范凱

（海軍裝備部，陜西 西安 710021）

飛機動力來源是航空推進系統(tǒng)，其會影響整個飛機系統(tǒng)的運行效果?？茖W發(fā)揮發(fā)動機控制系統(tǒng)的應用效果，將能夠充分保證現(xiàn)代航空發(fā)動機的安全穩(wěn)定運行。航空發(fā)動機正常運行中，開展其建模和仿真工作，可以細致準確分析航空發(fā)動機的控制規(guī)律，推進其朝著低成本和高效率的方向發(fā)展。燃油控制是更好發(fā)揮航空發(fā)動機運用優(yōu)勢的重要手段，需要積極采用科學合理的方式，研究其控制規(guī)律，支持具體控制工作的穩(wěn)步開展。將小型渦扇發(fā)動機作為重要的切入點，深入分析發(fā)動機的具體燃油控制規(guī)律，可以起到良好的效果。

1 小型渦扇發(fā)動機燃油控制研究的重要性

現(xiàn)代航空發(fā)動機可以通過數(shù)字式電子控制器良好控制發(fā)動機的具體運行情況，而切實有效實現(xiàn)燃油控制目標，減少航空發(fā)動機運行過程中的能源損耗是其設計制造過程中的重要目標之一，其可以降低航空發(fā)動機的運行成本，提升總體的經(jīng)濟效益。航空發(fā)動機保持著正常運行狀態(tài)，其內(nèi)部的構件會受到工作關系的限制，且飛行條件的不斷改變還會影響其實際工作狀態(tài)。發(fā)動機本身存在著較多工作限制和性能指標，憑借其控制系統(tǒng)，針對可控變量進行有效改變，使得發(fā)動機朝著既定的規(guī)律變化。發(fā)動機控制規(guī)律，主要是包含了被控參數(shù)隨飛行條件和控制參數(shù)變化規(guī)律。選擇合適的燃油控制規(guī)律，將能夠為有效降低實際燃油量提供重要支撐，其具體規(guī)律表現(xiàn)為以供油量為可控變量，改變飛行條件和供油量，發(fā)動機的性能、轉(zhuǎn)速以及狀態(tài)參數(shù)也會變化。

一般情況下，航空發(fā)動機燃油綜合控制系統(tǒng)的運行，需要經(jīng)歷開始研制到定型之間的多個環(huán)節(jié)，其中更是需要實施大量試驗工作，確保系統(tǒng)實際運行的穩(wěn)定性、可靠性和準確性。但是需要注意到的是，如果直接開展聯(lián)合試車試驗工作，不僅會耗費大量的成本資金，還存在著較大風險，主要是表現(xiàn)在容易損壞發(fā)動機及其控制系統(tǒng)的一些構成條件。同時在這種情況下，僅僅使用純數(shù)字仿真系統(tǒng)，無法準確建立出一些子系統(tǒng)、部件的數(shù)字模型，導致仿真難度較大，且無法保證精度。對此，可以積極使用半物理仿真模型方式進行模擬和檢測，主要是將一些實物引入仿真回路中，其他部分將會通過數(shù)學模型的方式加以描述，構建模擬試驗平臺，促進實物系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)的良性互動。這種試驗方式和實物存在著較大相似性，真實性較高，同時還擁有著模擬試驗的經(jīng)濟性和安全性，降低風險的發(fā)生概率。

2 小型渦扇發(fā)動機仿真試驗

實際開展仿真試驗活動的過程中，以某小型渦扇發(fā)動機的全權限雙余度數(shù)字電子控制系統(tǒng)為研究對象，充分發(fā)揮真422 總線技術、虛擬儀器技術的優(yōu)勢和作用，充分連接數(shù)字模型（計算機運行中用于辨識作用）、燃油調(diào)節(jié)執(zhí)行機構以及數(shù)字式電子控制器方面，將燃油供油溫度、壓力、燃燒室反壓方面的影響充分考量，真實模擬出發(fā)動機的實際運行環(huán)節(jié)，從而構建起科學有效的小型渦扇發(fā)動機燃油綜合控制半物理仿真試驗系統(tǒng)，為積極探索發(fā)動機的燃油規(guī)律提供支持。

2.1 系統(tǒng)原理及組成部分

小型渦扇發(fā)動機關于燃油孔輝半物理仿真試驗系統(tǒng)實際設計過程中，涉及的組成構件較多，如燃油供給系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速伺服及滑油系統(tǒng)、發(fā)動機數(shù)學模型、電氣系統(tǒng)、測控系統(tǒng)以及真實發(fā)動機部件。小型渦扇發(fā)動機仿真試驗系統(tǒng)運行過程中，基本硬件條件是小型渦扇發(fā)動機的基礎系統(tǒng)，包含電氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等，而整個測控系統(tǒng)充分集合了傳感器信號，自動控制好試驗臺，推進試驗系統(tǒng)的正常運行。

2.2 試驗環(huán)節(jié)

（1）充分準備各項試驗流程，實施具體試驗活動。為有效推進小型渦扇發(fā)動機半物理仿真試驗活動的有效開展，強化其安全性和準確性，需要做好準備性試驗工作。

首先，需要有效開展小閉環(huán)試驗工作。這一階段需要調(diào)試燃油泵調(diào)節(jié)器，通過閉環(huán)控制手段檢測電子控制器供油量情況，針對各項采集參數(shù)進行匹配調(diào)試工作，同時，還要準確調(diào)試小閉環(huán)控制參數(shù)。具體測試工作進行中，需要試驗好計量活門速率特性、計量活門LVDT 標定情況，這部分測驗工作是這一階段試驗環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容，其主要是為了針對小閉環(huán)PID 控制參數(shù)進行科學調(diào)節(jié)，有效控制好計量活門的動態(tài)控制精度指標和穩(wěn)態(tài)控制精度情況。

