直升機發動機數字控制系統研究

翟成虎　朱海文　劉希男

摘 要：發動機研發和制造技術影響著一個國家高端制造業的整體實力，航空直升機發動機的研制是其中重要的組成部分，而想要保證發動機能夠安全可靠的運轉，就需要一套完善的發動機控制系統。本文首先對我國直升機發動機控制系統的現狀進行了介紹，著重分析了一種直升機發動機數字控制系統的方案，并就其基本組成和控制要求進行了闡述。

關鍵詞：直升機發動機 數字控制系統 研究

由于直升機可以垂直起飛及起降不用大面積機場等優勢，目前直升機在許多領域得到非常廣泛的應用，諸如軍隊列裝、觀光旅游、火災救援、海上急救、緝私緝毒、消防、商務運輸、醫療救助、通信以及噴灑農藥殺蟲劑消滅害蟲、探測資源等。目前各國都已經將直升機的研究作為重要課題，更多性能強大及不同類型的直升機相繼研制成功并投入使用。發動機是直升機的心臟，為直升機的運行提供動力，發動機的控制是整個直升機控制系統中最重要的部分，穩定可靠的發動機控制系統是直升機正常飛行的前提和基礎。

1 當前我國直升機發動機控制系統的現狀

隨著我國科研及航空工業實力的不斷發展，我國的直升機從量到質都取得了大的飛躍，其中直升機發動機的技術及相應控制系統的成就最為突出，極大的堅實了人們的底氣。通過機械液壓模式對發動機的運行狀態和功率進行調節和操控是目前主流的控制方式，也是國內多數直升機發動機設備所采用的控制系統，應用較為普遍。機械液壓系統簡便實用，成本低，性價比高，可以強化直升機單變量的控制范圍，可以保證直升機各種機動動作的安全進行。機械液壓式發動機控制系統不足主要表現在： 能實現的控制變量有限控制范圍窄； 控制系統響應速度慢、控制精度低； 難以與直升機飛行控制系統、火力控制系統進行交聯綜合控制，機械液壓控制系統已經無法滿足國內直升機新機型研制及改進型技術的發展需要。直升機發動機全功能數字式控制系統具有如下優勢，減輕了直升機駕駛員負擔，改善了直升機機動性與敏捷性，使飛行準備更簡單，有效推動了我國直升機發動機數字控制系統技術發展。

2 直升機發動機控制系統的技術方案

直升機發動機全功能數字式電子控制系統主要包括： 燃油泵系統； 燃油計量裝置； 轉速、溫度、壓力和流量等各類傳感器； 執行機構和數字式電子控制器。直升機發動機由燃油管理模塊和電子控制器兩大模塊組成。

直升機發動機全功能數字式電子控制系統主要功能： 控制直升機發動機功率狀態； 動力渦輪轉速控制； 總距負載一功率控制； 單發訓練飛行控制； 控制應急功率、雙發扭矩/ 溫度配平控制等。

2.1自動控制方式的控制要求

1）控制直升機發動機功率狀態。通過對直升機發動機功率進行調整和切換，實現直升機不同飛行狀態及飛行速度控制，自動化的控制方式確保了功率轉換中直升機的穩定正常與穩定。

2）動力渦輪轉速控制。渦輪轉速的控制需要根據實際需求來進行調節，控制系統通過合理配置渦輪轉速標準來調節直升機的動力渦輪，在規定的恒速狀態下將轉速進行操控。

3）總距負載一功率控制。在直升機總距桿下部設置傳感器，在這樣的位置設置傳感器可以將信號輸給電子控制器，給定旋翼的負載變化，提前補償調節發動機的功率，以此來減少旋翼的轉速變化，改善發動機的響應狀態。

4）單發訓練飛行控制。直升機設置單發訓練飛行控制， 用以培訓飛行員在單發故障情況下的飛行處置能力。加強培訓飛行員的飛行技術，確保飛行員在飛行過程中遇到故障時具備自行處理的能力。當選擇好需要飛行的直升機時，發動機的最大使用功率需要根據單位設定的應急功率，在設定功率方面則不大于起飛的功率。

5）控制應急功率。直升機的發動機在發生功率異常變化的情況下，控制系統要及時采取應急處置，如果發動機出現故障問題，那么存在的另一臺就必須在規定范圍內迅速開展應急功率的操控舉措。一臺發動機出現功率驟降時， 另一臺發動機將自動進人最大應急功率， 最大應急功率允許工作時間結束后應按下降功率所允許的時間飛行。

6）雙發扭矩/ 溫度配平控制。 通常情況下選用扭矩配平方式； 溫度配平方式一般用于發動機的使用后期， 或新舊配置的發動機， 以避免因舊發動機的功率衰減在扭矩配平時導致的發動機超溫。發動機扭矩/溫度配平由駕駛艙設置的選擇開關控制。

2.2自動控制系統的顯示方案：發動機控制系統顯示系統主要組成部分：發動機的參數和顯示器組織。當發動機數字式電子控制器正處于工作狀態時，直升機的發動機參數集成器可以合理的利用電子控制器接受發動機的數據，其中還包括了發動機的重點故障、不重點故障、狀態信息等等，還可以直接處理發動機的滑油溫度、壓力、燃油溫度信號。發動機參數采集器經備份RS422 單工串口與顯示器之間的通訊。

2.3手動控制方式功能和控制要求：電子控制器故障后， 通過設置獨立備份機械液壓操縱系統繼續實施對發動機控制。機械液壓操縱系統由操縱手柄軟式推拉鋼索和油門角度操縱機構組成。操縱手柄（ 油門桿）不與總距操縱聯動， 在電子控制器正常情況下， 它預置在一個合適的油門角度位置， 以提高故障情況下備份切換時， 發動機可用功率的起點， 減少從自動控制轉到手動控制時瞬時功率落差。

3 結語

直升機的發動機技術還在不斷的提升和優化，控制系統的研究也在不斷的改良和完善，隨著大量資金及技術的投入，我們研制開發出了具備綜合能力水平的數字化控制系統，該系統已經成為了當前我國最為先進與可靠的控制系統模式。發動機數字控制系統比傳統的機械液壓式控制系統優勢更明顯，功能更強大， 它不僅可以控制發動機的功率和狀態，還具備機械液壓式控制系統無法實現的管理功能。它備有余度控制、故障檢測、故障顯示、故障抑制、自監控檢測、安全回路和故障隔離等措施， 大大提高發動機控制系統的可靠性和維護性。發動機數字控制系統必將成為未來直升機發動機控制系統的發展方向。

參考文獻

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