一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于航空发动机机械液压装置建模技术领域，提出了一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法，该Simulink建模方法能够实现发动机燃调系统机械液压装置的高精度仿真，和以往的AMESim中的建模仿真相比，仿真速度大大提升；并且解决了机械液压装置在Simulink中建模时出现的双层嵌套代数环问题，提高了系统的仿真精度；此外，双层嵌套代数环问题的拆解方法具有一定的普适性，可以推广到其他类型的代数环问题；同时，本发明专利技术提供的仿真模型参数修改方便，可为其他型号的发动机燃调系统机械液压装置的建模仿真提供参考。

Simulink Modeling Method for Mechanical Hydraulic Device of Aeroengine Fuel Regulator

The invention belongs to the field of aeroengine mechanical hydraulic device modeling technology, and proposes a Simulink modeling method for Aeroengine fuel regulator mechanical hydraulic device. The Simulink modeling method can realize high-precision simulation of engine fuel regulation system mechanical hydraulic device, and the simulation speed is greatly improved compared with the previous modeling simulation in AMESim. The problem of double-layer nested algebraic ring appeared in the modeling of pressure device in Simulink improves the simulation accuracy of the system; moreover, the disassembly method of the double-layer nested algebraic ring problem has certain universality and can be extended to other types of algebraic ring problems; at the same time, the parameters of the simulation model provided by the present invention are convenient to modify and can be used for mechanical and hydraulic assemblies of other types of engine fuel adjustment systems. The construction imitates the true to provide the reference.

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法
本专利技术提出了一种基于Simulink的航空发动机燃油调节器机械液压装置的建模方法，属于航空发动机机械液压装置建模

