2019 年《航空发动机控制》复习提纲
1.理解航空动力装置在地面条件下的安全工作范围。
它的工作受到慢车转速、最大转速、贫油熄火、涡轮前最高温度以及压气机喘振边界的限制。
2.理解航空动力装置在空中飞行时受到的各种限制。
高空低速时受燃烧室高空熄火的限制。因为高空空气稀薄，燃油雾化质量差，难以稳定燃烧。低空高速时受压气机
超压限制。因为压气机后压力过高，可能会损坏压气机、燃烧室等薄壁部件。图中右边为最大飞行马赫数 MH 限制线。右上方为进气道、飞机蒙皮承受的气动热限制，或称为超载边界。发动机在空中熄火后，一般只能在空中起动
区这一狭小范围内，利用发动机风车状态所造成的燃烧室压力而重新点火、起动。
3.理解航空发动机对控制装置的要求。（P22）
1 保证最有效地使用发动机、
2 稳定工作，控制精度高、
3 良好的动态品质、
4 可靠性高，维护性好、
5 可更改
性好，满足先进发动机对控制不断增加的要求。
4.掌握可控变量的概念。
能影响被控对象的工作过程，用来改变被控参数大小的因素称为可控变量，如供往发动机的燃油流量Wf，涡桨发
动机上螺旋桨的桨叶角β。通常选择油气比（Wf /p3）作为主要的可控变量（原因在28题处也有）：
（1）因其与主燃烧室油气比的正比关系，油气比可以很好地控制涡轮燃气温度；（2）当发动机喘振时提供了自
恢复的特征；（3）由于减少了控制器收益限制的变化，简化了控制规律，就如同使用修正参数来降低发动机性能航空发动机原理
参数的变化。
5.掌握被控参数的概念。
能表征被控对象的工作状态而又被控制的参数。原则上能表征发动机推力大小的参数均可选作被控参数，如转速、涡轮前温度、涡轮后温度、增压比等，当然也包括推力本身。现代民用航空发动机通常用N1和EPR作为被控参数。
6.掌握控制装置的概念。
用以完成既定控制任务的机构总和，又称控制器。
7.掌握干扰作用量的概念。
作用在被控对象或/和控制器上，能引起被控参数发生变化的外部作用量，如飞机的飞行高度H，飞行速度V、外界
温度、压力等，通用可以用f表示。
8.理解并分析开环控制。
整个控制系统构成一个开启的回路，所以称为开环控制。优点：控制及时，稳定性好；缺点：精度差。开环控制
系统按补偿原理控制；控制装置与发动机同时感受同样的外界干扰量；只要干扰量发生变化，控制装置就会相应
的改变可控变量qm,f，以补偿干扰量对发动机所引起的被控参数n的变化，从而间接保持被控参数不变。
补充：图 1-3（a）为开环转速控制系统原理图。该系统是利用柱塞泵供油的。各柱塞都顶靠在一个斜盘上，只要
通过随动活塞移动改变斜盘的倾角就可改变柱塞的行程，使供油量发生变化（柱塞泵将在油泵一章进
行详细讲述）。由图可见，它是用膜盒来感受外界干扰量p2（外界大气压）的变化，该干扰量同时作用于发动机上，引起
发动机转速的变化。通常p2 的变化反应了飞行高度和速度的变化。当发动机的外界条件变化时，流过发动机的空
气流量变化，影响空气流量变化的主要因素是发动机进口压力p2。对飞行范围不很宽、性能要求不很高的发动机，通常都不考虑发动机进口温度T2 的影响。当p2 变化时，进入发动机的空气流量就发生改变，这将引起发动机转
速发生变化。这时，如图所示的控制装置也感受到这一干扰量的变化及时改变供油量，使之与空气流量的变化相
适应，可保持转速不变。
9.理解复合控制的概念和特点。（其结构简图如图 1-7 所示）
复合控制是开环控制和闭环控制的组合，在闭环控制回路的基础上，增加干扰量补偿的顺馈通路，是闭环系统综
合开环系统的优点，在干扰量对系统产生不利影响之前，就能通过补偿消除即将发生的不利影响。这种控制系统
兼有开环和闭环的优点，对各自的缺点有所弥补。
10.理解民航发动机控制的内容。
1 燃油流量控制、
2 空气流量控制、
3 间隙控制、
4 冷却控制
5 其他系统控制
6 涡桨、涡轴发动机控制、
7 超音速民航机控制、
