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航空发动机控制系统纵论

发动机控制系统对于发动机而言犹如人的大脑对人体各器官的

控制作用，是发动机的核心部件。航空发动机动力学控制技术的主要

目的，是通过对支承结构和质量分布的合理分配，保障发动机在全转

速范围内无有害振动。飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞

行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状

态，都必须对发动机进行控制。所有这些只有依靠自动控制系统来完

成。目前，我国正在结合高性能军用航空发动机的型号研制工作，开

发符合中国国情的航空发动机数控系统，缩短与先进国家的技术差距，

推动我国航空发动机技术的发展。

一、发动机控制系统的基本要求

（一）穩定性高。航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，

为航空器为航空器提供提供飞行所飞行所需需动力的发动机。作为飞机的心动力的发动机。作为飞机的心脏脏，，被誉被誉为为工

业之花业之花，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科

技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机控制系统能够保障航空

器的持续适航，技术具备强实时性、高稳定性及小巧便携等优势，能

够在降低监测和诊断设备成本的同时，实现机载化的航空发动机监测

与诊断系统的良好运行。。但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，

基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成

歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计

相衔接（如软件、机械、电子等）。于是基于模型的系统工程（MBSE）

应运而生，这也是未来系统工程发展的必然趋势。

（二）精度高。航空发动机的工作环境复杂，工作温度范围大（环

境温度～2000℃），导致结构工艺特征参数和结构特征参数的变化范

围大，引起发动机结构振动具有非线性时变特性。同时，转静件间隙、

支承刚度、同心度、不平衡量分布等动力学参数和气动流场气动力等，

随发动机状态和温度场的变化而变化，造成各连接结构部件振动传递

特性相差也较大。在保证发动机可靠性的前提下，要求发动机的寿“

命长”。这是发动机经济性的另一项指标。寿命长，可以降低使用成本、

节约原材料。此外，还兼顾应急放油、消喘防喘、故障诊断及健康管

理等功能。而航空发动机的工作状态变化范围宽，环境条件变化大，

这都给控制系统的设计带来了苛刻的要求。随着航空发动机的不断发

展，航空发动机控制系统也在不断发展。在实际工程应用中，从最初

的简单机械控制系统，发展到目前可以实现综合控制的全权限数字电

子控制系统，同时又由集中式向分布式发展。

（三）体积小、重量轻。一般来讲，确定发动机个数的首要原则

就是重量，轻型飞机或超轻型飞机由于起飞重量较小，多采用1～2

台发动机，而大型飞机则一般装有2～4台发动机，甚至更多。设计

飞机的任何部件，都应在满足使用要求的前提下，尽量减轻其重量。

对发动机来说，就是要保证足够大的功率而自重又很轻。衡量发动机

功率大、重量轻的标准是功“率重量比”。即发动机所发出的功率与发

动机重量之比值。功“率重量比”越大，表示在有相同功率的情况下，

发动机越轻。发动机是否省油，是飞机使用的重要经济指标。评定发

动机的经济性，常用燃“油消耗率”作标准。燃“油消耗率”是指单位功

率（一牛顿或一马力）在一小时内所消耗油料的重量。燃油消耗率越

小，说明发动机越省油。例如，通过核心技术可以适当减少零件数目，

既减轻了重量又提高了推力，如此有利于提高推重比的整体叶盘自然

也不是容易摘得的“明珠”。除了因为轮盘和叶片成为一体，锁紧装置

的减少也是重要原因。航空发动机对可靠性的要求极为严苛，简化的

转子结构对提高可靠性有很大作用。

二、发动机系统控制技术分析

（一）全权限数字电子控制技术。发动机研究和发展工作的特点

是技术难度大、耗资多、周期长，发动机对飞机的性能以及飞机研制

的成败和进度有着决定性的影响，而且发动机技术具有良好的军民

两用特性，对国防和国民经济有重要意义。随着飞机、发动机的发展，

发动机控制领域的研究成果层出不穷。其中，飞机-推进系统控制一

体化技术、全权限数字电子控制（FADEC）技术等无疑都代表着当前

发动机控制技术的先进水平。通过发动机一体化设计，提供了一个覆

盖全生命周期的完整的、信息一致且可追溯的系统设计方案，避免各

组成部分间的设计冲突，降低风险。成熟型号的知识是以系统模型的

形式表示和存储的，便于捕获、查询、理解和重用，而且重用的级别

可以大幅度提高。具有经济可承受性的全天候、远程、多用途的飞机