一种微/小型喷气发动机燃油控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微/小型喷气发动机燃油控制系统及控制方法，系统包括上位机、下位机、人工交互界面、无线传输设备、飞行器环境监测模块、伺服驱动模块、发动机转速反馈设备、微/小型发动机燃油系统。方法包括：下位机输入对应型号发动机的控制规律，人机交互界面将飞行器飞行参数传输至上位机，上位机将飞行器飞行参数传输至下位机，下位机将该值分别与实际参数值比较，连同空气温度和压力按照发动机控制规律，产生目标发动机转速信号；将目标发动机转速信号与目标发动机转速比较，输出脉宽调制信号PWM，控制驱动电路，驱动电路调节齿轮泵转速来精确控制燃油流量。本发明专利技术控制方法系统科学、简单便捷，采用嵌入式技术实现智能化、小型化。

Micro / small jet engine fuel control system and control method

The invention discloses a micro / mini control method and control system of jet engine fuel system, including upper and lower machine, artificial interface, wireless transmission equipment, aircraft environmental monitoring module, servo drive module, engine speed feedback device, micro / small engine fuel system. The method includes: computer control rules corresponding to the input engine, man-machine interface of aircraft flight parameters are transmitted to the host computer, the PC will be transmitted to the aircraft flight parameters of the slave computer, lower computer the values were compared with the actual value of the parameters, together with air temperature and pressure according to the engine control law, a target engine speed signal; comparing the target engine speed signal and the target engine speed, output pulse width modulation signal PWM, control circuit, driving circuit of adjusting gear pump rotation speed to precisely control the fuel flow. The control method of the invention is scientific, simple and convenient, and the embedded technology is used to realize intelligence and miniaturization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空航天控制领域，特别涉及一种微/小型喷气发动机燃油控制系统及控制方法，同时还涉及嵌入式技术、无线控制和传输技术、伺服驱动技术、传感器技术以及泵类，特别适用于无人微/小型航空飞行器的动力装置。
技术介绍