8 状态监控及故障诊断
11.掌握齿轮泵理论供油量和实际供油量的计算方法。(齿轮泵见打印 P29)
2
2j v d Q bn z πη=
12. 掌握柱塞泵理论供油量和实际供油量的计算方法。(柱塞泵 见打印 P33-35)
2sin tan 2z v Q d znl π
θϕη=
13. 掌握至少 3 种转速测量方法，说明各自的工作原理和在航空发动机中应用。(见打印 P47)
机械离心式转速敏感元件——由离心飞重、支架、调准弹簧、导杆等组成，见图3-1。离心飞重因旋转而产生离心力，该力在旋转轴线方向引起的力称轴向换算力。在平衡转速下此离心力的轴向换算力与弹簧力相平衡，导杆无位移。当转速偏离给定值时，离心力要变化，破坏了与弹簧力的平衡，导杆就要移动，从而输出位移信号 y ，使控制系统开始动作，直至转速再恢复为给定值，离心力的轴向换算力与弹簧力重新平衡为止。由此可见，这种元件的输入量是转速n ，输出量则为位移 y 。目前，发动机中所应用的敏感元件，其导杆和飞重块的质量都很小，弹簧的刚度较大，实际的 T1、T2 都比较小，因此过渡过程很短。
变磁阻式转速敏感元件——线圈 1 内装有永久磁铁 2 组成探头并对着齿轮 3，齿轮 3 与被测轴一起旋
转。齿顶与铁芯之间的间隙为x ，每当一齿扫过磁铁的磁场一次时。就改变一次磁路的磁阻，从线圈 1 即可输出一系列的脉冲信号，输出脉冲的幅值和频率与转速成正比。通常选择以频率来表征被测转速量值。在实际的应用中，也有使用具有独立的两个或三个感应线圈的磁电感应头。这样，可以输出两路或三路相互冗余的转速信号。
专用的发电机——测速发电机式转速传感器的结构与普通发电机类同。当被测转轴带动其转子转动时，电机将输出电压。因为这一发电机的用途是测量转速而非用来发电的，所以被称为测速发电机。在一定的转速范围内，测速发电机输出的电压幅值及频率均与转速成正比，因此可以以这两个量中的一个反映转速的量值。
14. 掌握至少 3 种温度测量方法，说明各自的工作原理和在航空发动机中应用。（见打印 P68-75）
航空发动机上常用的有温度的非电测量（充填式、双金属式）以及电测方法（热电偶、电阻式）
充填式温度敏感元件——波纹管和外套之间充填易膨胀物质（液体、气体或饱和蒸汽），被测介质温度发生变化时，充填物质的的温度、体积、压强随之改变，波纹管受到挤压或拉伸，在推杆上输出位移。
双金属——双金属片由两种热膨胀系数不同的金属片沿其全长接触表面熔焊或钎焊而成，当温度改变时，双金属
片发生变形（向被动层一侧弯曲）。
热电偶——热电偶式温度敏感元件是利用两种金属的热电现象，将被测介质的温度变化转换成电量的变化而输出。
电阻式——基于一种金属或半导体在温度变化时会改变本身电阻这一特性。
15.掌握至少 3 种压力测量方法，说明各自的工作原理和在航空发动机中应用。(见打印 P55)
薄膜——薄膜将输入的作用力（或压力、压差值等）转换为该量对应的位移量输出，常被用来感受气体、液体的
压力或压力差。
膜片与膜盒——由金属材料制成的圆形薄片叫膜片，也称金属薄膜。与橡胶薄膜相比，它的优点是机械强度高，
刚性大、位移特性的直线性好、滞环小，装配情况对特性影响小。它的缺点是对温庋较敏感，温度的变化影响其
机械性能和尺寸，故不宜在宽广的温度范围内工作。膜片测量的压差比薄膜大；为了增大膜片的输出位移，可将
两个膜片沿圆周边缘焊接起来，即成为膜盒。几个膜盒叠加在一起，即称为膜盒组。
波纹管——当通入教测气体或液体时，波纹管将改变自己的长度，自由端即输出位移。当压力取消后．波纹管又
恢复封原始位置。波纹管位移大小与波纹管本身的刚度有关也和载荷的大小有关；由于波纹管的构造简单．在压
力差的作厨下有较太的位掺和力，广泛用来测量气体和液体的压力或压差，或用作信号转换装置。
活门——直接由活门来感受压力或压力差，感受的油压作用力与弹簧力平衡；输出位移的变化可改变节流口（或
