淺談航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)發(fā)展

張世宇

[摘要]本文主要圍繞著航空機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展展開探討，分析了航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)發(fā)展歷程，同時(shí)，探討了航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展重點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]航空 機(jī)電系統(tǒng) 綜合技術(shù) 發(fā)展

一、前言

隨著科技的發(fā)展，航空機(jī)電技術(shù)的也取得了長足的進(jìn)步，目前，航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)已經(jīng)成為了航空技術(shù)的重要領(lǐng)域，分析其發(fā)展的歷程，并探討今后的發(fā)展道路非常有必要。

二、機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)發(fā)展歷程

目前，美國對(duì)于航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)的研究最為前列和前衛(wèi)，研究開始于20世紀(jì)80年代，美國制定了一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)電綜合研究方案，這個(gè)方案體現(xiàn)出了機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)研究的連續(xù)性和繼承性。如圖1所示。

（一）公共設(shè)備管理系統(tǒng)（uMs）計(jì)劃

一般而言，以往的機(jī)電都是使用專用控制器，而且數(shù)量很多，這種普遍的效果造成了機(jī)電的可靠性不佳，信息沒有辦法大量的共享。因此，從20世紀(jì)80年代開始，英國驗(yàn)證機(jī)計(jì)劃（EAP）研發(fā)出了公共設(shè)備管理系統(tǒng)（我國稱之為機(jī)電綜合管理系統(tǒng)），這種公共設(shè)備管理系統(tǒng)包括了4個(gè)處理器機(jī)，這一研發(fā)打破了機(jī)電系統(tǒng)一直以來依賴于大量的專用控制器和電源轉(zhuǎn)換模塊的情況，讓機(jī)電系統(tǒng)更加容易得到控制，系統(tǒng)的布局也更加科學(xué)，信息共享的空間也更加廣闊。這種公共設(shè)備管理系統(tǒng)不僅在外型上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)飛躍，減少了制造成本，減輕了重量，更為重要的是讓飛行員的工作更加具有效率，這種機(jī)電綜合系統(tǒng)已經(jīng)被使用在F-22、F-35戰(zhàn)斗機(jī)和A380、波音787客機(jī)上。

（二）“熱油箱”燃油熱管理系統(tǒng)計(jì)劃

飛機(jī)中的電子設(shè)備不斷增加，需要解決的問題也越來越多，采用傳統(tǒng)的沖壓空氣當(dāng)做熱沉已經(jīng)沒有適應(yīng)當(dāng)時(shí)的飛機(jī)飛行的需要，所以，飛機(jī)的熱管理必須得到提升，飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣也必須要提高效率。20世紀(jì)80年代，美國空軍開展了名為“熱油箱”燃油熱管理系統(tǒng)計(jì)劃。在這個(gè)計(jì)劃中，第一次使用了JP8+100耐高溫燃油來當(dāng)做熱沉進(jìn)行蓄熱活動(dòng)，這一做法的效果是值得肯定的，它大大降低了環(huán)控系統(tǒng)在引氣方面的需要，還有效的提升了熱管理的效果。

（三）多電飛機(jī)（MEA）計(jì)劃

一直以來，飛機(jī)的飛行可靠性都不高，于是提出了全電飛機(jī)的概念，但是，要想快速實(shí)現(xiàn)全電飛機(jī)，令飛機(jī)上的機(jī)電都可以采用二次電源進(jìn)行供電，這幾乎是不可能的事情，所以，美國在20世紀(jì)70年代提出了多電飛機(jī)的計(jì)劃，用于暫時(shí)的取代全電飛機(jī)計(jì)劃。多電飛機(jī)計(jì)劃主要內(nèi)容是要求飛機(jī)上的機(jī)電設(shè)備和操作的能源均采用二次電能，不論是啟動(dòng)發(fā)電，還是電力剎車，都進(jìn)行了進(jìn)一步探索。多電飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是減輕了重量，操作更加簡便，易于維修，成本很低?，F(xiàn)在，該成F-22、F-35戰(zhàn)斗機(jī)上都采用了這種形式。