其次，實施準半物理試驗工作。一方面是針對真實供油量加入之后控制回路的實際運行效果加以檢測，這個環(huán)節(jié)中從電子控制器采集、調(diào)理計量活門開度值情況入手，明確供油量的輸入?yún)?shù)情況。試驗環(huán)節(jié)中由人工設定好燃油泵調(diào)節(jié)器的實際轉(zhuǎn)速，充分保證試驗環(huán)節(jié)的安全性和穩(wěn)定性。另一方面需要匹配流量計和模型，準確驗證好模型的實際情況，通過真實供油量開展仿真活動，檢測出數(shù)控系統(tǒng)的實際運行效果。

具體實施小型渦扇發(fā)動機半物理仿真試驗工作的過程中，需要準確模擬出試驗的啟動過程和穩(wěn)態(tài)過程，即為模擬出發(fā)動機系統(tǒng)的真實工作狀態(tài)，測試其動態(tài)和靜態(tài)運行性能。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，燃油泵調(diào)節(jié)器的泵轉(zhuǎn)速也會發(fā)生一定的變化。這一試驗的應用，將小型渦扇發(fā)動機實際運行狀態(tài)進行充分展現(xiàn)，包含啟動環(huán)節(jié)、靜態(tài)運行環(huán)節(jié)、停車動態(tài)環(huán)節(jié)以及加減速環(huán)節(jié)等特性情況，能夠有效明確發(fā)動機的燃油規(guī)律。

（2）試驗結論。半物理仿真試驗的燃油系統(tǒng)，將小型渦扇發(fā)動機運行過程中燃油活動狀況進行良好模擬，包含燃油供油溫度、燃燒室反壓、壓力調(diào)節(jié)以及實際飛行過程中可能的高低溫、正負壓環(huán)境。為更好發(fā)揮這一試驗的作用，可以充分考慮到發(fā)動機數(shù)學模型考量方面的影響因素，或者引進一些更高精度的插值方法，提升整個模型的精度，確保試驗活動的準確性和真實性。

3 小型渦扇發(fā)動機燃油規(guī)律

3.1 穩(wěn)態(tài)燃油規(guī)律

將航空發(fā)動機設定在同等的飛行條件下，按照不同供油量情況，實施穩(wěn)態(tài)仿真活動，明確穩(wěn)態(tài)工作中的方程組，由此可以得到其在不同設計條件、油門桿位置不同情況下的發(fā)動機參數(shù)。針對發(fā)動機的狀態(tài)運行參數(shù)就進行研究和分析，主要是針對供油量、轉(zhuǎn)速（低壓和高壓）、增壓比（風扇和氣壓機）、落壓比（高壓渦輪、低壓渦輪）、涵道比和總推力方面，為直觀準確地觀察數(shù)據(jù)模型的實際情況，可以將各項采集到的數(shù)據(jù)進行繪圖比較，可以發(fā)現(xiàn)小型渦扇發(fā)動機增加供油量時，推力也會保持著類似線性增長的狀態(tài)；高壓和低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有所增加；風扇和壓氣機的增壓比有所上升；高壓渦輪和低壓渦輪落壓比上升；而涵道比會持續(xù)下降。在小型渦扇發(fā)動機模型仿真的作用下，其結果數(shù)據(jù)和實際試驗的結論存在著較小誤差，說明這一模型良好適應了發(fā)動機的燃油試驗工作。

3.2 動態(tài)控制規(guī)律

當小型渦扇發(fā)動機保持著加速狀態(tài)時，開展仿真計算工作，可以得到發(fā)動機較為準確的運行數(shù)據(jù)，為充分明確發(fā)動機的燃油情況提供支持。仿真計算前，需要針對發(fā)動機的初始工作狀態(tài)、供油量的變化規(guī)律加以設定，提升計算的準確性。本質(zhì)上來看，動態(tài)仿真和穩(wěn)態(tài)仿真方面存在著較高的相似性，盡管小型渦扇發(fā)動機處在動態(tài)變化狀態(tài)中，其內(nèi)部的各個構件還需要遵循著平衡關系。實施動態(tài)仿真工作的過程中，著重關注到了發(fā)動機的實際加速狀態(tài)，將這一過程看作是多個準穩(wěn)態(tài)點所組成的加速線。通常情況下，動態(tài)環(huán)節(jié)之中，高壓軸和低壓軸之間的功率無法保持著平衡狀態(tài)，其運行過程中的剩余功率，將會加速轉(zhuǎn)子的速率。在動態(tài)加速過程中，小型渦扇發(fā)動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持著持續(xù)增加的狀態(tài)，但其具體增加趨勢是和供油量變化相一致的；涵道比有所降低；小型渦扇發(fā)動機內(nèi)部的增壓比和落壓比都會不斷增加，在接近于臨界值的時候，速度會逐漸減低。

5 結語

將小型渦扇發(fā)動機作為航空發(fā)動機控制系統(tǒng)方面的重要研究切入點，具有良好的可行性，科學利用小型渦扇發(fā)動機半物理仿真試驗工作，可以較為細致地明確其運行狀態(tài)。充分研究小型渦扇發(fā)動機的燃油控制規(guī)律，將能夠有效控制好發(fā)動機運行的實際燃油量。