一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，包括：步骤S1、建立动力学数学模型；步骤S2、利用小偏差线性化方法，对动力学数学模型进行线性化处理，得到线型化方程；步骤S3、利用线性化方程，建立燃油计量装置的传递函数模型；步骤S4、基于特征方程根轨迹，确定关键设计参数，通过调整关键设计参数的数值来改善燃油计量装置的稳定性。本发明专利技术针对航空发动机燃油计量装置存在的稳定性问题，用流量连续性方程和力平衡方程建立其动力学数学模型，并对其非线性方程进行线性化处理，基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，从而有效改进燃油计量装置的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法
本专利技术涉及航空发动机燃油计量装置设计与调试领域，特别是涉及一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法。
技术介绍
航空发动机的燃油计量装置的主要功能是计量供往燃烧室的燃油流量，实现对发动机转速的控制。发动机的燃油计量装置在实际使用过程中有可能出现不稳定的问题，比如出口燃油的压力会出现振荡的现象，从而导致发动机转速的振荡，使发动机无法正常工作。目前，若发动机出现不稳定的现象，一般的方法为根据工程经验依次改变设计参数的值直到稳定性得到改善为止，该方法缺乏理论指导，由于燃油计量装置有许多设计参数，如果用经验法依次改变其大小，不但工程量较大，而且效率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，用以解决航空发动机燃油计量装置出现的不稳定问题，有效改进燃油计量装置的稳定性。为了达到上述目的，提供以下技术方案：一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，所述燃油计量装置包括：电液伺服阀、计量活门组件、等压差活门组件和执行活门组件；所述电液伺服阀控制相应的流量至计量活门组件中，推动所述计量活门组件内的计量活门窗口产生一定的位移，位移传感器获取该位移的数据并且反馈至电子控制器，所述电子控制器、所述位移传感器以及所述电液伺服阀构成所述计量活门组件的位置控制闭环；所述等压差活门组件的燃油进口与所述计量活门组件的燃油进口相通，形成第一通路，等压差活门组件的燃油进口定义为第一节流口；所述计量活门组件的计量活门窗口依次通过第二节流口、第三节流口以及第四节流口与所述等压差活门组件的等压差活门窗口相通；第四节流口与油箱相通，形成第一回油通路；所述计量活门组件的计量活门窗口与所述执行活门组件的燃油进口相通，所述执行活门组件还设有执行活门燃油出口，所述计量活门组件通过第五节流口与所述油箱相通，形成第二回油通路；其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、建立燃油计量装置的动力学数学模型；步骤S2、利用小偏差线性化方法，对步骤S1建立的动力学数学模型进行线性化处理，得到线型化方程；步骤S3、利用步骤S2得到的线性化方程，建立燃油计量装置的传递函数模型；步骤S4、基于特征方程根轨迹，分析燃油计量装置各设计参数对稳定性的影响，确定能够影响燃油计量装置稳定性且能够调节的关键设计参数，通过调整所述关键设计参数的数值来改善燃油计量装置的稳定性。进一步的，所述动力学数学模型的表达式为：在方程组(1)中，kd表示为等压差活门组件的弹簧刚度，xd等压差活门组件的位移，fyd表示为等压差活门组件的预压缩弹簧力，ad等压差活门组件的面积，p7表示为等压差活门组件上腔的压力，p2表示计量后的压力，md表示为等压差活门组件的质量，bd表示为等压差活门组件的阻尼，kz表示为执行活门组件的弹簧刚度，xz表示为执行活门的位移，fyz表示为执行活门组件的预压缩弹簧力，az表示为执行活门的面积，p3表示执行活门组件下腔的压力，mz表示为执行活门组件的质量，bz表示为执行活门组件的阻尼，q1表示为计量活门窗口的流量，q6表示为执行活门燃油出口的流量，q4表示为第二节流口的流量，q3表示为第三节流口的流量，cz表示为执行活门组件的泄漏系数，v2表示为等压差活门下腔的容积，βe表示为有效体积弹性模量，q10表示为第四节流口的流量，q8表示为等压差活门窗口的流量，q11表示为第五节流口的流量，v3表示为执行活门下腔的容积，q7表示为第一节流口的流量，v7表示为等压差活门组件上腔的容积。