發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型研究①

鄭鸞鳳,鄭忠明(北京摩詰創(chuàng)新科技股份有限責(zé)任公司,北京 0009)(中國(guó)南方航空公司北京分公司,北京 006)

?

發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型研究①

鄭鸞鳳1,鄭忠明2
1(北京摩詰創(chuàng)新科技股份有限責(zé)任公司,北京 100029)
2(中國(guó)南方航空公司北京分公司,北京 100621)

摘 要:以CFM56-5B渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象,通過(guò)需求分析對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊劃分和控制回路外部接口關(guān)系的確定,提出了發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路仿真的基本建模原則,采用條件有向圖理論和部件級(jí)建模的綜合建模方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路進(jìn)行了建模分析.并采用 MATLAB/Simulink 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路的部件模型進(jìn)行仿真,通過(guò)模擬器的調(diào)試驗(yàn)證,結(jié)果表明所建立的發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型符合模擬器仿真發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的要求.

關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng); 部件級(jí)建模; 條件有向圖; MATLAB/Simulink仿真

1　引言

機(jī)務(wù)維護(hù)斷模擬器可以仿真飛機(jī)在空中和地面兩種不同條件下機(jī)載電子系統(tǒng)的自測(cè)試、故障和航線維修過(guò)程三個(gè)方面,幫助維修人員直觀學(xué)習(xí)機(jī)載電子系統(tǒng)的使用和工作原理; 培訓(xùn)他們從系統(tǒng)故障原理的角度思考,按照現(xiàn)象分析--測(cè)試--換件--測(cè)試循環(huán)的故障診斷過(guò)程進(jìn)行排故,進(jìn)一步提高排故能力.由于該模擬器使用航線可更換組件(LRU)的仿真硬件,而不用航材,所以它的造價(jià)大大降低.相對(duì)于CBT軟件的培訓(xùn)以及使用機(jī)載設(shè)備硬件仿真設(shè)備培訓(xùn),機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器既保證了航線維修中排故的綜合和真實(shí)感訓(xùn)練,又避免了使用大量航材而造成的昂貴價(jià)格.

CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)采用當(dāng)前最先進(jìn)的全權(quán)限數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(FADEC),該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制,同時(shí)還監(jiān)視各系統(tǒng)的工作狀態(tài),當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí),將其進(jìn)行分類和存儲(chǔ),同時(shí)向維護(hù)人員提供必要的告警或維護(hù)信息,維護(hù)人員根據(jù)這些信息按照故障隔離手冊(cè)給定的程序進(jìn)行排故,從而減少排故工作的盲目性,保證航班正點(diǎn)率.為了讓維護(hù)人員正確掌握FADEC系統(tǒng)的排故方法,準(zhǔn)確快速定位故障,有必要對(duì)控制系統(tǒng)每個(gè)控制回路的故障檢測(cè)原理、排故措施進(jìn)行分析并建立模型.國(guó)內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真研究大多都是建立發(fā)動(dòng)機(jī)的半物理仿真數(shù)學(xué)模型,而在機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器故障模型方面的研究還甚少.本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法進(jìn)行了深入的研究,建立了具有完整性、維護(hù)擴(kuò)展方便的機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)故障模型,實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路功能模擬,此模型并可接收故障擾動(dòng),以滿足維護(hù)模擬機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的操作、測(cè)試和故障仿真的要求,強(qiáng)調(diào)仿真復(fù)雜的故障效應(yīng),可用于訓(xùn)練維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)工作原理的把握和故障隔離能力.

2　條件有向圖建模理論

2.1條件有向圖的一些定義

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn),可以采用有向圖來(lái)建立發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)故障模型.下面給出條件有向圖的幾個(gè)定義:

定義1.節(jié)點(diǎn)是指工作流的活動(dòng)節(jié)點(diǎn).

定義2.節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移如果是有條件的,則稱這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移為條件轉(zhuǎn)移弧,用→C表示; 如果是沒(méi)有條件限制的,則稱這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移弧為無(wú)條件轉(zhuǎn)移弧,用→表示.

定義3.條件有向圖表示為G={N,A,C} 的3元組,其中:

(1)N={n1,n2,…} 為節(jié)點(diǎn)集合.一個(gè)節(jié)點(diǎn)ni既可以是輸入節(jié)點(diǎn),也可以是輸出節(jié)點(diǎn).

