用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統及控制方法與流程

本發明涉及測功器控制領域，特別地，涉及一種用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統及控制方法。

背景技術：

先進的航空渦輪螺槳發動機(以下簡稱渦槳發動機)在飛機上的工作模式是由發動機輸出軸帶動螺旋槳旋轉產生拉力驅動飛機，拉力的大小和方向(飛機降落時螺旋槳可以產生反向推力以減少滑行距離)是由螺旋槳電子控制器調節槳葉角度進行控制的。在渦槳發動機的研制過程中根據試驗特點需要使用兩種試車臺：一種是發動機+螺旋槳的試車臺，其工作模式和裝機狀態一致，這種試車臺簡稱槳臺；另一種是用測功器代替螺旋槳的試車臺，用于精確測量發動機的輸出功率和扭矩，這種試車臺簡稱軸臺。

早期或小型的航空螺旋槳發動機的控制比較簡單，發動機不同狀態下其輸出軸轉速保持不變，或者導葉角度保持不變，其在軸臺進行整機試驗時，通常是采用測功器和發動機分開控制的方法，即測功器為恒轉速控制模式(測功器根據給定值恒定轉速)或恒扭矩控制模式(測功器根據給定值恒定扭矩)，在控制發動機變換狀態時只需要通過操作桿控制發動機狀態以改變輸出功率即可。對于先進渦槳發動機而言，發動機在變換狀態時，螺旋槳的轉速、扭矩都需要根據發動機狀態的變化而改變，在裝機狀態下這些功能均由發動機電子控制器(eec)、螺旋槳控制器(pec)和操作桿來實現的。如果在軸臺上仍采用測功器和發動機分開控制的方法進行先進渦槳發動機操縱，在操縱發動機變換狀態時還需要同時操縱測功器變化狀態，二者需要精確地協調動作，僅靠人工操作根本無法完成。

技術實現要素：

本發明提供了一種渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統及控制方法，以解決先進渦槳發動機在軸臺操作困難的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統，包括：操作桿、與操作桿連接的螺旋槳控制器模擬器、分別與螺旋槳控制器模擬器連接的測功器控制器和發動機電子控制器、與測功器控制器連接的測功器、與測功器連接的發動機；發動機還與發動機電子控制器連接，螺旋槳控制器模擬器用于接收操作桿的操作信號及換算出操作信號下螺旋槳狀態的轉速和功率參數，并向測功器控制器發出用于測功器的狀態設定和控制模式切換的第一信號、向發動機電子控制器發出用于發動機的輸出功率控制的第二信號。

進一步地，發動機處于地慢狀態時，測功器為恒轉速模式，測功器的轉速值由測功器控制器根據第一信號設定。

進一步地，發動機處于空慢狀態時，測功器為閥門位置模式，發動機的輸出轉速由發動機電子控制器根據第二信號調節發動機的輸出功率進行控制。

進一步地，發動機超過空慢狀態時，測功器為恒轉速模式，測功器的轉速值由測功器控制器根據第一信號設定。

進一步地，測功器為水力測功器，測功器控制器用于發送指令調節水力測功器的出水閥門來適應發動機的狀態變換。

根據本發明的另一方面，還提供了一種用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制方法，采用上述測功器控制系統，控制方法包括以下步驟：將操作桿對應的操作信號發送至螺旋槳控制器模擬器；螺旋槳控制器模擬器根據操作信號換算出相應螺旋槳狀態的轉速和功率參數，并發送第一信號給測功器控制器、發送第二信號給發動機電子控制器；測功器控制器根據第一信號對測功器進行狀態設定和控制模式的切換，發動機電子控制器根據第二信號控制發動機的輸出功率。

