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第1章 绪论1

1.1 航空发动机控制技术的发展1

1.1.1 液压机械控制2

1.1.2 液压机械＋电子控制2

1.1.3 全权限数字电子控制3

1.2 FADEC技术的发展3

1.2.1 国外FADEC技术的发展历程3

1.2.2 我国FADEC技术的发展9

1.2.3 FADEC技术的发展趋势12

1.3 FADEC系统的一般设计流程及本书内容安排15

1.3.1 FADEC系统的一般设计流程15

1.3.2 本书内容安排15

第2章 控制系统设计的技术要求16

2.1 航空发动机控制计划16

2.1.1 航空发动机的工作状态16

2.1.2 航空发动机各工作状态的使用限制17

2.1.3 航空发动机控制变量的选择19

2.1.4 起动过程的控制计划20

2.1.5 非加力工作状态的控制计划21

2.1.6 加力工作状态的控制计划30

2.2 控制系统的功能要求36

2.2.1 航空发动机控制系统的功能36

2.2.2 控制功能的详细描述38

2.3 控制系统的性能要求58

2.3.1 稳态性能指标58

2.3.2 动态性能指标59

2.3.3 切换性能指标59

2.3.4 执行机构回路控制品质要求59

2.4 控制系统的工作环境要求62

2.4.1 电子控制器工作环境62

2.4.2 燃油附件工作环境62

2.5 安全性、可靠性、维修性、保障性、测试性设计要求62

2.5.1 安全性设计要求62

2.5.2 可靠性设计要求63

2.5.3 维修性设计要求63

2.5.4 保障性设计要求64

2.5.5 测试性设计要求64

第3章 控制系统的总体方案设计65

3.1 控制系统的基本结构65

3.1.1 控制系统的总体结构和功能分配66

3.1.2 主燃油流量控制67

3.1.3 风扇进口可调叶片角度控制68

3.1.4 高压压气机进口可调静子叶片角度控制69

3.1.5 加力燃油流量控制69

3.1.6 尾喷口喉道截面面积控制70

3.1.7 矢量喷口控制71

3.2 控制系统余度设计71

3.2.1 控制系统可靠性的基本概念71

3.2.2 控制系统典型结构余度分析73

3.2.3 控制系统结构余度设计77

3.3 控制系统精度分析83

3.3.1 在给定控制计划下控制精度的选择83

3.3.2 根据控制精度选择控制计划86

3.3.3 传感器精度计算方法87

3.3.4 传感器精度计算88

3.4 控制系统稳定性分析92

3.4.1 主燃油流量控制回路92

3.4.2 尾喷口喉道面积控制回路97

3.4.3 其他控制回路101

3.4.4 多回路共同工作对系统稳定性的影响101

3.5 控制系统可靠性分析105

3.5.1 控制系统可靠性模型的基本概念105

3.5.2 典型结构的故障树模型107

3.5.3 对控制系统方案的可靠性建模与预计109

3.5.4 控制系统可靠性指标分配110

3.6 电子控制器原理方案112

3.6.1 电子控制器主要功能设计112

3.6.2 电子控制器总体架构设计113

3.7 燃油系统原理总体方案117

3.7.1 燃油系统的主要功能设计117

3.7.2 燃油系统的总体架构设计118

3.7.3 主燃油系统原理方案119

3.7.4 加力燃油系统原理方案121

3.8 传感器参数设计与选型配置123

3.8.1 压力传感器123

3.8.2 喘振传感器124

3.8.3 发动机进口总温传感器124

3.8.4 高压压气机进口气体总温传感器124

3.8.5 低压涡轮出口温度传感器及集电环125

3.8.6 喷口喉道面积传感器125

3.8.7 转速传感器125

3.8.8 火焰传感器126

第4章 控制律设计127

4.1 位置伺服回路控制128

4.2 主燃油流量控制134

4.2.1 稳态点控制134

4.2.2 增益调参136

4.2.3 基于相似理论的增益调参139

4.2.4 限制保护控制140

4.2.5 加减速控制142

4.2.6 起动控制147

4.2.7 主燃油流量控制综合149

4.3 加力燃油流量控制150

