淺談航空機電系統(tǒng)綜合技術發(fā)展

張世宇

[摘要]本文主要圍繞著航空機電系統(tǒng)的發(fā)展展開探討，分析了航空機電系統(tǒng)綜合技術發(fā)展歷程，同時，探討了航空機電系統(tǒng)綜合技術的未來發(fā)展趨勢和發(fā)展重點。

[關鍵詞]航空 機電系統(tǒng) 綜合技術 發(fā)展

一、前言

隨著科技的發(fā)展，航空機電技術的也取得了長足的進步，目前，航空機電系統(tǒng)綜合技術已經(jīng)成為了航空技術的重要領域，分析其發(fā)展的歷程，并探討今后的發(fā)展道路非常有必要。

二、機電系統(tǒng)綜合技術發(fā)展歷程

目前，美國對于航空機電系統(tǒng)綜合技術的研究最為前列和前衛(wèi)，研究開始于20世紀80年代，美國制定了一個系統(tǒng)的機電綜合研究方案，這個方案體現(xiàn)出了機電系統(tǒng)綜合技術研究的連續(xù)性和繼承性。如圖1所示。

（一）公共設備管理系統(tǒng)（uMs）計劃

一般而言，以往的機電都是使用專用控制器，而且數(shù)量很多，這種普遍的效果造成了機電的可靠性不佳，信息沒有辦法大量的共享。因此，從20世紀80年代開始，英國驗證機計劃（EAP）研發(fā)出了公共設備管理系統(tǒng)（我國稱之為機電綜合管理系統(tǒng)），這種公共設備管理系統(tǒng)包括了4個處理器機，這一研發(fā)打破了機電系統(tǒng)一直以來依賴于大量的專用控制器和電源轉(zhuǎn)換模塊的情況，讓機電系統(tǒng)更加容易得到控制，系統(tǒng)的布局也更加科學，信息共享的空間也更加廣闊。這種公共設備管理系統(tǒng)不僅在外型上實現(xiàn)了一個飛躍，減少了制造成本，減輕了重量，更為重要的是讓飛行員的工作更加具有效率，這種機電綜合系統(tǒng)已經(jīng)被使用在F-22、F-35戰(zhàn)斗機和A380、波音787客機上。

（二）“熱油箱”燃油熱管理系統(tǒng)計劃

飛機中的電子設備不斷增加，需要解決的問題也越來越多，采用傳統(tǒng)的沖壓空氣當做熱沉已經(jīng)沒有適應當時的飛機飛行的需要，所以，飛機的熱管理必須得到提升，飛機的發(fā)動機引氣也必須要提高效率。20世紀80年代，美國空軍開展了名為“熱油箱”燃油熱管理系統(tǒng)計劃。在這個計劃中，第一次使用了JP8+100耐高溫燃油來當做熱沉進行蓄熱活動，這一做法的效果是值得肯定的，它大大降低了環(huán)控系統(tǒng)在引氣方面的需要，還有效的提升了熱管理的效果。

（三）多電飛機（MEA）計劃

一直以來，飛機的飛行可靠性都不高，于是提出了全電飛機的概念，但是，要想快速實現(xiàn)全電飛機，令飛機上的機電都可以采用二次電源進行供電，這幾乎是不可能的事情，所以，美國在20世紀70年代提出了多電飛機的計劃，用于暫時的取代全電飛機計劃。多電飛機計劃主要內(nèi)容是要求飛機上的機電設備和操作的能源均采用二次電能，不論是啟動發(fā)電，還是電力剎車，都進行了進一步探索。多電飛機的優(yōu)點是減輕了重量，操作更加簡便，易于維修，成本很低。現(xiàn)在，該成F-22、F-35戰(zhàn)斗機上都采用了這種形式。

（四）子系統(tǒng)綜合技術演示驗證（J/IST）計劃

多電飛機方案提出的時候，沒有考慮到大系統(tǒng)、多系統(tǒng)懂得綜合問題，也沒有想到飛機的隱身和激動限制也會導致熱管理效率限制。為了進一步的探索這個深刻的問題，1995年，美國空軍開始實施子系統(tǒng)綜合技術演示驗證計劃，這個計劃主要是進行幾十個演示實驗和驗證，目的是為了進一步分析多電飛機的熱管理限制情況。

（五）綜合飛行器能量技術（INVENT）計劃和能量優(yōu)化飛機（EOA）計劃

2008年6月，美國空軍開始宣布要開展“綜合飛行器能量技術”計劃，提出了一個全新的概念：“能量優(yōu)化飛機”。在這個計劃中，綜合飛行器能量技術是其中一個最為關鍵的計劃。這個計劃主要研究都集中在F-35飛機中，盡量提高飛機的熱管理效率，同時，大大縮減地面維護時間。這個計劃分成三個階段，分別關注近期、中期和遠期的新技術，關注高超聲速平臺、超聲速遠程攻擊等等技術。這個計劃期待可以完全解決飛機的熱管理問題。該計劃開拓了一種基于模型的設計方式，已經(jīng)探索出了一個“綜合飛行器能量技術建模需求與實現(xiàn)計劃”框架。

三、機電系統(tǒng)綜合技術發(fā)展重點

（一）基于模型的機電綜合系統(tǒng)頂層設計與仿真技術

基于模型的機電綜合系統(tǒng)頂層設計與仿真技術的核心是模型設計方式，運用動態(tài)數(shù)學的模式來代替靜態(tài)的數(shù)據(jù)表格，這種模式可以非常準確的各個機電系統(tǒng)之間的相互作用和運行情況。該技術不僅可以構(gòu)建飛機的自適應動力與熱管理系統(tǒng)、燃油熱管理系統(tǒng)與飛行器系統(tǒng)、發(fā)動機構(gòu)成熱模型仿真回路，高性能電作動系統(tǒng)、高魯棒性電源系統(tǒng)與飛行器系統(tǒng)、發(fā)動機組成電能模型仿真回路，積極使用硬件在回路測試，進一步解決飛機的能源問題，提高管理效果。

（二）機電綜合管理技術

機電綜合管理系統(tǒng)主要運行的方式是同時享用機電系統(tǒng)的硬件設備性能，進而有效的進行信息共享，在這個過程中，又能夠和飛控系統(tǒng)、推進控制系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)等系統(tǒng)進行融合，使得信息的融合更加的密切，這就為機電系統(tǒng)的控制和管理工作提供了必要的基礎，使得系統(tǒng)更加易于控制和監(jiān)控。飛行員操作這種系統(tǒng)將更加的簡單易信。機電綜合管理技術的主要核心理念是進行綜合性控制，通過綜合性控制飛機，讓機電系統(tǒng)的各個部分進行融合，衍生出新的控制系統(tǒng)，包括閉式環(huán)控系統(tǒng)、主動重心控制系統(tǒng)等等。

四、結(jié)束語

綜上所述，航空機電系統(tǒng)綜合技術在不斷的發(fā)展過程中得到完善，今后還需要進一步的對航空機電系統(tǒng)綜合技術進行分析，進而探討其中的關鍵性技術，提高航空機電系統(tǒng)的綜合技術水平。