一種模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于動(dòng)力裝置的模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力裝置是航空航天中各類飛行器的推進(jìn)系統(tǒng)，它包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以及各類組合發(fā)動(dòng)機(jī)等。其中，全電式燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向，組合發(fā)動(dòng)機(jī)是未來臨近空間飛行器和高超聲速飛行器動(dòng)力的必然選擇?？仗靹?dòng)力裝置中，對(duì)于以液體燃油為燃料的動(dòng)力裝置，燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)是各種動(dòng)力裝置與組合動(dòng)力的重要附件系統(tǒng)，目前燃油供應(yīng)與控制主要采用渦輪驅(qū)動(dòng)或擠壓式供油系統(tǒng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系成為下一代航空航天動(dòng)力裝置及新型動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]對(duì)于航空、地面及艦船用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，以航空煤油、柴油等液體燃料的動(dòng)力裝置，其燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)大多采用渦輪驅(qū)動(dòng)燃油增壓泵實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油的增壓。燃油增壓泵一般采用離心泵、齒輪泵、柱塞泵，以及多種泵的組合，其動(dòng)力來源一般由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)減速裝置引出，這種燃油增壓方式下，燃油流量由動(dòng)力裝置的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，其供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃油流量需要由專門的燃油流量調(diào)節(jié)裝置完成，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室所需流量與增壓系統(tǒng)的流量不匹配時(shí)，通過相應(yīng)控制機(jī)構(gòu)采用回油方式將泵后高壓燃油引入泵前。
[0004]采用燃油增壓裝置和燃油調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別對(duì)燃油進(jìn)行增壓和調(diào)節(jié)方式具有如下缺占.V.(I)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)效率不高；
由于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上燃油的增壓和調(diào)節(jié)分別采用燃油增壓裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)燃油進(jìn)行增壓和調(diào)節(jié)，為保證燃油供應(yīng)滿足供油計(jì)劃要求，采用回油控制流量，特別在發(fā)動(dòng)機(jī)巡航狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，但燃油需求量較少，需要大量回油，致使燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率低下。
[0005](2)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)可靠性低；
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上燃油增壓和調(diào)節(jié)分立工作、系統(tǒng)串聯(lián)實(shí)施的工作狀態(tài)下，只要兩個(gè)系統(tǒng)中任意一個(gè)部件發(fā)生故障，都將影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，且航空發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作狀態(tài)下的工作能力、工作時(shí)限相差甚遠(yuǎn)，不能很好保證常用工作狀態(tài)下的高可靠性。
[0006](3)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)中燃油溫度高、且升溫快；
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上燃油增壓和調(diào)節(jié)分立工作模式下，采用高壓燃油回油到增壓泵前的方式調(diào)節(jié)燃油，由于在燃油增壓過程中消耗能量大部分由燃油吸收，大量回油致使泵前燃油溫度快速升高，影響增壓泵的工作工況和工作效率，降低燃油冷卻作為冷卻介質(zhì)的性能。
[0007](4)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)體積大。
[0008]采用機(jī)械液壓調(diào)節(jié)方式工作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)，受發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)劃復(fù)雜性制約，使得整個(gè)系統(tǒng)體積龐大。
[0009]另外，對(duì)于以液體燃料為推進(jìn)劑的航天動(dòng)力裝置，其燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)可采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)燃油泵，或者高壓氣體擠壓實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油增壓。燃油增壓泵一般采用離心泵、齒輪泵，以及多泵組合實(shí)現(xiàn)，對(duì)于采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)，動(dòng)力來源由空氣渦輪經(jīng)減速裝置引出，帶動(dòng)增壓泵工作實(shí)現(xiàn)燃料增壓，燃油流量由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制和閥門調(diào)節(jié)控制，對(duì)于擠壓式的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)，動(dòng)力來源由高壓氣體減壓后擠壓燃料箱中燃料實(shí)現(xiàn)燃料增壓，燃油流量由高壓氣體壓力和閥門調(diào)節(jié)控制。
[0010]對(duì)于采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)燃油泵或高壓氣體擠壓的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)具有如下缺點(diǎn):
