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小型二冲程汽油航空器具有结构简单、反应迅速、通过能力强、投入相对小等优点,它可广泛应用于防灾减灾、搜索营救、资源勘探、边防巡逻、气象探测等领域。小型航空器需要有极高的稳定性,高空运行时稀薄的空气就要求系统有更高的点火能量和合适的混合气浓度以保证汽油机的动力性。另一方面,为了延长飞行时间,在低空飞行时又要尽可能的减少能耗,提高汽油机的经济性。
本文以2E66双缸对置二冲程风冷汽油机为研究对象,运用飞思卡尔9S12XEP100芯片,采用CAN总线上、下位机通讯模式和数据存储寻址的拆半查找方法,开发了汽油机数据采集、存储以及喷射控制单元。
建立了二冲程汽油机平均值和螺旋桨负载模型,推导出了适用于汽油机稳定运行状态下通过节气门开度控制螺旋桨转速的简化方程,并用SIMULINK软件进行了仿真。根据高原螺旋桨特性试验数据,建立了用于控制螺旋桨转速的BP神经网络模型。通过2E66汽油机外特性试验和螺旋桨特性试验,得到了螺旋桨扭矩系数以及螺旋桨功率系数和不同节气门开度、不同高度情况下循环供油量与螺旋桨转速之间的对应关系,为螺旋桨转速的控制提供了依据。
采用可调蓄能期的方式,使点火能量随飞行器对汽油机的需求不同而变化,在实现有效点火的同时降低点火能耗。根据二冲程汽油机转速变动范围相对较大的特点,对曲轴信号盘的齿数进行了优化设计,并提出了不同转速下的两种点火触发控制策略。采用了宽域空燃比控制策略,使混合气浓度可控,电控喷射系统根据汽油机对动力性和经济性的不同要求,设定不同的优化空燃比。
建立了硬件在环仿真试验平台,进行了起动工况、稳态开环工况、稳态闭环工况以及停机工况仿真试验。试验结果显示随着汽油机转速、节气门开度、进气温度等输入信号的变化,控制器能够按照设定的控制策略,调整喷油及点火系统的定时和脉宽等参数,控制驱动电路的输出信号,实现执行器动作的精确控制。
汽油机的高原螺旋桨特性试验表明,开发的电控喷射系统可以实现对2E66双缸对置二冲程风冷汽油机高空运行状态的控制。