西门诺尔飞机燃油压力自动控制系统研究

飞机燃油系统的功能是保证飞机在一切可能的状态和工作条件下连续地工作可靠地向发动机提供具有足够流量和压力的燃油。燃油压力是飞机发动机的主要参数之一，其可靠性和维护性对飞机的整体性能有很大影响，并且实时、精确地控制燃油压力对于飞行安全具有重要意义。然而，西门诺尔飞机燃油压力控制一直是由人工操作来完成，即飞行员读取燃油压力表所指示的燃油压力并判断是否超出正常范围（0．5—8PSI），如果超出正常范围，     

微型发动机温度限制保护闭环控制设计方法

针对微型涡喷发动机转子转速闭环设计的控制结构中涡轮出口温度对燃油供给率变化敏感的问题,尤其在快速推油门杆时可能会超温,提出了1种带涡轮出口温度限制保护的闭环限制控制器的设计方法。该方法采用了双回路的闭环结构方式,并采用控制参数相似变换的增益调度增量式PI控制方法,实现了稳态/过渡态的发动机转速、温度闭环控制,所述算法在Simulink环境下进行了地面和高空的仿真验证。结果表明:控制系统在保证转子转速伺服跟踪性能的要求下还具有温度保护功能。     

某型涡轴发动机高低温起动性能试验与分析

开展了采用RP-3燃油和RP-5燃油的涡轴发动机高低温起动性能对比试验。分析了不同环境温度下转子的阻力矩和电动机扭矩的变化规律,指出了当前计算方法的局限性;对比了环境温度、燃油种类、燃油流量对发动机起动性能的影响,摸索出了该型发动机低温起动极限温度。试验结果表明:随着温度降低,滑油黏度增大,转子阻力矩增大,发动机带转转速和转子自转时间显著降低;在极限低温条件下,两种燃油对涡轴发动机起动性能影响非常大,而在高温条件下,采用上述两种燃油,发动机起动性能基本一致;该型发动机采用RP-3燃油能在-40 ℃环境下成功起动,而采用RP-5燃油,经过调油等措施最终只能在-20 ℃环境下成功起动;在一定范围内,增加燃油流量,能改善发动机采用RP-5燃油的起动能力。研究结论为同类发动机高低温试验提供了参考。      

航空发动机燃油系统功率管理浅析

航空发动机燃油系统消耗功率增加,对发动机的推力和耗油率有较大影响,导致燃油温度升高,发动机性能和可靠性降低。对燃油系统功率进行管理,可有效降低燃油系统的输入功率,减少燃油系统产生的热量,从而提高发动机性能。通过对发动机燃油系统消耗功率机理的分析,找出了影响燃油系统输入功率的主要因素,并提出几种可行的燃油系统功率管理方法。研究结果表明,通过燃油系统功率管理,可在保证控制性能的前提下,有效降低燃油系统的输入功率。     

冲压发动机油箱传热理论研究

为了研究冲压发动机长时间飞行后燃油温度是否超过所选用非金属材料的承受温度限制,使用试验测量数据构建了油箱内流和外流的传热模型,获取了不同工作状态下油箱内壁面的平均换热系数,拟合了换热系数与飞行马赫数和高度的函数关系式。对极限高温环境,典型理论飞行轨迹下油箱燃油温度和燃油使用率进行了研究。计算结果表明,飞行高度越低,马赫数越大,则换热系数越大。油箱内燃油的质量对燃油温度有重要影响。最终燃油温度不大于非金属材料承受温度180℃。      

航空发动机控制系统的研发与展望

对国内外军用航空发动机控制系统的研制现状和今后的发展方向进行了归纳和分析,主要对主燃油控制、加力燃油控制、尾喷管控制、防喘控制、发动机状态监视和故障诊断各系统的技术特点,方案选择,研究动向进行了介绍和评述。从航空发动机控制系统近年来取得的进展,特别是全权限数字电子控制(FADEC)技术的研究和应用,可以看出航空发动机控制系统的发展潜力巨大,将会对飞机和航空发动机的研制和发展产生巨大的影响。      

飞机环境控制系统出口温度计算方法

为保证飞机座舱环境和设备舱电子设备正常工作,现代飞机大都采用高压除水空气循环制冷系统进行环境控制,针对系统出口温度这一重要参数,在给定条件下,通过定性、定量相结合的分析方法,推导出了飞机环境控制系统出口温度的计算公式,找出了系统出口温度与水分离器出口温度及涡轮膨胀比的关系,并对误差进行了分析,给出了修正方法,对飞机环境控制系统设计计算具有指导作用。     

波音737飞机发动机控制及指示技术的发展

航空发动机的工作是随着飞机飞行条件的变化而变化的.要在飞行中保持给定的发动机工作状态或按希望的规律来改变发动机工作状态,就必须对发动机进行控制(包括推力控制、过渡控制和安全限制等),使发动机性能发挥良好,工作可靠性得到最好保证.     