(I)對(duì)于采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)燃油泵的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)控制復(fù)雜且供油精度不高；采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)燃油泵的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)是通過空氣渦輪轉(zhuǎn)速控制和閥門調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)燃料流量調(diào)節(jié)，而空氣渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速要通過燃?xì)獍l(fā)生器或者引入高速空氣流的流量及流速控制，而實(shí)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)生器或者引入高速空氣流的流量和流速控制的控制計(jì)劃復(fù)雜且精度不高。
[0011](2)對(duì)于采用高壓氣體擠壓的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)體供油時(shí)間短、體積龐大且可控性差；
采用高壓氣體擠壓的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)，其動(dòng)力來源是高壓氣體的儲(chǔ)能，隨著工作時(shí)間的增加，其高壓氣體儲(chǔ)能持續(xù)減少，因此要實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作要求高壓氣體儲(chǔ)箱越大，且高壓氣體儲(chǔ)箱強(qiáng)度要求也很高，同時(shí)隨著工作時(shí)間增加，高壓氣體壓力逐漸減下，致使需要專門的高壓氣體穩(wěn)壓裝置，因此，采用高壓氣體擠壓的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)體積龐大且可控性差。
[0012](3)采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)燃油泵或高壓氣體擠壓的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)可靠性不尚O
[0013]無論采用空氣渦輪驅(qū)動(dòng)燃油泵的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)，還是采用高壓氣體擠壓的燃料供應(yīng)與控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)是串聯(lián)工作狀態(tài)，只要兩個(gè)系統(tǒng)中任意一個(gè)部件發(fā)生故障，都將影響正常工作，且在不同工作狀態(tài)下的工作能力、工作時(shí)限相差甚遠(yuǎn)，不能很好保證常用工作狀態(tài)下的高可靠性。
[0014]故急需一種系統(tǒng)工作效率和控制精度高、操控性能好、可靠性高、體積小且質(zhì)量輕、維修保障性好的組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于分布式控制理念、組合靈活、工作效率高、響應(yīng)速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、體積/質(zhì)量和效率優(yōu)化、維修保障性好、具有容錯(cuò)處理和狀態(tài)管理能力的模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種用于動(dòng)力裝置的模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)模塊化電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制單元(簡(jiǎn)稱模塊單元)、燃油綜合管理器，以及燃油分配器，其特征在于:所述模塊單元包括燃油增壓泵、電動(dòng)機(jī)及其控制裝置、燃油流量控制器；所述燃油綜合管理器包括燃油管理策略及分布式控制方式；所述燃油分配器包括燃油分配閥以及燃油噴嘴燃油增壓泵，用于提高燃油供應(yīng)壓力，實(shí)現(xiàn)供油能力和效率之間優(yōu)化平衡；
電動(dòng)機(jī)及其控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)油泵在大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的準(zhǔn)確控制； 燃油流量控制器，用于燃油流量測(cè)量以及制定控制策略；
燃油綜合管理器，用于制定燃油流量控制器的供油計(jì)劃，并管理系統(tǒng)狀態(tài)。
[0017]其特征在于:燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)是由模塊單元構(gòu)成，各模塊單元功能獨(dú)立，模塊性能參數(shù)系列化，模塊可靈活組合；燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)是多模塊單元組合的，其組合方式根據(jù)動(dòng)力裝置特點(diǎn)確定，實(shí)現(xiàn)重要供油計(jì)劃具有功能備份而提高可靠性，該燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)是基于綜合性能優(yōu)化的系統(tǒng)。
[0018]通過模塊化電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制單元的組合和燃油綜合管理器的管理與調(diào)節(jié)可以滿足燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，以及各類組合動(dòng)力裝置所需燃油的供給與控制功能。
[0019]本發(fā)明的模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)還設(shè)有燃油綜合管理器，用于監(jiān)測(cè)到的燃油流量以及燃油壓力狀態(tài)參數(shù)，并反饋給所述燃油綜合管理器，所述燃油綜合管理器按需要執(zhí)行流量開環(huán)/閉環(huán)控制。
[0020]所述燃油綜合管理器，用于監(jiān)控模塊化電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制單元工作狀態(tài)，并管理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
[0021]所述燃油綜合管理器還用于監(jiān)控電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制單元的工作狀態(tài)與效率，確定主工作通道及備份工作通道，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的冗余備份，提高了可靠性。
[0022]本發(fā)明的有益效果:模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系是基于分布式控制理念，且可靈活組合，具有工作效率高、響應(yīng)速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、體積和質(zhì)量適中、維修保障性好、具有容錯(cuò)處理和狀態(tài)管理能力等特點(diǎn)的燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明燃油流量控制器原理框圖；
圖2為本發(fā)明組合式多模塊化電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例:
參閱圖1至圖2 ;—種用于動(dòng)力裝置的模塊化組合式電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)模塊化電動(dòng)燃油供應(yīng)與控制單元(簡(jiǎn)稱模塊單元)、燃油綜合管