典型發(fā)動機操縱系統(tǒng)優(yōu)缺點分析

徐建偉 房靜 李甜甜 李玉芳 王典

摘要：發(fā)動機操縱系統(tǒng)主要用以控制發(fā)動機的工作狀態(tài)，是飛機動力系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，本文從典型發(fā)動機操縱系統(tǒng)的特點進行分析，討論各典型操縱系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機操縱系統(tǒng);特點;優(yōu)缺點

引言

發(fā)動機操縱系統(tǒng)用以調(diào)節(jié)發(fā)動機一系列與速度、高度、功率狀態(tài)等有關(guān)的參數(shù)，以及相互關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)，控制發(fā)動機工作以達到所規(guī)定的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，并防止發(fā)動機在各種環(huán)境條件下和整個工作包線內(nèi)超過它的任一極限值。操縱系統(tǒng)的操縱形式主要有硬式、軟式和電調(diào)操縱三大類。

1硬式操縱系統(tǒng)

1.1典型示例

由拉桿、搖臂、扭力臂和滾輪導(dǎo)向件等主要構(gòu)件組成傳動機構(gòu)成為發(fā)動機硬式操縱系統(tǒng)。圖1為一種雙發(fā)飛機上發(fā)動機硬式操縱的安裝圖。

1.2特點

在硬式傳動機構(gòu)中，操縱力是由拉桿傳遞的，拉桿可以承受拉力或者壓力，硬式操縱系統(tǒng)中一般由多個連桿機構(gòu)串聯(lián)而成，而每個傳動機構(gòu)均有自身的傳動比，整個操縱系統(tǒng)的傳動比等于全部連桿機構(gòu)傳動比的乘積，即

1.3優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：①硬式操縱系統(tǒng)用金屬拉桿傳遞操縱力，操縱靈敏性很高，油門桿角度能迅速的反饋至發(fā)動機的油泵調(diào)節(jié)器;②金屬拉桿可以受一定的拉力和壓力，可以有效的實現(xiàn)增油和減油指令;③金屬拉桿在受操縱力時，由于操縱力較小，金屬拉桿產(chǎn)生的彈性形變不明顯，系統(tǒng)的空行程較軟式操縱系統(tǒng)小;

缺點：①由于采用金屬桿系，且駕駛艙油門操縱桿一般距離飛機發(fā)動機較遠，整個系統(tǒng)的重量較大，對飛機的經(jīng)濟性有一定的影響;②由于空間及設(shè)備的限制，硬式操縱不像鋼索可以繞過飛機內(nèi)部的一些設(shè)備和裝置，由此會進一步增加系統(tǒng)的鉸接點和連桿機構(gòu)，在增加重量的同時，由于連桿機構(gòu)如搖臂機構(gòu)、四連桿機構(gòu)或?qū)驒C構(gòu)增加，系統(tǒng)中間機構(gòu)傳動增多，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的傳動比不夠精確。

2軟式操縱系統(tǒng)

2.1典型示例

發(fā)動機軟式操縱系統(tǒng)主要由鋼索、滑輪、導(dǎo)向件、松緊螺套、軟軸等主要構(gòu)件組成。圖2為一種雙發(fā)飛機上發(fā)動機軟式操縱的安裝圖。

2.2特點

在軟式操縱系統(tǒng)中，操縱力是由鋼索傳遞的，鋼索只能承受拉力，不能承受壓力，因此，鋼索操縱實際上是由兩根承受拉力的鋼索組成回路，輪流工作。見圖3，是一種純機械軟式操縱系統(tǒng)示意圖，油門桿前推時增油鋼索受拉力，末級滑輪通過拉桿帶動發(fā)動機主動滑輪搖臂逆時針轉(zhuǎn)動，從而增加發(fā)動機燃油量;同理，油門桿后拉時，減油鋼索承受拉力，末級滑輪通過拉桿帶動發(fā)動機主動滑輪搖臂順時針轉(zhuǎn)動，從而減少發(fā)動機燃油量。

鋼索是由鋼絲編制的鋼絲繩，其材料主要有碳鋼和不銹鋼兩種。鋼索的尺寸應(yīng)滿足系統(tǒng)載荷的要求，并具有足夠的安全系數(shù)，在傳遞主要載荷的地方，鋼索尺寸應(yīng)根據(jù)極限使用載荷不超過鋼索額定破壞強度的67%，并且不超過滑輪所允許的鋼索最大極限使用載荷，鋼索直徑一般選取1.8mm～4.5mm。

當鋼索在工作中圍繞滑輪受到彎曲時，其鋼索中鋼絲的彎曲應(yīng)力計算公式為

f=0.466

式中：

f彎曲應(yīng)力

E鋼絲的彈性模量

d鋼絲外徑

D滑輪根徑

彎曲應(yīng)力可以與直線張力載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力相當，較小的滑輪會大大地增加彎曲應(yīng)力和降低鋼索壽命。

