飞机发动机风扇转速 来源:欧宝竞彩体育官网首页    发布时间:2023-11-15 21:05:08   阅读:1

  综上所述,影响发动机稳态N2转速大小的因素最重要的包含三方面:发动机功率设定(PIJA)、外界环境条件、发动机的负载…。其中发动机负载对转速的影响在很多情况下被误解,维护人员一致认为负载不可能影响发动机转速,这其实就是错误的,通过以上的分析,显而易见其中的道理,掌握这一点对我们以后的排故分析是非常有好处的。

  MEC作为一个控制组件,从控制功能上讲,可分为五个控制部分:核心机转速(N2)调节系统(SpeedGoverning)、燃油限制系统(FuelLimiring)、高压涡轮主动间隙控制管理系统(HPTACC)、可调静子叶片(VSV)控制管理系统、可调放气活门控制(VBV)系统,见图2—3。

  把被控量反馈到输入端与指令信号比较后又参与控制的系统为反馈控制管理系统。指令信号与被控量相减为负反馈;相加则为正反馈。闭环控制是发动机控制+EGT裕度也是影响发动机在翼时间的主要刚素之一9

  闭环控制有三大特点:信号按箭头传递是封闭的;负反馈;按偏差控制。它的主要优点是控制精度高,抗干扰能力强。

  发动机控制管理系统分为开环控制管理系统和闭环控制管理系统,MEC内部的五个主要的控制管理系统中,除了高压涡轮间隙控制管理系统采用的是开环控制以外,其它系统的控制都是采用的闭环控制。闭环控制管理系统的结构简图如图2—4”’。

  该闭环系统的控制原理是:需要控制的受控对象的被控量,被控量经测量后反馈到控制器中的比较器,比较器将反馈信号同指令信号作比较后获得偏差信号,该偏差信号经放大后到执行元件去操纵受控对象使被控量按预定的规律变化,力图去消除偏差。也称这种控制方式为按偏差调节。

  还有一种控制方式称为开环控制,开环控制又分为按给定值控制和按干扰补偿。在CFM56--3发动机中,高压涡轮间隙控制管理系统是采用的是按给定值控制的

  其原理是:需要控制的是受控对象的被控量,信号只由给定值单向传递到被控量,无反馈联系,这种控制的特点是控制管理系统简单,但控制精度低,抗干扰能力差,它与闭环控制的基本不同之处在于反馈作用。

  燃油限制系统作为发动机的一个主要的控制管理系统,它对发动机在加、减速时的稳定工作具有非常非常重要的作用,MEc在制定加、减速燃油计划时主要用到以下参数:高压压气机进口温度CIT(又称为T25)、N2转速、引气量CBP、高压压气机出口压力CDP、燃油比重,如图2—8。

  ∞P。婴三的大小,以此来实现有引气时对燃油流量的补偿。连接3D凸轮和CDP14

  凸轮的连杆分别感受两个凸轮的轮廓对应的相应参数,计算出,。CDP的值,以

  确定加速期间允许的燃油流量限制值,转速调节系统供给的燃油流量不允许超过该值,同时燃油限制系统防止发动机减速时燃烧室贫油熄火。转速调节系统和燃油限制系统的关系如图2—9所示。

  I_二者保持平衡时,燃油供油量保持不变,转速保持不变,即:N2R=N2+。当外界条件变化时,转速调节器弹簧的预压力或由于实际N2转速变化引起离心飞重的离心力发生明显的变化,转速调节器的平衡就会打破,燃油供油量就要发生明显的变化,转速发生明显的变化,离心力随之改变,当再次达到平衡时,发动机转速稳定在新的值。

  燃油限制系统对燃油流量变化量的限制是经过控制FMV开度的变化量来实现的,对于不同的燃油比重,同样的FMV的开度改变量对应的燃油流量的变化量是不~样的,因此MEC上的燃油比重调节会影响燃油限制系统的工作,进而影响发动机过渡态的工作,但不影响其稳态工作。

