| 单词 | 航空发动机控制 |
| 释义 | 【航空发动机控制】 拼译：aircraft engiine control 又称航空发动机调节。航空发动机是在不断变化的外界环境(如飞行高度、飞行速度)下工作的，进入发动机的空气流量也不断变化。这时，必须相应改变供往发动机的燃油量，维持一定的油气比，才能保证发动机工作状态稳定或按预定规律变化。这就是发动机的稳态控制。 驾驶员需要改变发动机工作状态时，可移动油门操纵杆，按最优供油规律改变供油量，使发动机平稳、快速而安全地从一种工作状态过渡到另一工作状态。这是发动机的过渡控制，包括起动、点火、加速、减速、停车、接通加力、断开加力以及改变加力程度等过渡控制过程。除以上两种控制过程外，还要对某些发动机参数(如涡轮前最高燃气温度、压力机后最大空气压力)进行限制，防止它们超过最大值，以保证发动机在所有飞行条件下安全可靠地工作。上述3种控制任务，都由发动机控制系统完成。早期的发动机控制系统是利用传感器(如膜盒)感受外界飞行条件的变化，通过改变供油量，使表征发动机工作状态的某一参数(称被控参数，一般选为发动机转子转速)保持恒定，为一开环控制系统。由于这种系统无法感受发动机所有的外界干扰，控制精度不高，已很少单独使用。目前广泛采用闭环控制系统。它直接测取发动机转速的偏差，无论什么干扰引起转速偏离给定值，它都将进行控制，改变供油量，直至转速恢复给定值为止，以达到保持发动机工作状态不变的目的，故控制精度高。但由于它是在偏差产生以后才进行控制，所以比较被动。为了同时吸取上述两种系统的优点，很多发动机采用了开环和闭环的组合系统。开环系统工作及时，可预防偏差的产生。由于精度不高而带来的误差，则由闭环系统来消除。取长补短，只是结构复杂些。在闭环控制过程中，由于发动机惯性较大，往往在供油量改变以后，转速并不能立即恢复给定值，偏差继续存在，将使供油量变化过头，会造成转速振荡现象。因此控制系统中还装有反馈装置，用以防止供油量变化过快而造成的转速振荡。反馈装置一般与放大执行元件并联。其输入量即放大执行元件的输出量，然后再输出一反馈信号到放大执行元件的输入端，用以减弱放大执行元件的输入信号，以防止过调。属于负反馈。根据结构型式，又可分为比例反馈和速度反馈两种。比例反馈又称刚性反馈。其输入量与反馈量之间有一定的比例关系。闭环控制系统在控制过程结束后，反馈量将始终存在(因执行元件改变位置)，这会导致系统产生误差。由于其动态性能较好，采取某些措施后仍可使用。而在开环控制系统中，则一般都采用比例反馈。速度反馈又称柔性反馈。只是在控制过程中，反馈量才存在。控制过程结束后，反馈量将消失，而与执行元件的输出量无关，因而不会给闭环控制系统带来误差。在目前发动机上用得很多。早期发动机都只有一个可控变量，即供油量，为单变量控制系统。有些发动机，尾喷口面积可调；带加力的发动机需改变加力供油量；涡桨发动机的桨距可调。在这些情况下，上述变量的控制系统与供油量的控制系统组成双变量控制系统，结构就要复杂些。为满足更高的战术技术要求设计的新式发动机上，需控制更多的变量。例如变循环变几何发动机，就要求高低压涡轮导向器的面积及尾喷口面积等几何通道都可调，以控制内外涵流量、滴低压转子转速及压气机增压比等参数，所以是多变量控制系统。尤其是在优化设计时，将发动机和飞机是作为一个整体进行综合控制，即一体化控制。这时，发动机控制系统还要输入飞行攻角、侧滑角等参数，因而回路将更多。如果仍采用目前常用的机械液压式控制系统，结构将很复杂，并且难以消除各回路之间的交联影响。随着计算机技术的迅猛发展，计算机控制系统已开始在发动机上使用，并逐渐取代机械液压式控制系统。它不仅能克服机械液压式控制系统的上述缺点，并且精度高，运行速度快、功能全，可更改性好，所以有着广阔的发展前景。计算机控制系统又称数字控制系统。其核心部分是微型计算机，包括有中央处理器、内存储器、输入输出接口以及数模／模数转换装置等硬件部分。其软件则分为系统软件及应用软件。系统软件为机器自备，是通用的，如管理软件、诊断程序等。应用软件则需由使用人员自行编制，如控制程序等。计算机只是控制系统中一个部件，此外，还需要有传感器、执行元件以及与之配套的输入和输出通道部件，如量程放大器、低通滤波器、采样电路和保持电路等。为了提高系统的可靠性，其硬件和软件都应具有冗余度，而构成容错式数字控制系统。这又需要有一套故障监测、诊断、切换以及故障预测的装置和程序。如果再包括发动机故障的监测和诊断系统，就成为全功能(全权限)数字控制系统。但机械液压部分还不可能完全被取代，如供油元件和执行元件等都还是液压装置。新的结构和元件也不断出现，如变速驱动的高性能油泵、氟塑料活塞等。在上述开环和闭环控制系统的基础上，随着控制技术的发展，又出现了许多新型的控制系统。串级控制系统就是将两个控制器串联在一起。其中一个为主回路，其输出用于改变另一控制器(副油路)的给定值。这样，就可在单变量的情况下，控制两个参数。例如，当航空发动机用作地面发电时，副油路是利用供油量控制燃气发生器(即发动机本身)转速，而主回路用发电机转速控制器的输出来改变燃气发生器转速控制器的给定值。这样，在保持发电机转速恒定的情况下，又可对燃气发生器转速进行控制。最优控制系统是用于实现控制发动机某项性能指标为最优的系统。它用极大(小)值理论和动态规划法，达到在一定约束条件下求得性能指标为最优的条件极值的目的。自适应系统就是当系统特性或元件参数发生变化，或者干扰作用剧烈改变时，能自动测量这些变化，自动改变系统结构或参数，使系统适应环境变化并始终保持最优的特性的系统。自适应功能包括自动辨识、自动判断和自动修正。纯滞后补偿控制系统则是在控制系统中加入一补偿回路，以抵消发动机的纯滞后因素，如燃烧延迟。由于卡尔曼滤波与估值理论的发展，可以实现对具有纯滞后的发动机状态预测和超前控制，即纯滞后的预测控制。多变量解耦控制系统是用引入对角表形阵形式的解耦网络来改变系统特性，以消除各回路之间的耦合作用(即交联影响)，从而保证多变量控制系统的正常工作。也可采用其他解耦方法来达到此目的。随着科学技术的发展，控制系统也必然还将出现更多新型的系统，使控制精度更高、功能更全、性能更好，以满足发动机日益提高的各项指标要求。【参考文献】：1 Albert J Sobey，Alfred M Suggs．Control of Aircraft and Missile Powerplants，New York：John Wiley and Sons．Inc．，1963，1～4262 Charles L Philips，H Troy Nagle，JR，Digital control System Analysis and Design，USA：Prentice-Hall Inc．，1984，1～5563 毛可久．航空动力装置控制系统，北京：北京航空航天大学，1991．1～117(北京航空航天大学毛可久教授撰；高克苓审) |
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