基于航空領(lǐng)域的活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用

盧磊 曾繁星 高平遠(yuǎn) 張磊

摘 要：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使航空業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，數(shù)字信息化在活塞發(fā)動機(jī)發(fā)展應(yīng)用中的應(yīng)用也非常常見。當(dāng)前數(shù)字信息化被廣泛應(yīng)用于活塞發(fā)動機(jī)設(shè)計中、活塞發(fā)動機(jī)管理維修上、飛機(jī)發(fā)動機(jī)控制上等等，這些都顯示出數(shù)字信息化智能性和高效性，數(shù)字信息化的應(yīng)用也是活塞發(fā)動機(jī)發(fā)展的趨向。

關(guān)鍵詞：航空；活塞發(fā)動機(jī)；發(fā)展和應(yīng)用；數(shù)字信息化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.007

0 引言

航空領(lǐng)域活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用歷史非常悠久，在這個過程中，活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用很是曲折。進(jìn)入數(shù)字信息化時代后，先進(jìn)的科技給活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展注入了新的活力，使其發(fā)展突破瓶頸，迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。

1 航空領(lǐng)域活塞發(fā)動機(jī)的誕生與發(fā)展

活塞發(fā)動機(jī)是航空史上最早使用的發(fā)動機(jī)，早在1842年，英國人亨森就提出了以蒸汽機(jī)為驅(qū)動飛上藍(lán)田的概念，這是航空史上最早的發(fā)動機(jī)概念。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展極大的促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，航空領(lǐng)域的發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)也借助數(shù)字信息化的東風(fēng)得到了很大發(fā)展。特別是西方一些發(fā)達(dá)國家，在活塞發(fā)動機(jī)輕量化和可靠性方面的研究都有很大的進(jìn)步，使活塞發(fā)動機(jī)突破了燃料的限制，可以使用航天煤油、柴油等燃料，提高了發(fā)動機(jī)的性能，也使飛機(jī)的安全性、高空性能等得到提升。

2 活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展應(yīng)用與數(shù)字信息化

2.1 活塞發(fā)動機(jī)的設(shè)計與數(shù)字信息化

設(shè)計軟件和仿真軟件為發(fā)動機(jī)的設(shè)計提供了諸多便利。例如，CAD軟件，可以生成直觀的三維圖形，利用其設(shè)計活塞發(fā)動機(jī)，能夠使發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)更為清晰。此外，設(shè)計軟件還可以對發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、氣動性能等進(jìn)行仿真計算，設(shè)計者不僅可以在不重新畫圖的基礎(chǔ)對設(shè)計圖做隨時、任意的調(diào)整，還能對其進(jìn)行模擬測試，以評估設(shè)計的可行性，為發(fā)動機(jī)設(shè)計優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)和幫助。例如，活塞發(fā)動機(jī)輕量化設(shè)計的過程中，可通過數(shù)字信息準(zhǔn)確的模擬發(fā)動機(jī)的體積大小、質(zhì)量狀況，進(jìn)而幫助設(shè)計者更完美的設(shè)計發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)身曲線。

2.2 活塞發(fā)動機(jī)的監(jiān)控與數(shù)字信息化

人對發(fā)動機(jī)的有效監(jiān)控是實現(xiàn)智能化駕駛的基礎(chǔ)，通過監(jiān)控發(fā)動機(jī)而控制飛機(jī)的飛行，例如FADE（全權(quán)限樹枝電子控制），這樣做的優(yōu)點非常多。首先，提高了飛行的安全性、可靠性。飛機(jī)飛行的安全性、可靠性、性能、成本等都是以發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)的，在數(shù)據(jù)信息化的支持下，飛機(jī)飛行的各種數(shù)據(jù)能夠得到完全的、準(zhǔn)確的記錄和有效的分析，這就使相關(guān)人員能夠即時的掌握飛機(jī)發(fā)動機(jī)的狀態(tài)，對潛在的故障進(jìn)行診斷，從而提高了飛機(jī)的可靠性。例如，飛機(jī)飛行中如可能出現(xiàn)超溫、超轉(zhuǎn)、貧油等情況，系統(tǒng)會提前預(yù)警，正是由于數(shù)字信息化的應(yīng)用，減少了這些情況的出現(xiàn)頻率，使飛機(jī)發(fā)動機(jī)的可靠性更高。又如，利用故障樹對發(fā)動機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，能夠及時、準(zhǔn)確的診斷航空發(fā)動機(jī)存在的故障風(fēng)險，并對故障問題進(jìn)行智能的分析，找出發(fā)動機(jī)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，這就如同給相關(guān)人員“打了預(yù)防針”，當(dāng)狀況出現(xiàn)時相關(guān)人員能夠及時、有效、正確的對發(fā)生的問題進(jìn)行處理。其次，信息數(shù)據(jù)化的應(yīng)用降低了飛行成本。由于信息數(shù)據(jù)可以使發(fā)動機(jī)保持在最佳狀態(tài)，這樣可以有效的降低燃油消耗了，避免了傳統(tǒng)控制對油門的不精準(zhǔn)收放。此外，不需要人為調(diào)整發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，延長了發(fā)動機(jī)的壽命，也能降低成本。此外，數(shù)字信息化使飛行駕駛具有自由測試、診斷、記憶等功能，通過計算機(jī)輔助診斷技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，避免了問題的擴(kuò)大化或嚴(yán)重化，而且給保養(yǎng)、維修帶來了諸多方便，降低了維修成本。總而言之，數(shù)字信息化的應(yīng)用節(jié)省了航空成本。再次，數(shù)字信息化提高了發(fā)動機(jī)的性能。計算機(jī)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和存儲能力，數(shù)據(jù)處理能力使其對數(shù)值有非常高效的計算能力，存儲能力使其能夠?qū)l(fā)動機(jī)的各種數(shù)據(jù)完整的保留下來，并根據(jù)需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，更容易使人發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后隱藏的信息。因此，在計算機(jī)強(qiáng)大的功能下，活塞發(fā)動機(jī)的性能能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。例如，計算機(jī)通過數(shù)據(jù)計算能夠最精確的掌握發(fā)動機(jī)的啟動、過度特性，進(jìn)而改善發(fā)動機(jī)的控制效果，改善發(fā)動機(jī)的安全保護(hù)，使飛機(jī)的各方面性能得到提高。此外，數(shù)字信息化還能有效的監(jiān)控發(fā)動機(jī)的各類狀態(tài)，例如，汽缸頭溫度、排氣溫度、空氣密度等等，使飛機(jī)的駕駛更簡便、安全。總之，數(shù)字信息化與航空業(yè)的發(fā)展密切，其在活塞發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用極大的提高了活塞發(fā)動機(jī)的開發(fā)效率，促進(jìn)了航空業(yè)的發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，活塞發(fā)動機(jī)的應(yīng)用是航空史上的里程碑，活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展能夠推動航空業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)前世界各國對于活塞發(fā)動機(jī)發(fā)展研究的水平參差不齊，輕量化和可靠性仍然是航空發(fā)動機(jī)研究的核心問題，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持下，數(shù)字信息化有效的推動了活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展，實現(xiàn)了飛行器的“先進(jìn)控制”理念，隨著數(shù)字信息化的不斷進(jìn)步，活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展前景是一片美好。

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作者簡介：盧磊（1975-），男，陜西鳳翔人，本科，研究方向：飛機(jī)與發(fā)動機(jī)控制。