航空發動機燃油和控制系統的研究進展

申宇翔 黃炯 陽為民

摘要：在航空發動機中，燃油和控制系統作為最重要的神經系統，其安全性對于發動機的正常運行具有極大影響，因此整體發展趨勢也備受關注。從當前的實際情況來看，航空發動機性能得到了極大提升，系統本身也從原先的簡單化構造發展至復雜化控制，整體以電子化操作為主。針對目前燃油和控制系統的研究現狀和未來前景進行分析，以從中找到相應的理論依據。

關鍵詞：燃油系統;控制系統;航空發動機

引言：

燃油系統與控制系統是航空發動機的關鍵組成部分，在實際運行過程中，它需要在各項工作狀態下給發動機供應燃油，自動調節供入發動機主燃燒室當中的油量，其中燃油量往往會受到控制系統的影響。在傳統的發動機當中，該系統需要同時具備供油控制和各類幾何控制能力，最近幾年在有關科學技術的不斷發展下，發動機故障診斷與監視系統開始并入其中，整體向著更加技術性和信息化的方向發展，因此極有必要對發動機燃油和控制系統的實際發展情況進行研究。

一、研究現狀

（一）主燃油控制系統

在航空發動機中，主燃油控制系統主要包含了調節器、增壓泵與電子控制器等，是整個發動機控制的核心要件，無論是性能和運行可靠度都直接決定了整個控制系統的運行狀況以及發動機本身效能發揮。當前，燃油增壓泵普遍應用離心式，大部分為獨立式傳動，另一部分則和主泵融合在同一個殼體當中，增壓能力大約為。燃油泵主要以齒輪泵為主，整體體積較小、流量較大，此外有些發動機也會應用高壓柱塞泵[1]。為使整個系統質量更輕，結構更為簡單，當前研究方向開始向著質量更輕的離心泵發展，它不管是控制與設計都是簡單，但在小流量工況之下性能達不到要求，所以就需配合應用起動泵，因此這就成為了該系統未來的一項重要研究內容。

（二）防喘系統

該系統的主要作用就在于避免飛機機動飛行過程中出現發動機熄火或喘振，這幾年該系統的應用研究已經獲得了很大進展。在這之中最典型的就是喘振信號器以及高效化的防喘控制計劃。其中前者主要有靜壓和總靜壓差類的傳感器，也可以通過高響應式的壓力傳感器上實施高速化樣本采集以及數字濾波，之后再通過數控系統的相關程序對喘振癥候實施詳細評定[2]。后者則是基于發動機，在地面臺架、試車臺等方面應用逼喘實驗，以其具體結果為依據進行確定。通常情況下，發動機種類不同應用的防喘控制系統也會有所差異。

（三）狀態監視系統

現階段，基于外場維護的需求，發動機本身無論是現役還是最新研發的都配置了專門的狀態監視系統，有些是獨立設置，有些則直接和飛參記錄系統相結合應用。當前已經研制出了一類擴展型的狀態監視系統，無論是硬件本身還是電子控制裝置都是應用的一體化模式。在實際工作過程中，甲機實施控制，乙機則直接進行狀態監視，一旦甲機出現問題，其控制功能則轉移到乙機上，而狀態監視執行過程則會自動轉化成最小工作模式，也就是在控制程序時鐘中斷之外的時間中采集與存儲相關數據信息，再傳輸到飛參記錄系統之中，以便地面站應用專門的診斷程序實施檢查分析[3]。當下這類狀態監測已經變成了全球航空科技發展的一項重要熱點話題，尤其是系統的進步發展使得控制和狀態監視系統實現了一體化，并從傳統的有限性發展到了擴展與綜合化的監視上，從傳統的半自動轉為了全自動化監視。

（四）FADEC技術

這是一種數字化的電子控制系統，主要涉及執行機構、傳感器、數據通信以及微處理器。其中前兩者在目前的燃油和控制系統當中占據極大比例，傳感器當下主要是以光纖和智能類為主，與光纖通訊及分布式控制系統的相契合;執行機構則更加簡單，更具通用性，無論是體積還是質量都更小[4]。后兩者中的微處理器主要受微處理技術發展影響，整體更加小型化和集成化，通訊系統則發展至1條總線結構，其中控制器作為其中的一個關鍵節點，不再只是應用點與點的串行通訊，而是利用具有余度的高速光纖總線將智能傳感器和執行機構聯系在一起，不僅降低了電纜數量的使用，還保證了基本質量，強化系統運行的高效化與可靠度。

二、未來發展趨勢

（一）技術更先進

未來發動機當中除了基本的可變幾何控制功能、燃油控制，還有推力矢量噴管控制以及防喘控制等，且控制系統還會和發動機的狀態監測直接結合在一起，更會和火控系統以及飛控系統融合起來。其中系統還可能會使發動機在全包線以內體現出不同的控制模式以及開展更加繁復的控制手段，并發展出性能更優以及自適應控制等更加先進的控制算法與規律，這都會在很大程度上促進發動機綜合控制的全面發展。與此同時，將網絡技術上、數據通訊、智能長安器應用到發動機的研發當中也會是未來的基本趨勢。

（二）系統更強勁

未來通過科學化的控制系統及合理化的控制算法能在很大程度上強化發動機自身的控制指令，不但能最大程度上延長系統應用期限，還可以降低研發成本，而成本控制也正好是未來系統發展的重要目標。對于目前油泵普遍應用離心泵的情況，雖然能起到良好的供油效果，但會導致燃油溫度上升，所以調節泵的應用將會是未來的主要趨勢?，F階段，燃油控制系統已經是電子技術控制，這就給電子元器件的性能提出了要求，所以未來高度集成以及耐高溫的元器件研發將會是主要趨勢。

三、結束語

當前航空技術發展迅速，其發動機燃油和控制系統的研究也獲得了極大進展，整體更是達到了高水準程度。為研制出更高質量的燃油與控制系統，還需加大對系統的研發，尤其要重視起軟件編程研究;同時落實先進燃油泵的研發，整體向著壓力高、質量輕、流量大等方向發展;另外要注重對制造技術和計算機輔助設計在附件研發過程中的運用，盡可能縮減研發期限，提升最終產品質量;更要注重分布式控制系統的研究，以給數控系統發展做好鋪墊。

參考文獻：

[1]雷煥麗，孟銀杏，李宏聯，等.航空發動機燃油控制系統ABOM構建分析[J].航空制造技術，2018，61（8）：8.

[2]張天宏，吳宋偉.航空發動機及其控制系統的建模與實時仿真技術[J].航空制造技術，2020，63（3）：9.

[3]宋云峰，郝青青，鄧佳，等.航空發動機燃油系統供油異常研究[J].測控技術，2018，37（B11）：3.

[4]王海鷹，楊永敏，單亞杰.航空發動機燃油系統溫升特性研究[J].制造業自動化，2017（7）：5.