(2)A={(ni,nj,ck)}為轉(zhuǎn)移弧的集合,方向?yàn)閺膎i節(jié)點(diǎn)指向nj節(jié)點(diǎn).CA為條件轉(zhuǎn)移弧的集合,NCA為無(wú)條件轉(zhuǎn)移弧的集合.如果ck為空條件,則該轉(zhuǎn)移弧為無(wú)條件轉(zhuǎn)移弧,無(wú)條件轉(zhuǎn)移弧的另一個(gè)語(yǔ)義解釋為該轉(zhuǎn)移條件永遠(yuǎn)為真.

(4)規(guī)定圖G有唯一的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn).開(kāi)始節(jié)點(diǎn)只有輸入沒(méi)有輸出,結(jié)束節(jié)點(diǎn)只有輸入沒(méi)有輸出.

2.2條件有向圖模型

(1)串行模型

串行模型是最簡(jiǎn)單、最容易理解的模型,它是指按照預(yù)定的節(jié)點(diǎn)列表有序地執(zhí)行,如圖1所示.只有當(dāng)條件C1滿足時(shí)才會(huì)發(fā)生A→B的轉(zhuǎn)移,而B(niǎo)→C沒(méi)有轉(zhuǎn)移,則認(rèn)為該轉(zhuǎn)移條件永遠(yuǎn)為真.

圖1　串行模型

(2)發(fā)散模型

發(fā)散是指執(zhí)行到某一步以后將產(chǎn)生多個(gè)分支,根據(jù)各個(gè)分支并行地執(zhí)行各個(gè)分支的后續(xù)序列.如圖2所示,當(dāng)由節(jié)點(diǎn)A串行執(zhí)行到節(jié)點(diǎn)B,執(zhí)行完節(jié)點(diǎn)B以后將產(chǎn)生3個(gè)分支,分別計(jì)算3個(gè)分支的轉(zhuǎn)移條件,計(jì)算結(jié)果為假的分支將被拋棄,即如果C1的計(jì)算結(jié)果為真時(shí),節(jié)點(diǎn)C將被執(zhí)行,B→E的轉(zhuǎn)移條件為空,根據(jù)空即為真的原則,節(jié)點(diǎn)E肯定會(huì)被執(zhí)行.

圖2　發(fā)散模型

(3)聚合模型

因?yàn)橛辛恕鞍l(fā)散”,在一個(gè)流程的后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中,就會(huì)出現(xiàn)“聚合”問(wèn)題.聚合是指多個(gè)發(fā)散后的分支再次匯聚成一條通路的情況.匯聚的各個(gè)分支條件之間的關(guān)系又分為兩種: AND和XOR.

1)當(dāng)條件之間的關(guān)系為AND時(shí),采用同步聚合的方式,即當(dāng)有AND聚合時(shí),執(zhí)行引擎將等待,直到所有的有效前驅(qū)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完畢以后,分別計(jì)算各個(gè)轉(zhuǎn)移條件,然后再進(jìn)行各個(gè)轉(zhuǎn)移條件之間的AND計(jì)算,只有計(jì)算結(jié)果為真時(shí)才會(huì)引發(fā)節(jié)點(diǎn)D的執(zhí)行.如圖3所示,如果A、B、C都是有效節(jié)點(diǎn),則只有當(dāng)A、B、C都執(zhí)行完,且各個(gè)轉(zhuǎn)移條件 C1、C2、C3都為真時(shí),節(jié)點(diǎn)D才會(huì)被執(zhí)行,條件C1、C2、C3有一個(gè)為假都將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)D及其后續(xù)通路的失效.

圖3　聚合模型

2)當(dāng)條件之間的關(guān)系為XOR時(shí),并不需要進(jìn)行各個(gè)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)間的同步,各個(gè)前驅(qū)節(jié)點(diǎn)分別執(zhí)行完畢后計(jì)算其轉(zhuǎn)移條件,如果自己的轉(zhuǎn)移條件為真,則直接發(fā)生轉(zhuǎn)移,為假則不發(fā)生轉(zhuǎn)移,如圖3所示,如果當(dāng)節(jié)點(diǎn)B先被執(zhí)行完畢,則進(jìn)行條件C2的計(jì)算,結(jié)果為真,則發(fā)生B→D的轉(zhuǎn)移,反之則不發(fā)生轉(zhuǎn)移.

