一种模块化组合式电动燃油供应与控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统，包括数个模块化电动燃油供应与控制单元（简称模块单元）、燃油综合管理器，以及燃油分配器，其特征在于：所述模块单元包括燃油增压泵、电动机及其控制装置、燃油流量控制器；所述燃油综合管理器包括燃油管理策略及分布式控制方式；所述燃油分配器包括燃油分配阀以及燃油喷嘴。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术基于分布式控制理念，采用模块化燃油供应与控制单元的灵活组合，在燃油综合管理器的管理下，采用直接控制电动增压泵转速方式控制，系统不存在大量回油。因此工作效率高、响应速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、维修保障性好、具有容错处理和状态管理能力。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化组合式电动燃油供应与控制系统
本专利技术涉及一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统。
技术介绍
动力装置是航空航天中各类飞行器的推进系统，它包括燃气涡轮发动机、冲压发动机、脉冲爆震发动机，液体火箭发动机，以及各类组合发动机等。其中，全电式燃气涡轮发动机是下一代航空发动机的发展方向，组合发动机是未来临近空间飞行器和高超声速飞行器动力的必然选择。空天动力装置中，对于以液体燃油为燃料的动力装置，燃油供应与控制系统是各种动力装置与组合动力的重要附件系统，目前燃油供应与控制主要采用涡轮驱动或挤压式供油系统，随着技术的发展，电动燃油供应与控制系成为下一代航空航天动力装置及新型动力系统的关键技术。对于航空、地面及舰船用的燃气涡轮发动机，以航空煤油、柴油等液体燃料的动力装置，其燃油供应与控制系统大多采用涡轮驱动燃油增压泵实现对燃油的增压。燃油增压泵一般采用离心泵、齿轮泵、柱塞泵，以及多种泵的组合，其动力来源一般由燃气涡轮发动机转子经减速装置引出，这种燃油增压方式下，燃油流量由动力装置的转速决定，其供给发动机燃烧室的燃油流量需要由专门的燃油流量调节装置完成，当发动机燃烧室所需流量与增压系统的流量不匹配时，通过相应控制机构采用回油方式将泵后高压燃油引入泵前。采用燃油增压装置和燃油调节机构分别对燃油进行增压和调节方式具有如下缺点：（1）燃油供应与控制系统效率不高；由于燃气涡轮发动机上燃油的增压和调节分别采用燃油增压装置和调节机构对燃油进行增压和调节，为保证燃油供应满足供油计划要求，采用回油控制流量，特别在发动机巡航状态下，发动机转速较高，但燃油需求量较少，需要大量回油，致使燃油供应与控制系统能量转换效率低下。（2）燃油供应与控制系统可靠性低；燃气涡轮发动机上燃油增压和调节分立工作、系统串联实施的工作状态下，只要两个系统中任意一个部件发生故障，都将影响发动机正常工作，且航空发动机不同工作状态下的工作能力、工作时限相差甚远，不能很好保证常用工作状态下的高可靠性。（3）燃油供应与控制系统中燃油温度高、且升温快；燃气涡轮发动机上燃油增压和调节分立工作模式下，采用高压燃油回油到增压泵前的方式调节燃油，由于在燃油增压过程中消耗能量大部分由燃油吸收，大量回油致使泵前燃油温度快速升高，影响增压泵的工作工况和工作效率，降低燃油冷却作为冷却介质的性能。（4）燃油供应与控制系统体积大。采用机械液压调节方式工作的燃气涡轮发动机燃油供应与控制系统，受发动机控制计划复杂性制约，使得整个系统体积庞大。另外，对于以液体燃料为推进剂的航天动力装置，其燃油供应与控制系统可采用空气涡轮驱动燃油泵，或者高压气体挤压实现对燃油增压。燃油增压泵一般采用离心泵、齿轮泵，以及多泵组合实现，对于采用空气涡轮驱动的燃料供应与控制系统，动力来源由空气涡轮经减速装置引出，带动增压泵工作实现燃料增压，燃油流量由燃气发动机转速控制和阀门调节控制，对于挤压式的燃料供应与控制系统，动力来源由高压气体减压后挤压燃料箱中燃料实现燃料增压，燃油流量由高压气体压力和阀门调节控制。对于采用空气涡轮驱动燃油泵或高压气体挤压的燃料供应与控制系统具有如下缺点：（1）对于采用空气涡轮驱动燃油泵的燃料供应与控制系统控制复杂且供油精度不高；采用空气涡轮驱动燃油泵的燃料供应与控制系统是通过空气涡轮转速控制和阀门调节控制实现燃料流量调节，而空气涡轮转动的转速要通过燃气发生器或者引入高速空气流的流量及流速控制，而实现燃气发生器或者引入高速空气流的流量和流速控制的控制计划复杂且精度不高。（2）对于采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统体供油时间短、体积庞大且可控性差；采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统，其动力来源是高压气体的储能，随着工作时间的增加，其高压气体储能持续减少，因此要实现该系统长时间工作要求高压气体储箱越大，且高压气体储箱强度要求也很高，同时随着工作时间增加，高压气体压力逐渐减下，致使需要专门的高压气体稳压装置，因此，采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统体积庞大且可控性差。（3）采用空气涡轮驱动燃油泵或高压气体挤压的燃料供应与控制系统可靠性不高。