航空发动机燃油和控制系统的研究进展

申宇翔 黄炯 阳为民

摘要：在航空发动机中，燃油和控制系统作为最重要的神经系统，其安全性对于发动机的正常运行具有极大影响，因此整体发展趋势也备受关注。从当前的实际情况来看，航空发动机性能得到了极大提升，系统本身也从原先的简单化构造发展至复杂化控制，整体以电子化操作为主。针对目前燃油和控制系统的研究现状和未来前景进行分析，以从中找到相应的理论依据。

关键词：燃油系统;控制系统;航空发动机

引言：

燃油系统与控制系统是航空发动机的关键组成部分，在实际运行过程中，它需要在各项工作状态下给发动机供应燃油，自动调节供入发动机主燃烧室当中的油量，其中燃油量往往会受到控制系统的影响。在传统的发动机当中，该系统需要同时具备供油控制和各类几何控制能力，最近几年在有关科学技术的不断发展下，发动机故障诊断与监视系统开始并入其中，整体向着更加技术性和信息化的方向发展，因此极有必要对发动机燃油和控制系统的实际发展情况进行研究。

一、研究现状

（一）主燃油控制系统

在航空发动机中，主燃油控制系统主要包含了调节器、增压泵与电子控制器等，是整个发动机控制的核心要件，无论是性能和运行可靠度都直接决定了整个控制系统的运行状况以及发动机本身效能发挥。当前，燃油增压泵普遍应用离心式，大部分为獨立式传动，另一部分则和主泵融合在同一个壳体当中，增压能力大约为。燃油泵主要以齿轮泵为主，整体体积较小、流量较大，此外有些发动机也会应用高压柱塞泵[1]。为使整个系统质量更轻，结构更为简单，当前研究方向开始向着质量更轻的离心泵发展，它不管是控制与设计都是简单，但在小流量工况之下性能达不到要求，所以就需配合应用起动泵，因此这就成为了该系统未来的一项重要研究内容。

（二）防喘系统

该系统的主要作用就在于避免飞机机动飞行过程中出现发动机熄火或喘振，这几年该系统的应用研究已经获得了很大进展。在这之中最典型的就是喘振信号器以及高效化的防喘控制计划。其中前者主要有静压和总静压差类的传感器，也可以通过高响应式的压力传感器上实施高速化样本采集以及数字滤波，之后再通过数控系统的相关程序对喘振症候实施详细评定[2]。后者则是基于发动机，在地面台架、试车台等方面应用逼喘实验，以其具体结果为依据进行确定。通常情况下，发动机种类不同应用的防喘控制系统也会有所差异。

（三）状态监视系统

现阶段，基于外场维护的需求，发动机本身无论是现役还是最新研发的都配置了专门的状态监视系统，有些是独立设置，有些则直接和飞参记录系统相结合应用。当前已经研制出了一类扩展型的状态监视系统，无论是硬件本身还是电子控制装置都是应用的一体化模式。在实际工作过程中，甲机实施控制，乙机则直接进行状态监视，一旦甲机出现问题，其控制功能则转移到乙机上，而状态监视执行过程则会自动转化成最小工作模式，也就是在控制程序时钟中断之外的时间中采集与存储相关数据信息，再传输到飞参记录系统之中，以便地面站应用专门的诊断程序实施检查分析[3]。当下这类状态监测已经变成了全球航空科技发展的一项重要热点话题，尤其是系统的进步发展使得控制和状态监视系统实现了一体化，并从传统的有限性发展到了扩展与综合化的监视上，从传统的半自动转为了全自动化监视。

（四）FADEC技术

这是一种数字化的电子控制系统，主要涉及执行机构、传感器、数据通信以及微处理器。其中前两者在目前的燃油和控制系统当中占据极大比例，传感器当下主要是以光纤和智能类为主，与光纤通讯及分布式控制系统的相契合;执行机构则更加简单，更具通用性，无论是体积还是质量都更小[4]。后两者中的微处理器主要受微处理技术发展影响，整体更加小型化和集成化，通讯系统则发展至1条总线结构，其中控制器作为其中的一个关键节点，不再只是应用点与点的串行通讯，而是利用具有余度的高速光纤总线将智能传感器和执行机构联系在一起，不仅降低了电缆数量的使用，还保证了基本质量，强化系统运行的高效化与可靠度。

二、未来发展趋势

（一）技术更先进

未来发动机当中除了基本的可变几何控制功能、燃油控制，还有推力矢量喷管控制以及防喘控制等，且控制系统还会和发动机的状态监测直接结合在一起，更会和火控系统以及飞控系统融合起来。其中系统还可能会使发动机在全包线以内体现出不同的控制模式以及开展更加繁复的控制手段，并发展出性能更优以及自适应控制等更加先进的控制算法与规律，这都会在很大程度上促进发动机综合控制的全面发展。与此同时，将网络技术上、数据通讯、智能长安器应用到发动机的研发当中也会是未来的基本趋势。

（二）系统更强劲

未来通过科学化的控制系统及合理化的控制算法能在很大程度上强化发动机自身的控制指令，不但能最大程度上延长系统应用期限，还可以降低研发成本，而成本控制也正好是未来系统发展的重要目标。对于目前油泵普遍应用离心泵的情况，虽然能起到良好的供油效果，但会导致燃油温度上升，所以调节泵的应用将会是未来的主要趋势。现阶段，燃油控制系统已经是电子技术控制，这就给电子元器件的性能提出了要求，所以未来高度集成以及耐高温的元器件研发将会是主要趋势。

三、结束语

当前航空技术发展迅速，其发动机燃油和控制系统的研究也获得了极大进展，整体更是达到了高水准程度。为研制出更高质量的燃油与控制系统，还需加大对系统的研发，尤其要重视起软件编程研究;同时落实先进燃油泵的研发，整体向着压力高、质量轻、流量大等方向发展;另外要注重对制造技术和计算机辅助设计在附件研发过程中的运用，尽可能缩减研发期限，提升最终产品质量;更要注重分布式控制系统的研究，以给数控系统发展做好铺垫。

参考文献：

[1]雷焕丽，孟银杏，李宏联，等.航空发动机燃油控制系统ABOM构建分析[J].航空制造技术，2018，61（8）：8.

[2]张天宏，吴宋伟.航空发动机及其控制系统的建模与实时仿真技术[J].航空制造技术，2020，63（3）：9.

[3]宋云峰，郝青青，邓佳，等.航空发动机燃油系统供油异常研究[J].测控技术，2018，37（B11）：3.

[4]王海鹰，杨永敏，单亚杰.航空发动机燃油系统温升特性研究[J].制造业自动化，2017（7）：5.