发动机全功能数字电子控制器课件.ppt

发动机全功能数字电子控制器FADEC,1.概况,全功能(权限)数字电子控制FADEC(FullAuthorityDigitalElectronicControl)所谓权限是指直接行动的能力。全权限数字式电子控制是指可利用数字式电子控制系统的极限能力来完成系统所规定的全部任务。随着微电子技术的发展，可靠性问题已可通过元部件本身的提高和控制系统的设计得以解决，成本不高。,1.1发动机先进控制概念,20世纪80年代，以美国NASA为首的多家研究机构通过详细评估鉴定出最值得发展的先进控制概念。在筛选和排序工作中所选择的比较基础是装有先进涡扇发动机的第4代高性能军用战斗机（MHPF）和马赫数为2.4的高速民用运输机（HSCT）及其发动机；所采用的评估判据包括权衡因子和品质因素。其中，权衡因子考虑不同尺寸、燃油及空气流量、效率等影响；品质因素包括起飞重量、耗油率、失速裕度、起动影响以及复杂性、风险、寿命期费用、诊断能力、解析余度等指标。根据评估结论，排在前4位的先进控制概念是：发动机智能控制(IEC)、性能寻优控制(PSC)、稳定性寻优控制(SSC)、主动失速/喘振控制(ASC)。,SSC利用控制算法减小对部件稳定性裕度的要求。这种方法将稳定性检查加入到发动机控制逻辑中去，实时地计算非稳定性影响，对风扇和压气机稳定性进行在线评估，允许控制系统将喘振裕度减至最小，从而提高发动机性能。IEC采用的基本方法是进行涡轮发动机的模型仿真，即将所建立的发动机模型加到推进系统的控制中去，直接控制推力和发动机限制参数。,PSC是一种以模型为基础的自适应控制算法，目的是通过实时修正飞行测量参数来调整控制规律，优化发动机性能。PSC所采用的控制算法包括三种控制模式：最大推力模式、最小耗油率模式、最低风扇涡轮进口温度计算模式。ASC旨在对发动机喘振进行主动控制，即在刚出现失速的征兆时就采取措施（如调整放气量、燃油流量和导叶角度等）消除失速。采用这种方法能扩大发动机的稳定工作范围，使发动机在降低了对设计失速裕度要求的状态下仍能稳定工作，从而获得更高的性能。,1.2FADEC的优点,民航发动机控制越来越多采用FADEC，如：PW4000，V2500，RB211-524，GE90等。提高发动机的性能;可以降低燃油消耗量;减轻驾驶员的负担;提高可靠性;降低成本;易于实施发动机和飞机控制一体化。,(1)提高发动机性能。FADEC的计算能力强、精度高，能够在整个飞行范围发挥发动机的最佳性能；能够改善发动机的启动和过渡特性；能够改善发动机安全保护。FADEC的数值计算和逻辑判断能力可在更合理的范围选择控制规律；容易实现发动机控制方案的变动，通过修改软件就可以寻找最佳控制性能。(2)降低燃油消耗量。由于FADEC可实现发动机的最佳控制，因此，发动机控制器更换时，可减少乃至不需要调整运转，加之慢车转速的闭环控制、引气最佳化，结合自动油门等措施，能够减少燃油消耗。,(3)减轻驾驶员的负担;(4)提高可靠性。由于采用余度技术、故障诊断、恢复功能，而且减少了超温、超转、过应力等情况，使发动机的可靠性提高。(5)降低成本。由于包括自测试、诊断、记忆等功能，可实施计算机辅助故障诊断，给维护带来方便。加上更换控制装置不需要调整运转，使发动机维修成本降低。(6)易于实现发动机状态监控，易于实现与飞机控制的一体化。,CFM56-5B,V2500-A5,2.FADEC组成和功能,2.1FADEC系统包括：燃油泵系统，主燃油、加力燃油计量装置，放气活门控制，变几何位置作动，叶尖间隙主动控制，传感器，专用电源发电机以及电子控制器等完整的控制系统。