（四）子系統(tǒng)綜合技術(shù)演示驗(yàn)證（J/IST）計(jì)劃

多電飛機(jī)方案提出的時(shí)候，沒有考慮到大系統(tǒng)、多系統(tǒng)懂得綜合問題，也沒有想到飛機(jī)的隱身和激動(dòng)限制也會(huì)導(dǎo)致熱管理效率限制。為了進(jìn)一步的探索這個(gè)深刻的問題，1995年，美國空軍開始實(shí)施子系統(tǒng)綜合技術(shù)演示驗(yàn)證計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃主要是進(jìn)行幾十個(gè)演示實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，目的是為了進(jìn)一步分析多電飛機(jī)的熱管理限制情況。

（五）綜合飛行器能量技術(shù)（INVENT）計(jì)劃和能量優(yōu)化飛機(jī)（EOA）計(jì)劃

2008年6月，美國空軍開始宣布要開展“綜合飛行器能量技術(shù)”計(jì)劃，提出了一個(gè)全新的概念：“能量優(yōu)化飛機(jī)”。在這個(gè)計(jì)劃中，綜合飛行器能量技術(shù)是其中一個(gè)最為關(guān)鍵的計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃主要研究都集中在F-35飛機(jī)中，盡量提高飛機(jī)的熱管理效率，同時(shí)，大大縮減地面維護(hù)時(shí)間。這個(gè)計(jì)劃分成三個(gè)階段，分別關(guān)注近期、中期和遠(yuǎn)期的新技術(shù)，關(guān)注高超聲速平臺(tái)、超聲速遠(yuǎn)程攻擊等等技術(shù)。這個(gè)計(jì)劃期待可以完全解決飛機(jī)的熱管理問題。該計(jì)劃開拓了一種基于模型的設(shè)計(jì)方式，已經(jīng)探索出了一個(gè)“綜合飛行器能量技術(shù)建模需求與實(shí)現(xiàn)計(jì)劃”框架。

三、機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)

（一）基于模型的機(jī)電綜合系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)

基于模型的機(jī)電綜合系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)的核心是模型設(shè)計(jì)方式，運(yùn)用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)的模式來代替靜態(tài)的數(shù)據(jù)表格，這種模式可以非常準(zhǔn)確的各個(gè)機(jī)電系統(tǒng)之間的相互作用和運(yùn)行情況。該技術(shù)不僅可以構(gòu)建飛機(jī)的自適應(yīng)動(dòng)力與熱管理系統(tǒng)、燃油熱管理系統(tǒng)與飛行器系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成熱模型仿真回路，高性能電作動(dòng)系統(tǒng)、高魯棒性電源系統(tǒng)與飛行器系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)組成電能模型仿真回路，積極使用硬件在回路測(cè)試，進(jìn)一步解決飛機(jī)的能源問題，提高管理效果。

（二）機(jī)電綜合管理技術(shù)

機(jī)電綜合管理系統(tǒng)主要運(yùn)行的方式是同時(shí)享用機(jī)電系統(tǒng)的硬件設(shè)備性能，進(jìn)而有效的進(jìn)行信息共享，在這個(gè)過程中，又能夠和飛控系統(tǒng)、推進(jìn)控制系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行融合，使得信息的融合更加的密切，這就為機(jī)電系統(tǒng)的控制和管理工作提供了必要的基礎(chǔ)，使得系統(tǒng)更加易于控制和監(jiān)控。飛行員操作這種系統(tǒng)將更加的簡單易信。機(jī)電綜合管理技術(shù)的主要核心理念是進(jìn)行綜合性控制，通過綜合性控制飛機(jī)，讓機(jī)電系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行融合，衍生出新的控制系統(tǒng)，包括閉式環(huán)控系統(tǒng)、主動(dòng)重心控制系統(tǒng)等等。

四、結(jié)束語

綜上所述，航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)在不斷的發(fā)展過程中得到完善，今后還需要進(jìn)一步的對(duì)航空機(jī)電系統(tǒng)綜合技術(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而探討其中的關(guān)鍵性技術(shù)，提高航空機(jī)電系統(tǒng)的綜合技術(shù)水平。