微/小型航空飞行器(比如微/小型无人机)的设计需要遵循体积小、速度快、高度范围变化大等特殊技术指标，要求其动力装置结构简单。目前国内外微/小型航空飞行器的动力装置主要以活塞发动机和燃气涡轮发动机为主。活塞发动机适用于低速、低空以及起飞重量小的飞行器。对于速度、高度、质量都较高的飞行器而言，燃气涡轮发动机是最合适的动力装置。微/小型喷气发动机具有相对较小、油耗低、加速快、经济性优良等特征，广泛应用于各种微/小型航空飞行器。燃油控制系统主要由燃油系统和控制器组成，是微/小型喷气发动机的重要组成部分，其功能主要是以适合燃烧的形式向发动机提供燃油，并且要求按照启动、停车、加减速以及适合飞行包线的所有工作状态下稳定运转所需油量精确控制燃油流量。典型的涡轮喷气发动机基本上都包括一台高压油泵，各种油门控制器，多个燃油喷嘴以及一定数量的传感器装置，此外还包括一些辅助功能，比如滑油冷却和液压等。发动机的燃油系统庞大、控制系统繁琐，涉及功能多，重量比较大，增加了对推力的要求。典型的涡轮喷气发动机燃油控制系统的执行机构主要为机械液压式供油调节装置，其结构复杂、加工成本高、易出现故障，不能满足微/小型发动机控制技术的发展需求这一现状。现有的涡轮喷气发动机燃油泵以柱塞泵为主，全部采用由发动机转子经过传动机构的带动来运转。带泵发动机的控制模型以转速作为被控制量，以燃油泵调节机构的位置作为输入量，并非以供油量为输入量。虽然控制模型为一阶惯性环节，但是带泵发动机的时间常数大，动态性能差。现有技术存在难以准确控制油门开关的问题，需要通过计量油针来辅助控制油流量，导致燃烧室内油气与空气的压比存在比较大的稳态误差，燃烧不稳定，油耗高。而且要求的飞行速度越快，推重比越高、油耗越大、振动和噪声越强烈。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种微/小型喷气发动机燃油控制系统及控制方法，用于解决现有技术中燃油系统体积大、燃烧不充分、油耗高，控制系统与机械液压调节装置结构复杂、调节精度低、维修困难，以及燃油泵必须由发动机转子经过传动机构带动导致动态性能差等问题。采用本专利技术的系统能够大大减少机械液压调节装置，减少大量传感器设备，提高控制精度，实现小型化、简单化、嵌入式。为了实现上述技术方案，本专利技术采取如下技术解决方案：一种微/小型喷气发动机燃油控制系统，至少包括地面控制系统和通过无线传输设备连接的飞行器系统，其中：地面控制系统，包括上位机和人机交互界面以及无线传输设备，用于设定飞行器目标飞行参数，显示飞行器发动机状态参数；飞行器系统，包括：下位机，嵌入于飞行器中，用于实现与上位机通讯，对设定值、实测值和反馈值进行分析，并输出脉宽调制信号PWM；无线传输设备，用于实现上位机和下位机的相互通讯；飞行器环境监测模块，包括机载导航仪、温度传感器和压力传感器，用于监测飞行器的飞行高度、飞行速度、空气温度和空气压力，将环境信号发送至下位机；伺服驱动模块，包括驱动电路和伺服电机，用于驱动发动机燃油系统齿轮泵对发动机燃烧室注油；微/小型发动机燃油系统，包括恒压油箱、输油管、燃油喷嘴和齿轮泵，用于按照飞行需求给航空发动机提供定量燃油；发动机转速反馈设备，用于反馈发动机转速信号；所述地面控制系统通过无线传输设备与飞行器的下位机相连，下位机分别连接飞行器环境监测模块、伺服驱动模块和发动机转速反馈设备，伺服驱动模块和发动机转速反馈设备分别连接微/小型发动机燃油系统，通过地面控制系统控制飞行器下位机输出控制信号，并通过伺服驱动模块对微/小型发动机燃油系统提供定量燃油。进一步，所述伺服电机与微/小型发动机燃油系统的齿轮泵连接，齿轮泵与发动机转子传动机构分离，由伺服电机控制；齿轮泵分别连接恒压油箱和发动机燃油喷嘴，微/小型发动机燃油系统的涡轮与发动机转速反馈设备相连。进一步，所述飞行器目标飞行参数包括目标飞行器飞行高度和目标飞行速度以及其他过渡态参数。进一步，所述发动机过渡态参数包括启动、停车、加速、减速和加力。进一步，所述飞行器发动机状态参数包括飞行器实际飞行高度、飞行器实际飞行速度和发动机转速。进一步，所述下位机上设有用于接入相对应型号的发动机控制规律的发动机飞行控制规律接口。