直升機(jī)發(fā)動機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)研究

翟成虎　朱海文　劉希男

摘 要：發(fā)動機(jī)研發(fā)和制造技術(shù)影響著一個(gè)國家高端制造業(yè)的整體實(shí)力，航空直升機(jī)發(fā)動機(jī)的研制是其中重要的組成部分，而想要保證發(fā)動機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要一套完善的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)。本文首先對我國直升機(jī)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，著重分析了一種直升機(jī)發(fā)動機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的方案，并就其基本組成和控制要求進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)發(fā)動機(jī) 數(shù)字控制系統(tǒng) 研究

由于直升機(jī)可以垂直起飛及起降不用大面積機(jī)場等優(yōu)勢，目前直升機(jī)在許多領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用，諸如軍隊(duì)列裝、觀光旅游、火災(zāi)救援、海上急救、緝私緝毒、消防、商務(wù)運(yùn)輸、醫(yī)療救助、通信以及噴灑農(nóng)藥殺蟲劑消滅害蟲、探測資源等。目前各國都已經(jīng)將直升機(jī)的研究作為重要課題，更多性能強(qiáng)大及不同類型的直升機(jī)相繼研制成功并投入使用。發(fā)動機(jī)是直升機(jī)的心臟，為直升機(jī)的運(yùn)行提供動力，發(fā)動機(jī)的控制是整個(gè)直升機(jī)控制系統(tǒng)中最重要的部分，穩(wěn)定可靠的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)是直升機(jī)正常飛行的前提和基礎(chǔ)。

1 當(dāng)前我國直升機(jī)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

隨著我國科研及航空工業(yè)實(shí)力的不斷發(fā)展，我國的直升機(jī)從量到質(zhì)都取得了大的飛躍，其中直升機(jī)發(fā)動機(jī)的技術(shù)及相應(yīng)控制系統(tǒng)的成就最為突出，極大的堅(jiān)實(shí)了人們的底氣。通過機(jī)械液壓模式對發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和功率進(jìn)行調(diào)節(jié)和操控是目前主流的控制方式，也是國內(nèi)多數(shù)直升機(jī)發(fā)動機(jī)設(shè)備所采用的控制系統(tǒng)，應(yīng)用較為普遍。機(jī)械液壓系統(tǒng)簡便實(shí)用，成本低，性價(jià)比高，可以強(qiáng)化直升機(jī)單變量的控制范圍，可以保證直升機(jī)各種機(jī)動動作的安全進(jìn)行。機(jī)械液壓式發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)不足主要表現(xiàn)在： 能實(shí)現(xiàn)的控制變量有限控制范圍窄； 控制系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、控制精度低； 難以與直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)綜合控制，機(jī)械液壓控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足國內(nèi)直升機(jī)新機(jī)型研制及改進(jìn)型技術(shù)的發(fā)展需要。直升機(jī)發(fā)動機(jī)全功能數(shù)字式控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢，減輕了直升機(jī)駕駛員負(fù)擔(dān)，改善了直升機(jī)機(jī)動性與敏捷性，使飛行準(zhǔn)備更簡單，有效推動了我國直升機(jī)發(fā)動機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展。

2 直升機(jī)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案

直升機(jī)發(fā)動機(jī)全功能數(shù)字式電子控制系統(tǒng)主要包括： 燃油泵系統(tǒng)； 燃油計(jì)量裝置； 轉(zhuǎn)速、溫度、壓力和流量等各類傳感器； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和數(shù)字式電子控制器。直升機(jī)發(fā)動機(jī)由燃油管理模塊和電子控制器兩大模塊組成。

直升機(jī)發(fā)動機(jī)全功能數(shù)字式電子控制系統(tǒng)主要功能： 控制直升機(jī)發(fā)動機(jī)功率狀態(tài)； 動力渦輪轉(zhuǎn)速控制； 總距負(fù)載一功率控制； 單發(fā)訓(xùn)練飛行控制； 控制應(yīng)急功率、雙發(fā)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(jī)發(fā)動機(jī)功率狀態(tài)。通過對直升機(jī)發(fā)動機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整和切換，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)不同飛行狀態(tài)及飛行速度控制，自動化的控制方式確保了功率轉(zhuǎn)換中直升機(jī)的穩(wěn)定正常與穩(wěn)定。

