直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)研究

李健

摘 要：本文針對直升機發(fā)動機的控制系統(tǒng)進行簡單的闡述。并且對直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)的各種需求、工作特點、發(fā)動機進行液壓式控制系統(tǒng)與電子控制系統(tǒng)進行了細致的分析。并概述直升機發(fā)動機中數(shù)字式控制系統(tǒng)的具體功能與技術(shù)需求。經(jīng)研究表明，我國直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)要想實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，應(yīng)當加大力度開發(fā)及應(yīng)用發(fā)動機控制器系統(tǒng)，為我國直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：直升機 發(fā)動機控制系統(tǒng) 研究

隨著我國直升機技術(shù)、控制系統(tǒng)技術(shù)、發(fā)動機技術(shù)的不斷發(fā)展，直升機控制技術(shù)也在逐漸的提高。從傳統(tǒng)直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)發(fā)展到至今，人們普遍的都在使用液壓式機械與電子控制技術(shù)結(jié)合后的控制方式，比如，直9發(fā)動機控制系統(tǒng)、中型通用直升機控制系統(tǒng)。由于新時期的不斷介入，直升機的任務(wù)剖面也在進一步的擴展，對于直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)提出了更高的要求，為了能夠滿足直升機發(fā)動機系統(tǒng)的發(fā)展需求，使控制發(fā)動機更加準確與減輕駕駛員的負擔，特別是需要滿足軍用直升機作戰(zhàn)時期的需求，現(xiàn)代化直升機發(fā)動機需要運用數(shù)字式電子控制系統(tǒng)。本文主要研究直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)，具體分析如下。

一、當前國內(nèi)直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，我國自己研究的直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)通常都是采用機械液壓式控制系統(tǒng)，例如，直8型的直升機wz6的發(fā)動機，直9型直升機WZBA發(fā)動機等等，都是采用機械操縱液壓式燃油調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)器油門的大小，以確保達到發(fā)動機功率與狀態(tài)的目的。機械液壓式控制系統(tǒng)對于控制直升機的單變量與范圍都有一定的優(yōu)越性，還具有很高的安全可靠性與較好的經(jīng)濟性。隨著我國在研制直升機過程中，直升機也在廣泛的應(yīng)用機械液壓式控制系統(tǒng)，在這方面相關(guān)的研制部門也積累了非常多的經(jīng)驗。隨著我國直升機技術(shù)逐漸改進，在改進過程中需要根據(jù)社會發(fā)展的需求，因此，傳統(tǒng)式機械液壓控制系統(tǒng)已經(jīng)達不到新形勢中直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)的要求。傳統(tǒng)式機械液壓控制系統(tǒng)的不足現(xiàn)象具體體現(xiàn)在：實現(xiàn)控制的變量范圍窄；控制速度慢、準確度低；很難與直升機的飛行系、火力控制系統(tǒng)進行綜合控制。直升機發(fā)動機的控制系統(tǒng)目前采用的是全功能數(shù)字電子控制系統(tǒng)，可以合理的推進我國渦輪軸數(shù)字控制發(fā)動機系統(tǒng)技術(shù)的進一步發(fā)展，促進直升機在飛行準備方面更加容易，從而減輕直升機駕駛員的負擔，還能有效的改善直升機的敏捷性與機動性，還能確保為武裝直升機建立穩(wěn)定的平臺，為我國直升機發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)建立穩(wěn)固的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，我國的直8、直9等直升機在換裝的過程中，都在廣泛的運用全功能數(shù)字式的電子控制技術(shù)。正在進行研究的直升機發(fā)動機采用的就是全功能數(shù)字式電子控制技術(shù)，同時還在設(shè)計一體化的直升機發(fā)動機系統(tǒng)，最終實現(xiàn)綜合控制直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)。

二、直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)的技術(shù)方案

直升機發(fā)動機數(shù)字控制式電子系統(tǒng)中包括：燃油泵；燃油計量裝置；溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、流量等不同的傳感器；執(zhí)行機構(gòu)與數(shù)字電子控制器。直升機發(fā)動機是由燃油管理模塊與電子控制器組織而成。直升機發(fā)動機數(shù)字式控制技術(shù)的主要功能有：實現(xiàn)發(fā)動機自動啟動與自動停車；功能狀態(tài)控制；轉(zhuǎn)速恒速控制動力渦輪等等科學性的控制系統(tǒng)。當前直升機發(fā)動機數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)共分為兩種類型：一種就是雙通道全功能數(shù)字控制系統(tǒng)，機械液壓備份操縱；另一種就是為單通道全功能數(shù)字控制系統(tǒng)，配置機械液壓備份操縱?，F(xiàn)就我國正在研究的直升機全功能數(shù)字是控制系統(tǒng)的單通道控制系統(tǒng)加液壓備份操縱，并概述典型直升機數(shù)字控制技術(shù)方案。

（1）自動控制方式的控制要求

第一，控制直升機發(fā)動機功率狀態(tài)。直升機發(fā)動機狀態(tài)控制是由裝在控制板上的管理開關(guān)，將開關(guān)量信號輸給電子控制器，可以設(shè)置三個控制狀態(tài)停車、慢車、飛行。當管理開關(guān)從停車調(diào)節(jié)到慢車的位置時，或者從停車再轉(zhuǎn)播到飛行的位置直升機就能自動啟動；要想實現(xiàn)管理開關(guān)設(shè)置到飛行的位置需要經(jīng)過慢車再設(shè)置到停車的位置才能實現(xiàn)停車，在這樣的情況下，可以避免空中的失誤操作引發(fā)的直升機發(fā)動機在空中停止。

