CN107784911A - 航空发动机控制系统教学装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种航空发动机控制系统教学装置及方法，该装置及方法包括：首先操作人员将在工程师站完成航空发动机数字控制系统程序的编写；然后将程序下载到一个教学用的航空发动机数字控制系统中；然后操作员通过拉升或下降油门杆给出航空发动机的推力指令，而航空发动机数字控制系统则将操作员指令换算为执行机构指令，并发送给在运行的航空发动机数学模型；最后航空发动机数学模型根据执行机构指令计算出航空发动机当下的热力性能特性，将其反馈给航空发动机数字控制系统的同时，发出相应的指令到一个演示用的航空发动机物理模型，进行相应直观的状态显示。本发明使得学生理解整个航空发动机控制系统设计、实现和试车过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空发动机控制系统教学装置及方法，用来演示航空发动机控制系统的设计、实现和试车过程，属于航空发动机控制技术领域。
背景技术
航空发动机是目前所制造的最为复杂的机械之一，被称之为制造业的“皇冠”。而控制系统作为航空发动机的“大脑”，需要确保在各种气动、热力和机械设计限制条件下，保证根据飞行员的指令，控制航空发动机安全、可靠、稳定地工作并获得最佳性能，航空发动机控制系统是整个航空动力推进系统非常重要且不可缺少的部件。然而，随着现代航空飞行器任务的多目标化，航空发动机控制系统的设计变得越来越复杂，任何一个设计上的小缺陷都可以造成悲剧性的航空事故。
另一方面，航空发动机控制系统的发展经历了机械液压式、机械气动式、模拟电子式、电子/机械液压混合式，到现在的全权数字式电子控制(FADEC)，但它的价格依然十分昂贵，一台商用涡扇发动机的全权数字式电子控制系统高达数百万元，而且维修和维护费用也非常昂贵，导致航空发动机控制专业相关高校无法使用这些设备进行教学，只能停留在全数字仿真教学阶段。
因此，本发明的目的是为了提供一种航空发动机控制系统教学装置及方法，它可以提供一个与真实航空发动机控制系统相似的研发和试验环境，帮助高校学生和研究人员更深入的了解整个航空发动机控制系统的设计和试验过程，同时通过在材料上采用一般的工业级标准，可以极大的降低航空发动机控制系统教学装置的成本，又不影响它的教学体验。
发明内容
为了实现上述目地，本发明提出了一种航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于包括以下步骤：
首先操作人员将在工程师站完成航空发动机数字控制系统程序的编写；然后将其下载到一个教学用的航空发动机数字控制系统中；然后操作员通过拉升或下降油门杆给出航空发动机的推力指令，而航空发动机数字控制系统将这一指令换算为执行机构指令，并发送给在运行的航空发动机数学模型；最后航空发动机数学模型根据执行机构指令计算出航空发动机当下的热力性能特性，将其反馈给航空发动机数字控制系统的同时，发出相应的指令到一个演示用的航空发动机物理模型，进行相应直观的状态显示。
为了实现上述目地，本发明提出了一种航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于包括以下步骤：
首先操作人员将在工程师站完成航空发动机数字控制系统程序的编写；然后将其下载到一个教学用的航空发动机数字控制系统中；然后操作员通过拉升或下降油门杆给出航空发动机的推力指令，而航空发动机数字控制系统将这一指令换算为执行机构指令，并发送给在运行的航空发动机数学模型；最后航空发动机数学模型根据执行机构指令计算出航空发动机当下的热力性能特性，将其反馈给航空发动机数字控制系统的同时，发出相应的指令到一个演示用的航空发动机物理模型，进行相应直观的状态显示。
进一步地，如果教学用的航空发动机数字控制系统，采用与真实航空发动机完全一致的控制规律，整个控制规律至少包含启动控制模块、停机控制模块、加减速控制模块、转速控制模块、温度保护控制模块和压气机保护控制模块。
进一步地，教学用的航空发动机数字控制系统的硬件为双冗余架构，软件也为双冗余架构。
进一步地，操作员通过拉升或下降油门杆可以是真实物理的油门杆，也可以是虚拟的操控界面，通过鼠标或键盘来完成。
进一步地，航空发动机数学模型为对应课程所指定的航空发动机型号，可以是军用航空发动机，也可以民用航空发动机。
进一步地，演示用的航空发动机物理模型为等比例缩放的航空发动机物理模型，航空发动机模型的内部结构可以观察到，航空发动机内部有灯光或转动电机来模拟航空发动机处在的不同运行状态。
进一步地，教学用的航空发动机数字控制系统和演示用的航空发动机物理模型，所用材料为工业材料，产品标准为工业标准而非适航标准。
进一步地，教学用的航空发动机数字控制系统中的主控制器控制参数可以修改，学生可以观察不同控制参数下，航空发动机控制系统的控制性能变化。
本发明与现有技术相比，至少具有以下优点及突出性的技术效果：①通过采用与真实航空发动机完全一致的控制规律，可以保证整个教学过程具有真实的体现航空发动机控制系统的设计、实现和试车过程；②演示用的航空发动机物理模型，相比传统的数据和曲线显示，它可以在教学过程中更直观的反映出航空发动机的运行状态，便于学生理解整个教学过程；③航空发动机控制系统教学装置及方法采用工业材料和工业标准，既可以完全满足教学要求，有保证了相比便宜的价格和维修费用，保证高校在教学过程中能负担得起。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种航空发动机控制系统教学装置及方法架构图；
图2是基于本发明的航空发动机控制系统教学过程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
