CN117345438A - 一种基于安全性设计的航空发动机油门控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机控制领域，特别涉及一种基于安全性设计的航空发动机油门控制系统及方法，属于操纵人员推动座舱油门台产生位移，通过机械钢索传递给油门组件，油门组件内置RVDT角位移传感器，实时测量座舱油门台位置并将信号传输至发动机控制器，油门角度信号可反映座舱油门台的真实位置。发动机控制器与推进计算机、飞控计算机等设备通过总线实现数据交互，控制器将发动机参数、状态信号传递给推进计算机，推进计算机将指令信号、飞机参数等信息传递给发动机控制器。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机控制领域，特别涉及一种基于安全性设计的航空发动机油门控制系统及方法。
背景技术
航空发动机作为航空设备的动力来源，能否安全可靠工作将直接影响航空设备和相关人员的安全。控制系统作为航空发动机的重要组成部分，承担着信号采集与交互、功能，同时也是保障发动机实现功能和性能并确保其安全性、可靠性的关键环节。
油门信号作为发动机的关键输入信号，由操纵人员发出并直接影响发动机工作状态。近年来，随着全权限数字电子控制技术日趋成熟，发动机控制系统的油门输入指令已采用传感器电信号传输取代传统的机械连接结构传递。传感器自身和信号传输过程存在的故障，都可能影响油门信号有效性，导致发动机控制系统根据错误油门信号进行控制，直接影响任务甚至危害安全。此外，根据飞机使用需求，在某些特定工作状态下，发动机需按特定油门信号或预设数值进行控制。因此，亟需设计一种航空发动机油门信号使用策略，保障发动机和航空设备的安全。
现有技术方案及现有技术的缺点包括：
1)现有方案采用增加传感器余度提高系统鲁棒性，但冗余的传感器余度导致发动机重量、成本增加；同时故障数量大幅增加，带来额外维护工作；
2)多余度传感器需与复杂的表决算法匹配使用，导致软件开发成本大幅增加，随着算法设计愈来愈复杂化，算法问题带来的故障隐患也愈来愈大；
3)现有方案仅使用传感器信号，在全部余度传感器故障后，无法满足飞机全部工况下使用需求。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，包括：
座舱油门台，基于操作中人员的推动产生位移；
油门组件，油门组件通过钢索与座舱油门台连接，油门组件具有传感器，传感器将座舱油门台的位移转换为传感器信号PLAin；
多个控制器，每个控制器分别采集所述传感器信号PLAin，并将采集的传感器信号PLAin传递给推进计算机形成中转传感器信号PLAp，每个控制器获取推进计算机的中转传感器信号PLAp；每个控制器基于其自身采集的传感器信号PLAin以及中转传感器信号PLAp控制对应的执行机构；
飞控计算机，飞控计算机根据预设程序计算形成的油门信号，并通过推进计算机分别传递给控制器。
优选的是，飞控计算机根据预设程序计算形成的油门信号包括自动驾驶油门信号PLAc以及额定工作油门信号PLAr。
优选的是，每个控制器内均设置有油门故障安全值PLAFlt，当传感器均故障时，控制器自动使用预设的故障安全值PLAFlt进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机。
优选的是，每个控制器对应的传感器还包括多个余度传感器。
优选的是，控制器数量为两个，每个控制器分别对应的执行机构为单翼位置的航空发动机。
一种基于安全性设计的航空发动机油门控制方法，采用所述的基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，正常工作状态下，控制器将采集的传感器信号PLAin与中转传感器信号PLAp表决形成对应执行机构的输入信号；
控制器对应的传感器故障时，将中转传感器信号PLAp作为对应执行机构的输入信号；
当所有控制器对应的传感器故障时，控制器自动使用预设的故障安全值PLAFlt进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机；
当操作人员输入自动驾驶指令时，飞控计算机根据飞机、发动机工作特性计算得到自动驾驶油门信号PLAc；控制器放弃传感器信号，切换为使用自动驾驶油门信号PLAc对发动机状态进行调节，并将状态信号上报飞机；
当操作人员输入额定工作指令时，飞控计算机根据飞机、发动机工作特性计算得到额定工作油门信号PLAr；控制器放弃传感器信号，切换为使用额定工作油门信号PLAr对发动机状态进行调节，并将状态信号上报飞机。
本申请的优点包括：
1)本发明通过飞发通讯实现双发信息共享，结合飞机指令形成多余度油门信号，在保障系统安全性前提下减少了冗余的传感器，实现控制系统减重、降低故障概率的目的。
2)本发明中软件应用的故障诊断和信号切换逻辑较成熟，无需额外开发成本，可靠性较高。
3)本发明实现了油门信号故障自动处置、自动驾驶、额定工作状态等功能，可满足复杂工况下飞机使用需求。
附图说明
图1是本申请一优选实施方式基于安全性设计的航空发动机油门控制架构图；
图2是本申请一优选实施方式基于安全性设计的航空发动机油门控制方法图。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
