淺析航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)

賀振亞

摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)的使用有助于發(fā)動(dòng)機(jī)推力以及飛機(jī)戰(zhàn)斗性能等的提升?，F(xiàn)階段，盡管全球均競相對(duì)先進(jìn)科技、新型材料等的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行研究，這不僅令航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力系統(tǒng)逐漸朝著小型化、一體化、現(xiàn)代化等方向演變，也在很大程度上提升了其安全性能。該作筆者主要針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)的基本概述、系統(tǒng)組成及工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀及方向等內(nèi)容進(jìn)行了論述，具體內(nèi)容如下文所述。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)、加力控制系統(tǒng)、加力燃燒室

一、前言

對(duì)于高性能的戰(zhàn)斗機(jī)而言，它們的發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)的性能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。經(jīng)過各國對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室、尾噴口、控制系統(tǒng)等的長期研究與發(fā)展，目前在世界范圍內(nèi)漸漸形成了歐美與俄國兩種較為典型的風(fēng)格?，F(xiàn)如今，伴隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控技術(shù)的深入研發(fā)，再加上對(duì)各類新型復(fù)合材料越來越廣泛的使用，使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能獲得了很大程度上的提升，尤其是在安全性能方面，與之前相比有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，在系統(tǒng)故障與風(fēng)險(xiǎn)的防范、減輕損失及保障飛行安全等方面均得到了有效的強(qiáng)化保障。

二、航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)概述

（一）基本概述

所謂“加力控制”，主要指復(fù)燃加力控制。加力控制系統(tǒng)通常是與主發(fā)動(dòng)機(jī)的工作同步進(jìn)行的，因而加力控制系統(tǒng)和主機(jī)控制系統(tǒng)二者必然是同步展開作業(yè)的。從形式上來講，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加力控制系統(tǒng)可以具體細(xì)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)以及二者兼具的系統(tǒng)。此外，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際作業(yè)的過程中需要確保渦輪膨脹比的穩(wěn)定，所以對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，其基本功效為：在噴口面積出現(xiàn)一定變動(dòng)或者發(fā)動(dòng)機(jī)干擾輸入量造成渦輪膨脹比變動(dòng)時(shí)，借助調(diào)節(jié)加力燃油流量令渦輪膨脹比恢復(fù)至給定值。

（二）控制原理及結(jié)構(gòu)方案

加力供油量以及尾噴口面積是目前加力控制系統(tǒng)可以采取的主要控制量;與此同時(shí)，可能的被控制量則主要包括加力溫度、加力燃油比以及渦輪落壓比等。

因?yàn)榧恿┯土看?，所以一般情況下會(huì)采用依靠發(fā)動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)的燃油泵進(jìn)行供油操作。在加力過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速幾乎不發(fā)生變化，因而用開口節(jié)流的模式達(dá)到控制油量的效果。

三、加力燃油泵的研究現(xiàn)狀及成果剖析

（一）加力燃油泵的基本要求及其發(fā)展

對(duì)加力供油系統(tǒng)而言，加力燃油泵是最重要、不可或缺的一個(gè)部件，其對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能及壽命周期等均具有決定性作用，伴隨著高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的普及以及飛行范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)加力泵提出了高轉(zhuǎn)速、大流量、耐高溫、抗振、運(yùn)行安全穩(wěn)定等一系列更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

柱塞泵、離心泵、汽心泵等是幾類最常用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃油泵。其中，柱塞泵在早期曾經(jīng)被當(dāng)作中小推力的加力燃油泵，然而由于流量的有限性、結(jié)構(gòu)與技術(shù)工藝的復(fù)雜性、制造的高精度、較差的耐臟性等缺陷，令其在加力燃油控制系統(tǒng)中面臨淘汰;相比之下，離心泵則擁有更大的流量、更低的單位成本、更小的泵質(zhì)量，架構(gòu)不復(fù)雜，流量相對(duì)容易控制和調(diào)節(jié)，更適用于軍用戰(zhàn)斗機(jī)。但是離心泵存在壓力擺動(dòng)較大、小流量溫升高等問題，這點(diǎn)始終是加力燃油系統(tǒng)研制過程中亟待解決的難點(diǎn)之一。

