航空发动机控制系统设计技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 航空发动机控制技术的发展 1

1.1.1 液压机械控制 2

1.1.2 液压机械＋电子控制 2

1.1.3 全权限数字电子控制 3

1.2 FADEC技术的发展 3

1.2.1 国外FADEC技术的发展历程 3

1.2.2 我国FADEC技术的发展 9

1.2.3 FADEC技术的发展趋势 12

1.3 FADEC系统的一般设计流程及本书内容安排 15

1.3.1 FADEC系统的一般设计流程 15

1.3.2 本书内容安排 15

第2章 控制系统设计的技术要求 16

2.1 航空发动机控制计划 16

2.1.1 航空发动机的工作状态 16

2.1.2 航空发动机各工作状态的使用限制 17

2.1.3 航空发动机控制变量的选择 19

2.1.4 起动过程的控制计划 20

2.1.5 非加力工作状态的控制计划 21

2.1.6 加力工作状态的控制计划 30

2.2 控制系统的功能要求 36

2.2.1 航空发动机控制系统的功能 36

2.2.2 控制功能的详细描述 38

2.3 控制系统的性能要求 58

2.3.1 稳态性能指标 58

2.3.2 动态性能指标 59

2.3.3 切换性能指标 59

2.3.4 执行机构回路控制品质要求 59

2.4 控制系统的工作环境要求 62

2.4.1 电子控制器工作环境 62

2.4.2 燃油附件工作环境 62

2.5 安全性、可靠性、维修性、保障性、测试性设计要求 62

2.5.1 安全性设计要求 62

2.5.2 可靠性设计要求 63

2.5.3 维修性设计要求 63

2.5.4 保障性设计要求 64

2.5.5 测试性设计要求 64

第3章 控制系统的总体方案设计 65

3.1 控制系统的基本结构 65

3.1.1 控制系统的总体结构和功能分配 66

3.1.2 主燃油流量控制 67

3.1.3 风扇进口可调叶片角度控制 68

3.1.4 高压压气机进口可调静子叶片角度控制 69

3.1.5 加力燃油流量控制 69

3.1.6 尾喷口喉道截面面积控制 70

3.1.7 矢量喷口控制 71

3.2 控制系统余度设计 71

3.2.1 控制系统可靠性的基本概念 71

3.2.2 控制系统典型结构余度分析 73

3.2.3 控制系统结构余度设计 77

3.3 控制系统精度分析 83

3.3.1 在给定控制计划下控制精度的选择 83

3.3.2 根据控制精度选择控制计划 86

3.3.3 传感器精度计算方法 87

3.3.4 传感器精度计算 88

3.4 控制系统稳定性分析 92

3.4.1 主燃油流量控制回路 92

3.4.2 尾喷口喉道面积控制回路 97

3.4.3 其他控制回路 101

3.4.4 多回路共同工作对系统稳定性的影响 101

3.5 控制系统可靠性分析 105

3.5.1 控制系统可靠性模型的基本概念 105

3.5.2 典型结构的故障树模型 107

3.5.3 对控制系统方案的可靠性建模与预计 109

3.5.4 控制系统可靠性指标分配 110

3.6 电子控制器原理方案 112

3.6.1 电子控制器主要功能设计 112

3.6.2 电子控制器总体架构设计 113

3.7 燃油系统原理总体方案 117

3.7.1 燃油系统的主要功能设计 117

3.7.2 燃油系统的总体架构设计 118

3.7.3 主燃油系统原理方案 119

3.7.4 加力燃油系统原理方案 121

3.8 传感器参数设计与选型配置 123

3.8.1 压力传感器 123

3.8.2 喘振传感器 124

3.8.3 发动机进口总温传感器 124

3.8.4 高压压气机进口气体总温传感器 124

3.8.5 低压涡轮出口温度传感器及集电环 125

3.8.6 喷口喉道面积传感器 125

3.8.7 转速传感器 125

3.8.8 火焰传感器 126

第4章 控制律设计 127

4.1 位置伺服回路控制 128

4.2 主燃油流量控制 134

4.2.1 稳态点控制 134

4.2.2 增益调参 136

4.2.3 基于相似理论的增益调参 139

4.2.4 限制保护控制 140

4.2.5 加减速控制 142

4.2.6 起动控制 147

4.2.7 主燃油流量控制综合 149

4.3 加力燃油流量控制 150

4.4 风扇进口可调叶片角度控制 151

