航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和控制系統(tǒng)的研究進(jìn)展

申宇翔 黃炯 陽為民

摘要：在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃油和控制系統(tǒng)作為最重要的神經(jīng)系統(tǒng)，其安全性對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行具有極大影響，因此整體發(fā)展趨勢(shì)也備受關(guān)注。從當(dāng)前的實(shí)際情況來看，航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能得到了極大提升，系統(tǒng)本身也從原先的簡(jiǎn)單化構(gòu)造發(fā)展至復(fù)雜化控制，整體以電子化操作為主。針對(duì)目前燃油和控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和未來前景進(jìn)行分析，以從中找到相應(yīng)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng);控制系統(tǒng);航空發(fā)動(dòng)機(jī)

引言：

燃油系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組成部分，在實(shí)際運(yùn)行過程中，它需要在各項(xiàng)工作狀態(tài)下給發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)燃油，自動(dòng)調(diào)節(jié)供入發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室當(dāng)中的油量，其中燃油量往往會(huì)受到控制系統(tǒng)的影響。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中，該系統(tǒng)需要同時(shí)具備供油控制和各類幾何控制能力，最近幾年在有關(guān)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與監(jiān)視系統(tǒng)開始并入其中，整體向著更加技術(shù)性和信息化的方向發(fā)展，因此極有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和控制系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展情況進(jìn)行研究。

一、研究現(xiàn)狀

（一）主燃油控制系統(tǒng)

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，主燃油控制系統(tǒng)主要包含了調(diào)節(jié)器、增壓泵與電子控制器等，是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的核心要件，無論是性能和運(yùn)行可靠度都直接決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及發(fā)動(dòng)機(jī)本身效能發(fā)揮。當(dāng)前，燃油增壓泵普遍應(yīng)用離心式，大部分為獨(dú)立式傳動(dòng)，另一部分則和主泵融合在同一個(gè)殼體當(dāng)中，增壓能力大約為。燃油泵主要以齒輪泵為主，整體體積較小、流量較大，此外有些發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)應(yīng)用高壓柱塞泵[1]。為使整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，當(dāng)前研究方向開始向著質(zhì)量更輕的離心泵發(fā)展，它不管是控制與設(shè)計(jì)都是簡(jiǎn)單，但在小流量工況之下性能達(dá)不到要求，所以就需配合應(yīng)用起動(dòng)泵，因此這就成為了該系統(tǒng)未來的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。

（二）防喘系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要作用就在于避免飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行過程中出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或喘振，這幾年該系統(tǒng)的應(yīng)用研究已經(jīng)獲得了很大進(jìn)展。在這之中最典型的就是喘振信號(hào)器以及高效化的防喘控制計(jì)劃。其中前者主要有靜壓和總靜壓差類的傳感器，也可以通過高響應(yīng)式的壓力傳感器上實(shí)施高速化樣本采集以及數(shù)字濾波，之后再通過數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)程序?qū)Υ癜Y候?qū)嵤┰敿?xì)評(píng)定[2]。后者則是基于發(fā)動(dòng)機(jī)，在地面臺(tái)架、試車臺(tái)等方面應(yīng)用逼喘實(shí)驗(yàn)，以其具體結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行確定。通常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)種類不同應(yīng)用的防喘控制系統(tǒng)也會(huì)有所差異。

（三）狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)

現(xiàn)階段，基于外場(chǎng)維護(hù)的需求，發(fā)動(dòng)機(jī)本身無論是現(xiàn)役還是最新研發(fā)的都配置了專門的狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，有些是獨(dú)立設(shè)置，有些則直接和飛參記錄系統(tǒng)相結(jié)合應(yīng)用。當(dāng)前已經(jīng)研制出了一類擴(kuò)展型的狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，無論是硬件本身還是電子控制裝置都是應(yīng)用的一體化模式。在實(shí)際工作過程中，甲機(jī)實(shí)施控制，乙機(jī)則直接進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，一旦甲機(jī)出現(xiàn)問題，其控制功能則轉(zhuǎn)移到乙機(jī)上，而狀態(tài)監(jiān)視執(zhí)行過程則會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化成最小工作模式，也就是在控制程序時(shí)鐘中斷之外的時(shí)間中采集與存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，再傳輸?shù)斤w參記錄系統(tǒng)之中，以便地面站應(yīng)用專門的診斷程序?qū)嵤z查分析[3]。當(dāng)下這類狀態(tài)監(jiān)測(cè)已經(jīng)變成了全球航空科技發(fā)展的一項(xiàng)重要熱點(diǎn)話題，尤其是系統(tǒng)的進(jìn)步發(fā)展使得控制和狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一體化，并從傳統(tǒng)的有限性發(fā)展到了擴(kuò)展與綜合化的監(jiān)視上，從傳統(tǒng)的半自動(dòng)轉(zhuǎn)為了全自動(dòng)化監(jiān)視。

