cfm56-3飞机发动机稳定性控制系统研究

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1、CFM56-3飞机发动机稳定性控制系统研究    摘要：主要研究CFM56-3飞机发动机的稳定性控制系统；在研究发动机稳定性控制系统逻辑的基础上，建立稳定性控制系统简单数学模型，用模型分析这种控制方法的优缺点，提出改进措施；CFM56-3发动机的稳定性控制系统主要包括可调静子叶片(VSV)控制子系统和可调放气活门(VBV)控制子系统，这两个子系统都是闭环控制系统，系统间有信号交联，正是这种交联方式使该发动机稳定性控制存在着缺陷，本文最后提出发动机稳定性控制系统的改进方案。　　CFM56-3是设计成熟、性能优良的发动机之一，其控制系统属于监控电子控制式，该发动机控制

2、系统主要是通过主发动机控制器（MEC）和功率管理控制器（PMC）实现的。MEC负责发动机的完全控制，包括启动、加速、减速、转速、稳定性控制等；PMC具有监督功能，对推力进行精确控制和对发动机重要工作参数进行安全限制。　　发动机的稳定性控制主要是防止发动机产生喘振或失速等不稳定状态，提高发动机的稳定性和飞机的安全性。CFM56-3发动机稳定性控制系统包括可调静子叶片控制子系统（VSV控制系统）和可调放气活门控制子系统（VBV控制系统）。VSV控制系统主要调整静子叶片出口气流，让气流以优化攻角进入高压压气机转子叶片，控制进入高压压气机的气流量，提高高压压气机的工作稳定

3、性；VBV控制系统主要是实现高、低压压气机之间的空气流量匹配，提高低压压气机的工作稳定性。　　1.可调静子叶片控制系统　　可调静子叶片系统由2个曲柄机构、2个作动筒、4级作动环和1根反馈钢索构成，其控制逻辑是输入信号在MEC里转换，产生控制信号，控制VSV作动筒供给伺服燃油，调节高压压气机进口导向叶片和前3级静子叶片的角度，同时VSV反馈信号反馈给MEC构成闭环系统，以使高压压气机在较宽的范围内保持高效率和稳定性，达到控制目的。可调静子叶片控制系统如图1所示。图1可调静子叶片控制系统　　MEC系统输入信号有N2、高压压气机进口温度CIT(T2.5)和VSV反馈信号

4、（VSV），目标VSV信号（VSV*）是由N2和T2.5来计算产生的，通过VSV*与VSV的差值信号，产生系统输出信号，即VSV作动筒控制信号。根据控制逻辑，可调静子叶片系统的模型可表示为：　　VSV*=f1(N2，T2.5)；CVSV=F2（VSV*-VSV）；　　即：CVSV=F1{f1(N2，T2.5)-VSV}；　　f1：VSV目标值计算函数；CVSV：VSV作动筒输出信号；F1：VSV作动筒作动控制函数。　　根据模型可知：当目标信号和反馈信号不一致时，由MEC产生差值控制信号，驱动可调静子叶片作动筒供给伺服燃油，使可调静子叶片的位置趋近于目标位置，最终使

5、控制系统稳定。影响可调静子叶片开度的因素有N2转速、T2.5和VSV反馈。　　2.可调放气活门控制系统　　可调放气活门控制系统由1个燃油齿轮马达、1根反馈钢索、1个止动机构和12个放气活门构成。燃油齿轮马达用于控制可调放气活门开度大小；止动机构用于限制放气活门开关的极限位置；反馈钢索用于向MEC提供VBV开度的反馈信号。其控制逻辑是MEC根据输入信号，产生控制信号，控制燃油齿轮马达，调节放气活门的开度，然后VBV反馈信号反馈给MEC，构成闭环控制系统，实现控制放气量，提高低压压气机的工作稳定性控制目的。可调放气活门控制系统如图2所示。图2可调放气活门控制系统　　该

6、控制系统输入信号主要有VSV反馈信号（VSV）和VBV反馈信号（VBV），目标VBV信号（VBV*）由VSV反馈信号计算得到；输出信号，即控制信号是由VBV*和VBV的差值信号产生，驱动燃油齿轮马达，控制放气活门的开度。根据以上控制逻辑，可调放气活门系统的模型可表示为：　　VBV*=f2（VSV）；CVBV=F2（VBV*-VBV）；　　即：CVBV=F2{f2（VSV）-VBV}；　　f2：VBV目标值计算函数；CVBV：燃油齿轮马达输出信号；F2：燃油齿轮马达作动控制函数；　　当VBV*与VBV二者不一致时，MEC产生控制信号向VBV燃油齿轮马达提供伺服燃油，

7、改变放气活门的开度，最终使活门实际位置与目标位置一致，提高低压压气机稳定性。发动机可调放气活门的开关情况与可调静子叶片的开关情况相反：当发动机转速增大时关小，当T2.5变大时开大。　　3.稳定性控制系统存在的问题　　由上分析可知，VSV控制系统和VBV控制系统其控制逻辑都是反馈式闭环控制系统，这种控制方式能够保证这两个子系统保持各自的控制稳定性。在它们在控制逻辑里的，VSV控制系统的VSV反馈信号恰好是VBV系统的目标信号计算的参考信号，这种设计使得该型发动机在稳定性控制方面存在着优缺点。　　这种控制系统的优点是，保证VBV控制系统的可调放气活门的开度始终受VSV

8、的反馈信号