技术介绍
本专利技术依托背景为某型航空发动机燃油调节系统机械液压装置的MATLAB/Simulink建模。燃油调节系统是发动机自动控制的核心部件，同时也是故障高发区。在目前航空发动机燃调系统数字化需求下，建立燃调系统数学模型显的尤为重要。航空发动机燃调系统主要包括燃油泵、机械液压装置和燃油分配器三个部分。其中，机械液压装置中又包含了计量活门、压差活门、回油活门等精密零部件，结构复杂、设计制造周期长、成本高，为了缩短研制周期，节约成本，对燃调系统机械液压装置进行建模仿真是十分必要的。通过建模仿真一方面可以对原有方案的性能进行预测，评估方案的优劣，及早发现并修正系统设计中的缺陷，确定最佳的设计方案；另一方面确定改进改型和优化方向，缩短产品研制周期，有效避免实际试车的危险。所建立的模型和仿真结果，不仅可以作为燃调系统机械液压装置试验调试时的参考，也可以为产品的创新设计提供参考依据。构建的实时模型还可以进一步用于航空发动机控制系统硬件在环仿真。因此，对发动机燃调系统机械液压装置建模仿真的研究很有必要。依据现有的文献，对发动机燃调系统机械液压装置的建模和仿真工作多数是在AMESim平台上进行的，与MATLAB/Simulink平台相比，在AMESim平台建立的机械液压装置模型更为直观，但仿真计算速度却远不如Simulink。而由于机械液压装置中各元部件互相影响，所以在Simulink中建模涉及到复杂的双层嵌套代数环问题。本专利技术采用解析法，根据元部件的结构和流量连续及力平衡的原理，在MATLAB/Simulink中对航空发动机燃调系统的机械液压装置进行建模，并进行仿真。同时，采用在反馈回路中插入高频延迟环节的方法，拆解模型中的双层代数环，实现系统的高精度仿真。
技术实现思路
为了实现航空发动机燃调系统机械液压装置的高速、高精度仿真，以及针对燃调系统机械液压装置建模仿真中的双层嵌套代数环问题，本专利技术提供了一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法。本专利技术的技术方案为：一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法，步骤如下：S1采用解析法，对发动机燃调系统机械液压装置中的主压差控制回路进行建模，主压差控制回路包括计量活门、回油活门以及压差活门；机械液压装置主压差控制回路建模步骤如下：S1.1首先确定计量活门的输入和输出参数，输入参数包括计量活门流量Qjiliang、计量活门期望位移ExDisp、燃油密度Density和计量活门后油压Pout_JL，输出参数包括计量活门位移Disp、计量活门前油压Pin_JL和计量活门流量FUEL_Supply；S1.2计量活门内部包括位移计算模块和压力计算模块，将计量活门期望位移ExDisp输入到位移计算模块，经过PID控制得到电液伺服阀电流输入信号，再根据电液伺服阀输入输出特性得到输出流量，将输出流量与面积作比得到计量活门移动速度，再通过积分环节得到活门位移；对于压力计算模块，根据质量流量公式：得到其中：Q为计量活门燃油质量流量，u是流量系数，A为计量活门流通面积，ΔP为计量活门前后压差，ρ为燃油密度；S1.3确定回油活门的输入和输出参数，输入参数包括齿轮泵后油压P1、压差活门输出油压P2、停车活门后油压P2P、齿轮泵供油量Q_chilunbeng和燃油密度Density，输出参数包括回油活门回油量Q_huiyou、回油活门位移X和计量活门流量Q_jiliang；S1.4回油活门内部包括位移计算模块和流量计算模块，位移计算公式如下：X＝X1+X2其中，X为回油活门的位移，X1为回油活门左弹簧位移，X2为回油活门中弹簧位移，而对于左弹簧，有P1*A1+P2P*A2-P2P*A3-P2*A4＝K2*(X2+X20)对于中弹簧，有P1*A5-P2P*A5＝K1*(X1+X10)其中，P1为计量活门前油压，即齿轮泵后油压；A1为齿轮泵油作用面积，P2P为停车活门后油压；A2为左弹簧腔左侧作用面积，A3为中弹簧右侧作用面积，P2为压差活门输出油压，A4为左弹簧腔作用面积，A5为中弹簧等效作用面积，K1为中弹簧劲度系数，X10为中弹簧初始压缩量，K2为左弹簧劲度系数，X20为左弹簧初始压缩量；S1.5由位移计算模块输出的回油活门总位移计算得到回油活门流通面积，然后代入质量流量公式得到回油活门回油量，齿轮泵后总流量减去回油量即为计量活门燃油流量；S1.6确定压差活门的输入和输出参数，输入参数包括齿轮泵后油压P1和压差活门弹簧腔油压P_tanhuangqiang，输出参数为压差活门控制油油压P2；S1.7压差活门计算主要分为弹簧压缩模块和压力计算模块，其中，弹簧压缩模块数学模型为：P1*S1+Ptan*(S4-S2-S3)+P2*S5+K1*(X-0.0001)*(X≥0.0001)+f10-f20＝(K1+K2)*X其中：Ptan为压差活门弹簧腔油压，f10为压差活门波纹管预紧力，f20为压差活门弹簧预紧力，S1为波纹管油液作用面积，S2为弹簧腔油液作用面积，S3为喷嘴挡板上端低压油作用面积，S4为喷嘴挡板下端低压油作用面积，S5为控制油作用面积，K2为弹簧劲度系数，K1为波纹管劲度系数，压力计算模块的主要建模依据是分压公式：其中：S6为计量活门前油液作用面积，S7为弹簧腔油液作用面积；S1.8在计量活门和压差活门模块中加入位移-面积插值表，并根据计量活门、回油活门和压差活门的结构原理，将三个活门的输入输出相连接，组成主压差控制回路；机械液压装置主油路建模步骤如下：S1.9根据主油路流量流动方向，确定主油路组成模块，包括齿轮泵、回油活门、计量活门、高压关断活门、节流喷嘴和燃烧室；S1.10根据主油路流量方程，由压差的逆推思想，确定各个模块的流量压差方程，并在Simulink中实现；S1.11高压关断活门的数学模型，除质量流量方程外，还包括位移计算模块，其上腔油液作用压力为：其中：PB为高压关断活门入口油压，DP为活门上腔直径，DR为活门上腔杆径，在平衡状态下，油液压力与弹簧力满足方程：FI＝Psp*AL+Ks*X+F0其中：AL为弹簧腔油液作用面积，Psp为弹簧腔油压，F0为弹簧预紧力，Ks为弹簧劲度系数，X为弹簧位移，即高压关断活门位移，再由位移-面积插值表得到高压关断活门流通面积，反馈到压力计算模块的质量流量方程中；机械液压装置中其他元部件建模步骤如下：S1.12选择Swich模块实现停车活门工作状态的切换：当停车活门输入信号为0，输出低压油至高压关断活门弹簧腔，高压关断活门打开，正常工作；当停车活门输入信号大于0，输出为高压油至高压关断活门弹簧腔，高压关断活门关闭，燃调系统停车；S1.13选择Swich模块实现超转保护装置工作状态的切换：当超转信号为0，即发动机正常工作时，超转保护装置不动作，直接将转换活门后控制油输入到压差活门弹簧腔；当发动机超转，超转信号不为0时，超转保护装置将低压油接入压差活门弹簧腔，导致计量活门流量减小，实现超转保护功能；S1.14选择S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法，其特征在于，步骤如下：S1 采用解析法，对发动机燃调系统机械液压装置中的主压差控制回路进行建模，主压差控制回路包括计量活门、回油活门以及压差活门；机械液压装置主压差控制回路建模步骤如下：S1.1 首先确定计量活门的输入和输出参数，输入参数包括计量活门流量Qjiliang、计量活门期望位移ExDisp、燃油密度Density和计量活门后油压Pout_JL，输出参数包括计量活门位移Disp、计量活门前油压Pin_JL和计量活门流量FUEL_Supply；S1.2 计量活门内部包括位移计算模块和压力计算模块，将计量活门期望位移ExDisp输入到位移计算模块，经过PID控制得到电液伺服阀电流输入信号，再根据电液伺服阀输入输出特性得到输出流量，将输出流量与面积作比得到计量活门移动速度，再通过积分环节得到活门位移；对于压力计算模块，根据质量流量公式：

