祁國棟

摘 要：隨著FADEC應用規(guī)模的擴大，其系統發(fā)展趨勢研究得到了人們的高度關注，本文對FADEC進行了簡單的介紹，重點探討了其發(fā)展所面對的挑戰(zhàn)及發(fā)展方向，具體包括主動控制、智能控制及分布式控制等。

關鍵詞：FADEC；挑戰(zhàn)；發(fā)展趨勢

隨著社會經濟的快速發(fā)展，航空航天事業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷擴大，在其發(fā)展過程中，航空發(fā)動機扮演著重要的角色，在先進技術與設備支持下，其推力水平及能力不斷提高。

為了進一步提高其推進控制系統的經濟性與可靠性，本文介紹了全權限數字發(fā)動機控制的概況，分析了該系統發(fā)展所面臨的要求與挑戰(zhàn)，并重點闡述了其未來發(fā)展趨勢，主要從技術角度展開了探討，旨在借助先進的基礎，以此促進系統建設水平的提高。

1 FADEC（全權限數字發(fā)動機控制）的概況

FADEC作為航空發(fā)動機控制系統主要是利用計算機數字運算能力實現的，它主要是由壓氣機控制系統、間隙控制系統、啟動系統、傳感器等組成。在全權限數字電子控制技術支持下，我國航空發(fā)動機控制系統建設積極開展，并取得了一定的成績，特別是FADEC系統，使航空發(fā)動機性能大幅度提高。

與傳統控制系統相比，FADEC系統的優(yōu)點主要表現在以下幾方面：其一，高性能，由于此系統擁有強大的計算能力，因此，保證了發(fā)動機最佳狀態(tài)的保持，同時也促進了發(fā)動機啟動、過渡等特性的改善，進而利于發(fā)動機作用的充分發(fā)揮；其二，低油耗，此系統結合動力需求，使發(fā)動機始終處于最佳狀態(tài)，以此避免了不必要運轉情況的出現，進而達到了節(jié)約燃油、降低消耗的目的；其三，低成本，此系統基本防止了發(fā)動機處于高溫、高速等情況運作，其故障發(fā)生幾率大幅度降低，同時結合故障輔助診斷，保證了維護的及時性與有效性，再者也控制了發(fā)動機維護成本。

2 FADEC所面對的要求與挑戰(zhàn)

在航空發(fā)動機控制系統發(fā)展過程中，為保證飛行的可靠性與穩(wěn)定性，對推進系統的要求不斷增多，特別是對于未來軍用飛機而言，其多任務、多功能的要求，使飛機系統愈加復雜；同時民用飛機對發(fā)動機也提出了新的要求，如：經濟性、環(huán)保性、節(jié)能性、適用性與高效性等。在各異要求下，航空發(fā)動機設計水平需要不斷提高，其設計難度及復雜度也隨之增多，如：調節(jié)部位、參數數量、控制變量等均大幅度增加，同時，在日后設計與發(fā)展過程中，還應關注控制器的計算能力、邏輯能力及控制精度等。

在繁多與復雜飛行任務要求及高性能發(fā)動機支持下，控制系統的工作環(huán)境將日漸惡化，特別是在持續(xù)、高超聲速飛行條件下，發(fā)動機工作溫度可能達到650℃，再者，飛機結構中所選用的復合材料，將使控制系統面對愈加嚴峻的輻射環(huán)境。為了適應發(fā)展的需求，航空發(fā)動機控制系統應迎接挑戰(zhàn)，并積極運用現代化的技術，以此拓展自身的發(fā)展空間[ 1 ]。

3 FADEC的發(fā)展趨勢

對于FADEC系統而言，其未來發(fā)展主要應關注主動控制、智能控制及分布控制等系統，借助豐富的設計手段、先進的控制邏輯，使發(fā)動機各個系統的融合更加緊密與有效，進而利于發(fā)動機性能的提高及其控制品質的增強，同時，也利于此系統使用時間的延長。

為了滿足航空事業(yè)發(fā)展的需求，未來FADEC系統發(fā)展，應積極研制，其具體的發(fā)展內容如下：

3.1 主動控制

此系統是由壓氣機、燃燒室、間隙與振動等構成的，它直接關系著發(fā)動機的高效性、耐久性及使用壽命。主動控制技術不僅能提高高載荷渦輪機推重比及高涵道比，還可降低實現耗油率、生產及維修成本，同時也利于豐富核心機的功能，利于完善部件狀態(tài)的信息，如：診斷或監(jiān)視等。