4.5 高压压气机进口可调静子叶片角度控制 151

4.6 喷口控制 152

4.6.1 喷口开环控制 152

4.6.2 喷闭环控制 153

4.7 矢量喷口控制 156

第5章 数字电子控制器设计 158

5.1 数字电子控制器设计概述 158

5.2 输入信号处理模块设计 159

5.2.1 模拟信号处理电路 159

5.2.2 频率信号处理电路 165

5.2.3 离散量信号处理电路 167

5.2.4 信号采集电路 168

5.3 控制处理模块电路设计 170

5.3.1 CPU电路 170

5.3.2 存储器电路 171

5.3.3 外围接口电路 171

5.3.4 FPGA电路 172

5.3.5 WDT及复位电路 172

5.3.6 时钟电路 173

5.3.7 局部总线接口电路 173

5.3.8 通信总线接口电路 174

5.4 输出信号处理电路 180

5.4.1 模拟信号电流放大电路 180

5.4.2 高速电磁阀驱动电路 181

5.4.3 离散信号驱动电路 182

5.4.4 步进电机驱动电路 183

5.4.5 D/A转换电路 184

5.5 电源模块设计 185

5.5.1 EMI滤波 185

5.5.2 AC/DC变换 186

5.5.3 DC/DC变换 188

5.5.4 过压保护电路 189

5.5.5 电源监控 191

5.6 余度管理电路 192

5.6.1 通道同步电路 192

5.6.2 逻辑切换电路 193

5.6.3 通道间交叉通信电路 194

5.7 开放式电子控制器的智能模块设计 195

5.7.1 串行数据总线 195

5.7.2 信号输入模块 196

5.7.3 CPU模块 197

5.7.4 伺服控制模块 198

5.8 控制软件设计 199

5.8.1 控制软件的主要功能设计 199

5.8.2 控制软件的架构设计 199

5.8.3 操作管理软件设计 200

5.8.4 应用软件设计 201

5.8.5 软件设计注意事项 202

第6章 燃油系统设计 204

6.1 燃油泵选型分析 204

6.1.1 增压泵 204

6.1.2 主泵 204

6.1.3 加力泵 205

6.1.4 伺服油源泵 206

6.2 伺服作动控制系统设计 207

6.2.1 伺服作动控制系统工作原理 207

6.2.2 风扇进口可调导叶和高压压气机静子叶片角度控制装置 208

6.2.3 喷口喉道面积控制装置 208

6.2.4 矢量喷口控制装置 209

6.2.5 典型伺服作动回路设计计算 210

6.3 燃油计量系统设计 218

6.3.1 燃油计量工作原理 218

6.3.2 计量活门型孔设计 221

6.3.3 压差回油式燃油计量回路设计计算 223

6.3.4 燃油计量稳态精度分析 231

第7章 故障诊断与容错设计 234

7.1 故障诊断与测试的基本概念 235

7.1.1 故障定义与分类 235

7.1.2 故障诊断的概念和过程 236

7.1.3 测试性与机内自检测 237

7.1.4 测试性指标 237

7.2 机内自检测设计 240

7.2.1 上电前自检测 240

7.2.2 飞行前自检测 241

7.2.3 飞行中自检测 243

7.2.4 维护性自检测 245

7.3 故障诊断与处理的基本方法 245

7.3.1 故障发现 245

7.3.2 故障定位 247

7.3.3 故障隔离 247

7.3.4 系统重构 248

7.3.5 故障恢复 252

7.3.6 故障告警 252

7.3.7 故障记录 254

第8章 控制系统的综合和试验验证 255

8.1 电子控制器在回路仿真 256

8.1.1 电子控制器在回路仿真装置主要功能 256

8.1.2 电子控制器在回路仿真系统的组成和原理 256

8.1.3 电子控制器在回路仿真装置主要性能参数 258

8.1.4 电子控制器在回路仿真的主要内容 258

8.2 控制系统的半物理模拟试验 263

8.2.1 半物理模拟试验器的主要功能 263

8.2.2 半物理模拟试验系统的组成和原理 263

8.2.3 半物理模拟试验器主要指标要求 266

8.2.4 半物理模拟试验主要内容 267

8.3 发动机试验与验证 271

8.3.1 发动机地面试车 272

8.3.2 发动机高空台试验 274

8.3.3 发动机飞行试验 274

主要参考文献 276