相应地，本专利技术给出了一种微/小型喷气发动机燃油控制方法，包括下述步骤：1)给下位机输入对应型号发动机的控制规律；2)通过人机交互界面设定包括目标飞行高度和目标飞行速度飞行器飞行参数，将飞行器飞行参数传送至上位机；3)经过无线传输设备加密，上位机将飞行器飞行参数传递至下位机；4)下位机将目标飞行高度和目标飞行速度分别与实际飞行高度和实际飞行速度比较，下位机根据比较值连同空气温度和空气压力按照发动机控制规律，产生目标发动机转速信号；5)利用发动机转速反馈设备将发动机涡轮转速信号传输至下位机，与目标发动机转速比较，下位机根据比较值输出脉宽调制信号PWM，控制驱动电路，实现闭环控制；6)驱动电路通过伺服电机控制主被控对象—齿轮泵按照飞行需求调节齿轮泵转速来精确控制燃油流量；7)下位机将飞行器的实际运行状态发送给上位机，上位机将信息传输至人机交互界面，显示飞行器发动机状态参数。进一步，所述步骤4)中，下位机将飞行器设定的飞行参数与飞行器环境监测模块监测的外界飞行环境比较，产生目标发动机转速nr：nr＝nr{hr(t)-h(t),Vr(t)-V(t),C(t),p(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微/小型喷气发动机燃油控制系统，其特征在于，该系统至少包括地面控制系统和通过无线传输设备连接的飞行器系统，其中：地面控制系统，包括上位机和人机交互界面以及无线传输设备，主要用于设定飞行器目标飞行参数，显示飞行器发动机状态参数；飞行器系统，包括：下位机，嵌入于飞行器中，用于实现与上位机通讯，对设定值、实测值和反馈值进行分析，并输出脉宽调制信号PWM；无线传输设备，用于实现上位机和下位机的相互通讯；飞行器环境监测模块，包括机载导航仪、温度传感器和压力传感器，用于监测飞行器的飞行高度、飞行速度、空气温度和空气压力，将实测信号发送至下位机；伺服驱动模块，包括驱动电路和伺服电机，用于驱动发动机燃油系统齿轮泵对发动机燃烧室注油；微/小型发动机燃油系统，包括恒压油箱、输油管、燃油喷嘴和齿轮泵，用于按照飞行需求给航空发动机提供定量燃油；发动机转速反馈设备，用于反馈发动机转速信号；所述地面控制系统通过无线传输设备与飞行器的下位机相连，下位机分别连接飞行器环境监测模块、伺服驱动模块和发动机转速反馈设备，伺服驱动模块和发动机转速反馈设备分别连接微/小型发动机燃油系统，通过地面控制系统控制飞行器下位机输出控制信号，并通过伺服驱动模块对微/小型发动机燃油系统提供定量燃油。...

【技术特征摘要】
1.一种微/小型喷气发动机燃油控制系统，其特征在于，该系统至少包括地
面控制系统和通过无线传输设备连接的飞行器系统，其中：
地面控制系统，包括上位机和人机交互界面以及无线传输设备，主要用于
设定飞行器目标飞行参数，显示飞行器发动机状态参数；
飞行器系统，包括：
下位机，嵌入于飞行器中，用于实现与上位机通讯，对设定值、实测值和
反馈值进行分析，并输出脉宽调制信号PWM；
无线传输设备，用于实现上位机和下位机的相互通讯；
飞行器环境监测模块，包括机载导航仪、温度传感器和压力传感器，用于
监测飞行器的飞行高度、飞行速度、空气温度和空气压力，将实测信号发送至
下位机；
伺服驱动模块，包括驱动电路和伺服电机，用于驱动发动机燃油系统齿轮
泵对发动机燃烧室注油；
微/小型发动机燃油系统，包括恒压油箱、输油管、燃油喷嘴和齿轮泵，用
于按照飞行需求给航空发动机提供定量燃油；
发动机转速反馈设备，用于反馈发动机转速信号；
所述地面控制系统通过无线传输设备与飞行器的下位机相连，下位机分别
连接飞行器环境监测模块、伺服驱动模块和发动机转速反馈设备，伺服驱动模
块和发动机转速反馈设备分别连接微/小型发动机燃油系统，通过地面控制系统
控制飞行器下位机输出控制信号，并通过伺服驱动模块对微/小型发动机燃油系
统提供定量燃油。
2.根据权利要求1所述的一种微/小型喷气发动机燃油控制系统，其特征在
于，所述伺服电机与微/小型发动机燃油系统的齿轮泵连接，齿轮泵与发动机转
子传动机构分离，由伺服电机控制；齿轮泵分别连接恒压油箱和发动机燃油喷
嘴，微/小型发动机燃油系统的涡轮与发动机转速反馈设备相连。
3.根据权利要求1所述的一种微/小型喷气发动机燃油控制系统，其特征在
于，所述飞行器目标飞行参数包括飞行器目标飞行高度和目标飞行速度以及其
他过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：付蒙，李江红，侯媛媛，冀晓翔，张文龙，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61