[发明专利]一种航空发动机燃油计量系统改进策略及其控制器设计方法

说明书

一种航空发动机燃油计量系统改进策略及其控制器设计方法，通过调整压差控制器组件结构、增加计量活门前后压差为新控制变量方式，将传统的定压差流量计量装置改进为新型变压差燃油计量装置，由计量活门的前后压差和流通面积的双变量控制来实现期望燃油流量；根据变压差燃油计量系统增加最大流量范围并提高精度的需求，提出计量活门的压差采用有级控制模式，流通面积采用无级控制模式的一种双变量控制规律。在航空发动机大流量需求下，通过适当增大压差值，在当前最大流通面积的条件下可获得更大的燃油流量，扩大燃油流量计量范围；小流量需求下，在计量活门型孔的结构固定的条件下，通过减小压差值来降低流量增益，提高系统的计量精度。

技术领域

本发明提供了一种航空发动机燃油计量系统改进策略及其控制器设计方法，属于航空宇航液压机械系统设计及仿真领域。

背景技术

航空发动机燃油计量系统的主要功能是根据发动机不同工作状态的任务需求，给燃烧室提供不同流量的压力燃油，以保证发动机在各状态下都能稳定、可靠地运行。目前，国内航空发动机燃油计量系统多为定压差燃油计量结构，采用压差控制器与计量活门的组合方式，通过压差控制器保证计量活门前后的燃油压力差恒定，进而使发动机的供油量仅取决于计量活门的开度。随着航空发动机飞行包线的扩展、性能的提升，发动机对燃油流量的范围、燃油控制精度及快速性的要求日益提高，在燃油控制系统的重量和控制品质等方面也都提出了更为苛刻的要求。尤其，在发动机对大燃油流量和小燃油流量需求差异极大的情况下，常规的定压差燃油控制系统难以满足大流量需求下的响应速度要求和小流量需求下的控制精度要求。为解决此问题，本专利提出一种航空发动机变压差燃油计量系统设计思路及相应的双变量控制器设计方法。

发明内容

为了使航空发动机燃油计量系统在更大的流量范围内对燃油流量实现更高精度的调节，本发明提出一种改进定压差燃油计量系统为变压差燃油计量系统的方法，并给出相应的双变量控制器设计策略。

一种航空发动机燃油计量系统改进策略及其控制器设计方法，步骤如下：

步骤1.设计变压差燃油计量装置

基于传统的定压差燃油计量系统，调整压差控制器组件，即去掉压差活门而仅保留回油活门，并附加一个回油活门的位置控制通道，通过回油活门的开度来控制计量活门前燃油的回油量，从而改变计量活门前后压差达到变压差目的，实现传统的定压差燃油计量装置改进为新型变压差燃油计量装置，此时流过计量活门的燃油流量由计量活门前后压差ΔP和流通面积A_l共同决定；

步骤2.设计新型变压差燃油计量装置控制系统

在传统定压差控制模式基础上，增加计量活门前后压差作为一个新的控制变量，设计一种由计量活门前后压差ΔP和流通面积A_l双变量控制的新型变压差燃油计量系统，与计量活门相连的位移传感器将计量活门当前位置信号反馈到电子控制器，实现计量活门位置的闭环控制(反映燃油流通面积A_l)，安装在计量活门前后油路的压力传感器将当前计量活门前后的燃油压力信号反馈到电子控制器，实现回油活门位置的闭环控制(反映计量活门前后压差ΔP)，该新型变压差燃油计量系统通过计量活门前后压差和流通面积的双变量控制来实现燃油流量的计量；

步骤3.设计新型变压差燃油计量系统的双变量控制规律

根据新型变压差燃油计量系统增加最大流量范围以及提高小流量精度的需求，双变量控制中，计量活门前后压差ΔP采用有级控制规律，即“小流量-小压差”、“大流量-大压差”的分级原则，计量活门的开度(反映流通面积)则采用无级控制规律，即由期望燃油流量Q和确定的压差ΔP，依据流量方程式(1)

式中：Q——流过计量活门的燃油流量，

C_d——计量活门的流量系数，