航空發動機控制發展趨勢分析

蘇鴻翔，徐幸超，李文浩

（烏克蘭國立航空大學，烏克蘭 基輔 03058）

航空發動機的控制技術隨著我國科學技術的不斷發展和控制技術的進步，對其要求也在逐漸提高，這對航空工作人員來說是一個很大的挑戰。航空發動機具備良好的續航能力以及高性能是飛機行業想要獲得穩定持續發展的重要前提，同時還應該要求發動機有著較長的使用壽命、續航能力強、燃油消耗較低、能夠保持著良好的靈活性以及高的推重比。為了能夠更好地實現發動機的有效保護以及提高發動機的性能就需要按照一定的原則和發動機工作的標準要求來實現發動機可調部件的控制。由此可以看出在飛機行業中航空發動機控制系統需要受到我國的重視，增強對其控制系統的研究以及對其發展趨勢的探究。

1 當前航空發動機控制的現狀

（1）自動化程度不足。現如今我國的信息化技術正在飛速發展，數字化控制技術在獲得較大發展同時也得到了普及，但就我國目前的航空發動機的發展現狀來看，仍然存在著很大的問題，智能化和自動化的應用是我國航空發動機發展的不足之處。數控機床和我國的數控技術的實現有著非常緊密的聯系，我國航空發動機的一些零部件已然能夠通過數控機床來進行加工和生產，但是并沒有達到全部，仍然有一些零部件不能夠結合著數控技術來進行加工生產，導致這一問題的原因值得思考，例如加工的類型、加工的功能以及設備的利用率等等。數控技術設備隨著我國技術的不斷發展以及計算機技術的穩步前進必然會代替原有的加工設備，使用新型的設備對于提高零部件的性能和質量也有著很大的作用。就目前的發展來看相比于歐美先進制造企業我國的數控設備自動化控制仍然有著很大的差距。在數控設備自動化控制中我國對于人力仍然有著一定程度上的需求，在生產加工的過程中仍然需要人員進行操作，在一些國外的航空發動機生產加工企業中，已經能夠讓自動化和智能化在零部件的生產加工中得到很好的實現，在生產加工的過程中基本上實現無人操作。

（2）缺乏成熟度較高的關鍵技術。加工的方式在航空發動機數控技術中是多種多樣的，不僅有著現代化的加工方式，同時還有著一些傳統的加工方式，在現代化的加工方式中主要有電火花加工方式，電化學加工方式以及激光的加工方式等等一些具有現代化的加工方式，航空發動機的加工和控制在數控技術的發展中得到了持續的提升。數控技術在航空發動機技術中發揮著極其重要的作用和意義，數控技術的應用特別是在發動機零部件的制造到裝配的全部周期中都極其重要。雖然說我國的數控技術在近些年來有著一定程度上的發展，但是仍然存在著很大的問題，有著很大的提升空間，沒能夠掌握數控技術中的關鍵技術和高新技術，就會對我國發動機的制造產生一定程度上的影響，使數控技術在發動機行業中無法得到很好的應用。在拓展應用的過程中，還有很多的技術存在著一定程度上的困難和瓶頸，例如一些智能化的技術、動態綜合補償技術以及高速鋼筋運動控制技術等等。

（3）自適應循環發動機控制技術。近些年來人們對于交通出行的要求隨著社會經濟的不斷發展和人們生活水平的持續上升而逐漸提高，同時也對發動機的功能和設計提出了更高要求，具有經濟可承受性的遠程、全天候以及多用途的特征是飛機設計的逐漸發展趨勢。在實現發動機具備更高的推重比同時還有實現巡航效率的增加，以及在飛行過程中油耗的降低。近些年來自適應巡航發動機已經在我國航空飛機系統中得到了廣泛的應用，這樣一來就能夠解決低油耗以及隱身性能等難題，同時還能夠解決航空飛機所需要具備的大推力，飛機自身的熱烈循環系統能夠通過改變發動機的一些零部件的幾何形狀位置以及尺寸就能夠得到很好的提升，實現在多種任務的模式下綜合油耗的降低，同時還能夠通過對氣流的利用來減少飛行過程中的阻力，實現飛機整體性能的有效提高，增強飛機的續航能力，提高發動機靈活性。

