李秀芬
上海浦东国际机场航空油料有限责任公司 201207
摘要：燃油计量装置是是对燃油进行计量的重要装置，在航空发动机燃油系统中有着非常关键的作用，它的动态建模将会影响到其动态品质和运行过程，对于航空发动机的好坏起着决定性的作用，会直接影响到航空发动机的性能和运行状态，航空发动机燃油计量装置动态建模对航空发动机来说有着重要意义。
关键词：航空发动机；计量装置；动态建模
前言：航空发动机燃油计量装置通过动态建模来对整个燃油系统进行检测和诊断，保证航空发动机燃油系统能够正常运行，避免出现故障问题，通过设计此系统可以达到对航空发动机性能进行监测的效果，避免发动机性能受到影响而引起意外的发生。在对燃油计量装置进行设计的时候，要对其动态品质做好提前准备，必要时要对未来数据进行合理的猜测和预算，其动态品质是会直接对发动机性能造成影响的，动态建模是获取动态品质的主要途径。
1.航空发动机燃油计量装置概述
在航空发动机燃油系统中，航空发动机燃油计量装置是主要进行燃油计量的，它主要通过接收和控制信号来对燃油流量进行结算，主要是有电子控制器进行控制和操作的，它的计量是要确保在发动机燃烧室的燃油流量是在规定范围内的，对燃油流量做到合理地控制，对于航空发动机的正常运行有着至关重要的作用。航空发动机燃油计量装置是控制燃油流量的主要装置，主要是通过控制计量活门的位置来控制燃油流量，其原理也相对比较简单，只要做好这点就能将燃油流量进行良好控制。航空发动机燃油计量装置的这套对燃油流量的控制原理主要得益于它自身的结构优势，具体的结构示意图如下图图（1）所示。
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①齿轮泵；②回油活门；③计量活门；④增压关断活门；⑤弹簧；⑥回油活门弹簧；⑦节流孔；⑧压差活门；⑨压差活门弹簧
图（1） 燃油计量装置结构构造图
通过对航空发动机燃油计量装置的结构构造图可以直观的对燃油计量装置的结构进行详细的了解，了解它的具体组成部门还实现燃油流量管控的具体操作步骤和原理，其工作原理主要是通过齿轮泵的旋转来进行燃油的进入[1]，然后计量活门在电子信号的控制下通过压差和回油活门共同合作，来对压差进行控制，实现恒定压差的效果，计量活门开度才能通过相关指令进行工作，当燃油经过计量活门之后，将活门进行关断，主要是通过增压方式将燃油去流进发动机燃烧室，通过这一系列操作和运转之后，燃油进入到发动机燃烧室内，达到控制燃油流量的效果。
2.航空发动机燃油计量装置动态建模
2.1建模分析
对航空发动机燃油计量装置进行动态建模，在进行试验的时候，为了尽量还原真实，首先要把液压装置进行详细划分，一般来说对于液压装置而言可以分为三个模块，这三个模块每个都有各自的功能和特点，计量模块具有计量的功能，主要对于燃油的流量进行对应的计量；控制压差的模块叫做压差控制模块，是用来对压差进行精准控制的，通过对压差进行控制来保证航空发动机燃油计量装置的正常运转[2]；增压关断模块就是对回油活门进行关断的模块，通过增大压强来对回油活门的关断进行控制，从而去控制燃油的流量，达到燃油计量装置的实际效果。这三个模块是连接航空发动机燃油计量装置的重要关键，每个模块都有各自负责和对应的节点，彼此有相互合作和辅助的作用，是航空发动机燃油计量装置动态建模的重要基础。
航空发动机燃油计量装置的动态建模方式主要是通过液压功率流进行建模，其中建模的元件有很多，主要包括四种，不同的元件有着各自不一样的功能和特点。这四类元件分别是转换元件、惯性元件、容积元件和流阻元件，不同的元件都会实现不同的功能和作用，其中流阻元件是比较关键的元件，主要是通过压力来产生流量，航空发动机燃油计量装置进行工作的核心元件。容积元件的压力主要通过净流量积分来产生，它的压力是通过流量积分来获取的。惯性元件主要是进行对应的速度响应，通过外力作用而产生速度来对计量装置进行运转。本试验中使用的转换元件是对压力差进行操作和转换的重要元件，它是通过其本身功能和原理将压力差转换成对应的活门位移，来使得活门进行对应的移动位移，来促进装置的运转。对于液压功率流体的连续性和本身其可压缩性并不是相冲突的，它的表达式并不特殊和复杂[3]。
2.2性能分析
航空发动机燃油计量装置动态建模主要分为三个模块的建模，分别是计量模块建模、压差控制模块建模和增压关断模块建模。
