宋涵　杜紫巖

摘 要：航空發(fā)動機越來越高的性能要求和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就要求先進的控制技術(shù)與之相匹配。伴隨機載設(shè)備的電子化、綜合化，實現(xiàn)航空發(fā)動機的電子控制已成為必然要求。如今，電子控制技術(shù)已經(jīng)能實現(xiàn)對飛機的有效操控，創(chuàng)造更完善可靠的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)也是下一代航空發(fā)動機研發(fā)的關(guān)鍵，也就是下一代戰(zhàn)斗機研制成功的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機；電子控制；機載設(shè)備

航空發(fā)動機經(jīng)歷了早期的活塞發(fā)動機到現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的長足發(fā)展，現(xiàn)代發(fā)動機性能有了質(zhì)的飛躍。但是發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、操控與維護也變得日益復(fù)雜。所以沿用經(jīng)典控制理論的控制設(shè)計方法已不能滿足對現(xiàn)代發(fā)動機的控制需要。因此我們必須應(yīng)用先進的現(xiàn)代控制理論，采取構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法，處理日益復(fù)雜的控制參數(shù)。而計算機和機載電子設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用，使這一目標(biāo)成為可能。由于發(fā)動機控制的自身需要和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)動機控制已實現(xiàn)從傳統(tǒng)液壓式控制、機械式控制向數(shù)字電子控制的轉(zhuǎn)變，并歷了從單個部件到整體、從模擬式到數(shù)字式、從有限功能到全面功能的發(fā)展過程。

1 發(fā)動機的數(shù)字電子控制應(yīng)用

現(xiàn)代飛機的發(fā)動機數(shù)字電子控制系統(tǒng)大體可分為監(jiān)控控制（EEC）和全功能電子控制（FADEC）兩大類。

監(jiān)控控制是指發(fā)動機的主要功能仍由液壓機械式控制器完成。發(fā)動機電子控制主要作用是兩個方面即監(jiān)控和限制：保證精確的推力控制，同時確保其不超出發(fā)動機的工作，限制。監(jiān)控控制只是依靠電子設(shè)備對傳統(tǒng)液壓機械式調(diào)節(jié)器進行實時監(jiān)控，可以看作是向全功能電子控制轉(zhuǎn)變的過渡階段。全功能電子控制則是將過去由液壓機械式調(diào)節(jié)器完成的控制功能完全由機載計算機完成。配備的液壓機械式裝置只保留作為電子控制系統(tǒng)失效后的備份控制機構(gòu)。與液壓機械式調(diào)節(jié)器相比，全功能數(shù)字電子控制的計算能力強、精度高。其有以下幾個優(yōu)點：提高發(fā)動機性能：降低燃油消耗量；減輕駕駛員的工作負(fù)荷；提高控制可靠性：降低成本。

以CFMI公司已研制成功并投入使用的新一代發(fā)動機CFM56系列發(fā)動機為例， CFM56-5B和CFM56-7B發(fā)動機都采用了FADEC控制系統(tǒng)。FADEC作為CMF56-7B發(fā)動機的主操作系統(tǒng)，F(xiàn)ADEC控制著整個發(fā)動機的工作，并實時響應(yīng)來自于飛機的各種動態(tài)指令，同時向飛機提供各類包括發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控、維修報告以及故障分析的信息。對于帶有FADEC系統(tǒng)的發(fā)動機，其起動過程主要由FADEC中的電子控制器EEC來控制。FADEC通過EEC的A、B兩個通道來和飛機上的計算機進行交流。EEC在通電以及檢測過程中進行主動/備用通道的選擇。自檢系統(tǒng)檢測并隔離故障，根據(jù)故障判定通道的可用狀態(tài)，同時傳輸維修數(shù)據(jù)到飛機。主動和備用通道的選擇是依據(jù)于通道的可使用狀態(tài)，每個通道可以判定自己的可使用狀態(tài)，可使用狀態(tài)最佳的通道將被選作主通道。

數(shù)字電子控制易于實現(xiàn)發(fā)動機的狀態(tài)監(jiān)控，也易于實現(xiàn)發(fā)動機控制與飛機控制的一體化。

2 發(fā)動機的推力矢量控制系統(tǒng)應(yīng)用

推力矢量控制系統(tǒng)是指發(fā)動機推力通過噴管或尾噴流的偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力分量來替代原飛機的操縱面或增強飛機的操縱功能，對飛機飛行進行實時控制的技術(shù)，也就是運用空氣動力學(xué)，通過對推進裝置與飛機氣動布局的有效改變，完成飛行器的推力矢量化。具有矢量化動力系統(tǒng)的飛行器將具有超高性能的機動性和敏感性。

