一種模塊化組合式電動燃油供應與控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于動力裝置的模塊化組合式電動燃油供應與控制系統。
【背景技術】
[0002]動力裝置是航空航天中各類飛行器的推進系統，它包括燃氣渦輪發動機、沖壓發動機、脈沖爆震發動機，液體火箭發動機，以及各類組合發動機等。其中，全電式燃氣渦輪發動機是下一代航空發動機的發展方向，組合發動機是未來臨近空間飛行器和高超聲速飛行器動力的必然選擇。空天動力裝置中，對于以液體燃油為燃料的動力裝置，燃油供應與控制系統是各種動力裝置與組合動力的重要附件系統，目前燃油供應與控制主要采用渦輪驅動或擠壓式供油系統，隨著技術的發展，電動燃油供應與控制系成為下一代航空航天動力裝置及新型動力系統的關鍵技術。
[0003]對于航空、地面及艦船用的燃氣渦輪發動機，以航空煤油、柴油等液體燃料的動力裝置，其燃油供應與控制系統大多采用渦輪驅動燃油增壓泵實現對燃油的增壓。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，其動力來源一般由燃氣渦輪發動機轉子經減速裝置引出，這種燃油增壓方式下，燃油流量由動力裝置的轉速決定，其供給發動機燃燒室的燃油流量需要由專門的燃油流量調節裝置完成，當發動機燃燒室所需流量與增壓系統的流量不匹配時，通過相應控制機構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節機構分別對燃油進行增壓和調節方式具有如下缺占.V.(I)燃油供應與控制系統效率不高；
由于燃氣渦輪發動機上燃油的增壓和調節分別采用燃油增壓裝置和調節機構對燃油進行增壓和調節，為保證燃油供應滿足供油計劃要求，采用回油控制流量，特別在發動機巡航狀態下，發動機轉速較高，但燃油需求量較少，需要大量回油，致使燃油供應與控制系統能量轉換效率低下。
[0005](2)燃油供應與控制系統可靠性低；
燃氣渦輪發動機上燃油增壓和調節分立工作、系統串聯實施的工作狀態下，只要兩個系統中任意一個部件發生故障，都將影響發動機正常工作，且航空發動機不同工作狀態下的工作能力、工作時限相差甚遠，不能很好保證常用工作狀態下的高可靠性。
[0006](3)燃油供應與控制系統中燃油溫度高、且升溫快；
燃氣渦輪發動機上燃油增壓和調節分立工作模式下，采用高壓燃油回油到增壓泵前的方式調節燃油，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的性能。
[0007](4)燃油供應與控制系統體積大。
[0008]采用機械液壓調節方式工作的燃氣渦輪發動機燃油供應與控制系統，受發動機控制計劃復雜性制約，使得整個系統體積龐大。
[0009]另外，對于以液體燃料為推進劑的航天動力裝置，其燃油供應與控制系統可采用空氣渦輪驅動燃油泵，或者高壓氣體擠壓實現對燃油增壓。燃油增壓泵一般采用離心泵、齒輪泵，以及多泵組合實現，對于采用空氣渦輪驅動的燃料供應與控制系統，動力來源由空氣渦輪經減速裝置引出，帶動增壓泵工作實現燃料增壓，燃油流量由燃氣發動機轉速控制和閥門調節控制，對于擠壓式的燃料供應與控制系統，動力來源由高壓氣體減壓后擠壓燃料箱中燃料實現燃料增壓，燃油流量由高壓氣體壓力和閥門調節控制。
[0010]對于采用空氣渦輪驅動燃油泵或高壓氣體擠壓的燃料供應與控制系統具有如下缺點:
(I)對于采用空氣渦輪驅動燃油泵的燃料供應與控制系統控制復雜且供油精度不高；采用空氣渦輪驅動燃油泵的燃料供應與控制系統是通過空氣渦輪轉速控制和閥門調節控制實現燃料流量調節，而空氣渦輪轉動的轉速要通過燃氣發生器或者引入高速空氣流的流量及流速控制，而實現燃氣發生器或者引入高速空氣流的流量和流速控制的控制計劃復雜且精度不高。
[0011](2)對于采用高壓氣體擠壓的燃料供應與控制系統體供油時間短、體積龐大且可控性差；
