袁凯
中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司 贵州 贵阳 550009
摘要：发动机控制系统对航空发动机稳定可靠的运行具有十分重要的作用，其数控系统对航空发动机的控制至关重要。航空发动机的数控系统包括控制软件、传感器以及液压机械装置等多部分组成。同传统的纯液压机械式燃油调节器相比，液压机械装置在结构上比较简单，但也只是相对而言，从整体来看液压机械装置的结构仍然十分复杂，从而使其在设计阶段和加工阶段都存在不小的困难。在加工过程中，整个装置的加工周期较长，同时对相关介质的要求非常高，并且很容易受到外界相关因素的干扰。如果想要使液压机械装置的性能能够有保障，并且使其具备较高的可靠性，降低整个研发过程的时间，需要在设计阶段完成对液压机械装置的相应仿真分析，从而能够及时的发现设计过程中存在的缺陷，在对原有设计进行相应的完善之后，进而能够得到最优的设计方案。针对目前的情况，本文利用相关的仿真软件发动机数控系统液压机械备份装置进行仿真分析，根据得到的仿真结果对设计进行优化，从而改善液压机械备份装置性能，保证其可靠性。
关键词：发动机；数控系统；液压机械；备份装置；航空
0引言
航空发动机性能仿真与控制系统分析设计的基础就是数值仿真技术，这项技术对航空发动机的设计研发十分重要，因此一直受到许多国家国防部门的高度关注。航空发动机的控制系统需要进行仿真分析，传统的方式是通过编制相关的程序去完成，虽然这种方式具有较强的灵活性，但还是有较多的缺陷从而对航空发动机研究工作的进一步深入开展有较大的限制。首先，传统的方法在编程与调试时因为工作量非常大，从而导致损耗大量的人力物力资源。其次传统的仿真程序不具备较好的移植性，对具有较强个性的控制系统不能够适应。此外，传统的仿真不能够进行相关的图形输出，从而缺少一定的图像支撑。而通过利用MATLAB软件中的SIMULINK进行仿真分析，则能够避免传统仿真方式中存在的不足，从而能够更加方便的对控制系统的设计思想进行完善。而本文则通过对SIMULINK在发动机液压机械备份装置仿真中的具体应用进行分析，优化液压机械备份装置的相关设计。
2 系统建模
航空发动机的数控系统液压机械备份装置当从慢车状态到最大状态时，通过进行相应的简化处理，能够利用系统辨识构造对应的传递函数，从而可以对液压延迟器、燃油计量装置、燃油—转速模型、导叶—转速模型的动态性能进行较为充分的反映。
利用MATLAB仿真软件中的SIMULINK,从系统的模型库中选择对应的模块，之后放到模型窗口当中，对模块的具体属性进行设置，然后参照液压机械备份装置中不同部件的具体交联情况，对不同的模块进行联接，从而完成系统仿真模型的建立，具体的仿真模型图如图1所示。
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图1 液压机械备份装置仿真模型图
根据图1所示的液压机械备份装置仿真模型，阶跃信号表示的是油门杆的输入，当在大状态附近时，油门杆通过向增大方向推动一个较小的角度α，反映的是发动机的加速状态，维持这种状态一段时间之后，再将油门杆往回拉角度α，从而能够反映发动机的减速状态。上述仿真模型图中，K1、K4 等相关参数,其具体的数值是经过计算或者进行试验而得到的，而在这些参数中有部分的参数如T1等可以在仿真的过程中进行调整，从而能够得到动态响应。如果调整后的结果优于原有的结果，表明这是有效的，之后通过对机械装置进行调整从而使相关的参数能够达到预期的目标，进而使液压机械备份装置的设计更加的完善。图1中的根据试验的结果不同，需要按照试验的相关数据进行修正，而这主要是依靠SIMULINK工具中的table模块来完成。
3 数值仿真与分析
根据图1的液压机械备份装置仿真模型，能够得到相应的仿真结果，具体如图2所示。图2主要是对系统的动态响应过程进行反映，图中的横坐标为时间，以秒为单位，而纵坐标没有量纲。根据图2所示的内容，发现航空发动机在加速过程中转速超调量为15%，不符合控制系统的相关要求，并且导叶—转速的相应性能也达不到要求。
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图2 液压机械备份装置导叶、转速响应曲线
通过进行相应的计算分析并结合以前的经验，在图1仿真模型的基础上，在K3的后面加一个惯性环节，发现经过改进后的导叶—转速具有较好的响应性能，并且不存在超调量，此外发动机在加速和减速的过程中能够较为平稳的进行过渡。通过对改进前与改进后的相关参数进行比较，发现在增加了惯性环节之后，系统中基本不存在超调量，同时响应时间只多了0.3s，表明改进后的结果优于改进前的，因此改进后的设计可以在实际的系统中进行相应的应用。
在实际的系统当中通常采用一个液压层板进行替代，在进行仿真的过程中，需要确定一个能够满足系统要求的T3值，之后通过进行相应的计算与推导，能够在T3与图5中所示的间隙S之间建立一个具体的表达关系式。因为T3的值在之前已经明确，所以将T3代入式中便能够得到S的具体数值，从而完成液压层板的结构设计，进而能够对航空发动机数控系统机械液压备份装置进行更好的优化。
4 结语
航空发动机数控系统的液压机械备份装置对整个系统的运行有较大的影响，而完善的设计则能够在一定程度上提高系统的运行性能。本文利用MATLAB仿真软件中的SIMULINK模块，针对某个型号的航空发动机，对其数控系统的液压机械备份装置完成了相应的建模与仿真分析，根据初次建模仿真得到的结果，发现了设计中存在的问题，通过进行修正，对改进后的设计进行仿真处理，得到的结果能够满足要求，从而能够优化的系统设计，对相关设计工作的深入进行有较大的借鉴意义。
参考文献
[1]张志涌, 徐彦琴. MATLAB教程[M]. 北京航空航天大学出版社, 2001.
[2]胡寿松. 自动控制原理(第四版)[M]. 科学出版社, 2001.