進一步地，測功器為水力測功器，測功器控制器發送指令調節水力測功器的出水閥門來適應發動機的狀態變換。

進一步地，發動機處于地慢狀態時，測功器控制器根據第一信號控制測功器切換為恒轉速模式，同時測功器控制器根據第一信號設定測功器的轉速值從而控制發動機的輸出轉速。

進一步地，發動機處于空慢狀態時，測功器控制器根據第一信號控制測功器切換為閥門位置模式，發動機電子控制器根據第二信號調節發動機的輸出功率從而控制發動機的輸出轉速。

進一步地，發動機超過空慢狀態時，測功器控制器根據第一信號控制測功器切換為恒轉速模式，同時測功器控制器根據第一信號設定測功器的轉速值從而控制發動機的輸出轉速。

本發明采用螺旋槳控制器模擬器用于先進渦槳發動機軸臺整機試驗，解決了國內先進渦槳發動機在軸臺操作困難的問題。本發明的用于渦槳發動機軸臺試車的測功器系統及其控制方法響應迅速、超調量小且工作可靠，可以很好地實現對渦槳發動機的控制，能夠模擬發動機帶螺旋槳的工作狀態，且具有驗證手控順槳、反槳工作的功能。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明優選實施例的用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統的原理框圖；

圖2是本發明優選實施例的測功器控制方法的流程圖。

附圖標號說明：

1、操作桿；2、螺旋槳控制器模擬器；3、測功器控制器；4、發動機電子控制器；5、測功器；6、發動機。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

參照圖1，本發明的優選實施例提供了一種用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統，包括操作桿1、螺旋槳控制器模擬器2、測功器控制器3、發動機電子控制器4、測功器5和發動機6。螺旋槳控制器模擬器2接收操作桿1的操作信號，換算出各操作信號下螺旋槳狀態的轉速和功率參數，給測功器控制器3發出第一信號、給發動機電子控制器4發出第二信號：給測功器控制器3的第一信號用于測功器5的狀態設定和控制模式的切換；給發動機電子控制器4的第二信號用于發動機6輸出功率的控制。

本發明中，操作桿1與螺旋槳控制器模擬器2通過信號線連接。操作臺上設置有兩個操作桿1：功率桿和狀態桿，功率桿控制發動機6的輸出功率，狀態桿控制螺旋槳。當操作員操作時，狀態桿會傳遞狀態桿信號(cla桿信號)給螺旋槳控制器模擬器2，功率桿會傳遞離散量輸入輸出信號至螺旋槳控制器模擬器2，其中的狀態桿信號用于測功器5的控制。

螺旋槳控制器模擬器2通過信號線連接至測功器控制器3，并向測功器控制器3發送電壓信號，同時測功器控制器3可發送反饋信號給螺旋槳控制器模擬器2。螺旋槳控制器模擬器2還通過rs422總線與發動機電子控制器4連接，用于與發動機電子控制器4實現數據的同步交互。

測功器控制器3與測功器5通過信號線連接，測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號來設定測功器5的轉速和扭矩，同時，測功器5也會將其自身的狀態信號包括轉速和扭矩信號反饋給測功器控制器3。

本優選實施例中，測功器5為水力測功器，其與發動機6通過聯軸器連接，測功器5的轉速值與發動機6的輸出轉速相等。此外，發動機6還與發動機電子控制器4通過電纜線連接，發動機電子控制器4根據螺旋槳控制器模擬器2發來的第二信號發送控制指令給發動機6以控制發動機6的輸出功率，同時發動機6也能將自身的狀態信號反饋給發動機電子控制器4，進而通過rs422總線傳遞給螺旋槳控制器模擬器2實現數據的交互。

因某渦槳發動機在地慢狀態到空慢狀態、空慢狀態到最大狀態的控制規律不同，測功器5的單一控制模式(恒轉速或恒扭矩控制模式)無法滿足發動機6的控制需求，故本發明中將測功器5模式選定為“flightsimulationmode”模式(飛行模擬模式)，該模式能根據給定信號自動實現恒轉速模式、恒扭矩模式、閥門位置模式之間的任意轉換。

