航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)展趨勢(shì)分析

蘇鴻翔，徐幸超，李文浩

（烏克蘭國(guó)立航空大學(xué)，烏克蘭 基輔 03058）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和控制技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)其要求也在逐漸提高，這對(duì)航空工作人員來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)具備良好的續(xù)航能力以及高性能是飛機(jī)行業(yè)想要獲得穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的重要前提，同時(shí)還應(yīng)該要求發(fā)動(dòng)機(jī)有著較長(zhǎng)的使用壽命、續(xù)航能力強(qiáng)、燃油消耗較低、能夠保持著良好的靈活性以及高的推重比。為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效保護(hù)以及提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就需要按照一定的原則和發(fā)動(dòng)機(jī)工作的標(biāo)準(zhǔn)要求來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)可調(diào)部件的控制。由此可以看出在飛機(jī)行業(yè)中航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)需要受到我國(guó)的重視，增強(qiáng)對(duì)其控制系統(tǒng)的研究以及對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)的探究。

1 當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制的現(xiàn)狀

（1）自動(dòng)化程度不足?，F(xiàn)如今我國(guó)的信息化技術(shù)正在飛速發(fā)展，數(shù)字化控制技術(shù)在獲得較大發(fā)展同時(shí)也得到了普及，但就我國(guó)目前的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，仍然存在著很大的問題，智能化和自動(dòng)化的應(yīng)用是我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的不足之處。數(shù)控機(jī)床和我國(guó)的數(shù)控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有著非常緊密的聯(lián)系，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一些零部件已然能夠通過數(shù)控機(jī)床來進(jìn)行加工和生產(chǎn)，但是并沒有達(dá)到全部，仍然有一些零部件不能夠結(jié)合著數(shù)控技術(shù)來進(jìn)行加工生產(chǎn)，導(dǎo)致這一問題的原因值得思考，例如加工的類型、加工的功能以及設(shè)備的利用率等等。數(shù)控技術(shù)設(shè)備隨著我國(guó)技術(shù)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的穩(wěn)步前進(jìn)必然會(huì)代替原有的加工設(shè)備，使用新型的設(shè)備對(duì)于提高零部件的性能和質(zhì)量也有著很大的作用。就目前的發(fā)展來看相比于歐美先進(jìn)制造企業(yè)我國(guó)的數(shù)控設(shè)備自動(dòng)化控制仍然有著很大的差距。在數(shù)控設(shè)備自動(dòng)化控制中我國(guó)對(duì)于人力仍然有著一定程度上的需求，在生產(chǎn)加工的過程中仍然需要人員進(jìn)行操作，在一些國(guó)外的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)加工企業(yè)中，已經(jīng)能夠讓自動(dòng)化和智能化在零部件的生產(chǎn)加工中得到很好的實(shí)現(xiàn)，在生產(chǎn)加工的過程中基本上實(shí)現(xiàn)無人操作。

（2）缺乏成熟度較高的關(guān)鍵技術(shù)。加工的方式在航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控技術(shù)中是多種多樣的，不僅有著現(xiàn)代化的加工方式，同時(shí)還有著一些傳統(tǒng)的加工方式，在現(xiàn)代化的加工方式中主要有電火花加工方式，電化學(xué)加工方式以及激光的加工方式等等一些具有現(xiàn)代化的加工方式，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加工和控制在數(shù)控技術(shù)的發(fā)展中得到了持續(xù)的提升。數(shù)控技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)中發(fā)揮著極其重要的作用和意義，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造到裝配的全部周期中都極其重要。雖然說我國(guó)的數(shù)控技術(shù)在近些年來有著一定程度上的發(fā)展，但是仍然存在著很大的問題，有著很大的提升空間，沒能夠掌握數(shù)控技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)和高新技術(shù)，就會(huì)對(duì)我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造產(chǎn)生一定程度上的影響，使數(shù)控技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中無法得到很好的應(yīng)用。在拓展應(yīng)用的過程中，還有很多的技術(shù)存在著一定程度上的困難和瓶頸，例如一些智能化的技術(shù)、動(dòng)態(tài)綜合補(bǔ)償技術(shù)以及高速鋼筋運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等等。