滑輪用來支持鋼索和改變鋼索的運動方向，通常用硬鋁合金或夾布膠木材料制成。鋼索纏繞部分隨鋼索行程而改變，滑輪在中立位置的初始纏繞部分至少應(yīng)為鋼索在任一方向全行程的115%。對于大多數(shù)使用情況來說，滑輪槽半徑應(yīng)用的一個公式為

式中：

Rr根半徑或底半徑

C鋼索直徑

在設(shè)計時，要充分考慮鋼索包角、滑輪直徑和鋼索槽尺寸，滑輪的直徑根據(jù)包角來選定，但一般不得小于鋼索直徑的20倍。為了防止鋼索從他們的滑輪上脫出以及鋼索與滑輪偏磨，要求精度校正，固定安裝的滑輪相對鋼索的不共面度應(yīng)在2°范圍內(nèi)，為保證這一限制，設(shè)計的不共面度通常在0.5°范圍內(nèi)。

2.3優(yōu)缺點

優(yōu)點：①系統(tǒng)構(gòu)造簡單，重量小，比較容易繞過機內(nèi)設(shè)備和裝置;②機械式結(jié)構(gòu)，可靠性高。

缺點：①鋼索若與機身結(jié)構(gòu)相磨，易導(dǎo)致鋼索斷絲進而斷裂，且同時需保證鋼索線系與滑輪槽邊緣角度，安裝精度要求高;②鋼索受拉時易伸長，造成空行程、響應(yīng)滯后，系統(tǒng)操作精度低，且同時存在油門操縱臺特定轉(zhuǎn)速點與發(fā)動機油泵調(diào)節(jié)器特定轉(zhuǎn)速點不一致的問題;③鋼索斷裂會直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法使用，而鋼索斷絲不易預(yù)測，需經(jīng)常維護，且重點部位必須增加維護點。

3電控操縱系統(tǒng)

3.1典型示例

發(fā)動機電控操縱系統(tǒng)使用電纜代替機械傳動裝置，把駕駛員的操縱指令轉(zhuǎn)換成電信號，直接傳遞到發(fā)動機上的發(fā)動機控制機構(gòu)。圖4為波音777-200飛機上發(fā)動機電控操縱的安裝圖。

3.2特點

發(fā)動機電控操縱系統(tǒng)主要由油門桿角位移傳感器（解算器）、電子發(fā)動機控制裝置（EEC）、執(zhí)行機構(gòu)、飛行管理系統(tǒng)中的推力管理功能、信號傳遞線路等部分組成，主要特點為設(shè)置有EEC和具有完善的信號反饋控制回路。

3.3優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：①電控操縱系統(tǒng)具有體積小、重量輕、布局靈活、便于信號綜合與交聯(lián);②消除了機械操縱系統(tǒng)中的摩擦、間隙、非線性因素以及環(huán)境溫度和飛機結(jié)構(gòu)變形的影響，使發(fā)動機操縱品質(zhì)和性能得到根本改善;③采用冗余設(shè)計的控制系統(tǒng)的可靠性大大提高，可以減少維護疏忽、自然影響和人為因素引起的不可預(yù)知的故障影響，提高了飛機飛控系統(tǒng)的可靠性和安全性。

缺點：①系統(tǒng)電氣復(fù)雜度提高，成本相應(yīng)提高，易受雷擊和電磁脈沖波干擾影響;②飛機上能否采用發(fā)動機電控操縱系統(tǒng)，主要取決于發(fā)動機是否具備電子發(fā)動機控制裝置，存在一定的局限性。

4結(jié)束語

機械式（硬式、軟式）、電控式發(fā)動機油門操縱系統(tǒng)特均有各自的優(yōu)缺點，綜合以上分析，針對構(gòu)型復(fù)雜度、控制精度、可靠性、維護性這四個方面進行對比：

構(gòu)型復(fù)雜度：機械式操縱系統(tǒng)構(gòu)型復(fù)雜，部件較多;電控式操縱系統(tǒng)構(gòu)型簡單，僅需要較少的控制盒和裝置（硬式>軟式>電控）;

控制精度：機械式操縱系統(tǒng)因存在中間傳動單元，傳動精度低于電控式（電控>硬式>軟式）;

可靠性：機械式操縱系統(tǒng)故障模式較單一，電控式操縱系統(tǒng)故障模式較多（硬式>軟式>電控）;

維護性：機械式操縱系統(tǒng)需定期維護保養(yǎng)，電控式操縱系統(tǒng)無需定期維護保養(yǎng)（電控>硬式=軟式）;

參考文獻

董云峰.淺談發(fā)動機操縱系統(tǒng)的設(shè)計與改進[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新.2017（24）.