旁通口）的面积，改变流动阻力以实现对压力（或压力差）的控制。
电感式传感器——在压力作用下通过弹性元件的变形带动铁芯或衔铁移动，使传感器输出电压发生变化，实现对
压力或压差的测量。
应变式——利用弹性敏感元件和电阻应变片将被测压力转换为相应电阻值变化的压力传感，也叫做压阻式压力传
感器。
16.掌握重叠量的概念。(P88)
分油活门凸台的宽度与衬套上的窗口沿轴向的宽度（或直径）之差的 1/2成为分油活门的重叠量，分油活门按重
叠量可分为三种形式，即分油活门可以是零重叠量、正重叠量、负重叠量，见图 4-3。
17.理解并分析分油活门。（P87）
分油活门，又称滑阀，其工作如图 4-2 所示。它是一个双凸肩活门。在稳定状态下，分油活门处于中立位置，而
凸肩正好堵住了高压油通往执行元件（即随动活塞）的通路，活塞上、下腔均不通油，随动活塞稳定在某一位置上，静止不动，没有信号输出。滑阀在衬套中沿轴向移动，滑阀上凸台的作用是遮蔽或打开衬套上的窗口；当滑
阀移动时，打开由凸台控制的衬套上的窗口，所打开的窗口轴向尺寸称为开度，打开的面积为液体的流通面积，
也称为节流面积。节流面积的大小取决于滑阀的轴向位移、窗口的形状及尺寸和窗口数目。
18.理解并分析刚性反馈分油活门。
反馈量与输出量之间有一定的函数关系，称为刚性反馈（比例反馈）。图 4-14 带刚性反馈的分油活门式液压放
大器的工作原理图。
当分油活门产生位移+△y 时，在开始一瞬间，活门凸肩打开了衬套上的两个窗口，开度也为+△y，使活塞 B 腔
的压力降低和 A 腔的压力升高都较快，活塞迅速向上移动。在活塞上移的同时，又通过杠杆带动反馈衬套向上移动，从而使分油活门所控制的衬套上的窗口开度不断减小，流过的工作液减少使随动活塞移动的速度减慢，减弱
了随动活塞的输入信号，起负反馈作用。
19.理解喷嘴挡板的工作原理和挡板受力情况。
喷嘴档式液压放大原件的主要组成部分如图 4-18 所示。它包括定节流嘴 1、喷嘴挡板 2、随动活塞 3、弹簧 4 等。在稳定状态下，挡板活门的开度一定，进入随动活塞左腔的高压油经节流嘴再流向 B 腔，并喷嘴经挡板活门
的缝隙处流出，活塞右腔的进出流量保持平衡，活塞不动，无信号输出。
作用力：静压作用力、动量力、端面缝隙静压作用力（详细介绍见P111）
20.理解电液伺服活门的主要元件，阐述电液伺服活门的工作原理。
电液伺服活门主要由电气转换装置和液压放大器部分组成。电液伺服活门既起电气信号与液压信号间的转换作用，又起信号的放大作用。在发动机电子控制中广泛用它完成电／液转换。（详细原理见P125）
21.理解基本发动机应满足的假设。
（1）只考虑发动机转子惯性对发动机动态特性的影响。（2）推导输入为燃油流量时的动态方程时，假设飞行条
件保持不变。（3）发动机工作状态相对于原稳态点在小偏差范围内变化，并认为动态过程中部件效率及总压损失
系数保持不变。（4）油泵转速与发动机转子转速无关。（5）涡轮喷嘴环及尾喷管处于临界以上流动状态。（6）
忽略燃烧延时及燃气与空气流量的差别。
22.掌握超调量的概念。
超调量是反映过渡过程中输出量瞬时骤增超过稳定值大小程度的一个量，如果发动机转速超调过大，则压气机或
涡轮叶片可能会断裂飞出，引起严重的事故。为此对超调量常有一定的限制。
调节时间：
23.掌握调节时间的概念。
调节时间就是从被控制量开始变化起，直到最后一次进入误差带而不再超出时，其所经历的时间。显然，调节时
间反映了过渡过程的快慢，要求 ts 在系统满足其他指标的基础上越小越好。
24.掌握静态误差的概念。
静态误差是指过渡过程结束后剩余的偏差，即在干扰作用下最后偏离原来稳定值的大小，或者指偏离给定值的大小。偏离越小，静态准确度越高。
25.分析间接作用式闭环转速控制系统。
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