用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统及控制方法与流程

本发明涉及测功器控制领域，特别地，涉及一种用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统及控制方法。

背景技术：

先进的航空涡轮螺桨发动机(以下简称涡桨发动机)在飞机上的工作模式是由发动机输出轴带动螺旋桨旋转产生拉力驱动飞机，拉力的大小和方向(飞机降落时螺旋桨可以产生反向推力以减少滑行距离)是由螺旋桨电子控制器调节桨叶角度进行控制的。在涡桨发动机的研制过程中根据试验特点需要使用两种试车台：一种是发动机+螺旋桨的试车台，其工作模式和装机状态一致，这种试车台简称桨台；另一种是用测功器代替螺旋桨的试车台，用于精确测量发动机的输出功率和扭矩，这种试车台简称轴台。

早期或小型的航空螺旋桨发动机的控制比较简单，发动机不同状态下其输出轴转速保持不变，或者导叶角度保持不变，其在轴台进行整机试验时，通常是采用测功器和发动机分开控制的方法，即测功器为恒转速控制模式(测功器根据给定值恒定转速)或恒扭矩控制模式(测功器根据给定值恒定扭矩)，在控制发动机变换状态时只需要通过操作杆控制发动机状态以改变输出功率即可。对于先进涡桨发动机而言，发动机在变换状态时，螺旋桨的转速、扭矩都需要根据发动机状态的变化而改变，在装机状态下这些功能均由发动机电子控制器(eec)、螺旋桨控制器(pec)和操作杆来实现的。如果在轴台上仍采用测功器和发动机分开控制的方法进行先进涡桨发动机操纵，在操纵发动机变换状态时还需要同时操纵测功器变化状态，二者需要精确地协调动作，仅靠人工操作根本无法完成。

技术实现要素：

本发明提供了一种涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统及控制方法，以解决先进涡桨发动机在轴台操作困难的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统，包括：操作杆、与操作杆连接的螺旋桨控制器模拟器、分别与螺旋桨控制器模拟器连接的测功器控制器和发动机电子控制器、与测功器控制器连接的测功器、与测功器连接的发动机；发动机还与发动机电子控制器连接，螺旋桨控制器模拟器用于接收操作杆的操作信号及换算出操作信号下螺旋桨状态的转速和功率参数，并向测功器控制器发出用于测功器的状态设定和控制模式切换的第一信号、向发动机电子控制器发出用于发动机的输出功率控制的第二信号。

进一步地，发动机处于地慢状态时，测功器为恒转速模式，测功器的转速值由测功器控制器根据第一信号设定。

进一步地，发动机处于空慢状态时，测功器为阀门位置模式，发动机的输出转速由发动机电子控制器根据第二信号调节发动机的输出功率进行控制。

进一步地，发动机超过空慢状态时，测功器为恒转速模式，测功器的转速值由测功器控制器根据第一信号设定。

进一步地，测功器为水力测功器，测功器控制器用于发送指令调节水力测功器的出水阀门来适应发动机的状态变换。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制方法，采用上述测功器控制系统，控制方法包括以下步骤：将操作杆对应的操作信号发送至螺旋桨控制器模拟器；螺旋桨控制器模拟器根据操作信号换算出相应螺旋桨状态的转速和功率参数，并发送第一信号给测功器控制器、发送第二信号给发动机电子控制器；测功器控制器根据第一信号对测功器进行状态设定和控制模式的切换，发动机电子控制器根据第二信号控制发动机的输出功率。

进一步地，测功器为水力测功器，测功器控制器发送指令调节水力测功器的出水阀门来适应发动机的状态变换。

进一步地，发动机处于地慢状态时，测功器控制器根据第一信号控制测功器切换为恒转速模式，同时测功器控制器根据第一信号设定测功器的转速值从而控制发动机的输出转速。

进一步地，发动机处于空慢状态时，测功器控制器根据第一信号控制测功器切换为阀门位置模式，发动机电子控制器根据第二信号调节发动机的输出功率从而控制发动机的输出转速。

进一步地，发动机超过空慢状态时，测功器控制器根据第一信号控制测功器切换为恒转速模式，同时测功器控制器根据第一信号设定测功器的转速值从而控制发动机的输出转速。

本发明采用螺旋桨控制器模拟器用于先进涡桨发动机轴台整机试验，解决了国内先进涡桨发动机在轴台操作困难的问题。本发明的用于涡桨发动机轴台试车的测功器系统及其控制方法响应迅速、超调量小且工作可靠，可以很好地实现对涡桨发动机的控制，能够模拟发动机带螺旋桨的工作状态，且具有验证手控顺桨、反桨工作的功能。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统的原理框图；

图2是本发明优选实施例的测功器控制方法的流程图。

附图标号说明：

1、操作杆；2、螺旋桨控制器模拟器；3、测功器控制器；4、发动机电子控制器；5、测功器；6、发动机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统，包括操作杆1、螺旋桨控制器模拟器2、测功器控制器3、发动机电子控制器4、测功器5和发动机6。螺旋桨控制器模拟器2接收操作杆1的操作信号，换算出各操作信号下螺旋桨状态的转速和功率参数，给测功器控制器3发出第一信号、给发动机电子控制器4发出第二信号：给测功器控制器3的第一信号用于测功器5的状态设定和控制模式的切换；给发动机电子控制器4的第二信号用于发动机6输出功率的控制。