  VSV系统使发动机在较宽的工作范围内保持高压压气机具有较高的稳定性能。它通过改高压压气机进口导向叶片(iGv)和前三级静子叶片的角度,使得高压压气机低压级和高压级气动匹配。静子叶片角度的变化,将改变气流流入转子叶片的攻角,改变压气机的稳定性。系统是按修正转速N.控制压气机VSV

  事实上,随着载荷的增加,发动机转速会降低,离心飞重向内移动,燃油计量活门开大,增加燃油供油量,但不转速不能恢复到载荷增加前的水平。转速的轻微降低可以引起燃油计量活门开度的较大变化,这种转速变化称为“有偏差”,它采用全额定转速的百分数来衡量。“有偏差”调节是机械调节器反映出来的固有特性。

  cFM56—3发动机MEC转速调节系统是一个负反馈闭环控制管理系统,它是一个离心飞重式的调节装置,由离心飞重感受发动机N2转速,形成反馈。MEC转速调节器式一个有偏差调节器,其控制原理如图2-6,即:在油门杆设定和外界输入参数一定的情况下,发动机N2转速要随高压转子负荷的改变而发生改变。

  核心机转速(N2)调节系统用于N2转速的控制,使发动机根据一定的飞行员指令获得一定的N2转速,保持发动机正常、稳定地工作。燃油限制系统提供发动机加、减速过程的保护,它通过限制发动机加、减速过程的油气比,防止发动机在加、减速过程中出现熄火、超温和喘振以及其它不正常工作,同时保证发

  又称为风扇转速)称为N1转速,这两个转子之间相互独立,Nl和N2没有一个固定的对应关系,它们之间的关系完全是建立在涡轮和压气机功率分配及各自负载大小的基础上。由于CF惦6—3是在80年代设计成功并投入到正常的使用中的一种发动机,因此其转速控制方式既不同于早期传统的全机械液压控制,也有别于当今普遍采用的全权限数字电子控制(又称FADEC控制),它的转速控制采用两个控制器分别来完成,在控制高压转予转速时采用的是机械液的控制方式,即采用一个机械液压控制装置一主发动机控制器(俗称MEC)来来控制;在控制低压转子转速时采用一个电子控制装置一功率管理控制器(俗称PMC)来来控制,刘它的转速控制是采用机械液压控制和电子控制相结合的一种控制方式”。。cFM56—3发动机是一种高涵道比的涡轮风扇发动机,在海平面标准大气静态起飞条件下,其涵道比在5.0左右,气流通过风扇产生的推力占整个发动机推力的大约80%以上,因此在飞机上就采用N1转速来指示发动机推力,发动机推力的控制也是以精确控制N1转速的方式来实现的,即功率管理控制器(PMC)经过控制N1转速柬实现的。功率管理控制器(PMC)除了能够精确控制N1转速外,它不参与发动机其它系统的控制。而主发动机控制器(MEC)不仅用于控制发动机N2转速,它还需要对发动机其它控制管理系统进行控制。在两个控制器同时控制发动机时,功率管理控制器在某些特定的程度上具有优先权从而方便获得较为精确的推力,但在功率管理控制器失效或不工作时,主发动机控制器控制在大多数情况能确保发动机获得足够的推力,但这时不能获得需要的精确推力。

  在MEC中,发动机转速调节系统是一个主要的控制管理系统,其输入信息主要是外界大气参数、飞行员指令与发动机状态”。,其调节原理如图2—7。

  MEC转速调节系统制定转速计划的输入参数包括:风扇进口压力Psl2、风扇进口温度T2.0、油门杆角度PLA。除此之外N2还要受其它因素的影响,包括:部分功率(PartPower)调节、从PMC获得的力矩马达电流(TMC)以及核心机负载,慢车转速N2还要受慢车调节的影响。MEC根据Psl2、T2.0、油门杆角度、部分功率参数、TMC电流的大小制定转速计划,即弹簧的预压力,该预压力的大小实际就是需求转速N2‘。调节器离心飞重的离心力则反映了N2转速的大小,形成反馈,它与调节器弹簧的预压力反作用力,转速越高,离心飞重的反作用力就越大,当