2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化

基于有向圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的思想,系統(tǒng)模型化原則如下:

圖4　模型化過(guò)程

1)在飛機(jī)運(yùn)行的維護(hù)工作中,航線可更換件(LRU)是故障診斷的目標(biāo),線路也是常見(jiàn)故障,因此,以LRU和線路為系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)中的最小組成元素.

2)以AMM、TSM、ASM和AWM手冊(cè)為依據(jù),分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理,抽象出故障點(diǎn)的LRU和線路,分析其輸入輸出特性.

3)對(duì)于功能復(fù)雜的LRU,只分析其與系統(tǒng)操作和故障有關(guān)的輸入輸出變量.對(duì)于具有多輸入輸出的元素,其端口用數(shù)字標(biāo)記區(qū)分.

4)AWM中包括一些電氣連接器VC、終端接線盒VT、接地端子VG和接地點(diǎn)VN,這些元件在TSM中不是故障點(diǎn),因此不必對(duì)其研究分析.

使用有向圖建模時(shí),用節(jié)點(diǎn)N表示系統(tǒng)中的故障點(diǎn)LRU,用連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移弧A來(lái)表征LRU之間的線路,用條件表達(dá)式C表示連接線路的故障情況,取值為｛0,1｝,為布爾型,1表示線路正常沒(méi)有故障,0表示線路有故障,上一節(jié)點(diǎn)的功能信息不能傳遞至下一節(jié)點(diǎn),因此圖G={N,A,C} 稱為系統(tǒng)的有向圖模型.在有向圖中,用連接兩節(jié)點(diǎn)的有向箭頭表示線路的連接關(guān)系,若該連接線路也是故障點(diǎn),則標(biāo)出該條支路的線號(hào),若不是故障點(diǎn),則不標(biāo)出線號(hào).用矩形框表示節(jié)點(diǎn),加注組件范號(hào)以示區(qū)別,實(shí)線矩形框表示真正的故障節(jié)點(diǎn),虛線框表示虛擬的故障節(jié)點(diǎn).

3　發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型分析

發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)故障模型以FADEC為中心,根據(jù)航空維修手冊(cè),建立從面板按鈕輸入、其他系統(tǒng)輸入到顯示器輸出、聲音輸出、其他系統(tǒng)輸出的線性輸入輸出關(guān)系,并且分析故障擾動(dòng)對(duì)模型產(chǎn)生的影響,其模型結(jié)構(gòu)如圖5所示.

3.1控制回路輸入模型

發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型輸入主要包括面板按鈕、頂板跳開(kāi)關(guān)、推力桿、與發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)的其他系統(tǒng)以及故障擾動(dòng)的輸入.

模型中面板按鈕包括發(fā)動(dòng)機(jī)主控電門(mén)、方式選擇旋鈕、人工啟動(dòng)電門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)面板等.主控電門(mén)用于選擇自動(dòng)啟動(dòng); 方式選擇旋鈕用于選擇發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式; 人工啟動(dòng)電門(mén)則用于人工選擇供油和點(diǎn)火時(shí)機(jī);頂板跳開(kāi)關(guān)的作用主要是為發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制系統(tǒng)供電,既可為EIU或ECU等的正常工作提供28V直流電,也可為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中點(diǎn)火提供115V交流電.

與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的其他飛機(jī)系統(tǒng),如電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、引氣系統(tǒng)、APU系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等,在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的各個(gè)階段,分別為發(fā)動(dòng)機(jī)控制提供各種所需輸入.

故障擾動(dòng)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型研究的重點(diǎn)和難點(diǎn).故障擾動(dòng)輸入包括TSM所有故障TASK中各組件的故障信號(hào).組件故障擾動(dòng)輸入用布爾型變量F表示,只有“正常”和“故障”兩種狀態(tài),“正?！北硎緦?duì)應(yīng)元素的相應(yīng)端口沒(méi)有故障,“故障”表示控制管理中心設(shè)置元素的對(duì)應(yīng)端口為故障狀態(tài).

圖5　發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型結(jié)構(gòu)

3.2控制回路本體模型

發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路本體模型接收駕駛艙傳遞的按鈕和開(kāi)關(guān)的離散信息,以及推力桿的角度信息,同時(shí)還可接受故障擾動(dòng),為音響系統(tǒng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,為燃油系統(tǒng)提供發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率,為滑油系統(tǒng)提供滑油壓力和溫度,同時(shí)為發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)座艙儀表、信號(hào)燈和告警燈等提供相應(yīng)指示信息等,能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)操作、測(cè)試和故障擾動(dòng)的影響,是系統(tǒng)模型的主要組成部分.