如图1-2所示，基于安全性设计的航空发动机油门控制系统包括，座舱油门台，基于操作中人员的推动产生位移；
油门组件，油门组件通过钢索与座舱油门台连接，油门组件内置RVDT角位移传感器，实时测量座舱油门台位置并将信号传输至发动机控制器，油门角度信号可反映座舱油门台的真实位置传感器将座舱油门台的位移转换为传感器信号PLAin；
多个控制器，每个控制器对应一个或者多个传感器，其分别采集所述传感器信号PLAin，并将采集的传感器信号PLAin传递给推进计算机形成中转传感器信号PLAp，每个控制器获取推进计算机的中转传感器信号PLAp；每个控制器基于其自身采集的传感器信号PLAin以及中转传感器信号PLAp控制对应的执行机构；每个控制器内均设置有油门故障安全值PLAFlt，当传感器均故障时，控制器自动使用预设的故障安全值PLAFlt进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机；
其中，飞控计算机根据预设程序计算形成的油门信号包括自动驾驶油门信号PLAc以及额定工作油门信号PLAr。
控制器数量为两个，每个控制器分别对应的执行机构为单翼位置的航空发动机。
具体控制方法为：
1)正常工作状态下，控制器实时采集油门传感器信号PLAin，同时将本发传感器信号通过推进计算机中转传递给另一发控制器。油门传感器可采用余度设计，结合控制器余度表决形成有效的油门角度信号，作为发动机状态的唯一输入指令。
2)当本发油门传感器的所有余度均失效时，控制器自动切换为使用中转传感器信号PLAp进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机。
3)当双发油门传感器均故障时，控制器自动使用预设的故障安全值PLAFlt进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机。
4)当操作人员输入自动驾驶指令时，飞控计算机根据飞机、发动机工作特性计算得到自动驾驶油门信号PLAc；控制器放弃传感器信号，切换为使用自动驾驶油门信号对发动机状态进行调节，并将状态信号上报飞机。
5)当操作人员输入额定工作指令时，飞控计算机根据飞机、发动机工作特性计算得到额定工作油门信号PLAr；控制器放弃传感器信号，切换为使用额定工作油门信号对发动机状态进行调节，并将状态信号上报飞机。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，其特征在于，包括：
座舱油门台，基于操作中人员的推动产生位移；
油门组件，油门组件通过钢索与座舱油门台连接，油门组件具有传感器，传感器将座舱油门台的位移转换为传感器信号PLAin；
多个控制器，每个控制器分别采集所述传感器信号PLAin，并将采集的传感器信号PLAin传递给推进计算机形成中转传感器信号PLAp，每个控制器获取推进计算机的中转传感器信号PLAp；每个控制器基于其自身采集的传感器信号PLAin以及中转传感器信号PLAp控制对应的执行机构；
飞控计算机，飞控计算机根据预设程序计算形成的油门信号，并通过推进计算机分别传递给控制器。
2.如权利要求1所述的基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，其特征在于，飞控计算机根据预设程序计算形成的油门信号包括自动驾驶油门信号PLAc以及额定工作油门信号PLAr。
3.如权利要求1所述的基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，其特征在于，每个控制器内均设置有油门故障安全值PLAFlt，当传感器均故障时，控制器自动使用预设的故障安全值PLAFlt进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机。
4.如权利要求1所述的基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，其特征在于，每个控制器对应的传感器还包括多个余度传感器。
5.如权利要求1所述的基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，其特征在于，控制器数量为两个，每个控制器分别对应的执行机构为单翼位置的航空发动机。
6.一种基于安全性设计的航空发动机油门控制方法，采用权利要求1-4任意一种所述的基于安全性设计的航空发动机油门控制系统，其特征在于：
正常工作状态下，控制器将采集的传感器信号PLAin与中转传感器信号PLAp表决形成对应执行机构的输入信号；
控制器对应的传感器故障时，将中转传感器信号PLAp作为对应执行机构的输入信号；
当所有控制器对应的传感器故障时，控制器自动使用预设的故障安全值PLAFlt进行控制，同时将故障信息和状态信号上报飞机；
当操作人员输入自动驾驶指令时，飞控计算机根据飞机、发动机工作特性计算得到自动驾驶油门信号PLAc；控制器放弃传感器信号，切换为使用自动驾驶油门信号PLAc；
当操作人员输入额定工作指令时，飞控计算机根据飞机、发动机工作特性计算得到额定工作油门信号PLAr；控制器放弃传感器信号，切换为使用额定工作油门信号PLAr。
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