FADEC的发展

一、演变目前世界上民航发动机制造厂生产的新机广泛使用FADEC（全功能或称全权限数字电子控制），而且走的是大体相似的道路，即，先研制有限功能的EEC（发动机电子控制器），辅助液压机械式控制器的工作，成功后发展EEC为全权控制，完全取代原液压机械式控制器的计算功能，这就是今天广泛采用的FADEC系统。例如：普·惠公司装在B767、A310的JT9D－7R4发动机上用的是EEC103（监控型），辅助FCU（JFC68－7燃油控制器），而到了B757的PW2037发动机则发展为EEC104全权控制。后来，B747－400、A300、MD－11的PW4000发动机上…     

鲁棒控制用于涡喷发动机控制器设计

基于LMI(LinearMatrixInequality,线性矩阵不等式)的方法,将PID控制律与鲁棒技术交叉结合,考虑了控制受限条件,提出了一种基于LMI的输出反馈PI控制器分段设计的切换方法。这一技术应用于某型涡喷发动机全功能的数字式电子控制器的稳态控制中,并介绍了该型涡喷发动机控制系统的组成,包括硬件、软件、步进电机执行机构及燃油计量装置。设计的电子控制器在发动机半实物仿真平台上进行了鲁棒性能的验证,实现了电子控制器的等转速调节功能和逻辑监控保护功能,满足涡喷发动机多功能FADEC控制要求。      

航空发动机全权限数控系统研究和试飞验证

以某型发动机为控制对象,研究航空发动机全权限数字电子控制系统(FADEC)。对数控系统的总体结构、控制规律、故障诊断及余度设计、电子控制器、液压机械装置、控制软件开发等关键技术分别进行了讨论。通过试飞,验证了该数控系统功能和性能及其关键技术。试飞结果表明,使用全权限数字电子控制系统取代传统的液压机械调节器不仅扩展了发动机控制系统的控制功能,同时也更有效地发挥了航空发动机的性能,改善了发动机的操纵性、维护性和可靠性。      

面向对象的航空发动机电子控制器建模与仿真

为了模拟航空发动机电子控制器的结构和功能,根据1种典型的民用涡扇发动机数字电子控制器的硬件结构和工作原理,采用基于面向对象的建模方法,为航空发动机数控系统仿真平台FADEC Works搭建了数字电子控制器部件仿真类库,利用数字电子控制器部件仿真类库建立了双通道数字电子控制器模型,在FADEC Works仿真平台上与发动机模型进行了集成,构成了航空发动机闭环数控系统,并对搭建的双通道数字电子控制器模型进行了仿真和验证。结果表明:利用数字电子控制器部件仿真类库搭建的数字电子控制器模型能够模拟数字电子控制器的运行过程。该模型可应用于控制运行逻辑、故障诊断逻辑、通道切换逻辑的开发、集成、测试和验证。     

民用货机载重平衡控制方法研究

主要研究了民用货机的载重平衡控制方法。过去二十年，国内民航客改货机队规模大幅增加。由于货机的结构限制多、装载舱位多等特点，货机的载重平衡控制显得尤为重要。目前国内货机广泛使用基于EXCEL单机版电子舱单，为此对宽体货机电子舱单也进行了调查研究。基于航司日常运行实践，并结合民航规章的要求，介绍了货机的载重平衡控制方法。对于飞机重心包线削减需要考虑的因素进行了研究分析，包括货物装载的误差，机组的移动，燃油的重量与重心波动曲线等。给出了典型货机的燃油系统、纸质平衡图、电子舱单样例、操作限制以及发动机对飞机重心的影响等实际案例。文中末尾从装卸顺序，飞机重量文件管理，发动机等方面还研究了对飞机重心影响的其它因素。通过研究调查，增进对民航载重平衡相关领域业务的了解，并给相关专业人员提供一定价值的参考。     

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。     

基于TTP/C总线的开放式电子控制器的设计 及HIL仿真试验研究

开放式电子控制器具有模块化程度高、可靠性好、维护方便、全寿命周期成本低等特点,是未来航空发动机电子控制器的发展方向之一。基于自主开发的TTP/C总线构建了1个拥有3个智能节点的开放式电子控制器,实现了主机控制器与TTP/C总线控制器的接口设计,以及转速信号和油针位置信号的采集及其闭环控制和转速闭环控制功能,利用FADEC系统接口模拟器开展了HIL仿真试验研究。研究表明:基于TTP/C总线构建的开放式电子控制器的各智能节点能协调可靠地实现发动机的控制功能,同时具有实时性好、安全性高、开发维护方便等特点。     

从JT3D到JT9D发动机燃油控制器的演变

本文分析和说明了由美国汉米尔顿标准公司生产的 JFC25(JT3D)、JFC60(JT8D)、JFC68(JT9D)发动机燃油控制器的演变和共同特征,使用多环顺馈补偿干扰对发动机推力的影响,以及进一步采用发动机电子控制器(EEC)精确控制发动机推力输出。     

100N推力级微小型涡喷发动机数字式电子控制器研究

建立了100N推力级微小型涡喷发动机模型,应用鲁棒控制算法进行了控制器软、硬件系统开发设计;提出了全新的仿真方法,用该方法对控制器进行了仿真,取得了良好的效果。电子控制器不仅具备等转速调节功能,且有足够的逻辑、多种控制监测和保护功能,完全符合多功能FADEC控制的要求。     