（3）自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)。近些年來人們對(duì)于交通出行的要求隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的持續(xù)上升而逐漸提高，同時(shí)也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功能和設(shè)計(jì)提出了更高要求，具有經(jīng)濟(jì)可承受性的遠(yuǎn)程、全天候以及多用途的特征是飛機(jī)設(shè)計(jì)的逐漸發(fā)展趨勢(shì)。在實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)具備更高的推重比同時(shí)還有實(shí)現(xiàn)巡航效率的增加，以及在飛行過程中油耗的降低。近些年來自適應(yīng)巡航發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在我國(guó)航空飛機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，這樣一來就能夠解決低油耗以及隱身性能等難題，同時(shí)還能夠解決航空飛機(jī)所需要具備的大推力，飛機(jī)自身的熱烈循環(huán)系統(tǒng)能夠通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)的一些零部件的幾何形狀位置以及尺寸就能夠得到很好的提升，實(shí)現(xiàn)在多種任務(wù)的模式下綜合油耗的降低，同時(shí)還能夠通過對(duì)氣流的利用來減少飛行過程中的阻力，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)整體性能的有效提高，增強(qiáng)飛機(jī)的續(xù)航能力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)靈活性。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)展的趨勢(shì)

（1）高速切削技術(shù)。近些年來發(fā)動(dòng)機(jī)的性能由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的增多而獲得了持續(xù)提升，各種零部件的精密度在相應(yīng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用要求越來越高。在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中隨著信息時(shí)代的全面到來和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及一些新材料、新科技和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，為了能夠?qū)崿F(xiàn)良好的加工效率，以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的穩(wěn)定進(jìn)步和較高的表面質(zhì)量，就要求在未來的發(fā)展中數(shù)控加工技術(shù)要進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)來實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的客觀要求。高速切割技術(shù)相比常規(guī)切削技術(shù)能夠更好地減少加工的時(shí)間，同時(shí)還能夠減少切削所用的剪切力，提高切削速度和材料的去除率。高速切削技術(shù)還能夠減少因?yàn)闇囟壬仙斐傻呐蛎浐蜔嶙冃蔚鹊葐栴}的產(chǎn)生。在一些細(xì)長(zhǎng)零件的加工和設(shè)計(jì)過程中高速切削技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，高速切削機(jī)床是高速切削技術(shù)有效應(yīng)用的重要依據(jù)。一般情況下必須要能夠?qū)崿F(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速在每分鐘達(dá)到12000轉(zhuǎn)的機(jī)床才能夠被稱之為高速機(jī)床。在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)展技術(shù)中高速切削技術(shù)的應(yīng)用較少，因?yàn)閷?duì)于設(shè)備以及零件的要求較高，因此在現(xiàn)階段是很難以實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。但高速切削技術(shù)在未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展過程中是一個(gè)必然的趨勢(shì)，因?yàn)楦咚偾邢骷夹g(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)加工質(zhì)量和加工效率的提升，同時(shí)還能夠在很大程度上降低加工的成本。在一些微小零件和薄壁件的加工過程中，拋光和打磨的修整環(huán)節(jié)是較為麻煩的，因此可通過應(yīng)用高速切削技術(shù)直接獲得一些較高的表面質(zhì)量來減少這些修整環(huán)節(jié)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)整體加工時(shí)間的縮短。