第二，動力渦輪轉(zhuǎn)速控制。動力渦輪應(yīng)用恒速進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的范圍可以根據(jù)直升機的需求選擇。

第三，總距負載一功率控制。在直升機總距桿下部設(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，給定旋翼的負載變化，提前補償調(diào)節(jié)發(fā)動機的功率，以此來減少旋翼的轉(zhuǎn)速變化，改善發(fā)動機的響應(yīng)狀態(tài)。

第四，單發(fā)訓練飛行控制。加強培訓飛行員的飛行技術(shù)，確保飛行員在飛行過程中遇到故障時具備自行處理的能力。當選擇好需要飛行的直升機時，發(fā)動機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。而并不是單位選定飛行的那臺發(fā)動機，在某種程度上也會自動選擇功率較小的待機狀態(tài)。在駕駛艙的電氣控制板可設(shè)置上訓練飛行器的開關(guān)，以這樣的方式來控制兩臺發(fā)動機。

第五，控制應(yīng)急功率。如果，當一臺發(fā)動機出現(xiàn)功率上的驟降時，另一臺發(fā)動機出現(xiàn)自動進入最大限度的應(yīng)急功率時，自動進入最大應(yīng)急功率的發(fā)動機在進入工作時或者結(jié)束工作后應(yīng)該根據(jù)下降功率允許的時間段才能實施飛行。當飛行員能夠自主掌控飛機飛行的情況下，不愿發(fā)動機進入最大應(yīng)急功率時，可以充分利用設(shè)置應(yīng)急控制開關(guān)來實現(xiàn)目的。例如，自動設(shè)置開關(guān)與限定設(shè)置兩個不同的位置，在設(shè)置過程中，自動設(shè)置可是實現(xiàn)發(fā)動機進入最大程度的應(yīng)急功率狀態(tài)，限定位置指的是所允許的功率不可以超過限定的范圍。

第六，雙發(fā)扭矩/溫度配平控制。發(fā)動機雙發(fā)功率可以選擇控制雙發(fā)扭矩與溫度配平控制的兩種方式，在這樣的情況下，可以有效的利用扭矩配平方式；溫度配平方式只限于使用在發(fā)動機的后期或者是將發(fā)動機進行新舊配置，這樣是避免舊有的發(fā)動機在扭矩配平時功率衰減，這種情況會嚴重造成發(fā)動機超溫的現(xiàn)象，溫度配平控制可以選擇由駕駛艙設(shè)置開關(guān)。

（2）自動控制系統(tǒng)的顯示方案。

發(fā)動機控制系統(tǒng)顯示系統(tǒng)是由發(fā)動機的參數(shù)與顯示器組織而成。當發(fā)動機數(shù)字式電子控制器正處于工作狀態(tài)時，直升機的發(fā)動機參數(shù)集成器可以合理的利用電子控制器接受發(fā)動機的數(shù)據(jù)，其中還包括了發(fā)動機的重點故障、不重點故障、狀態(tài)信息等等，在一定的歌基礎(chǔ)中，還可以直接處理發(fā)動機的滑油溫度、壓力、燃油溫度信號。發(fā)動機參數(shù)采集器經(jīng)備份RS422單工串口與顯示器之間的通訊。

（3）手動控制方式功能和控制要求

在發(fā)動機數(shù)字式電子控制器發(fā)生故障時，可以利用設(shè)置獨立的備份機械液壓操縱系統(tǒng)來持續(xù)不斷的控制發(fā)動機。機械液壓操縱系統(tǒng)源于軟式推拉鋼索與操縱油門機構(gòu)組織而成。電子控制器在正常工作的狀態(tài)下，油門桿不與操縱聯(lián)動，而是將其設(shè)置在油門中立的位置，將故障情況的備份切換逐漸的提高，發(fā)動機還可以利用功率的起點將自動控制轉(zhuǎn)換至手動控制，以此來減少瞬時功率方面的落差。

結(jié)束語：

總而言之，直升機發(fā)動機全功能數(shù)字控制系統(tǒng)具備的機械液壓控制系統(tǒng)存在不可替代的優(yōu)勢，它不僅可以實現(xiàn)控制發(fā)動機的功率之外，還可以實現(xiàn)機械液壓控制系統(tǒng)不具備的管理功能。它還具備了余度控制、故障的檢測、顯示、抑制、自動監(jiān)控檢測、故障隔離、安全回路等措施，在某種程度上以最大的限度提高發(fā)動機控制系統(tǒng)的可靠性。在直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程中，發(fā)動機全功能數(shù)字控制系統(tǒng)定會為期提供正確的發(fā)展方向，在真正的意義上實現(xiàn)直升機飛控系統(tǒng)的綜合一體化控制。

參考文獻：

[1]趙松濤.小型無人直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].華南理工大學，2015.

[2]王小青，黃一敏，楊一棟，曾國貴.小型無人直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].航空動力學報，2007，12：2139-2142.

[3]胡傳東.直升機發(fā)動機控制系統(tǒng)[J].直升機技術(shù)，2000，01：50-57.

[4]李家云，陳華.直升機發(fā)動機數(shù)字控制系統(tǒng)仿真分析[J].直升機技術(shù)，2006，03：17-20.