直升机发动机数字控制系统研究

翟成虎　朱海文　刘希男

摘 要：发动机研发和制造技术影响着一个国家高端制造业的整体实力，航空直升机发动机的研制是其中重要的组成部分，而想要保证发动机能够安全可靠的运转，就需要一套完善的发动机控制系统。本文首先对我国直升机发动机控制系统的现状进行了介绍，着重分析了一种直升机发动机数字控制系统的方案，并就其基本组成和控制要求进行了阐述。

关键词：直升机发动机 数字控制系统 研究

由于直升机可以垂直起飞及起降不用大面积机场等优势，目前直升机在许多领域得到非常广泛的应用，诸如军队列装、观光旅游、火灾救援、海上急救、缉私缉毒、消防、商务运输、医疗救助、通信以及喷洒农药杀虫剂消灭害虫、探测资源等。目前各国都已经将直升机的研究作为重要课题，更多性能强大及不同类型的直升机相继研制成功并投入使用。发动机是直升机的心脏，为直升机的运行提供动力，发动机的控制是整个直升机控制系统中最重要的部分，稳定可靠的发动机控制系统是直升机正常飞行的前提和基础。

1 当前我国直升机发动机控制系统的现状

随着我国科研及航空工业实力的不断发展，我国的直升机从量到质都取得了大的飞跃，其中直升机发动机的技术及相应控制系统的成就最为突出，极大的坚实了人们的底气。通过机械液压模式对发动机的运行状态和功率进行调节和操控是目前主流的控制方式，也是国内多数直升机发动机设备所采用的控制系统，应用较为普遍。机械液压系统简便实用，成本低，性价比高，可以强化直升机单变量的控制范围，可以保证直升机各种机动动作的安全进行。机械液压式發动机控制系统不足主要表现在： 能实现的控制变量有限控制范围窄； 控制系统响应速度慢、控制精度低； 难以与直升机飞行控制系统、火力控制系统进行交联综合控制，机械液压控制系统已经无法满足国内直升机新机型研制及改进型技术的发展需要。直升机发动机全功能数字式控制系统具有如下优势，减轻了直升机驾驶员负担，改善了直升机机动性与敏捷性，使飞行准备更简单，有效推动了我国直升机发动机数字控制系统技术发展。

2 直升机发动机控制系统的技术方案

直升机发动机全功能数字式电子控制系统主要包括： 燃油泵系统； 燃油计量装置； 转速、温度、压力和流量等各类传感器； 执行机构和数字式电子控制器。直升机发动机由燃油管理模块和电子控制器两大模块组成。

直升机发动机全功能数字式电子控制系统主要功能： 控制直升机发动机功率状态； 动力涡轮转速控制； 总距负载一功率控制； 单发训练飞行控制； 控制应急功率、双发扭矩/ 温度配平控制等。

2.1自动控制方式的控制要求

1）控制直升机发动机功率状态。通过对直升机发动机功率进行调整和切换，实现直升机不同飞行状态及飞行速度控制，自动化的控制方式确保了功率转换中直升机的稳定正常与稳定。

2）动力涡轮转速控制。涡轮转速的控制需要根据实际需求来进行调节，控制系统通过合理配置涡轮转速标准来调节直升机的动力涡轮，在规定的恒速状态下将转速进行操控。

3）总距负载一功率控制。在直升机总距杆下部设置传感器，在这样的位置设置传感器可以将信号输给电子控制器，给定旋翼的负载变化，提前补偿调节发动机的功率，以此来减少旋翼的转速变化，改善发动机的响应状态。

4）单发训练飞行控制。直升机设置单发训练飞行控制， 用以培训飞行员在单发故障情况下的飞行处置能力。加强培训飞行员的飞行技术，确保飞行员在飞行过程中遇到故障时具备自行处理的能力。当选择好需要飞行的直升机时，发动机的最大使用功率需要根据单位设定的应急功率，在设定功率方面则不大于起飞的功率。

5）控制应急功率。直升机的发动机在发生功率异常变化的情况下，控制系统要及时采取应急处置，如果发动机出现故障问题，那么存在的另一台就必须在规定范围内迅速开展应急功率的操控举措。一台发动机出现功率骤降时， 另一台发动机将自动进人最大应急功率， 最大应急功率允许工作时间结束后应按下降功率所允许的时间飞行。

6）双发扭矩/ 温度配平控制。 通常情况下选用扭矩配平方式； 温度配平方式一般用于发动机的使用后期， 或新旧配置的发动机， 以避免因旧发动机的功率衰减在扭矩配平时导致的发动机超温。发动机扭矩/温度配平由驾驶舱设置的选择开关控制。

2.2自动控制系统的显示方案：发动机控制系统显示系统主要组成部分：发动机的参数和显示器组织。当发动机数字式电子控制器正处于工作状态时，直升机的发动机参数集成器可以合理的利用电子控制器接受发动机的数据，其中还包括了发动机的重点故障、不重点故障、状态信息等等，还可以直接处理发动机的滑油温度、压力、燃油温度信号。发动机参数采集器经备份RS422 单工串口与显示器之间的通讯。

2.3手动控制方式功能和控制要求：电子控制器故障后， 通过设置独立备份机械液压操纵系统继续实施对发动机控制。机械液压操纵系统由操纵手柄软式推拉钢索和油门角度操纵机构组成。操纵手柄（ 油门杆）不与总距操纵联动， 在电子控制器正常情况下， 它预置在一个合适的油门角度位置， 以提高故障情况下备份切换时， 发动机可用功率的起点， 减少从自动控制转到手动控制时瞬时功率落差。

3 结语

直升机的发动机技术还在不断的提升和优化，控制系统的研究也在不断的改良和完善，随着大量资金及技术的投入，我们研制开发出了具备综合能力水平的数字化控制系统，该系统已经成为了当前我国最为先进与可靠的控制系统模式。发动机数字控制系统比传统的机械液压式控制系统优势更明显，功能更强大， 它不仅可以控制发动机的功率和状态，还具备机械液压式控制系统无法实现的管理功能。它备有余度控制、故障检测、故障显示、故障抑制、自监控检测、安全回路和故障隔离等措施， 大大提高发动机控制系统的可靠性和维护性。发动机数字控制系统必将成为未来直升机发动机控制系统的发展方向。

参考文献

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