微型涡轮喷气发动机控制系统的设计与开发(3)
微型涡喷发动机的结构特点和工作原理与常规的大型航空发动机基本类似，但是它在工作环境、使用要求等多方面都有别于大型发动机，具体表现在以下几点[11]：（1）采用两种燃料，主燃料为航空煤油，在燃烧室通过蒸发管气化燃烧，辅助燃料为易燃气体，如丙烷气，用于在起动时对燃油加热蒸发；（2）起动过程比较复杂，需要协调点火控制、起动电机控制及燃料供给的时机；（3）主燃油的供油压力不高，流量小，但控制精度要求高；（4）微型涡喷发动机的起动过程容易出现悬挂，起动供油规律的确定有难度等。为使微型涡喷发动机在各种环境条件下保证安全飞行且最大限度发挥其性能，对发动机控制成为必不可少的环节。但是，由于微型涡喷的结构特点、工作环境、使用要求等方面有别于大型涡喷，因此其控制系统不能完全照搬大型发动机的控制，有必要针对微型涡喷发动机控制技术开展扎实而细致地基础研究。
1.2 微型涡喷发动机控制系统的国内外研究现状
1.3 课题研究主要内容与方法
本毕业设计所要开发的AVR板卡要求能够对微型涡喷发动机进行静态控制，该控制系统的作用是检测发动机工作状况，然后相应地对涡喷发动机进行控制，以保证发动机转速、排气温度按预定的规律变化，一旦发动机转速或者排气温度超过规定值，可立刻关闭发动机。通过前面所述的闭环反馈控制，发动机便可安全、可靠、稳定地工作，并获得最佳性能。具体内容如下：
（1）控制系统总体设计。控制系统总体设计的要点在于：把握好设计要求，从可靠性、集成度的角度制定总体方案；通过选择合适或设计合适的硬件接口建立硬件平台，为接下来的工作打好基础。
（2）硬件设计。硬件平台主要分为主控模块，信号调理模块，显示模块，电源模块等。主控模块选用ATMEGA16作为微控制器，信号调理模块包含温度信号调理电路和转速信号调理电路，其中温度信号调理电路中的温度信号是发动机运行过程中的重要的监控指标，温度信号调理电路的的排气温度传感器采用K型热电偶，它满足排气温度测量范围（0～800度）的需求；转速信号调理电路是信号模块的关键环节之一，转速信号是微型涡喷发动机启动过程控制的依据，也是实现转速闭环控制的必要因素，转速测量采用磁敏电阻传感器；另外还有显示模块和电源模块。
（3）应用软件开发。控制器软件开发采用基于前后台的监控程序开发机制，编写相应的功能子函数，主要包括主程序模块、AD采样模块、定时中断模块、转速与排气温度测量模块、显示模块等。
2 测控系统总体方案
2.1 温度测量一般方案
本文采用热电偶温度传感器对发动机尾喷管的排气温度进行测量。热电偶温度传感器主要由两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路。当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。
图2.1热电偶测温原理图
2.2 转速测量方案
本项目结合研究对象结构的特点，采用磁阻式传感器的方式对微型涡喷发动机的转速进行测量。当被测轴上本身就有孔或凹槽，打一个凹坑拧一个螺钉或者镶嵌磁钢较容易时，如轴式磁性测量 1，可以选用磁敏（SMS-16/22）磁电转速传感器（SM-16/22）来测量。如轴式磁性测量 2，可以选用磁电转速传感器（SZGB-1）来测量；轴式磁性测量，要求轴或凸出的材料是导磁的钢铁。感应距离 1mm 左右。测量范围：0～60 万转/分。在高速轴上打凹坑拧螺钉镶嵌磁钢时需对转子动平衡性能的影响。
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