采用高壓氣體擠壓的燃料供應與控制系統，其動力來源是高壓氣體的儲能，隨著工作時間的增加，其高壓氣體儲能持續減少，因此要實現該系統長時間工作要求高壓氣體儲箱越大，且高壓氣體儲箱強度要求也很高，同時隨著工作時間增加，高壓氣體壓力逐漸減下，致使需要專門的高壓氣體穩壓裝置，因此，采用高壓氣體擠壓的燃料供應與控制系統體積龐大且可控性差。
[0012](3)采用空氣渦輪驅動燃油泵或高壓氣體擠壓的燃料供應與控制系統可靠性不尚O
[0013]無論采用空氣渦輪驅動燃油泵的燃料供應與控制系統，還是采用高壓氣體擠壓的燃料供應與控制系統，其系統是串聯工作狀態，只要兩個系統中任意一個部件發生故障，都將影響正常工作，且在不同工作狀態下的工作能力、工作時限相差甚遠，不能很好保證常用工作狀態下的高可靠性。
[0014]故急需一種系統工作效率和控制精度高、操控性能好、可靠性高、體積小且質量輕、維修保障性好的組合式電動燃油供應與控制系統。
【發明內容】
[0015]本發明要解決的技術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、響應速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、體積/質量和效率優化、維修保障性好、具有容錯處理和狀態管理能力的模塊化組合式電動燃油供應與控制系統。
[0016]本發明的技術解決方案是:
一種用于動力裝置的模塊化組合式電動燃油供應與控制系統，包括數個模塊化電動燃油供應與控制單元(簡稱模塊單元)、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、電動機及其控制裝置、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，用于提高燃油供應壓力，實現供油能力和效率之間優化平衡；
電動機及其控制裝置，用于實現油泵在大轉速范圍內的準確控制； 燃油流量控制器，用于燃油流量測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劃，并管理系統狀態。
[0017]其特征在于:燃油供應與控制系統是由模塊單元構成，各模塊單元功能獨立，模塊性能參數系列化，模塊可靈活組合；燃油供應與控制系統是多模塊單元組合的，其組合方式根據動力裝置特點確定，實現重要供油計劃具有功能備份而提高可靠性，該燃油供應與控制系統是基于綜合性能優化的系統。
[0018]通過模塊化電動燃油供應與控制單元的組合和燃油綜合管理器的管理與調節可以滿足燃氣渦輪發動機、沖壓發動機、脈沖爆震發動機，以及各類組合動力裝置所需燃油的供給與控制功能。
[0019]本發明的模塊化組合式電動燃油供應與控制系統還設有燃油綜合管理器，用于監測到的燃油流量以及燃油壓力狀態參數，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行流量開環/閉環控制。
[0020]所述燃油綜合管理器，用于監控模塊化電動燃油供應與控制單元工作狀態，并管理系統運行狀態。
[0021]所述燃油綜合管理器還用于監控電動燃油供應與控制單元的工作狀態與效率，確定主工作通道及備份工作通道，實現系統工作的冗余備份，提高了可靠性。
[0022]本發明的有益效果:模塊化組合式電動燃油供應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、響應速度快、控制精度高、操控性好、可靠性高、體積和質量適中、維修保障性好、具有容錯處理和狀態管理能力等特點的燃油供應與控制系統。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明燃油流量控制器原理框圖；
圖2為本發明組合式多模塊化電動燃油供應與控制系統。
【具體實施方式】
[0024]實施例:
參閱圖1至圖2 ;—種用于動力裝置的模塊化組合式電動燃油供應與控制系統，包括數個模塊化電動燃油供應與控制單元(簡稱模塊單元)、燃油綜合管