直升機發動機參數顯示綜合化研究

張然 李昊晗

摘 要：發動機參數顯示是直升機的重要系統，隨著發動機控制技術的不斷提高，發動機參數顯示的技術也隨之在提高。這主要表現航電綜合化技術的發展，改變了傳統的發動機參數顯示方式。逐步由傳統的儀表顯示逐步向綜合化方向發展，通過對參數顯示進行綜合化研究，提出發動機限制指示FLI的計算和顯示，減少駕駛員飛行負擔。

關鍵詞：發動機參數;綜合化;FLI

中圖分類號：V235.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0055-03

1 緒論

直升機發動機參數顯示系統顯示發動機的相關參數及其他系統信息。主要包括發動機的燃氣渦輪轉速N1、發動機扭矩TRQ、發動機排氣溫度T4等信息。這些信息是發動機的重要參數，其數值即相互關聯又相互獨立。說其相互關聯，是因為這些參數直接表示發動機的功率狀態;說其相互獨立，是因為這些參數來自于發動機的不同部位，表示發動機不同的參數，這些參數是由獨立的傳感器提供信息，相互間沒有關聯。

長期以來，根據不同用戶的需求，發動機參數的顯示主要有以下幾種方式：

（1）分立式儀表的顯示。在儀表板上分別安裝有左右發N1轉速表、TRQ表、T4溫度表等分立式儀表，通過專門的液晶顯示模塊和控制開關顯示發動機的存貯參數、故障信息、歷程信息等;

（2）柱狀發動機參數顯示。該顯示方式是將發動機的所有參數集中顯示在一塊顯示器上，采取柱狀與數字相結合的方式進行顯示，這樣的顯示效果可以充分節約儀表板的資源，缺點是字符小，不易識別;

（3）表狀發動機參數顯示。該顯示方式也是將發動機參數集中顯示在液顯示器上，采取表狀與數字相結合的顯示方式進行，N1轉速表、TRQ表、T4溫度表與分立式儀表的表狀參數顯示基本一致，只是采取集中進行顯示的方式。在一塊液晶屏上顯示發動機三個重要參數，相比較而言，比柱狀參數顯示要明顯。

從發動機參數的顯示和發展來看，其參數顯示越來越綜合化、人性化，其主旨就是為減少駕駛員在飛行中的負擔，上述三種顯示形式，各有特點，從功能合理化來說，表狀的發動機參數顯示是目前最符合人機工效的。

2 發動機參數顯示形式

依據直升機發動機參數的顯示要求，需要對發動機系統參數、燃油系統參數、液壓系統參數等進行采集和顯示，為滿足適航要求，還需要滿足自轉下滑狀態下的參數顯示要求。在不同階段，發動機參數的采集和顯示經歷過了三個階段：一種是分立式儀表顯示;一種是單屏顯示輔以綜顯備份;另一種是雙屏顯示并互為備份;發動機參數采集顯示系統，主要顯示的參數包括左右發動機排氣溫度、左右發動機燃氣渦輪轉速（△Ng和Ng）、左右發動機扭矩、左右發動機自由渦輪轉速（NF）、左右發動機滑油壓力、左右發動機滑油溫度、旋翼轉速（NR）等。

2.1 分立式儀表顯示

一般直升機要求。采用分立式儀表，分別有兩個△Ng表，用于指示發動機的△Ng值和Ng轉速;一個TRQ表，用于指示左、右發動機的TRQ及雙發TRQ和;一個14信息表，可以指示發動機的排氣溫度和發動機滑油壓力和滑油溫度，還可以指示液壓壓力、電源信息等;一個三針轉速表和單針轉速表，用于指示發動機的NF轉速和NR轉速。同時，增加一套控制裝置，用于顯示發動機的故障信息、發動機的歷程信息、發動機的參數信息。同時，可以進行發動機良好狀態的檢查，分立式儀表顯示構型見圖1。

2.2 單屏顯示柱狀顯示

由于電子技術的發展，可以對相關參數進行集成采集和顯示，采用一塊顯示屏顯示所有的發動機參數，由于一塊顯示器的空間有限，對所有的采用柱狀的顯示方式，同時，取消了一般直升機顯示所需的指針表，這樣的顯示方式，真正有效的節約了儀表板的空間，同時，所有相關參數都通過采集顯示系統進行處理并顯示。發動機參數集中采集和顯示可以優化系統控制，還可以依據采集的信息，向駕駛員輸出一些告警信息，提示駕駛員采取必要的糾正動作。正常情況下，以電調輸出的ARINC429信息作為發動機參數采集顯示系統的主顯，模擬信號作為備份，一旦電調輸出的ARINC429信息功能失效，模擬傳感器發出的信息會及時的補充，保證了發動機參數采集顯示功能正常。

發動機參數采集和發動機參數顯示是兩個獨立的LRU，一旦發動機參數顯示系統功能失效，可以通過綜顯備份顯示發動機參數的主要信息。單屏發動機參數顯示構型見圖2。

2.3 雙屏發動機參數采集顯示

雙通道發動機參數采集顯示系統是近幾年開發的系統，發動機參數采集顯示系統內部包含兩個功能模塊，每個功能模塊各有分工，一些重要的參數信息由兩個模塊同時處理，并依據一定的邏輯進行判斷，輸出正確的發動機參數。

兩個通道間還互有分工，當一個通道發生故障時，系統自動轉換到復合顯示模式，復合顯示模式，可以顯示直升機所需要的所有信息。

直升機的表狀發動機參數顯示分上下兩個屏。正常情況下，上屏顯示發動機參數頁面，主要包括發動機燃氣渦輪轉速NG、發動機扭矩TRQ、發動機排氣溫度T4，下屏顯示系統頁面，主要包括液壓、電源等直升機的系統信息。系統采取雙通道模式，一旦一塊顯示器或通道故障，另一塊顯示器自動進入復合頁面，能同時顯示發動機系統的所有參數和直升機的系統信息，保證系統參數顯示的完整性。