无论采用空气涡轮驱动燃油泵的燃料供应与控制系统，还是采用高压气体挤压的燃料供应与控制系统，其系统是串联工作状态，只要两个系统中任意一个部件发生故障，都将影响正常工作，且在不同工作状态下的工作能力、工作时限相差甚远，不能很好保证常用工作状态下的高可靠性。故急需一种系统工作效率和控制精度高、操控性能好、可靠性高、体积小且质量轻、维修保障性好的组合式电动燃油供应与控制系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于分布式控制理念、组合灵活、工作效率高、响应速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、体积/质量和效率优化、维修保障性好、具有容错处理和状态管理能力的模块化组合式电动燃油供应与控制系统。本专利技术的技术解决方案是：一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统，包括数个模块化电动燃油供应与控制单元（简称模块单元）、燃油综合管理器，以及燃油分配器，其特征在于：所述模块单元包括燃油增压泵、电动机及其控制装置、燃油流量控制器；所述燃油综合管理器包括燃油管理策略及分布式控制方式；所述燃油分配器包括燃油分配阀以及燃油喷嘴燃油增压泵，用于提高燃油供应压力，实现供油能力和效率之间优化平衡；电动机及其控制装置，用于实现油泵在大转速范围内的准确控制；燃油流量控制器，用于燃油流量测量以及制定控制策略；燃油综合管理器，用于制定燃油流量控制器的供油计划，并管理系统状态。其特征在于：燃油供应与控制系统是由模块单元构成，各模块单元功能独立，模块性能参数系列化，模块可灵活组合；燃油供应与控制系统是多模块单元组合的，其组合方式根据动力装置特点确定，实现重要供油计划具有功能备份而提高可靠性，该燃油供应与控制系统是基于综合性能优化的系统。通过模块化电动燃油供应与控制单元的组合和燃油综合管理器的管理与调节可以满足燃气涡轮发动机、冲压发动机、脉冲爆震发动机，以及各类组合动力装置所需燃油的供给与控制功能。本专利技术的模块化组合式电动燃油供应与控制系统还设有燃油综合管理器，用于监测到的燃油流量以及燃油压力状态参数，并反馈给所述燃油综合管理器，所述燃油综合管理器按需要执行流量开环/闭环控制。所述燃油综合管理器，用于监控模块化电动燃油供应与控制单元工作状态，并管理系统运行状态。所述燃油综合管理器还用于监控电动燃油供应与控制单元的工作状态与效率，确定主工作通道及备份工作通道，实现系统工作的冗余备份，提高了可靠性。本专利技术的有益效果：模块化组合式电动燃油供应与控制系是基于分布式控制理念，且可灵活组合，具有工作效率高、响应速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、体积和质量适中、维修保障性好、具有容错处理和状态管理能力等特点的燃油供应与控制系统。附图说明图1为本专利技术燃油流量控制器原理框图；图2为本专利技术组合式多模块化电动燃油供应与控制系统。具体实施方式实施例：参阅图1至图2；一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统，包括数个模块化电动燃油供应与控制单元（简称模块单元）、燃油综合管理器，以及燃油分配器，其特征在于：所述模块单元包括燃油增压泵、电动机及其控制装置、燃油流量控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统，包括数个模块化电动燃油供应控制单元（简称模块单元）、燃油综合管理器以及燃油分配器，其特征在于：所述模块单元包括燃油增压泵、电动机及其控制装置、燃油流量控制器；所述燃油综合管理器包括燃油管理策略及分布式控制方式；所述燃油分配器包括燃油分配阀以及燃油喷嘴； 燃油增压泵，用于提高燃油供应压力，实现供油能力和效率之间优化平衡；电动机及其控制装置，用于实现油泵在大转速范围内的准确控制；燃油流量控制器，用于燃油状态测量以及制定控制策略；燃油综合管理器，用于制定燃油流量控制器的供油计划，并管理系统状态；其特征在于：燃油供应与控制系统是由模块单元构成，各模块单元功能独立，模块性能参数系列化，模块可灵活组合；燃油供应与控制系统是多模块单元组合的，其组合方式根据动力装置特点确定，实现重要供油计划具有功能备份而提高可靠性，该燃油供应与控制系统是基于综合性能优化的系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于动力装置的模块化组合式电动燃油供应与控制系统，包括数个模块化电动燃油供应控制单元、燃油综合管理器以及燃油分配器，其特征在于：所述模块化电动燃油供应控制单元包括燃油增压泵、电动机及其控制装置、燃油流量控制器；所述燃油综合管理器包括燃油管理策略及分布式控制方式；所述燃油分配器包括燃油分配阀以及燃油喷嘴；燃油增压泵，用于提高燃油供应压力，实现供油能力和效率之间优化平衡；电动机及其控制装置，用于实现油泵在大转速范围内的准确控制；燃油流量控制器，用于燃油状态测量以及制定控制策略；燃油综合管理器，用于制定燃油流量控制器的供油计划，并管理系统状态；燃油供应与控制系统是多个模块化电动燃油供应控制单元组合的，各模块化电动燃油供应控制单元功能独立，模块性能参数系列化，模块能够灵活组合；模块化电动燃油供应控制单元的组合方式根据动力装置特点确定，实现重要供油计划具有备份功能，该燃油供...

【专利技术属性】
技术研发人员：程礼，周章文，陈卫，郑铁军，杨纪明，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61