本发明中，操作杆1与螺旋桨控制器模拟器2通过信号线连接。操作台上设置有两个操作杆1：功率杆和状态杆，功率杆控制发动机6的输出功率，状态杆控制螺旋桨。当操作员操作时，状态杆会传递状态杆信号(cla杆信号)给螺旋桨控制器模拟器2，功率杆会传递离散量输入输出信号至螺旋桨控制器模拟器2，其中的状态杆信号用于测功器5的控制。

螺旋桨控制器模拟器2通过信号线连接至测功器控制器3，并向测功器控制器3发送电压信号，同时测功器控制器3可发送反馈信号给螺旋桨控制器模拟器2。螺旋桨控制器模拟器2还通过rs422总线与发动机电子控制器4连接，用于与发动机电子控制器4实现数据的同步交互。

测功器控制器3与测功器5通过信号线连接，测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号来设定测功器5的转速和扭矩，同时，测功器5也会将其自身的状态信号包括转速和扭矩信号反馈给测功器控制器3。

本优选实施例中，测功器5为水力测功器，其与发动机6通过联轴器连接，测功器5的转速值与发动机6的输出转速相等。此外，发动机6还与发动机电子控制器4通过电缆线连接，发动机电子控制器4根据螺旋桨控制器模拟器2发来的第二信号发送控制指令给发动机6以控制发动机6的输出功率，同时发动机6也能将自身的状态信号反馈给发动机电子控制器4，进而通过rs422总线传递给螺旋桨控制器模拟器2实现数据的交互。

因某涡桨发动机在地慢状态到空慢状态、空慢状态到最大状态的控制规律不同，测功器5的单一控制模式(恒转速或恒扭矩控制模式)无法满足发动机6的控制需求，故本发明中将测功器5模式选定为“flightsimulationmode”模式(飞行模拟模式)，该模式能根据给定信号自动实现恒转速模式、恒扭矩模式、阀门位置模式之间的任意转换。

发动机6装机状态的控制规律为：地慢采用顺桨控制模式,近似于测功器5的阀门位置控制模式；空慢状态是在发动机电子控制器4控制下的恒转速控制模式；超过空慢状态为螺旋桨控制器控制下的恒转速控制模式。在轴台调试过程发现，加减速过程在控制模式转换点，各参数波动大，难以实现测功器5控制与发动机6控制良好匹配工作，发动机6装机状态的控制规律无法适用于轴台。

为解决以上问题，本发明在涡桨发动机进行轴台试验时采用的测功器5控制模式如下：

发动机6处于地慢状态时，测功器5为恒转速模式，测功器5的转速值由测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2发来的第一信号设定；发动机6处于空慢状态时，测功器5转换为阀门位置模式，发动机6的输出转速由发动机电子控制器4调节发动机6的功率进行控制；发动机6超过空慢状态时，测功器5为恒转速模式，测功器5的转速值由测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2发来的第一信号设定。经试验验证，采用上述方案进行控制模式转换时各参数变化正常，无波动超调现象。

本发明为涡桨发动机轴台提供了一种测功器控制方法，使测功器5模拟螺旋桨的工作状态，达到测功器5与发动机6相互匹配且稳定工作的目的。参照图2，本发明的用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统进行的控制方法具体如下：

步骤s100，操作员推拉操作杆1，将操作杆1对应的操作信号发送至螺旋桨控制器模拟器2；

步骤s200，螺旋桨控制器模拟器2根据操作信号换算出相应螺旋桨状态的转速和功率参数，并发送第一信号给测功器控制器3、发送第二信号给发动机电子控制器4；

步骤s300，测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号对测功器5进行状态设定和控制模式的切换，发动机电子控制器4根据螺旋桨控制器模拟器2的第二信号控制发动机6的输出功率。

本发明中，测功器5为水力测功器，测功器控制器3发送指令调节水力测功器5的出水阀门的开关度来适应发动机6的状态变换，完成测功器5与螺旋桨控制器模拟器2的联合工作，实现某涡桨发动机轴台试验的测功器5控制。

测功器5的状态设定包括转速和扭矩的设定，测功器5的控制模式切换包括恒转速模式和阀门位置模式的切换。具体地，本发明的优选实施例中，测功器5的控制模式如下：

发动机6处于地慢状态时，螺旋桨控制器模拟器2根据操作杆1的操作信号向测功器控制器3发出第一信号，测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号控制测功器5切换为恒转速模式，同时测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号设定测功器5的转速值，从而控制发动机6的输出转速(测功器5的转速值与发动机6的输出转速相等)。

发动机6处于空慢状态时，螺旋桨控制器模拟器2根据操作杆1的操作信号向测功器控制器3发出第一信号、向发动机电子控制器4发出第二信号，测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号控制测功器5切换为阀门位置模式，同时发动机电子控制器4根据螺旋桨控制器模拟器2的第二信号调节发动机6的输出功率从而控制发动机6的输出转速。

发动机6超过空慢状态时，螺旋桨控制器模拟器2根据操作杆1的操作信号向测功器控制器3发出第一信号，测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号控制测功器5切换为恒转速模式，同时测功器控制器3根据螺旋桨控制器模拟器2的第一信号设定测功器5的转速值，从而控制发动机6的输出转速(测功器5的转速值与发动机6的输出转速相等)。

本发明采用螺旋桨控制器模拟器2用于先进涡桨发动机轴台整机试验，解决了国内先进涡桨发动机在轴台操作困难的问题。经实际使用证明，本发明的用于涡桨发动机轴台试车的测功器控制系统及其控制方法响应迅速、超调量小且工作可靠，可以很好地实现对涡桨发动机的控制，能够模拟发动机6带螺旋桨的工作状态，且具有验证手控顺桨、反桨工作的功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。