航空发动机控制发展趋势分析

苏鸿翔，徐幸超，李文浩

（乌克兰国立航空大学，乌克兰 基辅 03058）

航空发动机的控制技术随着我国科学技术的不断发展和控制技术的进步，对其要求也在逐渐提高，这对航空工作人员来说是一个很大的挑战。航空发动机具备良好的续航能力以及高性能是飞机行业想要获得稳定持续发展的重要前提，同时还应该要求发动机有着较长的使用寿命、续航能力强、燃油消耗较低、能够保持着良好的灵活性以及高的推重比。为了能够更好地实现发动机的有效保护以及提高发动机的性能就需要按照一定的原则和发动机工作的标准要求来实现发动机可调部件的控制。由此可以看出在飞机行业中航空发动机控制系统需要受到我国的重视，增强对其控制系统的研究以及对其发展趋势的探究。

1 当前航空发动机控制的现状

（1）自动化程度不足。现如今我国的信息化技术正在飞速发展，数字化控制技术在获得较大发展同时也得到了普及，但就我国目前的航空发动机的发展现状来看，仍然存在着很大的问题，智能化和自动化的应用是我国航空发动机发展的不足之处。数控机床和我国的数控技术的实现有着非常紧密的联系，我国航空发动机的一些零部件已然能够通过数控机床来进行加工和生产，但是并没有达到全部，仍然有一些零部件不能够结合着数控技术来进行加工生产，导致这一问题的原因值得思考，例如加工的类型、加工的功能以及设备的利用率等等。数控技术设备随着我国技术的不断发展以及计算机技术的稳步前进必然会代替原有的加工设备，使用新型的设备对于提高零部件的性能和质量也有着很大的作用。就目前的发展来看相比于欧美先进制造企业我国的数控设备自动化控制仍然有着很大的差距。在数控设备自动化控制中我国对于人力仍然有着一定程度上的需求，在生产加工的过程中仍然需要人员进行操作，在一些国外的航空发动机生产加工企业中，已经能够让自动化和智能化在零部件的生产加工中得到很好的实现，在生产加工的过程中基本上实现无人操作。

（2）缺乏成熟度较高的关键技术。加工的方式在航空发动机数控技术中是多种多样的，不仅有着现代化的加工方式，同时还有着一些传统的加工方式，在现代化的加工方式中主要有电火花加工方式，电化学加工方式以及激光的加工方式等等一些具有现代化的加工方式，航空发动机的加工和控制在数控技术的发展中得到了持续的提升。数控技术在航空发动机技术中发挥着极其重要的作用和意义，数控技术的应用特别是在发动机零部件的制造到装配的全部周期中都极其重要。虽然说我国的数控技术在近些年来有着一定程度上的发展，但是仍然存在着很大的问题，有着很大的提升空间，没能够掌握数控技术中的关键技术和高新技术，就会对我国发动机的制造产生一定程度上的影响，使数控技术在发动机行业中无法得到很好的应用。在拓展应用的过程中，还有很多的技术存在着一定程度上的困难和瓶颈，例如一些智能化的技术、动态综合补偿技术以及高速钢筋运动控制技术等等。

（3）自适应循环发动机控制技术。近些年来人们对于交通出行的要求随着社会经济的不断发展和人们生活水平的持续上升而逐渐提高，同时也对发动机的功能和设计提出了更高要求，具有经济可承受性的远程、全天候以及多用途的特征是飞机设计的逐渐发展趋势。在实现发动机具备更高的推重比同时还有实现巡航效率的增加，以及在飞行过程中油耗的降低。近些年来自适应巡航发动机已经在我国航空飞机系统中得到了广泛的应用，这样一来就能够解决低油耗以及隐身性能等难题，同时还能够解决航空飞机所需要具备的大推力，飞机自身的热烈循环系统能够通过改变发动机的一些零部件的几何形状位置以及尺寸就能够得到很好的提升，实现在多种任务的模式下综合油耗的降低，同时还能够通过对气流的利用来减少飞行过程中的阻力，实现飞机整体性能的有效提高，增强飞机的续航能力，提高发动机灵活性。