其建模步驟為:

1)抽象節(jié)點(diǎn)

抽象發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路中含故障點(diǎn)的LRU為節(jié)點(diǎn).ATA規(guī)定外場(chǎng)航線故障診斷主要是更換LRU,而TSM所有故障TASK中均以LRU為故障點(diǎn),因此以LRU為發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型的基本單元建立節(jié)點(diǎn)模型,既可以描述系統(tǒng)的工作原理,又可以仿真TSM的各種故障TASK.

2)建立節(jié)點(diǎn)模型

(1)選擇節(jié)點(diǎn)輸入輸出端口: 在分析AMM、ASM中系統(tǒng)工作原理和TSM故障TASK基礎(chǔ)上,有辨識(shí)的選取組件的某些輸入輸出端口,并分析各端口間的傳輸關(guān)系.

(2)故障影響分析: 建立節(jié)點(diǎn)故障擾動(dòng)輸入向量,并評(píng)估故障擾動(dòng)對(duì)節(jié)點(diǎn)各輸出端口的影響.

(3)建立節(jié)點(diǎn)的模型

建立圖6所示的節(jié)點(diǎn)模型,包括輸入(I、A)、輸出(Y)和功能函數(shù)三個(gè)部分,具有多輸入、多輸出的特點(diǎn).不同節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)變量的下標(biāo)(組件FIN號(hào))區(qū)別.

圖6　節(jié)點(diǎn)模型基本結(jié)構(gòu)圖

輸入分為故障擾動(dòng)輸入F、控制輸入I和數(shù)據(jù)輸入A三種; 中間變量為控制邏輯輸出y(N),輸出結(jié)果為節(jié)點(diǎn)功能結(jié)果Y(N).其表達(dá)式如下:

其中,故障輸入F表示來(lái)自控制管理中心的故障擾動(dòng)信號(hào),控制輸入I表示節(jié)點(diǎn)的主控信號(hào),數(shù)據(jù)A表示組件各輸出接點(diǎn)回路的輸入數(shù)據(jù).控制邏輯輸出y(N)作用于數(shù)據(jù)輸入A,得到節(jié)點(diǎn)輸出Y(N).控制邏輯g一般為邏輯表達(dá)式,數(shù)據(jù)功能G通常是分段函數(shù),分段條件是控制邏輯g的輸出y(N).

3)建立系統(tǒng)本體整體模型: 在建立各節(jié)點(diǎn)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)條件有向圖理論合成得到系統(tǒng)控制回路的整體故障模型.

節(jié)點(diǎn)之間的傳輸關(guān)系由節(jié)點(diǎn)模型中的控制輸入I和數(shù)據(jù)輸入A表達(dá),表達(dá)式中Lbi-a表示節(jié)點(diǎn)a從節(jié)點(diǎn)bi(i=1,2,…,n)獲得控制輸入,數(shù)據(jù)功能輸入Acj-a=Y(Ncj)(j=1,2,…,m),即節(jié)點(diǎn)a的輸入是其上級(jí)節(jié)點(diǎn)的輸出.節(jié)點(diǎn)之間依據(jù)原理圖中的信息傳遞方向,通過(guò)控制輸入I和數(shù)據(jù)輸入A建立的傳輸關(guān)系相互作用,構(gòu)成系統(tǒng)控制回路的故障模型,根據(jù)條件有向圖建模理論和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建?；瓌t,節(jié)點(diǎn)之間的連接導(dǎo)線故障用有向圖的條件變量ck表示,為布爾型,取1表示節(jié)點(diǎn)之間連線沒(méi)有故障,取0表示連線故障,上一節(jié)點(diǎn)的信息不能傳遞到下一節(jié)點(diǎn),對(duì)公式1進(jìn)行修正后的表達(dá)式為:

3.3控制回路輸出模型

發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)指示、系統(tǒng)監(jiān)控、向駕駛員發(fā)出的警告以及其他系統(tǒng)的輸出.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的有關(guān)信息,以刻度盤(pán)的形式顯示在飛機(jī)電子中央監(jiān)控(ECAM)上,其他數(shù)字式讀數(shù)、警告、注意事項(xiàng)和建議信息則以文本方式顯示,向駕駛員發(fā)出的警告則以聲音和燈光等的形式出現(xiàn).