（二）俄羅斯的研究狀況剖析

俄羅斯的P292300型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油系統(tǒng)整體上選取“兩泵三用”的研發(fā)策略，即為：由柱塞泵（主泵）提供主燃油系統(tǒng)以及小加力燃油，離心泵（加力泵）則負(fù)責(zé)提供小加力以上的燃油，在主泵發(fā)生故障的情況下，主系統(tǒng)與加力燃油系統(tǒng)共用加力離心泵，如此一來便能夠有效防止離心泵出現(xiàn)小流量溫升高、壓力擺動(dòng)大等各類問題，同時(shí)還能夠大大增加主系統(tǒng)的余度。這是俄羅斯離心泵研究的獨(dú)到之處，在簡化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化了整個(gè)加力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，真正做到了揚(yáng)長避短。

（三）歐美國家的研究方向及成果

美國主要是依靠單獨(dú)配備一個(gè)旋板泵并將其作為啟動(dòng)泵的方法來解決離心泵小流量溫升高、壓力擺動(dòng)大這一困擾。除此之外，在合理范圍內(nèi)降低加力控制系統(tǒng)的質(zhì)量也是研究中至關(guān)重要的一項(xiàng)內(nèi)容。當(dāng)前美國普惠集團(tuán)與桑特思朗公司二者正在聯(lián)合研發(fā)、使用輕型復(fù)合材質(zhì)的加力燃燒泵，它的基本特征即為耐高溫、抗腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)量小。

以英國為代表的許多歐洲國家也在加力燃油泵的研究方面取得了一些成績。像英國的道蒂公司上世紀(jì)50年代便開始了對(duì)汽心泵的研究，并且在十幾年后便首次將汽心泵用于軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃油系統(tǒng)當(dāng)中，在不足十年的時(shí)間內(nèi)便令汽心泵在整個(gè)歐洲的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用。

四、典型加力控制系統(tǒng)研究

（一）加力數(shù)控系統(tǒng)的研究

當(dāng)前，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力性能的迅速提升，對(duì)加力控制系統(tǒng)的功能、效應(yīng)以及計(jì)算能力等均提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，實(shí)際所需的控制及測量參數(shù)也日益增加，進(jìn)一步令液壓機(jī)械式燃油系統(tǒng)逐漸朝著全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)方向演進(jìn)。像美、英等西方國家早在上世紀(jì)60年代末期便開始了對(duì)全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)的研究，并且于70年代中期便在軍用發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行了數(shù)字電子控制系統(tǒng)的驗(yàn)證，進(jìn)一步證實(shí)了數(shù)控系統(tǒng)完全能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際使用、維護(hù)保養(yǎng)、系統(tǒng)性能等諸多方面的需求。全權(quán)限數(shù)控系統(tǒng)的深入研究與廣泛利用，使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加力控制性能逐步獲得改進(jìn)與提升，同時(shí)能夠令發(fā)動(dòng)機(jī)性能在趨近理想的限制條件下開展作業(yè)。

（二）開環(huán)加力溫控系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要依靠補(bǔ)償原理，并參照干擾量變化作業(yè)，也就是按照流過發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量，對(duì)供油量進(jìn)行調(diào)控。氣壓調(diào)節(jié)器與流量活門是開環(huán)加力溫控系統(tǒng)的主要組成部分。其中，氣壓調(diào)節(jié)器主要是由測量原件、杠桿、調(diào)節(jié)彈簧、噴嘴擋板液壓控制器及油泵等共同構(gòu)成;流量活門則主要由活門、襯套及調(diào)準(zhǔn)彈簧等構(gòu)成。需要注意的是，在壓氣機(jī)出口壓力值一定的情況下，氣壓控制器供給的油量必須同開環(huán)控制所要求的油量保持一致。

五、結(jié)束語

綜上，本文主要針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)的概念及組成、各國對(duì)于加力燃油泵的研究狀況及成果、典型加力控制系統(tǒng)研究等方面的內(nèi)容進(jìn)行了全面論述，旨在為今后發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)的研究工作提供必要的參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]馬龍等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力控制系統(tǒng)的研究與發(fā)展[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制，2016.

[2]樊思齊，徐蕓華.航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加力控制及典型系統(tǒng)[J].航空推進(jìn)系統(tǒng)控制，2015.