进一步的，所述步骤S2，具体包括：考虑最不稳定的工况，在额定稳态工作点，用泰勒级数展开的方法，对各个节流口的流量表达式进行小偏差线性化处理，然后再代入所述动力学数学模型中，得到：在方程组(2)中，Kj1表示为计量活门窗口的流量增益，Kz6表示为执行活门燃油出口的流量增益，Kp1表示为计量活门窗口的流量-压力系数，Kp3表示为第三节流口的流量-压力系数，Kp4表示为第二节流口的流量-压力系数，Kp6表示为执行活门燃油出口的流量-压力系数，Kp7表示为第一节流口的流量-压力系数，Kp8表示为等压差活门回油口的流量-压力系数，Kp10表示为第四节流口的流量-压力系数，Kp11表示为第五节流口的流量-压力系数，kd8表示为等压差活门窗口的流量增益，xj表示为计量活门的位移，xz表示为执行活门的位移，v2表示为等压差活门组件下腔的容积，v3表示为执行活门组件下腔的容积，v7表示为等压差活门组件上腔的容积，p1表示为计量活门窗口的压力，p7表示为等压差活门组件上腔的压力。进一步的，所述步骤S3，具体包括：求解方程组(2)，将压力p2、p3、p7和位移xd、xz作为变量，得到一个含有变量的7阶闭环传递函数：在公式(3)中，b0-b7与a0-a7为传递函数系数，具有具体数值，其数值由方程组(2)求解得出。进一步的，所述步骤S4，具体包括：步骤S401、提取所述传递函数模型的分母作为闭环特征方程进行分析，得到关键设计参数包括：第三节流口的面积、第二节流口的面积、第一节流口的面积、第四节流口的面积、第五节流口的面积、等压差活门的弹簧刚度和执行活门的弹簧刚度；步骤S402、根据特征方程根轨迹判断稳定性的原理，对步骤S401中得出的七个关键设计参数由0变化到正无穷，得到每个关键设计参数对应的根轨迹图，根据根轨迹图获取所述七个关键设计参数的最佳设计范围。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过建立数学模型时考虑了燃油的可压缩性、燃油泄漏量、黏性阻尼等，并通过AMESim仿真与所建立的数学模型进行仿真结果的对比，因此所建立的非线性模型具有较高的精度。3、本专利技术提供的方法，其效率更高。由于航空发动机燃油计量装置是一个复杂的液压系统，涉及到的参数较多较为复杂，并且每个参数对系统稳定性的影响也是各不相同的，若使用目前的方法根据工程经验来依次改变每一个设计参数，则需花费大量时间，而使用本专利技术所提供的基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，则可以直接得到每一个参数对系统稳定性的影响，从而跳过那些对系统稳定性没有影响或者影响较小的参数，按照根轨迹的分析结果，调整那些对稳定性影响较大的参数，从而改善系统的稳定性。4、本专利技术由于建立了燃油计量装置的数学模型，并通过特征方程的根轨迹得到了每个设计参数对系统稳定性的影响，因此在设计其他类似的燃油计量装置时具有一定的指导意义。附图说明图1为本专利技术实施例中的燃油计量装置原理图；图2为本专利技术实施例中的燃油计量装置的AMESim仿真模型；图3为本专利技术实施例中的燃油计量装置对计量活门组件的位移稳态特性；图4为本专利技术实施例中的燃油计量装置对计量活门组件的位移的阶跃响应；图5为本专利技术实施例中的等压差活门弹簧刚度kd作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，所述燃油计量装置包括：电液伺服阀、计量活门组件(2)、等压差活门组件(9)和执行活门组件(5)；/n所述电液伺服阀控制相应的流量至计量活门组件(2)中，推动所述计量活门组件(2)内的计量活门窗口(1)产生一定的位移，位移传感器获取该位移的数据并且反馈至电子控制器，所述电子控制器、所述位移传感器以及所述电液伺服阀构成所述计量活门组件(2)的位置