4　發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路故障模型仿真

航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)作為機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器的一個(gè)非常重要的、必不可少的子系統(tǒng),是一個(gè)復(fù)雜的全數(shù)字仿真系統(tǒng),它的建立過(guò)程遵循著由物理系統(tǒng)到系統(tǒng)模型再到仿真模型的循序漸進(jìn)過(guò)程和貫穿于其中的對(duì)物理系統(tǒng)的分析與建模、對(duì)系統(tǒng)模型的編程與實(shí)現(xiàn)和對(duì)仿真模型的仿真實(shí)驗(yàn)的循環(huán)往復(fù)過(guò)程.根據(jù)系統(tǒng)模型化原則,以CFM56-5B渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制回路為例,分析回路中各組件的功能原理以及輸入輸出特性,并引入TASK故障,建立節(jié)點(diǎn)故障模型,最后運(yùn)用有向圖建模方法,對(duì)控制回路進(jìn)一步分析,建立了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制的故障模型,如圖7所示.

4.1控制回路的Simulink模型

在建立的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制回路的輸入模型、本體模型和輸出模型基礎(chǔ)上,首先在MATLAB/Simulink中仿真故障模型中各節(jié)點(diǎn)模塊并實(shí)現(xiàn)封裝,然后依據(jù)組件端口的I/O關(guān)系,按信號(hào)的傳輸回路構(gòu)建控制回路的整體仿真模型.

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制回路中既有油路信息又有電路信息的傳遞,所包含的組件類型也各不相同,既有跳開(kāi)關(guān)、繼電器等常見(jiàn)組件,又有作動(dòng)器、燃油泵、液壓機(jī)械組件、活門(mén)等及其復(fù)雜的特殊組件,而所有組件模型均包括故障擾動(dòng)輸入、控制輸入、數(shù)據(jù)輸入和兩種功能函數(shù)(控制邏輯和數(shù)據(jù)功能),因此各種元素的MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)基本一樣,只是復(fù)雜程度上有一定的區(qū)別.

單輸入單輸出組件和傳輸線的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,分別建立仿真封裝,如圖8和圖9所示.

圖7　發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制回路故障模型有向圖

圖8　單輸入輸出實(shí)現(xiàn)及封裝

圖9　傳輸線實(shí)現(xiàn)及封裝

在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制回路中,應(yīng)用較多也是較復(fù)雜的是多輸入多輸出組件,下面以發(fā)動(dòng)機(jī)主控電門(mén)繼電器11QG為例建立仿真模型并封裝,如圖10所示.

根據(jù)圖7所示的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制回路模型結(jié)構(gòu),以信號(hào)的傳輸回路為單元,將所建組件的MATLAB/ Simulink仿真模塊依據(jù)組件各端口的I/O關(guān)系相連,得到控制回路的整體仿真模型?仿真模型按照控制功能分塊,下面以HP燃油關(guān)斷活門(mén)控制燃油的通斷功能為例實(shí)現(xiàn)仿真模型如圖11所示.

由圖11知,發(fā)動(dòng)機(jī)主控開(kāi)關(guān)3KC的控制端口1A從傳輸線L7325·0231獲取低電平; 3KC置于OFF位時(shí),端口3A從傳輸線L7325·0233獲取高電平信號(hào),401PP有電并且跳開(kāi)關(guān)1KC1閉合,28V直流電經(jīng)傳輸線L7612·0046輸入至3KC端口3G; 而3KC置于ON位時(shí),端口2A從傳輸線L7325·0232獲取高電平信號(hào),接地信號(hào)經(jīng)傳輸線L7612·0022輸入至3KC端口2G.依次類推,3KC端口1G經(jīng)傳輸線L7612·0011輸出至HMU控制線圈端口A/1.HMU的HP燃油活門(mén)控制線圈判斷接收的信號(hào),控制活門(mén)位置,若反饋至ECU的活門(mén)位置與指令位置不一致,ECU輸出一個(gè)故障信息至EIU,經(jīng)過(guò)處理之后,EIU通過(guò)燈信號(hào)測(cè)試組件8LP指令發(fā)動(dòng)機(jī)防火/故障燈5KS1的“FAULT”燈亮.同時(shí),繼電器11QG控制線圈端口X1經(jīng)傳輸線L7612·0011也獲得3KC端口1G的輸出,地信號(hào)經(jīng)傳輸線L7612·0052輸入至11QG端口X2,控制線圈判斷接收的信號(hào),控制低壓燃油活門(mén)馬達(dá)的高電平輸入,從而控制低壓燃油活門(mén)的位置.

