CN102330996A

CN102330996A - 一种航空煤油燃气发生器点火及温度自动控制方法

Info

Publication number: CN102330996A
Application number: CN201110098384A
Authority: CN
Inventors: 刘旺开; 董素君; 李可; 王浚
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: CN103604135B; CN102330996B; CN103604135A

Abstract

一种燃烧室点火及温度控制方法。其功能实现方法具有高超音速飞行器吹风实验的燃烧室自动点火的特点以及自动高精度温度控制的特点。采用专家控制主要是应用专家的智能技术指导工程控制，使工程控制达到专家控制水平。由于燃烧过程复杂，涉及多参数多回路协调控制，因此将燃烧专家的知识总结到知识库中，将试验现场数据经专家推理，得出相应的专家决策或者控制输出。该控制方法具有较高的可靠性、稳定性，满足了用户现代化管理试验的需求。可用于高超音速飞行器结构热环境模拟试验，节省试验时间和经费，具有良好的经济效益。

Description

一种航空煤油燃气发生器点火及温度自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种航空煤油燃气发生器点火及温度自动控制功能实现方法。属于计算机自动控制及智能控制方法设计领域。

背景技术

一种燃气发生器主要利用航空煤油燃烧产生高温燃气流，可以用于高温环境模拟领域。

航空煤油点火过程很复杂，要求供油及打火花的时间配合非常到位，否则很容易点不着，而点火失败若不及时停止供油，则很可能引起“倒燃”危及燃油系统的安全。另一方面，航空煤油燃烧是一个复杂而又危险的过程，其出口温度与燃烧室入口空气温度、空气/燃油质量流量比以及燃烧室内组织燃烧情况间呈复杂的非线性规律。针对不同燃烧室进出口温升需求，其进口空气温度、空气/燃油质量流量比也有所不同，自动控制规律很难设计和实现。一旦出现超调或快速温变，即有可能损坏燃烧室及后端高温管道。

为此，目前我国现有航空煤油燃气发生设备经常出现点火问题，且大都是跟据出口燃气流温度需求手动调节燃油流量，既不能实现连续自动控制，又不能准确控制油/气比，严重影响温度控制精度。

发明内容

本发明是一种航空煤油燃气发生器点火及温度自动控制方案及控制方法，其目的是实现“一键式”点火及燃烧室出口燃气流温度连续自动控制功能。

其中，“一键式”点火功能主要通过设定一定点火状态，即点火时供气流量和温度、燃油泵供油压力，这样可以最大限度保证点火成功率。同时，通过计算机测控程序采集到点火开关启动动作后，计时15s后打开供油管路电磁阀开始供油，观察燃烧室是否点火成功并保持30s后关掉点火油路电磁阀和点火器电源，若点火失败，则切断供油电磁阀，180s后重复点火步骤。

依托设计的分布式测控系统，将燃烧专家反复试验的知识转换成控制算法并加以优化。设计基于专家知识推理的多回路双闭环控制系统。将燃烧温度目标值、控制偏差、燃烧室进口温度、燃烧室进气流量、燃油流量等按照由专家知识和优化算法构成的推理规则进行推理，进而实现对目标高温的控制。以燃烧高温为目标，通过专家推理，使燃烧室进气温度，燃油流量回路相互配合协作，从而实现对高温的控制。

本发明的效果：本环境模拟试验设备的测控系统，完成了基于集散式的硬件与软件管理系统设计，方便了试验人员对燃烧室点火过程进行自动，并对其温度参数进行控制，并取得了良好的效果，实现了较高的参数控制精度。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的自动控制点火方式流程图。