控制闭环；/n所述等压差活门组件(9)的燃油进口与所述计量活门组件(2)的燃油进口相通，形成第一通路，等压差活门组件(9)的燃油进口定义为第一节流口(7)；/n所述计量活门组件(2)的计量活门窗口(1)依次通过第二节流口(4)、第三节流口(3)以及第四节流口(10)与所述等压差活门组件(9)的等压差活门窗口(8)相通；第四节流口(10)与油箱相通，形成第一回油通路；/n所述计量活门组件(2)的计量活门窗口(1)与所述执行活门组件(5)的燃油进口相通，所述执行活门组件(5)还设有执行活门燃油出口(6)，所述计量活门组件(2)通过第五节流口(11)与所述油箱相通，形成第二回油通路；/n其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、建立燃油计量装置的动力学数学模型；/n步骤S2、利用小偏差线性化方法，对步骤S1建立的动力学数学模型进行线性化处理，得到线型化方程；/n步骤S3、利用步骤S2得到的线性化方程，建立燃油计量装置的传递函数模型；/n步骤S4、基于特征方程根轨迹，分析燃油计量装置各设计参数对稳定性的影响，确定能够影响燃油计量装置稳定性且能够调节的关键设计参数，通过调整所述关键设计参数的数值来改善燃油计量装置的稳定性。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，所述燃油计量装置包括：电液伺服阀、计量活门组件(2)、等压差活门组件(9)和执行活门组件(5)；
所述电液伺服阀控制相应的流量至计量活门组件(2)中，推动所述计量活门组件(2)内的计量活门窗口(1)产生一定的位移，位移传感器获取该位移的数据并且反馈至电子控制器，所述电子控制器、所述位移传感器以及所述电液伺服阀构成所述计量活门组件(2)的位置控制闭环；
所述等压差活门组件(9)的燃油进口与所述计量活门组件(2)的燃油进口相通，形成第一通路，等压差活门组件(9)的燃油进口定义为第一节流口(7)；
所述计量活门组件(2)的计量活门窗口(1)依次通过第二节流口(4)、第三节流口(3)以及第四节流口(10)与所述等压差活门组件(9)的等压差活门窗口(8)相通；第四节流口(10)与油箱相通，形成第一回油通路；
所述计量活门组件(2)的计量活门窗口(1)与所述执行活门组件(5)的燃油进口相通，所述执行活门组件(5)还设有执行活门燃油出口(6)，所述计量活门组件(2)通过第五节流口(11)与所述油箱相通，形成第二回油通路；
其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、建立燃油计量装置的动力学数学模型；
步骤S2、利用小偏差线性化方法，对步骤S1建立的动力学数学模型进行线性化处理，得到线型化方程；
步骤S3、利用步骤S2得到的线性化方程，建立燃油计量装置的传递函数模型；
步骤S4、基于特征方程根轨迹，分析燃油计量装置各设计参数对稳定性的影响，确定能够影响燃油计量装置稳定性且能够调节的关键设计参数，通过调整所述关键设计参数的数值来改善燃油计量装置的稳定性。


2.根据权利要求1所述的一种基于特征方程根轨迹的燃油计量装置设计参数调整方法，其特征在于，所述动力学数学模型的表达式为：



在方程组(1)中，kd表示为等压差活门组件的弹簧刚度，xd等压差活门组件的位移，fyd表示为等压差活门组件的预压缩弹簧力，ad等压差活门组件的面积，p7表示为等压差活门组件上腔的压力，p2表示计量后的压力，md表示为等压差活门组件的质量，bd表示为等压差活门组件的阻尼，kz表示为执行活门组件的弹簧刚度，xz表示为执行活门的位移，fyz表示为执行活门组件的预压缩弹簧力，az表示为执行活门的面积，p3表示执行活门组件下腔的压力，mz表示为执行活门组件的质量，bz表示为执行活门组件的阻尼，q1表示为计量活门窗口的流量，q6表示为执行活门燃油出口的流量，q4表示为第二节流口的流量，q3表示为第三节流口的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昭旸，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32