圖10　繼電器11QG實(shí)現(xiàn)及封裝

圖11　HP燃油關(guān)斷活門(mén)控制燃油通斷功能的Simulink模型

圖12　ECAM上燃油信息的顯示

4.2實(shí)例測(cè)試分析

在維護(hù)模擬器的仿真過(guò)程中,系統(tǒng)故障模型是核心,它接收故障擾動(dòng)的輸入以及駕駛艙控制盒上各種按鈕的輸入,經(jīng)過(guò)模型的運(yùn)算,輸出到顯示器上,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作、測(cè)試和故障擾動(dòng)影響.以下為維護(hù)模擬器發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)控制回路正常運(yùn)行和在教員控制臺(tái)設(shè)置故障之后得到的顯示結(jié)果:

(1)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常的情況下,燃油泵過(guò)濾器不發(fā)生堵塞,在下ECAM上不會(huì)顯示“FUEL CLOG”的故障信息; 液壓機(jī)械組件計(jì)量燃油流量,通過(guò)上ECAM顯示燃油流量(F.F)信息,同時(shí)已耗燃油(F.USED)信息在下ECAM上顯示,如圖12所示.

圖13　發(fā)動(dòng)機(jī)試車故障設(shè)置

(2)在機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器教員控制端口點(diǎn)擊菜單欄中“發(fā)動(dòng)機(jī)試車”à“設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)試車項(xiàng)目”,即顯示發(fā)動(dòng)機(jī)試車主界面,選擇hot hang for auto start,“是否故障”欄中顯示“√”,點(diǎn)擊“OK”,故障設(shè)置成功,如圖13所示.

設(shè)置好試車故障之后啟動(dòng)相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常啟動(dòng),在上ECAM頁(yè)面出現(xiàn)故障告警信息,并在學(xué)員端界面顯示排故方法.

由以上實(shí)例測(cè)試結(jié)果表明,所建立的故障模型能夠滿足機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在正常操作和故障影響方面的任務(wù)要求.

5　結(jié)論

依據(jù)航空維修手冊(cè)等資料,在CFM56-5B發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)原理知識(shí)基礎(chǔ)上,通過(guò)有向圖理論和部件級(jí)建模相結(jié)合的方法,建立了發(fā)動(dòng)機(jī)控制回路的故障模型,并通過(guò)Matlab/Simulink進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,為機(jī)務(wù)維護(hù)模擬器的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型提供了理論和技術(shù)支持.

參考文獻(xiàn)

1姚華.未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).航空科學(xué)技術(shù),2012/6:1–6.

2張紹基.航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)與展望.航空動(dòng)力學(xué)報(bào),2004,19(3):375–382.

3熊海國(guó).飛行模擬器發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)建模與面向?qū)ο蟮姆抡嫜芯縖博士學(xué)位論文].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.

4A320 Aircraft Trouble Shooting Manual.China Northwest [DB].REVISION NO.24 Nov 01/03.

5A320 Aircraft Schematic Manual.China Northwest.REVISION NO.24 Nov 01/03.

6CFM56-5B engine system training manual.CTC-201 Level 4 08/02.

7CFM56-5B fault detection & annunciation.CTC-231 Level 4 05/09.

8曹源,金先龍,孟光.航空發(fā)動(dòng)機(jī)的非線性模塊化建模與仿真.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2005,17(3):505–510.

9鄧明.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理與構(gòu)造.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008.

Fault Model Research of Engine Control Circuit

ZHENG Luan-Feng1,ZHENG Zhong-Ming2
1(Beijing Moreget Creative Technology Corporation Limited Company,Beijing 100029,China)2(Beijing Branch of China Southern Airlines,Beijing 100621,China)

Abstract:The CFM56-5B turbofan engine was discussed in this paper,functional model of engine control system and the control circuit’s external interface were defined through requirement analysis.It proposed basic modeling principle of simulation of engine control circuit.Then the conditional directed graph theory combined with assemblies modeling method was adopted to establish engine control circuit simulation model.Finally,MATLAB/Simulink was used to simulate the component model of engine control circuit.And the results show that the simulation models are accorded with the requirements of simulator engine control system through adjusting and proving.

Key words:engine control system; component level modeling; conditional directed graph; MATLAB/Simulink simulation

收稿時(shí)間:①2015-07-12;收到修改稿時(shí)間:2015-09-09