（四）FADEC技術(shù)

這是一種數(shù)字化的電子控制系統(tǒng)，主要涉及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、數(shù)據(jù)通信以及微處理器。其中前兩者在目前的燃油和控制系統(tǒng)當(dāng)中占據(jù)極大比例，傳感器當(dāng)下主要是以光纖和智能類為主，與光纖通訊及分布式控制系統(tǒng)的相契合;執(zhí)行機(jī)構(gòu)則更加簡(jiǎn)單，更具通用性，無論是體積還是質(zhì)量都更小[4]。后兩者中的微處理器主要受微處理技術(shù)發(fā)展影響，整體更加小型化和集成化，通訊系統(tǒng)則發(fā)展至1條總線結(jié)構(gòu)，其中控制器作為其中的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，不再只是應(yīng)用點(diǎn)與點(diǎn)的串行通訊，而是利用具有余度的高速光纖總線將智能傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起，不僅降低了電纜數(shù)量的使用，還保證了基本質(zhì)量，強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行的高效化與可靠度。

二、未來發(fā)展趨勢(shì)

（一）技術(shù)更先進(jìn)

未來發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中除了基本的可變幾何控制功能、燃油控制，還有推力矢量噴管控制以及防喘控制等，且控制系統(tǒng)還會(huì)和發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)直接結(jié)合在一起，更會(huì)和火控系統(tǒng)以及飛控系統(tǒng)融合起來。其中系統(tǒng)還可能會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)在全包線以內(nèi)體現(xiàn)出不同的控制模式以及開展更加繁復(fù)的控制手段，并發(fā)展出性能更優(yōu)以及自適應(yīng)控制等更加先進(jìn)的控制算法與規(guī)律，這都會(huì)在很大程度上促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制的全面發(fā)展。與此同時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上、數(shù)據(jù)通訊、智能長(zhǎng)安器應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)當(dāng)中也會(huì)是未來的基本趨勢(shì)。

（二）系統(tǒng)更強(qiáng)勁

未來通過科學(xué)化的控制系統(tǒng)及合理化的控制算法能在很大程度上強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)自身的控制指令，不但能最大程度上延長(zhǎng)系統(tǒng)應(yīng)用期限，還可以降低研發(fā)成本，而成本控制也正好是未來系統(tǒng)發(fā)展的重要目標(biāo)。對(duì)于目前油泵普遍應(yīng)用離心泵的情況，雖然能起到良好的供油效果，但會(huì)導(dǎo)致燃油溫度上升，所以調(diào)節(jié)泵的應(yīng)用將會(huì)是未來的主要趨勢(shì)?，F(xiàn)階段，燃油控制系統(tǒng)已經(jīng)是電子技術(shù)控制，這就給電子元器件的性能提出了要求，所以未來高度集成以及耐高溫的元器件研發(fā)將會(huì)是主要趨勢(shì)。

三、結(jié)束語

當(dāng)前航空技術(shù)發(fā)展迅速，其發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和控制系統(tǒng)的研究也獲得了極大進(jìn)展，整體更是達(dá)到了高水準(zhǔn)程度。為研制出更高質(zhì)量的燃油與控制系統(tǒng)，還需加大對(duì)系統(tǒng)的研發(fā)，尤其要重視起軟件編程研究;同時(shí)落實(shí)先進(jìn)燃油泵的研發(fā)，整體向著壓力高、質(zhì)量輕、流量大等方向發(fā)展;另外要注重對(duì)制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在附件研發(fā)過程中的運(yùn)用，盡可能縮減研發(fā)期限，提升最終產(chǎn)品質(zhì)量;更要注重分布式控制系統(tǒng)的研究，以給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展做好鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷煥麗，孟銀杏，李宏聯(lián)，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油控制系統(tǒng)ABOM構(gòu)建分析[J].航空制造技術(shù)，2018，61（8）：8.

[2]張?zhí)旌?，吳宋?航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的建模與實(shí)時(shí)仿真技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2020，63（3）：9.

[3]宋云峰，郝青青，鄧佳，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)供油異常研究[J].測(cè)控技術(shù)，2018，37（B11）：3.

[4]王海鷹，楊永敏，單亞杰.航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)溫升特性研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2017（7）：5.