一方面，主動穩(wěn)定控制。系統中壓氣機的穩(wěn)定性直接決定著發(fā)動機的穩(wěn)定程度，對于傳統控制方法而言，它是在被動控制理念下隨之形成的，此方法雖然保證了發(fā)動機工作點喘振裕度的充足性，但根據實踐可知，發(fā)動機的穩(wěn)定裕度難以準確測量，進而難以利用模型對其進行精準的估算，造成上述情況的原因主要為發(fā)動機自身的一系列因素均會影響測量工作，如：氣場畸變、老化、制造偏差等。此時喘振邊界靠近發(fā)動機工作點，通常情況下，設計的喘振裕度均具有明顯的保守性，進而降低了發(fā)動機性能，影響了其推力與效率。而主動穩(wěn)定控制借助預先探測，掌握了即將發(fā)生的喘振和失速，此時可根據失速征兆，采取及時與有效的應對方案，以失速征兆為例，在其發(fā)生初期，采取主動方法，即：向流場中加入反相擾動、調整放氣量與燃油流量等，在此類措施作用下，失速問題將得到有效的控制，同時壓氣機也將處于最佳工作狀態(tài)，進而利于提高發(fā)動機性能。國外學者對主動穩(wěn)定控制進行了研究，借助兩臺地速軸流壓氣機試驗臺，其試驗結果顯示，經主動控制，失速邊界僅位移6%與10%，此結果表明，主動穩(wěn)定控制的研究與發(fā)展，對發(fā)動機性能的提高有著積極的意義[ 2 ]。

另一方面，主動間隙控制。隨著航空事業(yè)的發(fā)展，現代飛機的性能日漸提高，如：可靠性、安全性與高效性等，但其發(fā)展仍未能滿足人們的需求，為了進一步挖掘發(fā)動機的性能，其葉尖間隙控制得到了廣泛的關注。葉尖間隙主要是指發(fā)動機轉子葉片與機匣間的距離，其直接影響著發(fā)動機性能，如果此距離過大，則會降低發(fā)動機性能，而過小也會造成不利影響，極易導致葉片與機匣摩擦、碰撞，進而威脅發(fā)動機的安全性，嚴重情況下，便會造成安全事故，因此，葉尖間隙應得到有效的控制，以此保證發(fā)動機性能、提高壓氣機與渦輪效率，并降低飛機油耗。為了達到上述目標，主動間隙控制吸引了國內外學者的目光，經研究顯示[ 3 ]，此技術的執(zhí)行機構主要有主動熱控制、主動機械與主動氣控制，其根據控制回路，還可以分為兩種，一種為閉環(huán)葉尖間隙主動控制，另一種為開環(huán)葉尖間隙主動控制，前者借助先進的間隙傳感器，對某工況時的葉尖間隙值進行檢測，并經過反饋，以此保證控制間隙維持在最佳值；后者主要是根據葉尖間隙變化的規(guī)律，利用計算機對間隙大小進行計算，此后對外部所需空氣量進行調整，最終保證了間隙控制的最佳值。

3.2 智能控制

在航空事業(yè)未來發(fā)展過程中，其發(fā)動機控制系統的主要發(fā)展方向便是智能化，智能控制主要是借助人工智能方法實現了對控制目標的達成，此系統涉及的技術主要有智能自修復控制技術與延壽控制技術等。

第一種技術主要是對發(fā)動機進行在線故障診斷，使飛機推力輸出具有一致性，在實際應用過程中應對所涉及的性能參數進行實時估計，如：系統推力，同時，所設計的方案應積極利用神經網絡等非線性智能動靜態(tài)映射技術，在此基礎上，構建的機載模型才能夠具有自適應性、自診斷與自修復等能力[ 4 ]。

第二種技術不僅保證了發(fā)動機響應的可接受性，還控制了零部件的損耗，延壽控制主要是通過對瞬態(tài)時最高溫度的控制，以此延長了零部件的使用時間。此技術屬于多目標控制，其應滿足多個指標，如：系統動靜態(tài)性能指標、發(fā)動機安全及使用時間指標等[ 5 ]。

3.3 分布式控制

當前，航空發(fā)動機普遍應用FADEC結構，在此技術作用下，控制系統的復雜性進一步增加，主要是由于FADEC的重量、功能、尺寸等均有所增加，為了保證系統穩(wěn)定與有效，相關的軟件愈加復雜與龐大，在此情況下，其可靠性有所降低。同時，集中式結構，使控制的傳感器、執(zhí)行機構等均保持著較遠的距離，再者對三絞線或雙絞線等進行了運用，進而增加了重量，而控制系統重量與成本呈正比。為了提高控制系統的控制能力，降低研制、生產與維護成本，需要采用先進的控制系統。

在未來發(fā)展過程中，應對分布式控制系統進行積極的利用，此系統的構成包括FADEC與智能裝置，其中局域網是由中央處理器、智能傳感器及智能執(zhí)行機構構成的。此系統大幅度降低了控制器的體積及重量，利于發(fā)動機推重比的提高，同時，采用模塊化與標準化設計、生產與裝配，保證了設計質量，提高了生產效率，同時也延長了發(fā)動機使用時間[ 6 ]。

4 總結

綜上所述，全權限數字發(fā)動機控制技術作為新型的控制技術，在其作用下，促進了發(fā)動機控制性能的提高，同時也保證了其可靠性、操縱性的增強。

為了適應社會發(fā)展的需求，本文介紹FADEC的概念及優(yōu)點，同時結合其發(fā)展所面對的要求與挑戰(zhàn)，重點探討了其發(fā)展趨勢，相信，在現代技術支持下，我國航空事業(yè)發(fā)展成效將更加顯著。

參考文獻：

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