航空发动机控制系统的发展

7.3.3.1　发展趋势

未来航空发动机控制系统将向主动控制、综合控制、智能控制、分布控制和减轻控制系统重量的方向发展，将发展实时的发动机模型，采用先进的控制逻辑和设计方法，并且发动机状态监视系统将与发动机控制系统实现更好的融合。

通过采用电动的燃油泵、作动器系统和先进的电子硬件，提高FADEC 系统硬件的可靠性；通过采用先进的控制逻辑和设计方法，并与其他机载系统（进气道控制系统、飞控系统、火控系统等）相综合，获得更好的系统性能和提高控制品质；同时，控制系统的寿命将提高，以降低系统的研制和使用成本。图7－22 给出了未来航空发动机控制技术的重点发展领域。

另外，最值得发动机总体关注的方向有两个：综合控制和分布式控制。

7.3.3.2　综合控制

随着现代飞机性能的提高，飞机的飞行控制、进气道控制和发动机控制独立设计的传统方法已不能满足飞机发展的要求。为使飞机整体系统性能最优和稳定性最好，就必须对各个部分进行综合控制。对于进气道、发动机及喷管的综合控制称为推进系统综合控制（Integrated Propulsion Control System），对于飞机与推进系统的综合控制称为飞行/推进系统综合控制（Integrated Flight/Propulsion Control）。

20 世纪80年代美国就已经开始利用F15 飞机的PW－100－129 发动机，对飞行/推进系统综合控制进行全面研究，目前已经发展到性能寻优控制模式PSC（Performance Seeking Control）。这种控制的特点是系统中包括不断修正的机载发动机模型、进气道模型和喷管模型，它们用于确定进气道、发动机及喷管的最佳工作位置，图7－23 表示了这种控制的原理。PSC 主要采用的控制算法包括三种：最大推力计算模式，用于加速、爬升和突击时，提供最大剩余推力；最小耗油计算模式，用于飞机巡航飞行时，使耗油率最低，以增加航程；最低风扇涡轮进口温度计算模式，目的是降低温度，延长发动机的使用寿命。

图7-22　发动机控制系统关键技术领域(www.xing528.com)

图7-23　飞/推综合控制示意图

飞行试验表明，采用PSC 控制使关键飞行状态的推力显著提高；对性能退化的发动机推力可增加9%；对返修后的发动机推力可增加15%；在飞行马赫数为0.9、飞行高度为4 572 m 的平飞并保持恒定推力时，涡轮进口温度降低38 ℃以上，耗油率降低3%。根据估计，当发动机在高功率状态时，涡轮进口温度每降低21 ℃，涡轮的寿命将增加一倍。由此可见，采用PSC 控制对提高发动机推力、延长发动机寿命是非常有效的。

7.3.3.3　分布式控制

目前发动机全数字电子式控制系统中主要采用集中式结构，远程连接传感器、伺服装置和执行机构基本采用双绞线或三绞线。随着控制系统复杂性的增加，导线、连接器和接头的重量迅速增加，导致控制系统的重量、外形尺寸等都大大增加，研制、维护及保障方面成本也更高。

为了解决上述突出矛盾，控制系统向高度分布式结构发展，如图7－24 所示。分布式控制由数字电子控制器和多个智能装置组成，将原来由FADEC 中完成的数据采集处理、信号调理、控制算法、故障诊断等任务分解到智能传感器或智能执行机构完成，智能传感器把传感器输出的如温度、压力等模拟量信号转换为数字形式，提供给FADEC；智能执行机构接受从FADEC 来的位置指令并完成相应控制任务。智能传感器和智能执行机构及时向FADEC 报告它们的状态，并可以自行实现如补偿、自检、故障检测与识别等功能。中央处理器和各智能传感器之间通过数据总线进行通信，代替集中式结构的点对点连接。

图7-24　分布式控制示意图