4.4 风扇进口可调叶片角度控制151

4.5 高压压气机进口可调静子叶片角度控制151

4.6 喷口控制152

4.6.1 喷口开环控制152

4.6.2 喷闭环控制153

4.7 矢量喷口控制156

第5章 数字电子控制器设计158

5.1 数字电子控制器设计概述158

5.2 输入信号处理模块设计159

5.2.1 模拟信号处理电路159

5.2.2 频率信号处理电路165

5.2.3 离散量信号处理电路167

5.2.4 信号采集电路168

5.3 控制处理模块电路设计170

5.3.1 CPU电路170

5.3.2 存储器电路171

5.3.3 外围接口电路171

5.3.4 FPGA电路172

5.3.5 WDT及复位电路172

5.3.6 时钟电路173

5.3.7 局部总线接口电路173

5.3.8 通信总线接口电路174

5.4 输出信号处理电路180

5.4.1 模拟信号电流放大电路180

5.4.2 高速电磁阀驱动电路181

5.4.3 离散信号驱动电路182

5.4.4 步进电机驱动电路183

5.4.5 D/A转换电路184

5.5 电源模块设计185

5.5.1 EMI滤波185

5.5.2 AC/DC变换186

5.5.3 DC/DC变换188

5.5.4 过压保护电路189

5.5.5 电源监控191

5.6 余度管理电路192

5.6.1 通道同步电路192

5.6.2 逻辑切换电路193

5.6.3 通道间交叉通信电路194

5.7 开放式电子控制器的智能模块设计195

5.7.1 串行数据总线195

5.7.2 信号输入模块196

5.7.3 CPU模块197

5.7.4 伺服控制模块198

5.8 控制软件设计199

5.8.1 控制软件的主要功能设计199

5.8.2 控制软件的架构设计199

5.8.3 操作管理软件设计200

5.8.4 应用软件设计201

5.8.5 软件设计注意事项202

第6章 燃油系统设计204

6.1 燃油泵选型分析204

6.1.1 增压泵204

6.1.2 主泵204

6.1.3 加力泵205

6.1.4 伺服油源泵206

6.2 伺服作动控制系统设计207

6.2.1 伺服作动控制系统工作原理207

6.2.2 风扇进口可调导叶和高压压气机静子叶片角度控制装置208

6.2.3 喷口喉道面积控制装置208

6.2.4 矢量喷口控制装置209

6.2.5 典型伺服作动回路设计计算210

6.3 燃油计量系统设计218

6.3.1 燃油计量工作原理218

6.3.2 计量活门型孔设计221

6.3.3 压差回油式燃油计量回路设计计算223

6.3.4 燃油计量稳态精度分析231

第7章 故障诊断与容错设计234

7.1 故障诊断与测试的基本概念235

7.1.1 故障定义与分类235

7.1.2 故障诊断的概念和过程236

7.1.3 测试性与机内自检测237

7.1.4 测试性指标237

7.2 机内自检测设计240

7.2.1 上电前自检测240

7.2.2 飞行前自检测241

7.2.3 飞行中自检测243

7.2.4 维护性自检测245

7.3 故障诊断与处理的基本方法245

7.3.1 故障发现245

7.3.2 故障定位247

7.3.3 故障隔离247

7.3.4 系统重构248

7.3.5 故障恢复252

7.3.6 故障告警252

7.3.7 故障记录254

第8章 控制系统的综合和试验验证255

8.1 电子控制器在回路仿真256

8.1.1 电子控制器在回路仿真装置主要功能256

8.1.2 电子控制器在回路仿真系统的组成和原理256

8.1.3 电子控制器在回路仿真装置主要性能参数258

8.1.4 电子控制器在回路仿真的主要内容258

8.2 控制系统的半物理模拟试验263

8.2.1 半物理模拟试验器的主要功能263

8.2.2 半物理模拟试验系统的组成和原理263

8.2.3 半物理模拟试验器主要指标要求266

8.2.4 半物理模拟试验主要内容267

8.3 发动机试验与验证271

8.3.1 发动机地面试车272

8.3.2 发动机高空台试验274

8.3.3 发动机飞行试验274

主要参考文献276