3 雙通道FLI參數的顯示

3.1 FLI參數的計算

發動機的三個重要參數NG、T4、TRQ與發動機的功率狀態相關，三個參數既相互關聯又相互獨立，隨著發動機功率的增加或減小，這三個參數也會增加和減小。發動機控制系統保證發動機工作在正常包線內，與發動機有關的三個參數不能超出最大起飛功率狀態，如果超出最大起飛功率狀態，發出相應的告警信息。

將發動機的NG、T4、TRQ參數進行整合成一個參數，將該參數定義為第一限制指示，簡稱FLI。

FLI參數的計算有兩種：

（1）趨近計算法。將發動機當前的NG、T4、TRQ折算成與最大起飛功率狀態下NG、T4、TRQ無量綱的百分數，將直升機最大起飛功率狀態下各參數設定為100%，用最大起飛功率狀態減去當前的NG、T4、TRQ的無最綱的百分數，表示發動機各參數的裕度，取NG、T4、TRQ裕度的最小值。只要NG、T4、TRQ任一參數超出最大起飛功率狀態下的限制值，FLI參數就會發出相應的告警信息，提示駕駛員采取措施，脫離危險狀態。FLI參數的整合原則按如下公式計算。

FLI=MIN{1-NG/NGTOP，1-T4/T4TOP，1-TRQ/TRQTOP}

該方法計算的FLI從實際意義上來說，發動機參數只有在最大起飛功率狀態時，FLI的值才是真實的數值，這主要是由于NG、T4、TRQ數值并不是線性關系，FLI顯示的的真實目的并不是為了顯示發動機各階段的功率狀態，而是為了在某一參數接近最大起飛功率狀態下的告警而設定的。FLI參數估算規則見圖3。

（2）詳細計算法。詳細計算法其目的是將發動機各階段的功率狀態與FLI參數完全關聯起來，發動機在各功率狀態下的FLI數值與發動機的功率狀態是相關聯的。

由于NG、T4、TRQ在發動機各功率狀態下都是非線性的，為便于計算發動機的FLI數值，需將不同狀態下的NG、T4轉換成TRQ值，TRQT4=f（T4）、TRQNG=f（NG），該對應關系需要由發動機廠家給出，將各參數的最大起飛狀態的數值減去當前的參數值，然后除以各參數的最大起飛功率值，即可以得出無量綱的各參數的百分數，取各參數計算結果的最小值，即為當前狀態下的發動機的FLI數值。

3.2 雙通道FLI參數的顯示

為增加系統的裕度，發動機參數采集顯示系統采用雙通道采集顯示的方式。在發動機參數采集顯示系統內部采用雙通道的信號采集形式，通道A和通道B相互獨立，通道A和通道B同時采集左、右發動機傳感器的模擬信號，并采集左、右發動機電調發出的ARINC 429信息，在發動機參數采集顯示系統內部利用FLI參數確定規則，估算出FLI值，在發動機參數采集顯示系統內部對A、B通道采集估算的FLI進行比較，如果兩個數值相等，則正常輸出FLI參數，并通過上顯示器輸出FLI參數;如果兩個參數不相等，則系統顯示FLI故障;如果上顯示器故障，則通過下顯示器輸出FLI參數。

FLI參數是為減輕駕駛員工作負擔的一個重要參數，其不代表某一個傳感器的具體參數，是NG、T4、TRQ參數的綜合顯示，為保證參數顯示的正確，系統內部采用了雙通道的信息采集形式，同時，各傳感器的信息也是通過兩種方式進入系統內部的。NG、T4、TRQ參數分別來自于電調的數字信號和發動機的模擬信號，系統故障，并不會真正影響參數的顯示形式，主要有以下幾種故障模式：

（1）發動機模擬傳感器故障。從圖3可以看出，用于計算FLI參數的NG、T4、TRQ信息來自于發動機的模擬信號和電調，發動機的模擬信息故障或不顯示不會影響FLI參數的顯示，發動機模擬信號故障，通過系統故障檢測系統判斷出哪一個傳感器發生故障。

（2）系統單通道情況下。當關閉其中一個系統通道，而另一個系統通道工作正常時，在另一個系統顯示屏上顯示系統應急畫面，該應急畫面顯示的參數包括直升機所需要的所有需要在發參顯示器上顯示的信息。

（3）通道內部FLI參數估算故障。當某一通道內部的一側FLI估算模塊出現故障時，用于計算FLI參數所需的發動機參數來自于另一通道，并不影響整個在前顯示器顯示的FLI參數，但需在前顯示器上顯示FLI故障提示。通過該故障提示，提醒駕駛員系統某一通道內部故障。

4 結語

直升機發動機參數顯示由早期的單純參數顯示越來越向集成化、綜合化方向發展，利用有效的綜合化算法，對發動機參數進行綜合，可以有效的減少駕駛員的負擔。同時依托現代化的航電綜合技術，對發動機參數進行雙通道處理，可以保障系統的安全性和可靠性。通過直升機發動機參數顯示綜合化研究，為進一步推進進升機發動機參數顯示技術的進步，為后續新型直升機的研制提供有價值的技術參考。

參考文獻

[1] 景德勝.通用飛機發動機參數采集器設計[J].航空計算技術，2018，v.48;No.206，283-285+288.

[2] 韓亮.航空發動機參數采集器的研究與設計[C].陜西科技大學，2013.

[3] 劉暢，韓立平，周穎.直升機發動機參數顯示系統設計[J].交通科技與經濟，2009，v.11，No.54，109-110.