图2是根据本发明的一个实施例的温度控制原理图。

图3是根据本发明的一个实施例的燃烧专家库结构图。

具体实施方式

图1所示的是根据本发明的一个实施例的自动控制点火方式流程图。该流程包括：

开始步骤(101)，主要包括数据的初始化，

进行是否下限报警的判断(112)，如果供油量已达下限，则终止操作进入退出步骤，反之进入油滤报警(113)判断，如果油滤报警，则终止操作进入退出步骤。如果都无两个报警则启动油泵进行(102)步骤，通过查询专家库获得初始供油流量(103)步骤。查询供油专家库(104)，调节副燃室燃油流量(105)和主燃室燃油流量(106)为点火流量。开始点火(107)，包括设定定时器(如设定45s)以及打开副燃室、主燃室点火开关。进入点火判断(108)，如果副燃室、主燃室监测温度均快速升高，即表示点火成功，可以关闭点火开关。如果点火失败，关闭点火开关、关闭所有燃油开关，保持空气流量不变，延迟预定时间(如180s)后，重复上面的点火(107)和点火判断(108)两个步骤，直至点火成功。点火过程中进气温度应低于220℃。随后，操作进入步骤(109)，同比例增大副燃室、主燃室燃油流量至稳定燃烧流量。然后，操作进入判断步骤(110)判断实际流量是否在误差范围内，如果“是”继续试验进入步骤(111)，如果“否”则操作进入步骤(109)，继续调节大副燃室、主燃室燃油流量至稳定燃烧流量。最后进入(114)结束。

图2是根据本发明的一个实施例的温度控制流程图。依托设计的分布式测控系统，将燃烧专家反复试验的知识转换成控制算法并加以优化。设计基于专家知识推理的多回路双闭环控制系统。燃烧高温温度为目标，通过专家推理，使内环燃烧室进气温度，燃油流量回路相互配合协作，从而实现对高温的控制。该温度控制流程包括：

开始(201)。进入输入温度设定(202)，当温度设定好后，查询温度/流量/燃油流量(204)，查询专家知识库(203)将燃烧高温目标值、控制偏差、燃烧室进口温度、燃烧室进气流量、燃油流量等按照由专家知识(203)和优化算法构成的推理规则进行推理。然后，温度控制进行温度控制信号调节输出(205)，由调功器(206)调节电加热器(207)；通过判断误差(208)，如果在误差范围内；则进入继续试验步骤(216)，否则回到温度控制信号调节输出步骤(205)。同时，流量控制进行流量控制信号调节输出(209)，由调节阀(210)调节，通过判断误差(211)，如果在误差范围内则进入继续试验步骤(216)，否则回到流量控制信号调节输出步骤(209)。同时，燃油流量控制进行流量控制信号调节输出(212)，由变频器(213)调节泵组电机(214)，通过判断误差(215)，如果在误差范围内则进入继续试验步骤(216)，否则回到燃油流量控制信号调节输出步骤(212)。

图3显示了根据本发明的一个实施例的燃烧专家库结构图。专家知识库(301)包括判断语句(302)、判断语句2(303)、判断语句3(304)、判断语句4(305)、经验公式(306)，具体内容包括：

判断语句1(302)：如果燃烧室进口温度＜当前高温燃烧所需的温度即设定查询到的温度值，则通过温度信号输出(205)给调功器(206)，控制电加热器(207)的温度使燃烧室进口温度稳定到目标值。

规则2：如果燃烧试验空气状态需更改，则调节空气流量控制回路到目标值，同时调节燃油流量控制回路，使燃油流量跟随空气流量变化而变化。目的是使燃气发生器出口温度稳定在较低水平以降低油耗、减少出口温度段的热负荷，同时保持燃烧室燃烧的稳定。

规则3：如果高温控制有偏差，说明高温控制偏差较大，处于不同高温偏差的范围划分所示的区域，则由专家经验公式根据当前环境参数计算出燃油流量的目标值，通过燃油流量控制信号(212)输出变频器(213)和泵组电机(214)，控制燃油流量到目标值。

规则4：如果误差较大，说明燃油流量当前值与专家经验值已基本接近，但是高温偏差仍然较大，则将燃油流量控制回路由测控程序控制，将燃油流量计算的目标值为基础进行微调来实现燃烧温度的精确控制。

根据本发明的一个实施例，经验公式(306)为：

W_{f} = \frac{W_{a} C_{p 3} T_{3}^{*} - W_{a} C_{p 2} T_{2}^{*} - η_{e} C_{f} T_{f}}{η_{e} H_{u} - C_{p 3} T_{3}^{*}}

W_f为总燃油流量、W_a进口空气流量Kg/s、T^* ₃出口温度、T^* ₂进口温度、C_f燃油热熔、T_f燃油温度、Hu燃烧值、C_p2入口比热、C_p3出口比热、η_e温度燃烧效率。