（2）先進(jìn)的部件技術(shù)。在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體重量中有20%的重量是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)所占據(jù)的，因此我國(guó)需要加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)重量的控制來有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，以及在一定程度上減少發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，計(jì)量部件、電連接器、外罩、電器配件以及變速箱油泵是控制系統(tǒng)中重量的主要來源。在現(xiàn)如今的不斷研發(fā)中，通過對(duì)各種各樣新型材料的應(yīng)用已然能夠在很大程度上減輕控制系統(tǒng)的重量。一般來說可以使用一些復(fù)合材料的部件來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)部分質(zhì)量的減輕，因?yàn)檫@些復(fù)合材料部件具有著強(qiáng)度高、重量輕的特點(diǎn)，這樣一來就能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)金屬材料的重量得到很大的減輕，可以使用光纖電纜來替代金屬導(dǎo)線。為了能夠使金屬導(dǎo)管及傳動(dòng)件的重量減輕，還可以應(yīng)用電子自動(dòng)契合電動(dòng)泵來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)復(fù)合材料的使用還能夠使油泵的重量得到很大減輕。在設(shè)計(jì)和制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用復(fù)合材料有著很好的重量減輕效果，因?yàn)閺?fù)合材料有著許多優(yōu)質(zhì)的特性，例如一些耐火耐高溫的聚酰亞胺，強(qiáng)度高且耐高溫的環(huán)氧樹脂以及一些熱塑性好的材料等等。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制系統(tǒng)。在我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展過程中自適應(yīng)控制系統(tǒng)是一種發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)也具有著良好的發(fā)展前景，對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力來說也有著有效提升。由于發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)都采取了數(shù)字電子控制技術(shù)，使這項(xiàng)一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性大大增加。為了能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)最佳性能的控制與設(shè)計(jì)，可研究出一種綜合系統(tǒng)控制的方法，將原有控制系統(tǒng)的功能拓展為智能控制系統(tǒng)的功能，這也是發(fā)動(dòng)機(jī)智能控制系統(tǒng)的一個(gè)研究的方向，改變后智能的系統(tǒng)就能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的可維護(hù)性和可靠性實(shí)現(xiàn)有效提升，同時(shí)還能夠讓飛機(jī)和推進(jìn)系統(tǒng)的性能得到極大的提高。其次，航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步也能夠通過智能化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，多控制模式以及多調(diào)節(jié)變量的特征是只自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)所具備的一些優(yōu)勢(shì)特征所在，因此為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)就需要一些相關(guān)的控制技術(shù)來保證，例如新型的傳感器、先進(jìn)的電子硬件以及燃油泵系統(tǒng)和新型執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)循環(huán)控制系統(tǒng)的研制隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)朝著智能化和人工系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的方向進(jìn)一步發(fā)展，讓自適應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值充分發(fā)揮，真正展現(xiàn)出自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)性能，這樣就能夠給我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供一個(gè)良好的保障。

（4）分布式控制。FADEC是我國(guó)目前發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中所集中采用的一種結(jié)構(gòu),FADEC要完成的功能爆炸性會(huì)隨著控制系統(tǒng)復(fù)雜性的增加而增加,同時(shí)FADEC中龐大和復(fù)雜的軟件，以及它的重量和外形尺寸的增加都會(huì)使軟件的可靠性在很大程度上下降，因此，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程中就可以應(yīng)用高度分布式控制系統(tǒng)，它主要是由多個(gè)智能裝置和FADEC智能傳感器，中央處理器以及智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成的局域網(wǎng)。通過對(duì)分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用還能夠使其質(zhì)量得到減輕，這樣就能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比得到很大提高。傳感器系統(tǒng)的精度同時(shí)也能夠通過采用智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能傳感器來實(shí)現(xiàn)提高，獲取更多的系統(tǒng)信息。智能作動(dòng)器、微電子機(jī)械以及智能傳感器都是分布式控制系統(tǒng)中所涉及到的許多關(guān)鍵技術(shù)，但是高溫電子技術(shù)才是其中最為主要的一項(xiàng)，這些智能的部件都是處在較為惡劣的工作環(huán)境中，因此就需要提高高溫電子技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)全面應(yīng)用。

3 結(jié)語

總的來說為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，就需要增強(qiáng)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的重視程度。結(jié)合目前的發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)存在的一些問題和航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展來進(jìn)行針對(duì)性的解決，將航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)中的關(guān)鍵點(diǎn)，緊跟著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展來審視航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)。