推力矢量技術(shù)能讓發(fā)動機推力的一部分變成操縱力，代替或部分代替操縱面，從而大大減少了雷達反射面積；不管迎角多大和飛行速度多低，飛機都可利用這部分操縱力進行操縱，這就增加了飛機的可操縱性。由于直接產(chǎn)生操縱力，并且量值和方向易變，也就增加了飛機的敏捷性，因而可適當(dāng)?shù)販p小或去掉垂尾，也能替代其他一些操縱面。這對降低飛機的可探測性是有利的，也能使飛機的阻力減小，結(jié)構(gòu)重減輕。因此，使用推力矢量技術(shù)是解決設(shè)計矛盾的最佳選擇。許多年來，美、俄等國作了大量的飛行試驗，證明了利用推力矢量技術(shù)的確能達到預(yù)定的目的。

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機為提高機敏性，提高對目標(biāo)的擊毀率，必須擴大使用迎角。例如第三代戰(zhàn)機F—16的使用迎角只有25度、第四代戰(zhàn)斗機F一22則已擴至60度、試驗機x一31甚至達到70度?？捎糜堑拇蠓岣咭笤O(shè)計者從傳統(tǒng)設(shè)計方法所依賴的線性空氣動力學(xué)范疇進入到非線性空氣動力學(xué)范疇。大迎角還常伴隨分離、非定常等現(xiàn)象。隨使用迎角的增大，大迎角非定?？諝鈩恿W(xué)的數(shù)學(xué)建模已成為有效進行設(shè)計而迫切需要解決的問題。這要求我們不僅從理論上、物力上進行研究，更重要的是從工程控制上找到辦法實現(xiàn)大迎角飛行。

推力矢量控制技術(shù)正好解決了這一難題。矢量推力技術(shù)不僅可以擴大戰(zhàn)斗機的使用迎角范圍，還可使推力直接參與飛行控制，從而大大提高飛機的過失速機敏性。矢量推力技術(shù)現(xiàn)已成為新型戰(zhàn)斗機設(shè)計中的重要技術(shù)，如F一22、X一31、Su-30MKI、Su-35、Su一37等均不同程度的采用此項技術(shù)。

3 發(fā)動機綜合推進控制應(yīng)用

采用數(shù)字電子控制后，性能有了很大提高，直接導(dǎo)致飛機綜合推進控制的產(chǎn)生。

所謂綜合推進控制，就是將發(fā)動機主燃燒室、加力燃燒室、尾噴口以及超音速飛機的進氣道進行一體化控制。以往，這些部分的控制是由各自的調(diào)節(jié)器進行的，如主燃料調(diào)節(jié)器、加力燃料調(diào)節(jié)器、尾噴口控制器。實施一體化綜合推進控制，就將進氣道控制融入了飛機的整體推進控制，推進系統(tǒng)各裝置之間能更好地協(xié)調(diào)和匹配工作。

例如美國上世紀(jì)70年代開始研制的TF一30發(fā)動機（裝配F-111飛機）的綜合推進控制系統(tǒng)（IPCS）。經(jīng)過～體化設(shè)計與控制后，F(xiàn)-111飛機采用了獨特的進氣道設(shè)計，使得F-111獲得了優(yōu)秀的動力性能。F一11l憑借其遠程、高速方面的出色表現(xiàn)而衍生發(fā)展出多種型號，至今仍是美國空軍的主力裝備。

從第三代戰(zhàn)斗機起，綜合推進控制成為飛機提升性能的必備選擇，并且隨著計算機和發(fā)動機技術(shù)的進步仍在不斷發(fā)展之中。

4 結(jié)語

回首現(xiàn)代飛機的電子化進程，數(shù)字電子控制由低到高、由單-N綜合的每個過程都對飛機有很大影響，其進一步發(fā)展和完善也必將使發(fā)動機控制達到更高更新的水平。隨著飛機上駕駛、火控、導(dǎo)航等方面電子控制技術(shù)的不斷進步，發(fā)動機電子控制系統(tǒng)也將日趨成熟。而新型發(fā)動機技術(shù)的迅猛發(fā)展也需要更先進的控制理論與控制技術(shù)的支持。

總而言之，航空電子技術(shù)在飛機發(fā)動機上的應(yīng)用必將更加廣泛而深入，飛機發(fā)動機電子控制技術(shù)的進步將會使飛機的飛行控制與飛行品質(zhì)得到前所未有的提升。

參考文獻

[1]宋靜波.飛機構(gòu)造基礎(chǔ).航空工業(yè)出版社，2011

[2]盛樂山. 現(xiàn)代航空動力裝置控制（修訂版）.航空工業(yè)出版社.2009.7

[3]樊思齊. 航空發(fā)動機控制. 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008

[4]孫建國. 現(xiàn)代航空動力裝置控制. 航空工業(yè)出版社，2009

作者簡介

宋涵（1996-），西北工業(yè)大學(xué) 動力與能源學(xué)院，自動化專業(yè)。