分布式航空发动机FADEC系统技术方案

本发明专利技术提供了一种分布式航空发动机FADEC系统，包括硬件上相互独立但通过连接线路进行数据通信的控制单元和监视单元，所述监视单元与多个监视用传感器连接以获取监视数据，所述控制单元与多个控制用传感器连接以获取控制数据，并结合经由所述连接线路从所述监视单元获取的所述监视数据对所述航空发动机进行运行状态控制和健康监视控制。根据本发明专利技术，系统中所有要实现的监视功能在独立于控制单元的监视单元上实现，实现控制和监视功能的分布式管理，有利于系统灵活布置，并减少了控制单元的尺寸、重量和功能要求，提高了系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发动机FADEC系统，尤其涉及一种可实现控制和监视功能的分布式管理的民用飞机航空发动机FADEC系统。
技术介绍
航空发动机是一类高度复杂的、可修复的多部件系统，要求在高温、高压、高转速、高负荷等苛刻条件下长时间反复工作，容易出现故障，其任何功能故障都可能导致飞机发生事故，甚至诱发灾难性后果。据最近10年全世界民航事故统计分析显示，民航安全形势极为严峻，未来民用发动机的可靠性要求越发苛刻，这也对航空发动机全权限数字电子控制器(FADEC, Full Authority Digital Electronic Controller)系统可靠性提出了更高的要求。FADEC系统是一种包括数字计算机即电子控制器(EEC, Electronic EngineControl)的系统，在航空领域用于控制航空发动机性能的各个方面，具有对发动机的预测与健康管理、推力矢量控制，飞推综合控制等功能。然而，航空发动机作为复杂可修的系统，维修成本高昂，直接影响着民航企业的经济效益。数据统计表明全世界发动机日常维护费用占到了航空公司年维修费的31%。因此，为提高发动机效能和减少维护成本，发动机健康管理系统(EHMS)这一新概念被提出，是民用发动机未来的发展趋势，这要求FADEC系统具备较强的监视能力，为发动机的运行和维护提供支持。当前主流的商用航空发动机，如CFM56-5B/7B等的控制功能和绝大部分监视功能均通过FADEC系统的电子控制器(EEC)实现，其中，EEC通常通过ARINC429总线经数据传输系统与飞机系统通信，同时输出控制信号控制各执行装置的动作。此外，CFM56-5B/7B发动机对于发动机振动监视功能采用独立的发动机振动监视(EVM, Engine VibrationMonitoring)模块通过ARINC429总线直接与飞机系统通信。可见，现役航空发动机的监视功能均通过电子控制器来实现，对电子控制器的功能要求很高，且已有的独立监视模块仅针对单一监视动能。另外，在民用飞机领域尚未开展过工程研究，对民用航空发动机FADEC系统技术的掌握几乎为空白。
技术实现思路
为解决日益严格的发动机可靠性要求，以及日益增强的发动机监视功能需求问题，本专利技术提出了一种分布式民用航空发动机FADEC系统。根据本专利技术的技术构思，所述分布式航空发动机FADEC系统包括硬件上相互独立但通过连接线路进行数据通信的控制单元和监视单元，所述监视单元与多个监视用传感器连接以获取监视数据，所述控制单元与多个控制用传感器连接以获取控制数据，并结合经由所述连接线路从所述监视单元获取的所述监视数据对所述航空发动机进行运行状态控制和健康监视控制。进一步，所述控制单元可为电子控制器(EEC)，所述监视单元可为发动机监视装置(EMU,Engine Monitoring Unit),其中，本专利技术所采用的所述电子控制器EEC有别于现有发动机FADEC系统中的电子控制器，本专利技术的EEC不再实现发动机的监视功能，而是采用硬件上相互独立的所述发动机监视装置EMU实现对发动机各项性能的监视及反馈。进一步，所述电子控制器可为双通道设计，并通过双余度ARINC664总线与所述FADEC系统进行通信，而所述发动机监视装置可被设计为单通道设计。根据一种实施方式，所述发动机监视装置与所述发动机FADEC系统直接通过单余度ARINC664总线进行通信。根据另一种可选实施方式，所述发动机监视装置可与发动机FADEC系统不直接通信，而是通过电子控制器与发动机FADEC系统进行通信。可选地，所述控制单元和所述监视单元之间进行数据通信的连接线路选自CAN总线、1553B总线和ARINC664总线。