量组件试验液压控制系统研究

为了准确测试航空发动机燃油计量组件的性能状态,对其性能试验的控制系统进行研究。基于燃油计量组件的结构、工作原理以及试验要求设计液压控制系统,采用由伺服电机、丝杠和光栅传感器组成的位移伺服控制系统实现计量组件阀芯位移的精确控制,提出“泵阀复合控制+进、出口压力协调控制”的控制策略,以实现计量组件出口压力和进、出口压差的精确控制。结果表明:该燃油计量组件阀芯位移控制精度可达到±0.001 mm,计量组件后压力及前后压差的控制精度均可达到±0.002 MPa,该燃油计量组件性能试验控制系统可以满足性能试验的需求。     

某型涡轴发动机等压差活门建模分析

考虑某型涡轴发动机燃油流量调节器通道截面的局部能量损失,推导出流经计量油针的燃油流量方程,在此基础上详细分析等压差活门的功用、结构组成及其工作原理,以连续方程和力平衡方程为基础,采用线性化处理方法,建立等压差活门的数学模型。通过分析等压差活门系统结构,得到等压差活门系统的传递函数,进而对其稳定性进行分析,计算单位阶跃输入的稳态误差。结果表明:以流量方程和力平衡方程为基础建立等压差活门数学模型的方法可行,分析出等压差活门稳定工作条件和稳态误差的主要影响因素,并且为燃油调节器数学模型的建立以及仿真计算奠定了基础。     

A novel low pressure-difference fluctuation electro-hydraulic large flowrate control valve for fuel flowrate control of aeroengine afterburner system

To address the control accuracy of large fuel flowrate during pressure fluctuation, a novel electro-hydraulic fuel metering unit(FMU) is constructed for afterburner fuel system of military aeroengine. Different from the previous FMU, the proposed FMU can achieve the higher precision opening control by a new metering valve with double control chambers(MVDCC), and realize the lower pressure difference fluctuation regulating by a novel two-stage constant pressure difference compensated valve(CPDCV)...     

涡扇发动机加力燃油计量装置建模与性能分析

航空发动机加力燃油计量装置对于准确实现加力燃油控制规律和加力接通与切断过渡过程的性能至关重要。为了对某涡扇发动机加力燃油计量装置的性能进行深入分析,采用面向对象的建模软件AMESim对加力燃油计量装置进行建模,对该装置动态性能、抗干扰能力以及指令压力实现、逆序切油功能等进行了深入研究。结果表明：该加力燃油计量装置性能优良,可以实现设计要求的功能。所建模型可供加力燃油计量装置的设计、改进改型和性能优化参考     

Evaluation of thermal effects on temperature-sensitive operating force of flow servo valve for fuel metering unit

The temperature-induced variation in operating force of flow control valves may result in performance degradation or even jam faults of fuel metering unit (FMU), which significantly affects the safety of aircrafts. In this work, an analytical modeling approach of temperature-sensitive operating-force of servo valve is proposed to investigate the temperature characteristics in varying temperature conditions. Considering the temperature effects, a new extended model of flow force is built and an analytical model of valve friction is also derived theoretically based on the dynamic clearance induced by thermal effects. The extremum condition of friction is obtained to analyze the characteristic-temperature points where jam faults occur easily. The numerical results show that flow force increases firstly and then decreases as temperature increases under a constant valve opening. The maximum friction of flow servo valve can be uniquely determined when the structural parameters and ambient temperature are given. The worst situation just happens at the characteristic-temperature points, which are linearly related to the axial temperature gradients of valve spool. Such evaluations may give an explanation for the temperature-induced jam faults of vulnerable valves and provide a reference for designers to determine a suitable working-temperature range of valves in practice.     

航空发动机主供油计量活门故障主动容错控制器设计

针对航空发动机主供油计量活门执行机构发生故障时,系统的输出将会发生跳变,不能很好地跟踪系统期望输出的现象,采用模型参考自适应方法设计了主动容错控制器来解决这一问题.首先针对执行机构故障问题进行了数学描述.其次,选取系统的标称模型为参考模型,以输出误差最小化为优化目标,基于李雅普诺夫稳定性原理,寻找合适的自适应调节律,设计了自适应容错控制器.最后,针对发动机某一工况点进行了不同故障情况下的数值仿真.仿真结果表明:在主供油计量活门发生跳变故障和卡死故障时,自适应容错控制器可以通过参数自动调节,使得系统的输出能够很好地跟踪模型的输出,跟踪误差最终逼近于零.      

航空发动机电液伺服系统机载模型监控设计

为了监控航空发动机电液伺服系统中不易通过机内测试电路诊断的异常或故障,提出一种机载模型监控方法,采用AMESim工具进行系统的建模,之后对模型进行校准、实时化和线性化处理。在对监控算法进行了设计与仿真之后,用C代码编程实现了模型监控算法,并运行于发动机电子控制器中。对某发动机燃油计量装置的试验表明:机载模型监控可以有效监测系统中因元部件性能衰减、卡滞、零偏漂移等引起的异常或故障,并能补偿电液伺服阀的零偏漂移和容错运行,避免控制功能失效或过快降级。可为航空发动机及相关领域的电液伺服系统机载模型监控设计提供参考。