以某型商用航空发动机为应用对象，整个航空发动机控制系统教学装置及方法如图1所示。附图标记101为真实物理的油门杆，操作员通过拉升或下降油门杆来对航空发动机发送加减推力等指令。
附图标记102为工程师站，高校学生和工程师可以在工程师站完成控制规律的设计、编程和修改控制器参数等工作。同时工程师站还可以编写虚拟的操控界面，通过鼠标或键盘来模拟油门杆的拉升或下降。
附图标记103为教学用的航空发动机控制系统，它与附图标记102为工程师站保持通讯，高校学生和工程师完成控制规律的相关工作后，通过通讯将程序下载到航空发动机控制系统中运行。此外，教学用的航空发动机控制系统也有独立的显示器和键盘接口，也支持工程师对它的控制程序进行直接修改。
附图标记104为航空发动机数学模型，为对应课程所指定的商用航空发动机型号，它可以模拟航空发动机从启动到满推力运行的全过程，它可以根据附图标记103教学用的航空发动机控制系统发给它的执行机构控制指令实时的计算航空发动机的热力参数。
附图标记105为演示用的航空发动机物理模型，它与真实商用航空发动机的比例缩放为1：6，航空发动机模型为1/4剖面，以确保学生可以观测到航空发动机模型的内部结构，同时航空发动机内部有灯光或转动电机来直观的模拟航空发动机各个部件的温度和转速变化情况，而且灯光和电机的状态是附图标记104航空发动机数学模型通过通讯协议来给出控制指令。
基于本发明的航空发动机控制系统教学过程示意图如图2所示，首先学生了解被控对象该型商用航空发动机的性能和控制要求，然后再在工程师站进行航空发动机控制程序的编写和修改，然后将编写好的程序下载到教学用的航空发动机控制系统中，然后学生可以通过工程师站和操作油门杆进行验证试验，验证自己设计的航空发动机控制系统是否满足设计要求，在验证过程中，航空发动机数学模型和演示用的航空发动机物理模型会直观的给学生带来反馈，如果不设计满足要求，则返回工程师站进行航空发动机控制程序的修改，如果满足设计要求，则完成验证试验，教学结束。从这一过程可以看出，它与真实航空发动机控制系统的设计和试验验证流程一致。
Claims (8)
1.航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于包括以下步骤：
首先操作人员将在工程师站完成航空发动机数字控制系统程序的编写；然后将其下载到一个教学用的航空发动机数字控制系统中；然后操作员通过拉升或下降油门杆给出航空发动机的推力指令，而航空发动机数字控制系统将这一指令换算为执行机构指令，并发送给在运行的航空发动机数学模型；最后航空发动机数学模型根据执行机构指令计算出航空发动机当下的热力性能特性，将其反馈给航空发动机数字控制系统的同时，发出相应的指令到一个演示用的航空发动机物理模型，进行相应直观的状态显示。
2.根据权利要求1所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，如果教学用的航空发动机数字控制系统，采用与真实航空发动机完全一致的控制规律，整个控制规律至少包含启动控制模块、停机控制模块、加减速控制模块、转速控制模块、温度保护控制模块和压气机保护控制模块。
3.根据权利要求1所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，教学用的航空发动机数字控制系统的硬件为双冗余架构，软件也为双冗余架构。
4.根据权利要求1所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，操作员通过拉升或下降油门杆可以是真实物理的油门杆，也可以是虚拟的操控界面，通过鼠标或键盘来完成。
5.根据权利要求1所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，航空发动机数学模型为对应课程所指定的航空发动机型号，可以是军用航空发动机，也可以民用航空发动机。
6.根据权利要求1所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，演示用的航空发动机物理模型为等比例缩放的航空发动机物理模型，航空发动机模型的内部结构可以观察到，航空发动机内部有灯光或转动电机来模拟航空发动机处在的不同运行状态。
7.根据权利要求1所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，教学用的航空发动机数字控制系统和演示用的航空发动机物理模型，所用材料为工业材料，产品标准为工业标准而非适航标准。
8.根据权利要求2所述航空发动机控制系统教学装置及方法，其特征在于，教学用的航空发动机数字控制系统中的主控制器控制参数可以修改，学生可以观察不同控制参数下，航空发动机控制系统的控制性能变化。
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| CN108345291A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-07-31 | 湖南佳远航空科技有限公司 | 一种航空发动机控制系统试验装置及方法 |
| CN109523856A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-03-26 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 基于航空发动机工况仿真的试车员培训系统及控制方法 |
| CN110310523A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-10-08 | 云南东方飞行培训有限公司 | 基于混合现实的教学方法、系统电子装置及存储介质 |
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