[发明专利]航空活塞发动机涡轮增压器高稳定防喘振调节系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空活塞发动机涡轮增压技术，具体涉及到航空活塞发动机涡轮增压器的工作状况调节技术及防喘振调节技术。 

背景技术

小型航空飞行器广泛应用于军民领域，包括小型通用飞机、军用或民用无人机等。随着技术发展和需求提升，中高空长航时成为小型航空飞行器发展方向之一。 

航空活塞发动机由于具有制造成本低、油耗水平低、维护方便等优势，被广泛用于小型航空飞行器的动力装置。随着飞行海拔高度升高，大气压力下降，空气密度减小，空气中含氧量降低，从而造成发动机功率下降。为了满足飞行器的动力需求，一般采用增压技术对发动机进行功率恢复。涡轮增压是增压技术的一种，能够从高能量废气中回收部分能量，用于增加发动机进气充量，进而实现功率恢复。 

压气机是涡轮增压器的主要部件之一，使压气机工作效率高，避免喘振，是涡轮增压器设计和调节的重点内容之一。压气机喘振属于压气机不稳定工作现象，会造成气流剧烈波动、压气机效率降低，甚至会造成增压器和发动机的结构损坏。因此在实际工作中应避免喘振的发生。喘振一般发生于流量相对较小的情况，在一定的转速下，当压气机的气体流量减小到一定程度时，气体就会在叶轮或者扩压器入口处出现边界层分离现象，导致气体回流。分离涡流迅速扩展到压气机通道的其他部分，即发生喘振。但与此同时，压气机的高效率点却在喘振点附近。使压气机稳定工作于高效区域，并避免进入喘振区域是压气机乃至增压器控制调节的重要内容。 

关于发动机增压器防喘振调节，现有发明专利多面向于地面或者船用装置。如专利CN101054921A公开了一种船用柴油机涡轮增压器喘振预测控制装置和控制方法，通过接受转速信号和压力波动信号判断喘振先兆，通过动作空气循环装置，减少喘振发生。又如专利CN101701546B公布了相继增压系统防喘振控制装置及控制方法，通过判断燃气阀与空气阀开启的间隔时间是否在允许范围，并与控制线进行比较，得出是否有喘振先兆，通过调整空气循环阀和空气旁通阀来减少喘振发生。 

但是，上述装置及方法应用于航空活塞发动机时具有一定局限性，不能充分适应航空活塞发动机的工况要求。航空活塞发动机一般工作于螺旋桨工况，并且，对于适用于中高空的航空活塞发动机，螺旋桨的速度负载特性会随海拔高度的变化发生较大变化。因此，充分利用航空活塞发动机工况特性，并且考虑航空螺旋桨工况特点，是实现航空活塞发动机涡轮增压器高稳定防喘振调节系统的重要途径。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于中高空空气螺旋桨工况的航空活塞发动机涡轮增压器高稳定防喘振调节系统装置。同时本发明的目的还在于提供一种适用于中高空空气螺旋桨工况的航空活塞发动机涡轮增压器高稳定防喘振调节方法。 

为实现上述目的，本发明采用以下系统装置和调节方法。 

本发明的系统装置，包括空气分流管道、流量调节阀、气动管路、负压电磁阀、电子控制器、压力传感器、转速传感器、大气压力传感器和桨距传感器。所述流量调节阀安装于所述空气分流管道，并通过气动管路与所述负压电磁阀相连；所述空气分流管道一端与压气机入口管道相连，另一端与压气机出口管道相连；所述负压电磁阀通过管路与节气门后进气管相连；所述压力传感器安装于涡轮增压器压气机出口管道；所述流量传感器安装于涡轮增压器压气机进口管道；所述压力传感器、所述转速传感器、所述大气压力传感器和所述桨距传感器所测得的信号经信号线传至所述电子控制器，所述电子控制器发出驱动信号至所述负压电磁阀。 

所述流量调节阀具有阀芯，所述阀芯可以移动，与所述阀座之间的距离决定空气分流管道流通面积，并且阀芯的移动能够控制空气分流管道流通面积的变化。所述阀芯与阀盖之间具有复位弹簧。所述阀芯具有中空结构，并在端部开口，与阀杆构成环形节流孔。所述阀杆具有变截面柱形结构，使得所述环形节流孔的流通面积会随着阀芯移动而变化。 

所述负压电磁阀具有打开与关闭两种状态，并由所述电子控制器发出的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)驱动信号控制。当所述负压电磁阀处于打开状态时，所述流量调节阀的气动管路与节气门后进气管被接通；而当所述负压电磁阀处于关闭状态时，所述流量调节阀的气动管路与节气门后进气管被截断。通过调整所述PWM驱动信号的脉冲占空比，可以调节电磁阀打开状态与关闭状态的时间比。