2.2.1计量模块建模
进行计量模块建模的时候，需要对计量模块的工作原理和流程进行详细掌握，计量模块主要是通过接收来自电子控制器发布的指令和信号，也就是来自计量活门位置的相关指令，然后它通过对计量活门的开关度进行相关调节，从而去对燃油的流量进行详细控制和计量。具体的相关计量响应图如下图图（2）所示，响应过程主要是通过阻尼二阶震荡环节来进行阶跃响应，一般流量的调节时间控制5秒以内。
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2.2.2压差控制模块建模
利用压差控制模块对计量活门进行控制，它的工作核心就是对计量活门的压差进行控制，使其压差保证在一个恒定的数值上，这就是它的主要工作模式和流程，压差控制模块主要由两个部分组成，分别是压差活门和回油活门。压差控制模块对于航空发动机燃油计量装置来说是非常重要的环节，它的存在不仅决定了整个装置进行工作的一个响应时间大小，还对燃油计量的精准度有着极大的影响，是否可以精准控制燃油计量主要就是通过这个模块来进行的，因此它的作用非常大，而且在应用的时候是非常关键的，是所有模块中最难设计的一块。压差控制模块通过将计量燃油的压差进行计算之后，才能将计算出的数值进行转换，从而得出活门的位移，对于回油活门的位移来推算出响应速度和控制燃油计量装置的计量精准度。
2.2.3增压关断模块建模
燃油系统主要是通过定排量泵作为主泵进行去控制的，主要是通过流量来进行控制的系统，要想保证燃油系统的压力处于一个比较稳定的状态，最根本是要依赖于负载，这对于燃油系统来说是非常重要的，这种负载主要是指负载力，这种负载力对于航空发动机燃油计量装置中的燃油供给有着关键的影响，它将决定燃油供给是否进行，它通过这种负载来对燃油系统去产生一种压力，然后利用这种负载力而去控制燃油是继续供给还是对供给进行相应地切断。此模块主要就是将燃油输入到模块中[4]，其中燃油的流量是经过计量的，给定计量燃油的一个流量然后进行增压来关断活门，这个响应是产生位移响应的重要因素，这阶段所发生的流程和产生的反应是惯性环节中的一个重要的关键。把增压关段活门这个过程进行响应的简化，主要是因为活门阻尼太大，本身这种液压系统就没有阻尼系统，需要只有增加阻尼系统才能保证整个燃油系统处于一个比较好的运行状态，才能保证动态模块的功能和特点表现，这种系统阻尼是必须要添加的，同时对于活门自身的一个摩擦阻尼也要进行增大，避免活门自身阻尼过小，导致在安装橡胶圈的时候无法使阻尼上升，影响系统运行效果。如果燃油系统中的阻尼活门位移无法增加，就必须增加系统阻尼，这两个关系是相互影响和互补的，在真正的工程当中，通常会通过增加阻尼孔的方式来给系统提供阻尼，从而使得系统阻尼得到增加，然后在增加阻尼之后再去将活门的力达到平衡状态。增压关断模块中可以通过减小压力作用面积或者增加减小固定节流孔的面积来达到改变阻尼的效果，这种方法是非常可靠的，而且可以进行调节，调节范围也非常广，可以通过改变多种因素来进行调节，这种方式可以将阻尼的系数进行调节，在整个航空发动机燃油计量装置的液压系统和燃油系统中应用广泛[5]。
结束语：航空发动机燃油计量装置是以液压功率流建模为原理而实现的，此装置系统由多个参数的变化而影响，通过对三大模块进行对应的建模，对每个参数的动态响应和反应变化进行详细的记录，来对实际当中控制燃油计量的情况进行预估和分析。通过对航空发动机燃油计量装置整个燃油计量的过程了解，清楚掌握其反应的原理和计量燃油的过程，对动态模块进行详细记录和分析，通过掌握它的具体特点来对燃油系统有更好的应用。
参考文献：
[1]申诺然,梁靖国,张育丹.某型航空发动机测量装置温度场分析[J].机械工程师.2017，（2）：36-38.
[2]邓佳,宋云峰,江平,郝青青.航空发动机燃油系统供油异常研究[J].测控技术.2018，（4）：448-450.
[3]冯喜茹,李国成,张育丹.某型发动机测量装置模态分析与振动试验的研究[J].科技资讯.2018，（6）：119-122.
[4]雷焕丽,孟银杏,李宏联,阎红,董会波.航空发动机燃油控制系统ABOM构建分析[J].《航空制造技术》.2018，（6）：85-91.
[5]王翔宇,周兵,徐向华,梁新刚.航空发动机燃油回路流动传热特性模拟研究[J].工程热物理学报.2019，（1）：143-149.