2）動力渦輪轉(zhuǎn)速控制。渦輪轉(zhuǎn)速的控制需要根據(jù)實(shí)際需求來進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)通過合理配置渦輪轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)節(jié)直升機(jī)的動力渦輪，在規(guī)定的恒速狀態(tài)下將轉(zhuǎn)速進(jìn)行操控。

3）總距負(fù)載一功率控制。在直升機(jī)總距桿下部設(shè)置傳感器，在這樣的位置設(shè)置傳感器可以將信號輸給電子控制器，給定旋翼的負(fù)載變化，提前補(bǔ)償調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的功率，以此來減少旋翼的轉(zhuǎn)速變化，改善發(fā)動機(jī)的響應(yīng)狀態(tài)。

4）單發(fā)訓(xùn)練飛行控制。直升機(jī)設(shè)置單發(fā)訓(xùn)練飛行控制， 用以培訓(xùn)飛行員在單發(fā)故障情況下的飛行處置能力。加強(qiáng)培訓(xùn)飛行員的飛行技術(shù)，確保飛行員在飛行過程中遇到故障時(shí)具備自行處理的能力。當(dāng)選擇好需要飛行的直升機(jī)時(shí)，發(fā)動機(jī)的最大使用功率需要根據(jù)單位設(shè)定的應(yīng)急功率，在設(shè)定功率方面則不大于起飛的功率。

5）控制應(yīng)急功率。直升機(jī)的發(fā)動機(jī)在發(fā)生功率異常變化的情況下，控制系統(tǒng)要及時(shí)采取應(yīng)急處置，如果發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障問題，那么存在的另一臺就必須在規(guī)定范圍內(nèi)迅速開展應(yīng)急功率的操控舉措。一臺發(fā)動機(jī)出現(xiàn)功率驟降時(shí)， 另一臺發(fā)動機(jī)將自動進(jìn)人最大應(yīng)急功率， 最大應(yīng)急功率允許工作時(shí)間結(jié)束后應(yīng)按下降功率所允許的時(shí)間飛行。

6）雙發(fā)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(fā)動機(jī)的使用后期， 或新舊配置的發(fā)動機(jī)， 以避免因舊發(fā)動機(jī)的功率衰減在扭矩配平時(shí)導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)超溫。發(fā)動機(jī)扭矩/溫度配平由駕駛艙設(shè)置的選擇開關(guān)控制。

2.2自動控制系統(tǒng)的顯示方案：發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)顯示系統(tǒng)主要組成部分：發(fā)動機(jī)的參數(shù)和顯示器組織。當(dāng)發(fā)動機(jī)數(shù)字式電子控制器正處于工作狀態(tài)時(shí)，直升機(jī)的發(fā)動機(jī)參數(shù)集成器可以合理的利用電子控制器接受發(fā)動機(jī)的數(shù)據(jù)，其中還包括了發(fā)動機(jī)的重點(diǎn)故障、不重點(diǎn)故障、狀態(tài)信息等等，還可以直接處理發(fā)動機(jī)的滑油溫度、壓力、燃油溫度信號。發(fā)動機(jī)參數(shù)采集器經(jīng)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(shè)置獨(dú)立備份機(jī)械液壓操縱系統(tǒng)繼續(xù)實(shí)施對發(fā)動機(jī)控制。機(jī)械液壓操縱系統(tǒng)由操縱手柄軟式推拉鋼索和油門角度操縱機(jī)構(gòu)組成。操縱手柄（ 油門桿）不與總距操縱聯(lián)動， 在電子控制器正常情況下， 它預(yù)置在一個(gè)合適的油門角度位置， 以提高故障情況下備份切換時(shí)， 發(fā)動機(jī)可用功率的起點(diǎn)， 減少從自動控制轉(zhuǎn)到手動控制時(shí)瞬時(shí)功率落差。

3 結(jié)語

直升機(jī)的發(fā)動機(jī)技術(shù)還在不斷的提升和優(yōu)化，控制系統(tǒng)的研究也在不斷的改良和完善，隨著大量資金及技術(shù)的投入，我們研制開發(fā)出了具備綜合能力水平的數(shù)字化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)成為了當(dāng)前我國最為先進(jìn)與可靠的控制系統(tǒng)模式。發(fā)動機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)優(yōu)勢更明顯，功能更強(qiáng)大， 它不僅可以控制發(fā)動機(jī)的功率和狀態(tài)，還具備機(jī)械液壓式控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)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(jiān)控檢測、安全回路和故障隔離等措施， 大大提高發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。發(fā)動機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)必將成為未來直升機(jī)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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