2 航空发动机控制发展的趋势

（1）高速切削技术。近些年来发动机的性能由于航空发动机型号的增多而获得了持续提升，各种零部件的精密度在相应的航空发动机中的应用要求越来越高。在发动机的设计过程中随着信息时代的全面到来和科学技术的不断发展以及一些新材料、新科技和新技术的不断应用，对发动机的控制技术设计提出了更高的要求，为了能够实现良好的加工效率，以及航空发动机制造技术的稳定进步和较高的表面质量，就要求在未来的发展中数控加工技术要进行优化和升级来实现航空发动机制造技术的客观要求。高速切割技术相比常规切削技术能够更好地减少加工的时间，同时还能够减少切削所用的剪切力，提高切削速度和材料的去除率。高速切削技术还能够减少因为温度上升而造成的膨胀和热变形等等问题的产生。在一些细长零件的加工和设计过程中高速切削技术已经得到了广泛的应用，高速切削机床是高速切削技术有效应用的重要依据。一般情况下必须要能够实现主轴转速在每分钟达到12000转的机床才能够被称之为高速机床。在我国航空发动机控制发展技术中高速切削技术的应用较少，因为对于设备以及零件的要求较高，因此在现阶段是很难以实现广泛的应用。但高速切削技术在未来航空发动机控制的发展过程中是一个必然的趋势，因为高速切削技术能够有效地实现加工质量和加工效率的提升，同时还能够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过程中，抛光和打磨的修整环节是较为麻烦的，因此可通过应用高速切削技术直接获得一些较高的表面质量来减少这些修整环节的时间，实现整体加工时间的缩短。

（2）先进的部件技术。在我国航空发动机整体重量中有20%的重量是由发动机控制系统所占据的，因此我国需要加强对发动机控制系统重量的控制来有效地提高发动机的推重比，以及在一定程度上减少发动机的重量，计量部件、电连接器、外罩、电器配件以及变速箱油泵是控制系统中重量的主要来源。在现如今的不断研发中，通过对各种各样新型材料的应用已然能够在很大程度上减轻控制系统的重量。一般来说可以使用一些复合材料的部件来实现对发动机控制系统部分质量的减轻，因为这些复合材料部件具有着强度高、重量轻的特点，这样一来就能够使发动机金属材料的重量得到很大的减轻，可以使用光纤电缆来替代金属导线。为了能够使金属导管及传动件的重量减轻，还可以应用电子自动契合电动泵来实现。通过对复合材料的使用还能够使油泵的重量得到很大减轻。在设计和制造航空发动机控制系统时应用复合材料有着很好的重量减轻效果，因为复合材料有着许多优质的特性，例如一些耐火耐高温的聚酰亚胺，强度高且耐高温的环氧树脂以及一些热塑性好的材料等等。

（3）发动机智能控制系统。在我国航空发动机的发展过程中自适应控制系统是一种发展的必然趋势，同时也具有着良好的发展前景，对于航空发动机的推力来说也有着有效提升。由于发动机和飞机都采取了数字电子控制技术，使这项一体化技术实现的可能性大大增加。为了能够实现飞机最佳性能的控制与设计，可研究出一种综合系统控制的方法，将原有控制系统的功能拓展为智能控制系统的功能，这也是发动机智能控制系统的一个研究的方向，改变后智能的系统就能够对发动机的可维护性和可靠性实现有效提升，同时还能够让飞机和推进系统的性能得到极大的提高。其次，航空发动机技术的进步也能够通过智能化技术来实现，多控制模式以及多调节变量的特征是只自适应循环发动机所具备的一些优势特征所在，因此为了能够更好地实现这一点就需要一些相关的控制技术来保证，例如新型的传感器、先进的电子硬件以及燃油泵系统和新型执行机构等等。我国航空发动机控制系统的自适应循环控制系统的研制随着人工智能技术的发展和应用将会朝着智能化和人工系统网络化的方向进一步发展，让自适应循环系统的优势和价值充分发挥，真正展现出自适应循环发动机的优势性能，这样就能够给我国航空发动机控制系统的稳定安全运行提供一个良好的保障。

（4）分布式控制。FADEC是我国目前发动机控制系统中所集中采用的一种结构,FADEC要完成的功能爆炸性会随着控制系统复杂性的增加而增加,同时FADEC中庞大和复杂的软件，以及它的重量和外形尺寸的增加都会使软件的可靠性在很大程度上下降，因此，在航空发动机控制系统的发展过程中就可以应用高度分布式控制系统，它主要是由多个智能装置和FADEC智能传感器，中央处理器以及智能执行机构所组成的局域网。通过对分布式控制系统应用还能够使其质量得到减轻，这样就能够使发动机的推重比得到很大提高。传感器系统的精度同时也能够通过采用智能执行机构和智能传感器来实现提高，获取更多的系统信息。智能作动器、微电子机械以及智能传感器都是分布式控制系统中所涉及到的许多关键技术，但是高温电子技术才是其中最为主要的一项，这些智能的部件都是处在较为恶劣的工作环境中，因此就需要提高高温电子技术的应用来实现分布式控制系统全面应用。

3 结语

总的来说为了能够更好地实现我国航空发动机行业的可持续发展和进步，就需要增强对航空发动机控制技术发展的重视程度。结合目前的发动机控制技术存在的一些问题和航空发动机控制技术的发展来进行针对性的解决，将航空发动机控制技术作为航空发动机行业中的关键点，紧跟着科学技术和现代化信息技术的发展来审视航空发动机控制的发展趋势，实现我国航空发动机行业的稳步前进。