干簧管性能筛选试验方法研究

来源于航空部件产品制造工业实际,针对飞机燃油自动耗油控制系统中使用的干簧管在特定环境应力条件下的使用要求,简述了干簧管工作原理和使用性能特点,分析干簧管在苛刻的工作条件下产生故障的原因和模式.对使用前的二次筛选试验方法进行改进,对比传统试验方法可以有效筛选出有故障或有故障隐患的干簧管,可以提高飞机部件产品和整套燃油自动控制系统的可靠性,保障飞机燃油的自动供给功能,使飞机整机安全性能提高.     

民用飞机燃油温度指示系统研究

民用飞机设置燃油温度指示系统对燃油箱内的燃油温度进行持续监控,以避免燃油结冰,并确保燃油系统向发动机/APU提供的燃油符合温度要求。介绍了民用飞机燃油温度指示系统的组成和设计要点,以单通道民用客机为例对燃油温度告警设定考虑因素及告警值设定、告警等级及飞行员操作等进行分析。提出燃油温度传感器安装位置应考虑飞机燃油泵安装位置及耗油顺序、耗油规律,燃油温度告警类型应考虑飞机系统设计架构,针对飞行过程中燃油箱内燃油温度会增高的构型设置高温告警,除特殊构型外应设置燃油低温告警,燃油低温告警阈值应综合考虑燃油冰点、发动机/APU正常工作所需的入口燃油温度,确保燃油箱内的燃油温度符合要求。低油温告警触发后,飞行员应结合燃油种类及冰点对飞机进行操作。     

基于飞发一体化的滑油系统热性能仿真

航空发动机滑油系统与飞机、发动机的关联参数有限。为准确表达变工况滑油系统的热性能,通过研究发动机轴承腔热性能与转子转速及主流路温度参数的拟合关系,将主机温度、燃滑油参数作为输入,对发动机滑油系统在飞行剖面上典型飞行状态点的热性能参数进行了迭代计算;针对管壳式燃滑油散热器结构及运行特性,计算了散热器换热性能。建立轴承腔和散热器的数学模型;基于系统流动仿真平台,利用内部的二次开发环境编写出C#语言代码,开发出了适用于发动机的轴承生热模型和散热器模型,实现发动机滑油系统与发动机燃油系统及飞机热管理系统的联合计算;在航空发动机、飞机变工况输入条件下,进行滑油系统、发动机整机及飞发一体化的变工况热性能迭代计算,并与试验数据进行对比。结果表明：该计算方法误差小于5%,可较准确地反映变工况条件下的热管理相关参数,为飞发一体化热管理联合仿真分析提供可靠的数据来源。     

飞机燃油系统热管理研究

为了充分利用飞机所载燃油作为冷源来冷却飞机的其他机载设备与系统,发挥燃油的最大使用效益,提出了飞机燃油系统热管理.通过对飞机燃油系统中流体网络的关键部件燃油增压泵、液动涡轮泵和管网进行数学建模以求解流体网络各节点的流量、压力、温度和热损失,从而能预测出各种情况下换热器前的燃油入口温度和进入飞机发动机前的燃油温度.研究内容可为飞机燃油这一冷源的综合利用及飞机燃油系统的热管理提供科学依据.      

Efficiency optimized fuel supply strategy of aircraft engine based on air-fuel ratio control

Accurate fuel injection control of aircraft engine can optimize the energy efficiency of UAV power system while meeting the propeller speed requirement. Traditional injection control method such as open-loop calibration causes instability of fuel supply which brings the risk of power loss of UAV. Considering that the closed-loop control of AFR can ensure a stable fuel feeding, this paper proposes an AFR control based fuel supply strategy in order to improve the efficiency of fuel-powered UAV while obtaining the required engine speed. According to the optimum fuel injection results, we implement fuzzy-PID method to control the set AFR in different situations. Through simulation and experiment studies, the results indicate that, to begin with, the calibrated mathematical model of the aircraft engine is effective. Next, this fuel supply strategy based on AFR control can normally realize the engine speed regulation, and the applied control algorithm can eliminate the overshoot of AFR throughout all the working progress. What is more,the fuel supply strategy can averagely shorten the response time of the engine speed by about two seconds. In addition, compared with the open-loop calibration, in this work the power efficiency is improved by 9% to 33%. Last but not the least, the endurance can be improved by 30 min with a normal engine speed. This paper can be a reference for the optimization of UAV aircraft engine.     