当燃油流量达到上式的给定值W_f后，稳定燃烧15s后，根据稳定段温度值与目标温度值的差值微调供油量，如果差值小于10℃，保持供油量不变；如果稳定段温度值高于目标温度值，则每10s减小总供油量0.5g/s，直至稳定段温度值与目标温度值差值小于10℃，如果稳定段温度值低于目标温度值，则每10s增加总供油量0.5g/s，直至稳定段温度值与目标温度值差值小于10℃，如果多次调节后，总供油量达到根据上式计算供油量的120％时，仍未达到目标温度时，则将总燃油流量调节为W_f，W_f为本步骤调节过程中，稳定段温度与目标温度差值的绝对值最小的状态对应的燃油流量值。

Claims

1.一种航空煤油燃气发生器点火自动控制方法，其特征在于包括：

下限报警判断步骤(112)，判断供油量是否已达下限，“是”则终止操作进入退出步骤，“否”则进入油滤报警判断步骤(113)，

所述油滤报警判断步骤(113)，用于判断是否油滤报警，“是”则终止操作，“否”则启动油泵进行步骤(102)，

所述油泵进行步骤(102)，

通过查询专家库获得初始供油流量的步骤(103)，

供油专家库(301)查询步骤(104)，

副燃室燃油流量调节步骤(105)，把副燃室燃油流量调节为点火流量，

主燃室燃油流量调节步骤(106)为点火流量，把主燃室燃油流量调节为点火流量。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于进一步包括点火步骤(107)，所述点火步骤(107)包括

设定定时器，以及

打开副燃室和主燃室点火开关。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于进一步包括

点火判断步骤(108)，判断副燃室、主燃室监测温度是否均快速升高，“是”即表示点火成功，可以关闭点火开关，“否”则表示点火失败。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于进一步包括在点火失败时：

关闭点火开关，

关闭所有燃油开关，

保持空气流量不变，

延迟预定时间后，重复所述点火步骤(107)和点火判断步骤(108)，直至点火成功。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于进一步包括

副燃室、主燃室燃油流量判断步骤(110)，判断副燃室和主燃室的燃油的实际流量是否在误差范围内，如果“是”继续试验(111)，如果“否”则操作进入供油泵流量调节步骤(109)，调节副燃室和主燃室燃油流量至稳定燃烧流量。

6.根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于所述专家库(301)包括判断语句(302)、判断语句2(303)、判断语句3(304)、判断语句4(305)、经验公式(306)，具体内容包括：判断语句(302)：如果燃烧室进口温度＜当前高温燃烧所需的进口温度，则通过温度信号输出(205)给调功器(206)，控制电加热器(207)的温度使燃烧室进口温度稳定到目标值，

规则3：如果高温控制有偏差，说明高温控制偏差较大，处于不同高温偏差的范围划分所示的区域1，则由专家经验公式根据当前环境参数计算出燃油流量的目标值，通过燃油流量控制信号(212)输出变频器(213)和泵组电机(214)，控制燃油流量到目标值。

7.一种航空煤油燃气发生器温度自动控制方法，其特征在于包括：

温度设定步骤(202)，

温度/流量/燃油流量查询步骤(204)，

专家知识库查询步骤，将燃烧高温目标值、控制偏差、燃烧室进口温度、燃烧室进气流量、燃油流量等按照由专家知识(203)和优化算法构成的推理规则进行推理，

温度控制信号调节输出步骤(205)。

8.根据权利要求7的方法，进一步包括：

由调功器(206)调节电加热器(207)；

判断温度误差(208)，如果在误差范围内则进入继续试验步骤(216)，否则回到温度控制信号调节输出步骤(205)。

9.根据权利要求8的方法，进一步包括：

气流流量控制信号调节输出步骤(209)，

由调节阀(210)调节气流流量的步骤，

判断气流流量误差的步骤(211)，如果在误差范围内则进入继续试验步骤(216)，否则回到气流流量控制信号调节输出步骤(209)，

燃油流量控制信号调节输出步骤(212)，

由变频器(213)调节泵组电机的步骤(214)，

判断燃油流量的误差的步骤(215)，如果在误差范围内则进入继续试验步骤(216)，否则回到燃油流量控制信号调节输出步骤(212)。