进一步，所述监视单元可包括信号调理模块、信号采集模块、信号处理模块、存储模块、通信接口模块、直流/交流变换模块、温度管理模块、电源管理模块和传感器激励模块。进一步，所述监视用传感器获取的监视数据包括振动、转速、温度、压力、压差、脉冲、液位、滑油金属屑、离散量等数据。通过以上对本专利技术技术方案的描述，不难看出，本专利技术的分布式航空发动机FADEC系统至少具有以下技术效果:1、所有要实现的监视功能在独立于EEC的EMU上实现，能够满足未来不断增强的发动机健康管理需求，同时减少了 EEC的尺寸、重量和功能要求；2、FADEC系统利用EEC和EMU实现控制和监视功能的分布式管理，有利于系统灵活布置；3、本专利技术分布式航空发动机FADEC系统中，EEC和EMU分别采用独立的硬件实现，则EEC故障或EMU故障不会影响对方正常运行，提高系统的可靠性，且由于EEC应用软件设计等级为A级和EMU应用软件设计等级为C级或E级，将EEC和EMU分开设计有利于降低系统的复杂性；4、EEC可直接与飞机通信，还可通过EMU与飞机通信；同时，EMU可直接与飞机通信，也可通过EEC与飞机通信，这增加了 FADEC系统的通信余度，提高了 FADEC系统的可靠性；5、在本专利技术的一优选实施方式中，EEC和EMU之间采用ARINC664总线进行通信，提高了控制通道与监视通道的通信速度和可靠性。附图说明本专利技术的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中:图1为根据本专利技术一种实施方式的分布式航空发动机FADEC系统的不意图；图2为根据本专利技术的优选发动机监视装置EMU的原理图；图3为根据本专利技术另一种实施方式的分布式航空发动机FADEC系统的示意图；图4为根据本专利技术又一种实施方式的分布式航空发动机FADEC系统的不意图；图5为图1所示实施方式的替代实施方式，其中，EMU与发动机FADEC系统不直接通信；图6为图3所示实施方式的替代实施方式，其中，EMU与发动机FADEC系统不直接通信；图7为图4所示实施方式的替代实施方式，其中，EMU与发动机FADEC系统不直接通信。具体实施例方式如图1所示，在根据本专利技术的发动机FADEC系统中，所有与控制有关的功能在EEC上实现，所有要实现的监视功能则采用独立于EEC的发动机监视装置EMU来实现。在飞机系统中，可包括各种功能模块，例如振动显示(Vibration Display)模块、ACARS模块、风扇配平平衡(Fan Trim Balance)模块(用于风扇叶片平衡计算，由航空公司根据计算结果采取相应措施进行故障识别和排除)、飞机服务器(Aircraft Server)模块以及无线通信(Wireless Comms.)模块等等。其中，由控制用传感器获取的测量信号进入到EEC中用于发动机的控制，而监视用传感器获取的测量信号(如图2所示，例如包括振动、转速、温度、压力、压差、脉冲、液位、滑油金属屑、离散量信号等)进入EMU中，实现对发动机的气路参数、燃/滑油系统、发动机振动的健康监视，同时，经由EEC与EMU之间的连接线路，EEC从EMU中获取监视测量信号进行发动机的运行状态控制和健康监视控制。如图2所示，EMU为FADEC系统中的航线可更换组件，优选采用的是单通道设计，并可包括信号调理模块、信号采集模块、信号处理模块、存储模块、通信接口模块、直流/交流变换模块、温度管理模块、电源管理模块和传感器激励模块等等。由于FADEC系统对EEC的可靠性要求更高，其性能直接影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式航空发动机FADEC系统，其特征在于，包括硬件上相互独立但通过连接线路进行数据通信的控制单元和监视单元，所述监视单元与多个监视用传感器连接以获取监视数据，所述控制单元与多个控制用传感器连接以获取控制数据，并结合经由所述连接线路从所述监视单元获取的所述监视数据对所述航空发动机进行运行状态控制和健康监视控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓武，张树彦，殷锴，鲁劲松，鲍冬梅，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：