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机燃油调节器机械液压装置的Simulink建模方法，其特征在于，步骤如下：S1采用解析法，对发动机燃调系统机械液压装置中的主压差控制回路进行建模，主压差控制回路包括计量活门、回油活门以及压差活门；机械液压装置主压差控制回路建模步骤如下：S1.1首先确定计量活门的输入和输出参数，输入参数包括计量活门流量Qjiliang、计量活门期望位移ExDisp、燃油密度Density和计量活门后油压Pout_JL，输出参数包括计量活门位移Disp、计量活门前油压Pin_JL和计量活门流量FUEL_Supply；S1.2计量活门内部包括位移计算模块和压力计算模块，将计量活门期望位移ExDisp输入到位移计算模块，经过PID控制得到电液伺服阀电流输入信号，再根据电液伺服阀输入输出特性得到输出流量，将输出流量与面积作比得到计量活门移动速度，再通过积分环节得到活门位移；对于压力计算模块，根据质量流量公式：得到其中：Q为计量活门燃油质量流量，u是流量系数，A为计量活门流通面积，ΔP为计量活门前后压差，ρ为燃油密度；S1.3确定回油活门的输入和输出参数，输入参数包括齿轮泵后油压P1、压差活门输出油压P2、停车活门后油压P2P、齿轮泵供油量Q_chilunbeng和燃油密度Density，输出参数包括回油活门回油量Q_huiyou、回油活门位移X和计量活门流量Q_jiliang；S1.4回油活门内部包括位移计算模块和流量计算模块，位移计算公式如下：X＝X1+X2其中，X为回油活门的位移，X1为回油活门左弹簧位移，X2为回油活门中弹簧位移，而对于左弹簧，有P1*A1+P2P*A2-P2P*A3-P2*A4＝K2*(X2+X20)对于中弹簧，有P1*A5-P2P*A5＝K1*(X1+X10)其中，P1为计量活门前油压，即齿轮泵后油压；A1为齿轮泵油作用面积，P2P为停车活门后油压；A2为左弹簧腔左侧作用面积，A3为中弹簧右侧作用面积，P2为压差活门输出油压，A4为左弹簧腔作用面积，A5为中弹簧等效作用面积，K1为中弹簧劲度系数，X10为中弹簧初始压缩量，K2为左弹簧劲度系数，X20为左弹簧初始压缩量；S1.5由位移计算模块输出的回油活门总位移计算得到回油活门流通面积，然后代入质量流量公式得到回油活门回油量，齿轮泵后总流量减去回油量即为计量活门燃油流量；S1.6确定压差活门的输入和输出参数，输入参数包括齿轮泵后油压P1和压差活门弹簧腔油压P_tanhuangqiang，输出参数为压差活门控制油油压P2；S1.7压差活门计算主要分为弹簧压缩模块和压力计算模块，其中，弹簧压缩模块数学模型为：P1*S1+Ptan*(S4-S2-S3)+P2*S5+K1*(X-0.0001)*(X≥0.0001)+f10-f20＝(K1+K2)*X其中：Ptan为压差活门弹簧腔油压，f10为压差活门波纹管预紧力，f20为压差活门弹簧预紧力，S1为波纹管油液作用面积，S2为弹簧腔油液作用面积，S3为喷嘴挡板上端低压油作用面积，S4为喷嘴挡板下端低压油作用面积，S5为控制油作用面积，K2为弹簧劲度系数，K1为波纹管劲度系数，压力计算模块的主要建模依据是分压公...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欣悦，杜宪，孙希明，王哲夫，彭凯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21