  兰!竺>1,引气量越大,堡生也就越大,根据式(2--4),补偿后的燃油供油量∥:∞PCBP。也就越大。。

  J攀J1“I.一..._J■k—一N2*0.6矿APLA凸轮7……一—7‘霉:>7L油气比.【、。名阶

  CDPN2l(25r燃油限制系统3D凸轮图2—9转速调节系统和燃油限制系统的关系在加速过程中,燃油流量允许范围由两个凸轮决定:一个3D凸轮和一个CDP凸轮。3D凸轮轴向运动由高压压气机进口温度T25的大小决定,其转动角度由N2转速决定,凸轮表面上的轮廓为允许的油气比旦。CDP凸轮的轮廓决定

  在没有引气的情况下,CFM56—3发动机稳态转速的油气比是核心机修正转速N2K的函数,即:

  在N2转速一定的情况下,T25升高,进入发动机的空气流减少,同时发动机失速裕度减小,为保证发动机稳定工作,在加速过程中燃油限制系统给出的燃油流量允许变化量将减小,发动机加速性将变差;当N2增加时,修正转速N2K增加,发动机工作点远离喘振边界,喘振裕度增加,这样可适当增加燃油供油量,使发动机获得良好的加速性能。CDP压力的大小用于衡量燃烧室空气流量的多少,CDP越小,进入燃烧室的气体减少,供油量减少,发动机加速性也会变差。有引气时,在相同的CDP情况下,若燃油流薰保持在没有引气时的水平,则发动机加速性就会很差,因此在CFM56--3发动机上采用CBP传感器采集引气量大小来补偿引气对发动机加速性的影响。

  MEC燃油限制系统防止发动机过渡状态工作时,压气机不稳定工作(失速、喘振)和贫、富油熄火等,保证在加速、减速和起动过程中既有良好的加速性,发动机又能稳定工作。燃油限制系统实际上就是对燃烧室的油气比进行限制,它包括稳态油气比限制和加、减速油气比限制。2

  在CFM56--3发动机两个控制器中,从某一种意义上说,主发动机控制器(MEC)是其主要的控制装置,它能完成发动机绝大部分的控制功能,下面就针对主发动机控制器控制功能进行分析。

  丰发动机控制器是一个全机械液压控制装置,完成发动机的主要控制功能,它内部山弹簧、凸轮、杠杆、齿轮、膜盒、分油活门等一系列的机械液压结构组成,内部结构极其复杂,深入研究其内部物理结构对于帮助发动机的排故T作没有实际价值,因此本文仅从系统组成及控制功能上对其进行探讨。图2--2是MEC组成的方块图:

  当负荷增加时,转速调节系统要增加燃油流量,以保持N2转速不变。发动机燃油流量的增加是通过开大燃油计量活门来实现的(改变燃油流量可通过两个途径来实现:改变燃油计量活门开度和改变燃油计量活门定压差活门的压差,燃油计量活门定压差活门的压差是根据燃油比重确定),要改变燃油计量活门开度要求离心飞重必须移动,在油门位爱设定和其它输入参数保持恒定时,要使离心飞重移动的唯一方法就是转速的变化。

  动机拥有非常良好的加、减速性。高压涡轮主动制隙控制管理系统用于控制高压涡轮叶片叶尖和高压涡轮衬环之间的间隙,使该间隙在发动机所有工作条件下处于最优的工作状态,从而在保证安全的情况下提高EGT裕度,延长发动机在翼时间’,减小燃油消耗率,降低发动机使用成本,从而获得最佳的经济性能。可调静子叶片控制管理系统控制高压压气机前几级静子叶片的角度,以控制进入高压压气机转子叶片的气流进气攻角和控制进入高压压气机的空气流量,从而改善高压压气机工作的稳定性,防止高压压气失速或喘振。可调放气活门控制管理系统用于控制从内涵排入到外涵的空气流量,以改善低压压气机的工作稳定,防止低压压气失速或喘振,且能获得必要的发动机推力。

  MEC在制定燃油流量允许变化率时,采用系数一CDP来对供油量进行补偿,补CBP

  CBP传感器为双文氏管结构,CBP压力为中央文氏管喉部的静压力,在没有B1气时,CDP=CBP,系数兰竺=1,供油量为计划供油量;有引气时CDP>CBP,





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