基于适航要求的飞机和发动机多余度信号表决设计

为保证机双发或4发在相同油门杆／操纵杆角度下的推力／功率一致,发动机控制系统可使用来自飞机的环境温度、 压力信号。适航要求当飞机信号发生错误时发动机推力变化不超过3%,因此发动机控制系统需要具备飞机信号容错能力。为满 足以上要求,以发动机传感器信号为基准,根据适航条件计算飞机各信号的加权系数,综合发动机传感器基准信号、飞机信号加权 系数及其优先级顺序,设计出飞发系统之间多余度信号加权平均综合表决算法。结果表明：利用该算法,在同时满足飞机多台发 动机推力一致性需求和适航要求的前提下,可选择出精度、可信度较高的信号,在信号选择状态发生变化时,能够保证发动机推力 平稳过渡。     

氢动力冲压发动机冷却分析

在氢动力航空器上以低温燃料氢为冷却剂,对冲压发动机进行多级冷却,通过与以往的方案对比,确定了多级冷却加涡轮做功的方案,这种方案的优势在于不仅对发动机热部件提供了冷却,而且输出了功率。在此基础上进行数学建模,通过理论分析,推导出燃料热沉降率、燃料节省比以及输出功率三个参数与涡轮级数和总压比的关系。通过给定的状态,分析了各个参数的变化范围,由此确定出总压比和涡轮级数最优的参数选取,作为对新型氢燃料航空器冲压发动机的冷却系统设计的参考,以节省不必要的时间和技术浪费。     

基于GasTurb/MATLAB的航空发动机部件级模型研究

基于航空发动机总体性能分析软件GasTurb及其源代码,利用动态链接库技术实现在控制系统开发平台MATLAB下直接调用GasTurb部件级动态模型,并在Simulink下建立了包含涡喷、涡扇、涡轴、涡桨在内的22种发动机类型的部件级模型库,实现了两者之间的无缝衔接.应用实例与仿真结果验证了所建模型的有效性与高度可定制性.消除了从总体性能分析阶段过渡到控制系统开发阶段存在的交互障碍,为发动机控制和故障诊断研究提供了一种灵活的仿真平台.      

自适应变循环发动机性能优势评价方法

为了综合评价自适应变循环发动机相比常规涡扇发动机的性能优势,提出了从发动机耗油率降低和质量增加2个维度以及从发动机耗油率、飞机燃油消耗量和燃油效率之间关系的角度来评价自适应变循环发动机性能的2种方法。结果表明:发动机耗油率降低和质量增加之间存在某个平衡点,只有质量增加幅度小于耗油率降低幅度时,才能体现自适应变循环发动机的性能优势,并且飞机航程越长,越能体现自适应变循环发动机耗油率降低带来的优势;发动机耗油率、飞机燃油消耗量和燃油效率之间呈指数关系变化,当假设飞机巡航航程为3500 km、飞机升阻比为10.5时,自适应变循环发动机巡航耗油率相比常规涡扇发动机的降低1%,可使飞机燃油消耗量减少约1.9%,飞机燃油效率提高约2.4%。     

高空环境下喷嘴参数对航空活塞发动机燃烧与性能的影响

以一台四缸四冲程压燃式航空煤油活塞发动机为研究机型,运用工程系统高级建模和仿真平台软件(AMESim)仿真软件建立了发动机的整机模型,并使用台架实验的采集数据对该仿真模型进行了验证。在高空环境中,仿真分析了飞行器起飞工况、最大巡航工况下发动机喷油器的不同喷孔数、孔径对发动机燃烧过程、性能和NOx排放特性的影响。计算结果表明:稳态工况下,随着喷孔数的增加,最高燃烧压力和温度增加,瞬时放热率增长速度快且峰值上升;同时,缸内预混燃烧得到强化,燃烧始点提前,滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧重心前移,循环热效率增高,但同时会提高NOx的生成量;在飞行器瞬态变海拔的起飞工况下,多喷孔数、小孔径的喷油嘴有利于航空活塞发动机在高空环境下恢复发动机功率,提升飞行器的动力性和续航性能。      

高超声速飞行器发动机热防护与发电一体化系统

在对高超声速飞行器的热防护和机载设备电能需求的综合考虑下,立足发动机能量管理优化,结合CO2的物性特点,提出了以超临界CO2为循环工质的高效热防护与高温发电一体化系统。此一体化方案可以在实现发动机热防护的同时,提供电能、并减少冷却用燃油流量。基于燃油为该一体化系统的唯一热沉,通过理论分析和计算,提出了两个一体化系统,通过对一体化系统的优化分析,给出了提高一体化系统性能的措施:尽量提高燃油在CO2冷却器中被加热的终态温度以及采用回热来提高CO2闭式布雷顿循环的性能,该系统的热效率可达到17%。相对于采用蓄电池和燃料电池为机载设备供电的方案,当飞行器飞行时间为30 min,该一体化系统的净增质量分别降低85%和68%,体积分别降低81%和59%。      

某航空活塞发动机进、排气正时优化

利用基于仿真的遗传算法优化方法,对某型点燃式航空活塞发动机气门正时优化进行了研究。通过耦合发动机性能模型与modeFrontier专业优化软件,以提高发动机巡航工况下有效功率和降低燃油消耗率为目标对发动机的进、排气正时和进、排气持续期进行了优化。分析结果表明:相比于原机,通过优化进、排气门正时和进、排气持续期,发动机在巡航工况下燃油消耗率降低2.5%,功率提升7.3%;优化后的进、排气参数也可以提升发动机节气门全开时发动机的性能,减少飞行器的起飞滑跑距离。