数字式电子控制器(EEC或DEEC)是FADEC系统核心部件，它由封装在一个箱体里的双数字控制通道组成，包括双微处理机、双程序储存器和双电源，具有检测、隔离和适应任何部件故障所需要的逻辑，在电路中含有对输入余度传感器进行选评的电路和容错备份控制模式。,飞机给FADEC输入信号、控制系统给飞机的输出信号、发动机给FADEC的输入信号以及FADEC给发动机的输出信号：(1)飞机给FADEC输入信号：油门杆位置；大气数据计算机；数字数据；离散信号；28V直流电压。,2019/12/13,15,可编辑,(2)FADEC给飞机的输入信号：超转的离散信号；燃油流量反馈信号；电子控制器电源盒发动机转速；风扇导叶压气机静子叶片角度、尾喷口位置等信号；燃油温度、滑油温度、发动机进口总温、排气温度等信号；发动机进口总压、燃烧室压力、尾喷口压力等信号；(4)FADEC给发动机的输出信号：燃油流量和各变几何形状作动器指令信号。,2.2FADEC的功能之所以说是全功能，这是因为:(1)在发动机控制方面推力管理，对发动机的推力进行精确的控制，提高了推力控制的精度;燃油量的控制由EEC对发动机控制；控制放气活门的开度和可调静子叶片的角度，以得到最佳的喘振裕度防止喘振使发动机更好地工作;涡轮间隙（TCC）控制，控制发动机不同级的引气，从而保证涡轮叶尖间隙为最佳间隙，减少燃气泄漏，改善涡轮的效率，提高发动机的性能;对发动机的燃油和滑油进行控制;对发动机的起动点火和反推进行控制;安全保护，EEC使发动机的各主要参数不超限。,(2)状态监控和故障检测方面FADEC能自动检测故障，并可以采取相应的改正措施;为了保证工作可靠，FADEC采用裕度控制:EEC采用双通道或多通道工作，当一个通道有故障时，可自动转换到另一通道，重要的传感器，作动器也是有裕度的;以EPR控制发动机的推力输出，如果EEC检测到压力传感器的故障，可以自动切换到N1控制发动机的推力输出。FADEC有存储，记忆故障的功能。(3)数据通讯方面EEC既可以从飞机接受信息，飞机也可接受来自EEC的信息，用于操纵、维护驾驶舱显示。采用全功能数字电子控制后仍然需要一些液压机械部件。发动机仍然需要油泵，燃油计量装置（FMU）以及作动执行机构。,CFM56,CFM56FADEC系统组成：1个双通道ECU；HMU；ECU专用发电机；VSV、VBV、HPTACC、LPTACC、转子主动间隙和起动放气(RACSB)；起动系统；反推系统；燃油/滑油温度控制；发动机传感器；电缆；ECU冷却；燃烧室级活门(BSV)。,CFM56FADEC系统功能：对于发动机稳态工作在安全限制之内的燃气发生器控制；发动机限制保护；功率管理；发动机自动起动程序；反推控制；传送发动机参数用于驾驶舱指示；发动机状态监视参数的传送；系统内部故障的检测、隔离、调节和储存；燃油回油活门控制。,CFM56FADEC系统ECU(电子控制装置)CFM56FADEC系统HMU(液压机械装置)HMU接受ECU的电信号并且通过力矩马达/伺服活门转换这些输入信号成发动机燃油流量和到各个外部系统的液压信号。发动机燃油用作液压介质。,V2500,V2500FADEC系统组成：双通道EEC；FMU(燃油计量装置)；PMA(专用的永磁式发电机)VSV、BSBV(增压器级放气活门)、主动间隙控制、第10级冷却空气、发动机和IDG(整体传动交流发电机热管理控制作动系统)；传感器；电缆和起动系统部件。,V2500FADEC系统功能：对于稳态和瞬态，发动机工作在安全限制之内的燃气发生器控制；发动机限制保护；功率管理；发动机自动起动程序；反推控制；发动机状态监视参数的传送；系统内部故障的检测、隔离、调节和储存；燃油回油活门控制。,V2500FADEC系统EEC(电子控制装置)V2500FADEC系统FMU(燃油