2 航空發動機控制發展的趨勢

（1）高速切削技術。近些年來發動機的性能由于航空發動機型號的增多而獲得了持續提升，各種零部件的精密度在相應的航空發動機中的應用要求越來越高。在發動機的設計過程中隨著信息時代的全面到來和科學技術的不斷發展以及一些新材料、新科技和新技術的不斷應用，對發動機的控制技術設計提出了更高的要求，為了能夠實現良好的加工效率，以及航空發動機制造技術的穩定進步和較高的表面質量，就要求在未來的發展中數控加工技術要進行優化和升級來實現航空發動機制造技術的客觀要求。高速切割技術相比常規切削技術能夠更好地減少加工的時間，同時還能夠減少切削所用的剪切力，提高切削速度和材料的去除率。高速切削技術還能夠減少因為溫度上升而造成的膨脹和熱變形等等問題的產生。在一些細長零件的加工和設計過程中高速切削技術已經得到了廣泛的應用，高速切削機床是高速切削技術有效應用的重要依據。一般情況下必須要能夠實現主軸轉速在每分鐘達到12000轉的機床才能夠被稱之為高速機床。在我國航空發動機控制發展技術中高速切削技術的應用較少，因為對于設備以及零件的要求較高，因此在現階段是很難以實現廣泛的應用。但高速切削技術在未來航空發動機控制的發展過程中是一個必然的趨勢，因為高速切削技術能夠有效地實現加工質量和加工效率的提升，同時還能夠在很大程度上降低加工的成本。在一些微小零件和薄壁件的加工過程中，拋光和打磨的修整環節是較為麻煩的，因此可通過應用高速切削技術直接獲得一些較高的表面質量來減少這些修整環節的時間，實現整體加工時間的縮短。

（2）先進的部件技術。在我國航空發動機整體重量中有20%的重量是由發動機控制系統所占據的，因此我國需要加強對發動機控制系統重量的控制來有效地提高發動機的推重比，以及在一定程度上減少發動機的重量，計量部件、電連接器、外罩、電器配件以及變速箱油泵是控制系統中重量的主要來源。在現如今的不斷研發中，通過對各種各樣新型材料的應用已然能夠在很大程度上減輕控制系統的重量。一般來說可以使用一些復合材料的部件來實現對發動機控制系統部分質量的減輕，因為這些復合材料部件具有著強度高、重量輕的特點，這樣一來就能夠使發動機金屬材料的重量得到很大的減輕，可以使用光纖電纜來替代金屬導線。為了能夠使金屬導管及傳動件的重量減輕，還可以應用電子自動契合電動泵來實現。通過對復合材料的使用還能夠使油泵的重量得到很大減輕。在設計和制造航空發動機控制系統時應用復合材料有著很好的重量減輕效果，因為復合材料有著許多優質的特性，例如一些耐火耐高溫的聚酰亞胺，強度高且耐高溫的環氧樹脂以及一些熱塑性好的材料等等。

（3）發動機智能控制系統。在我國航空發動機的發展過程中自適應控制系統是一種發展的必然趨勢，同時也具有著良好的發展前景，對于航空發動機的推力來說也有著有效提升。由于發動機和飛機都采取了數字電子控制技術，使這項一體化技術實現的可能性大大增加。為了能夠實現飛機最佳性能的控制與設計，可研究出一種綜合系統控制的方法，將原有控制系統的功能拓展為智能控制系統的功能，這也是發動機智能控制系統的一個研究的方向，改變后智能的系統就能夠對發動機的可維護性和可靠性實現有效提升，同時還能夠讓飛機和推進系統的性能得到極大的提高。其次，航空發動機技術的進步也能夠通過智能化技術來實現，多控制模式以及多調節變量的特征是只自適應循環發動機所具備的一些優勢特征所在，因此為了能夠更好地實現這一點就需要一些相關的控制技術來保證，例如新型的傳感器、先進的電子硬件以及燃油泵系統和新型執行機構等等。我國航空發動機控制系統的自適應循環控制系統的研制隨著人工智能技術的發展和應用將會朝著智能化和人工系統網絡化的方向進一步發展，讓自適應循環系統的優勢和價值充分發揮，真正展現出自適應循環發動機的優勢性能，這樣就能夠給我國航空發動機控制系統的穩定安全運行提供一個良好的保障。

（4）分布式控制。FADEC是我國目前發動機控制系統中所集中采用的一種結構,FADEC要完成的功能爆炸性會隨著控制系統復雜性的增加而增加,同時FADEC中龐大和復雜的軟件，以及它的重量和外形尺寸的增加都會使軟件的可靠性在很大程度上下降，因此，在航空發動機控制系統的發展過程中就可以應用高度分布式控制系統，它主要是由多個智能裝置和FADEC智能傳感器，中央處理器以及智能執行機構所組成的局域網。通過對分布式控制系統應用還能夠使其質量得到減輕，這樣就能夠使發動機的推重比得到很大提高。傳感器系統的精度同時也能夠通過采用智能執行機構和智能傳感器來實現提高，獲取更多的系統信息。智能作動器、微電子機械以及智能傳感器都是分布式控制系統中所涉及到的許多關鍵技術，但是高溫電子技術才是其中最為主要的一項，這些智能的部件都是處在較為惡劣的工作環境中，因此就需要提高高溫電子技術的應用來實現分布式控制系統全面應用。

3 結語

總的來說為了能夠更好地實現我國航空發動機行業的可持續發展和進步，就需要增強對航空發動機控制技術發展的重視程度。結合目前的發動機控制技術存在的一些問題和航空發動機控制技術的發展來進行針對性的解決，將航空發動機控制技術作為航空發動機行業中的關鍵點，緊跟著科學技術和現代化信息技術的發展來審視航空發動機控制的發展趨勢，實現我國航空發動機行業的穩步前進。