21世纪航空动力控制展望.pdfVIP

21世纪航空动力控制展 南京航空航天大学 孙健国 擅蔓： 本文简要展望了2l世纪航空工业装置控制系统的发展方向并对我国航空动力控制的研究工作提出几 点建议． 美■词： 航空动力控制，2l世纪j发展展望 一．发展展望 在本世纪后期，航空发动机控制系统晟令人鼓舞的革命性变化无疑是由液压机械式控 制向数字控制的发展，这一发展趋势在下一世纪中对发动机控制技术的发展仍将具有深远的 影响，展望21世纪航空发动机控制系统的发展，在技术上向数字、综合、分布、光纤、多 变量、容错及智能等方向发展：其达到的效益是提高性能(推力或功率)，提高可靠性，减 轻重量，降低耗油率。 l 数字控制 发动机控制系统由液压机械式向数字控制发展对于发挥发动机的性能潜力，提高发动 机性能：减轻驾驶员负担：提高控制系统的可靠性；增加调整、使用、维护的灵活性等方面 所具有的卓越的优势正为人们所共识，在21世纪，发动机数字控制器将进一步缩小体积， 增加容量，提高运算速度，以适应日益增加的对控制功能的需求，这将主要得益于计算机技 术的发展。 2 综合控制 按传统的设计方法，飞机上的多个控制系统都是独立设计，不考虑相互问的耦台作用， 实际上，飞机作为一个整体，其各系统间的相互耦合作用都是显而易见的，过去是由驾驶员 用控制输入来综合各个分系统，解决其耦合问题，但由于现代飞机的多任务、高性能要求， 驾驶员已无暇顾及各分系统的综合，各个分系统孤立进行设计的方法已不能满足现代飞机的 要求，这在客观上对各分系统提出了综合设计及自动综合控制的要求．数字控制技术的日趋 成熟为综合控制奠定了基础。典型的综合控制如飞行，，推进综合控制系统在技术先进国家都 已逐步进入实用阶段，它采用各种优化控制模式，使飞机达到整体性能优化，在飞机巡航时 采用最小油耗模式，无论对民用或军用飞机都可显著提高经济性．在亚音速巡航时，在推力 不变的前提下可减少单位推力耗油率(sfc)2~3％，在超音速巡航时，可减少sfc达8％左右： 在飞机爬高或平飞加速时采用最大推力模式可增加推力10％以上，从而可大幅度增加飞机 爬高及平飞加速度：当增加发动机寿命为主要考虑因素时，采用最小涡轮温度模式，可在推 力不变的前提下，减少涡轮温度50R；在进入和退出目标区时，采用减少发动机可观测特征， 如红外、凝结尾迹或声学讯号的控制模式，飞片＆综合控制的上述效益是在基本不改变硬件， 主要靠软件的改变而获得的。推力矢量，反推力喷管的应用，使推进系统直接参加飞行控制， 对提高飞机的敏捷性．提高飞机的过失速，大机动飞行能力，缩短起飞滑跑距离，提高飞机 生存力等方面都会产生很大的效益。 此外，火力／飞行综合控制，火力／飞行，推进综合控制都将大大提高飞机的作战能力，这 些综合控制技术在下一世纪仍将有很大的发展空间，国内对综合控制的研究刚刚起步，更应 276 加大投入，改进管理，奋起直追。 3 分布式控制 分布式控制系统是发动机控制的又一重要发展方向，当前发动机控制系统的特点是集 中式多余度FADEc机，如图l所示，所有的控制规律的处理与计算，余度管理，输入，输出 信号的滤波，处理等都由FADEc进行，结果，目前控制系统中最重的部件是导线束和接头， 据统计，一般发动机控制电缆由100到2∞条线组成，且重达100磅．这里包括端子板和线 夹。为了消除较大的电磁干扰，需要加屏蔽，还要外加30磅。 输入 输出 图1 分布式控制系统如图2所示．它是一种带有高度一体化数据总线的全智能分布系统结 构，它采用灵巧传感器和执行机构．这些灵巧传感器和执行机构本身带有控制器，并通过一 条有余度的高速数据总线与推进系统控制器相连，与现在的系统相比，发动机的重导线系统 几乎都取消了，若使用光导总线，且大量使用光学接口可以大大消除电磁干扰，并可进一步 减轻重量，采用分布式控制系统降低了控制系统的复杂性，从而改善维修性和可靠性，这种 途径可使FADEc成为一个共同处理单元体，它可以做成标准化的设备，用于一系列发动机， 结果使成本大大降低，并大大减轻重量。 要实现