直升机发动机控制系统

本文对直升机发动机控制系统作了简单介绍。对直升机发动机控制系统的基本要求、工作特点和直升机发动机液压机械式控制系统,监控式电子控制系统作了较详细的说明。描述了直升机发动机全权限数字式电子控制系统功能及主要技术要求。通过国外三种典型直升机发动机控制系统的比较,进一步指出：我们应当大力开发、应用FADEC系统。     

航空发动机控制逻辑设计

以成功设计的航空发动机液压机械控制系统和模拟电子控制系统为基础,从中抽取出了相应的控制逻辑,并将它们应用到了数字电子控制系统设计当中。仿真表明,控制逻辑设计的应用是成功的,它可以大大简化控制系统结构,为鲁棒控制器等高阶控制器在航空发动机数字电子控制系统中的应用奠定了基础。     

国外涡桨发动机控制技术的发展

概述了国外涡桨发动机的发展状况,分析了涡桨发动机控制系统相关的若干关键技术,包括不同类别涡桨发动机的工作参数、特点、性能、螺旋桨模型、控制系统设计方法、故障诊断技术等。主要剖析了早期的Garret公司YT76单轴涡桨发动机液压机械控制系统的自适应燃油控制逻辑、实现方法,此外,对PW加拿大公司3轴涡桨发动机从第1代具有监控功能的数字电子控制系统及液压机械备份PW120发动机控制系统到具有双通道全权限数字电子控制功能的PW150发动机控制系统的发展历程进行了重点分析,旨在为国内涡桨发动机控制系统的技术发展提供1条清晰的思路。     

航空发动机数字电子控制综述

主要对航空发动机监控型电子控制和全权限数字电子式控制进行了论述。它们的特点表明,发动机数字电子控制有广泛的应用前景和价值。     

航空发动机压气机导流叶片调节器切换特性

为了提高飞行可靠性,航空发动机导流叶片调节器采用数字电子控制为主控方式,并辅以液压机械备份控制器。为此对数字电子控制器的切换特性进行了研究。对所设计的导叶调节器切换过程进行动静态仿真,结果表明:数字电子控制器出现故障后,采用切断电子控制通道的处置方式可以满足系统对切换过程平稳和安全的要求,且系统切换至液压机械备份控制器后,各项技术指标可以满足航空发动机对该导流叶片调节器的要求。     

某型小涡喷发动机数控系统设计及试验

根据某型小涡喷发动机的控制要求,制定了数字电子控制系统的控制方案,设计了发动机起动、加 减速和稳态控制的控制规律。研制了数字电子控制器,完成了控制软件设计,并进行了控制系统半物理模拟试验。试验结果表明,设计的数字电子控制系统性能良好,满足某型小涡喷发动机的控制要求。     

基于数据集中器的超燃冲压发动机分布式控制系统通信方案设计

为满足超燃冲压发动机的控制需求,开展超燃冲压发动机分布式控制系统通信方案设计研究。通过研究超燃冲压发动机的部件特性和控制需求,给出了超燃冲压发动机控制系统所需要测量的参数。设计基于数据集中器的部分分布式控制系统并对控制系统结构、总线选择、通信方案设计等关键技术进行阐述。在部分分布式控制系统中,全权限数字电子控制器(FADEC)实现控制及冗余切换管理功能并与飞机系统进行数据交互,FADEC原有的信号处理功能及故障检测功能被分散到数据集中器一级。在MATLAB环境下利用True Time仿真工具箱搭建分布式控制仿真系统对通信方案进行验证。仿真结果表明该通信方案在250kbit/s传输速率下的带宽利用率为41.14%,各节点消息传输没有冲突且传输时延不超过16.1ms。     

实时操作系统在发动机数字电子控制器中的尝试

在自主设计的电子控制器硬件平台上,利用实时操作系统Sm all RTOS51开发了控制软件;介绍了控制系统的任务划分、时钟节拍和中断管理3个方面的设计方法。在发动机台架上对微型涡喷发动机进行的起动过程控制和转速闭环调节试验表明,该控制软件在时间精度和可靠性方面能够满足发动机控制的要求。     

基于EHM软件思路的QAR数据处理

EHM软件应用于发动机巡航阶段的QAR数据处理,一方面可以发挥QAR数据的优势,弥补了ACARS数据量小的缺点,另一方面为QAR数据监控和管理提供思路,服务于发动机排故和机队管理,提升民航飞行安全水平。     

发动机性能监控实用方法和原则

安全工作重于泰山，“安全关口前移”是近年来民航安全管理中提出的新思路，作为飞机维修保障单位，运用状态监控技术，如发动机性能监控、内窥、磁堵检查、油样分析等方法，正是落实“安全关口前移”这一新的安全管理理念，实施预防性维修的具体体现。本文即是笔者多年从事CFM56-3CI发动机性能监控工作的一些体会。     

基于机电伺服控制的液氧煤油发动机推力调节技术

针对补燃循环液氧煤油发动机推力调节需求,根据发动机系统特点,提出了基于机电伺服控制的发动机推力调节方案。论证了推力调节机电伺服系统组成、工作过程、机电伺服作动器和伺服控制器方案;提出了系统功能失效安全的伺服系统故障保护方案以及融合伺服控制器自检测和自诊断结果、发动机热力参数的发动机推力调节故障监控方案;开展了推力调节机电伺服系统稳动态特性仿真、负载模拟试验、冷调试验、环境试验和发动机热试考核。结果表明:该系统调节性能、可靠性和环境适应性满足发动机推力调节应用需求。