發動機6裝機狀態的控制規律為：地慢采用順槳控制模式,近似于測功器5的閥門位置控制模式；空慢狀態是在發動機電子控制器4控制下的恒轉速控制模式；超過空慢狀態為螺旋槳控制器控制下的恒轉速控制模式。在軸臺調試過程發現，加減速過程在控制模式轉換點，各參數波動大，難以實現測功器5控制與發動機6控制良好匹配工作，發動機6裝機狀態的控制規律無法適用于軸臺。

為解決以上問題，本發明在渦槳發動機進行軸臺試驗時采用的測功器5控制模式如下：

發動機6處于地慢狀態時，測功器5為恒轉速模式，測功器5的轉速值由測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2發來的第一信號設定；發動機6處于空慢狀態時，測功器5轉換為閥門位置模式，發動機6的輸出轉速由發動機電子控制器4調節發動機6的功率進行控制；發動機6超過空慢狀態時，測功器5為恒轉速模式，測功器5的轉速值由測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2發來的第一信號設定。經試驗驗證，采用上述方案進行控制模式轉換時各參數變化正常，無波動超調現象。

本發明為渦槳發動機軸臺提供了一種測功器控制方法，使測功器5模擬螺旋槳的工作狀態，達到測功器5與發動機6相互匹配且穩定工作的目的。參照圖2，本發明的用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統進行的控制方法具體如下：

步驟s100，操作員推拉操作桿1，將操作桿1對應的操作信號發送至螺旋槳控制器模擬器2；

步驟s200，螺旋槳控制器模擬器2根據操作信號換算出相應螺旋槳狀態的轉速和功率參數，并發送第一信號給測功器控制器3、發送第二信號給發動機電子控制器4；

步驟s300，測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號對測功器5進行狀態設定和控制模式的切換，發動機電子控制器4根據螺旋槳控制器模擬器2的第二信號控制發動機6的輸出功率。

本發明中，測功器5為水力測功器，測功器控制器3發送指令調節水力測功器5的出水閥門的開關度來適應發動機6的狀態變換，完成測功器5與螺旋槳控制器模擬器2的聯合工作，實現某渦槳發動機軸臺試驗的測功器5控制。

測功器5的狀態設定包括轉速和扭矩的設定，測功器5的控制模式切換包括恒轉速模式和閥門位置模式的切換。具體地，本發明的優選實施例中，測功器5的控制模式如下：

發動機6處于地慢狀態時，螺旋槳控制器模擬器2根據操作桿1的操作信號向測功器控制器3發出第一信號，測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號控制測功器5切換為恒轉速模式，同時測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號設定測功器5的轉速值，從而控制發動機6的輸出轉速(測功器5的轉速值與發動機6的輸出轉速相等)。

發動機6處于空慢狀態時，螺旋槳控制器模擬器2根據操作桿1的操作信號向測功器控制器3發出第一信號、向發動機電子控制器4發出第二信號，測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號控制測功器5切換為閥門位置模式，同時發動機電子控制器4根據螺旋槳控制器模擬器2的第二信號調節發動機6的輸出功率從而控制發動機6的輸出轉速。

發動機6超過空慢狀態時，螺旋槳控制器模擬器2根據操作桿1的操作信號向測功器控制器3發出第一信號，測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號控制測功器5切換為恒轉速模式，同時測功器控制器3根據螺旋槳控制器模擬器2的第一信號設定測功器5的轉速值，從而控制發動機6的輸出轉速(測功器5的轉速值與發動機6的輸出轉速相等)。

本發明采用螺旋槳控制器模擬器2用于先進渦槳發動機軸臺整機試驗，解決了國內先進渦槳發動機在軸臺操作困難的問題。經實際使用證明，本發明的用于渦槳發動機軸臺試車的測功器控制系統及其控制方法響應迅速、超調量小且工作可靠，可以很好地實現對渦槳發動機的控制，能夠模擬發動機6帶螺旋槳的工作狀態，且具有驗證手控順槳、反槳工作的功能。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。