现代航空发动机控制技术进展研究

现代航空发动机控制技术进展研究

摘要：随着科技的进步，促进我国航空事业的快速发展。航空发动机具备良好的续航能力以及高性能是飞机行业想要获得稳定持续发展的重要前提，同时还应该要求发动机有着较长的使用寿命、续航能力强、燃油消耗较低、能够保持着良好的灵活性以及高的推重比。为了能够更好地实现发动机的有效保护以及提高发动机的性能就需要按照一定的原则和发动机工作的标准要求来实现发动机可调部件的控制。本文就现代航空发动机控制技术进展开探讨。

关键词：航空；发动机；控制技术

1当前航空发动机控制的现状

1.1自动化程度不足

现如今我国的信息化技术正在飞速发展，数字化控制技术在获得较大发展同时也得到了普及，但就我国目前的航空发动机的发展现状来看，仍然存在着很大的问题，智能化和自动化的应用是我国航空发动机发展的不足之处。数控机床和我国的数控技术的实现有着非常紧密的联系，我国航空发动机的一些零部件已然能够通过数控机床来进行加工和生产，但是并没有达到全部，仍然有一些零部件不能够结合着数控技术来进行加工生产，导致这一问题的原因值得思考，例如加工的类型、加工的功能以及设备的利用率等等。数控技术设备随着我国技术的不断发展以及计算机技术的稳步前进必然会代替原有的加工设备，使用新型的设备对于提高零部件的性能和质量也有着很大的作用。就目前的发展来看相比于欧美先进制造企业我国的数控设备自动化控制仍然有着很大的差距。在数控设备自动化控制中我国对于人力仍然有着一定程度上的需求，在生产加工的过程中仍然需要人员进行操作，在一些国外的航空发动机生产加工企业中，已经能够让自动化和智能化在零部件的生产加工中得到很好的实现，在生产加工的过程中基本上实现无人操作。

1.2自适应循环发动机控制技术

社会经济的不断发展和人们生活水平的持续上升使得人们对于交通出行的要

求越来越高，飞机的设计更加趋向于具有经济可承受性的远程、多用途以及全天

候的特征，这也给发动机的功能和设计提出了更高的要求。不仅需要发动机具备

更高的推重比，而且需要发动机保持亚音速巡航所需要的巡航效率以及低的油耗。为了有效解决航空飞机所需要具备的大推力、低油耗以及隐身性能的难题，自适

应循环发动机广泛应用于航空飞机系统当中，通过改变发动机的一些零件的几何

形状位置以及尺寸改变自身的热力循环系统，显著降低多种任务模式下的综合油耗，提高气流利用率并减小溢流阻力，从而可以有效改变发动机发热状态，提高

发动机的飞行性能，大幅增加发动机的续航范围和续航时间，提高发动机的灵活性。

1.3缺乏成熟度较高的关键技术

加工的方式在航空发动机数控技术中是多种多样的，不仅有着现代化的加工

方式，同时还有着一些传统的加工方式，在现代化的加工方式中主要有电火花加

工方式，电化学加工方式以及激光的加工方式等等一些具有现代化的加工方式，

航空发动机的加工和控制在数控技术的发展中得到了持续的提升。数控技术在航

空发动机技术中发挥着极其重要的作用和意义，数控技术的应用特别是在发动机

零部件的制造到装配的全部周期中都极其重要。虽然说我国的数控技术在近些年

来有着一定程度上的发展，但是仍然存在着很大的问题，有着很大的提升空间，

没能够掌握数控技术中的关键技术和高新技术，就会对我国发动机的制造产生一

定程度上的影响，使数控技术在发动机行业中无法得到很好的应用。

2航空发动机控制技术发展趋势

2.1主动稳定控制

压气机的气动稳定性直接制约了燃气涡轮发动机的稳定工作范围。传统的失

速控制方法为被动控制，其核心思想是保证发动机的工作点有足够的喘振裕度。

但在工程应用中无法准确测量发动机的稳定裕度，也无法采用模型准确估算出喘

振裕度，因为发动机进气场畸变、发动机老化及制造偏差等因素都会使喘振边界

更加靠近发动机工作点。这就使得设计的喘振裕度在大多数情况下无疑是过于保

守的，极大地牺牲了发动机推力、效率及飞机的机动性能。主动稳定性控制是通

过预先探测即将发生的喘振与失速，即在刚出现失速征兆时就采取措施，如在失

速先兆发生的初期向流场中主动加入反相扰动或调整放气量、燃油流量和导叶角

度等，抑制失速现象的产生和发展，从而达到控制失速的目的，使压气机始终处

在最佳的状态，从而提高级压比和发动机的性能。

2.2发动机智能控制系统

航空发动机自适应控制系统有着良好的发展前景，能够有效提升航空发动机

的推力，减少航空发动机的耗油率。由于发动机和飞机都采取了数字电子控制技术，这也使得推进和飞行控制一体化成为了可能，可以通过研究出一种综合系统

控制的方法，实现飞机最佳性能的控制与设计。发动机智能控制系统的研究将原

有的控制系统的功能拓展为智能的系统，极大地提升了飞机和推进系统的性能，

显著提高了发动机用的可维护性和可靠性。其次，智能化技术也能够加快航空发

动机技术的进步，自适应循环发动机具有多调节变量以及多控制模式的特征，需

要新的燃油泵系统、新型执行机构、新型传感器、先进电子硬件等相关控制技术

来实现。人工智能技术的发展和应用使得自适应循环发动机控制系统的研制将会

进一步朝向智能化和人工系统网络化的方向发展，融合传统的控制系统设计技术，真正展现自适应循环发动机的优异性能以及自适应特征，为航空发动机的持续安

全运行提供良好的条件。

2.3主动燃烧控制

随着航空运输业的飞速发展和人们环保意识的不断增强，飞机产生的噪声和

污染对人类和环境产生的影响越来越受到关注。所以主动燃烧控制（ACC）已经

成为提高燃烧室性能、降低排气污染的关键技术之一，通过快速改变燃烧的输入

实现对燃烧行为的调节。例如，它可以定时地喷入燃油，而不是根据需要被动地

对流场进行空间结构的改变。由于定时调节比被动控制的几何改变更简单，因此ACC有更好的灵活性，可改善发动机的性能，提高燃烧的效率、降低耗油率和减

少形状因子（出口平面温度剖面），同时可降低污染排放、扩大工作包线并减少

燃烧室的体积。