淺析航空發動機加力控制系統

賀振亞

摘要：航空發動機加力控制系統的使用有助于發動機推力以及飛機戰斗性能等的提升?，F階段，盡管全球均競相對先進科技、新型材料等的研發與應用進行研究，這不僅令航空發動機加力系統逐漸朝著小型化、一體化、現代化等方向演變，也在很大程度上提升了其安全性能。該作筆者主要針對航空發動機加力控制系統的基本概述、系統組成及工作原理、發展現狀及方向等內容進行了論述，具體內容如下文所述。

關鍵詞：航空發動機、加力控制系統、加力燃燒室

一、前言

對于高性能的戰斗機而言，它們的發動機加力控制系統的性能發揮著至關重要的作用。經過各國對航空發動機加力燃燒室、尾噴口、控制系統等的長期研究與發展，目前在世界范圍內漸漸形成了歐美與俄國兩種較為典型的風格?，F如今，伴隨著航空發動機數控技術的深入研發，再加上對各類新型復合材料越來越廣泛的使用，使得航空發動機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，與之前相比有了實質性的進步，在系統故障與風險的防范、減輕損失及保障飛行安全等方面均得到了有效的強化保障。

二、航空發動機加力控制系統概述

（一）基本概述

所謂“加力控制”，主要指復燃加力控制。加力控制系統通常是與主發動機的工作同步進行的，因而加力控制系統和主機控制系統二者必然是同步展開作業的。從形式上來講，航空發動機的加力控制系統可以具體細分為開環控制系統、閉環控制系統以及二者兼具的系統。此外，因為發動機在實際作業的過程中需要確保渦輪膨脹比的穩定，所以對于閉環控制系統而言，其基本功效為：在噴口面積出現一定變動或者發動機干擾輸入量造成渦輪膨脹比變動時，借助調節加力燃油流量令渦輪膨脹比恢復至給定值。

（二）控制原理及結構方案

加力供油量以及尾噴口面積是目前加力控制系統可以采取的主要控制量;與此同時，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。

因為加力供油量大，所以一般情況下會采用依靠發動機直接傳動的燃油泵進行供油操作。在加力過程中發動機的實際轉速幾乎不發生變化，因而用開口節流的模式達到控制油量的效果。

三、加力燃油泵的研究現狀及成果剖析

（一）加力燃油泵的基本要求及其發展

對加力供油系統而言，加力燃油泵是最重要、不可或缺的一個部件，其對于航空發動機的整體性能及壽命周期等均具有決定性作用，伴隨著高推重比發動機的普及以及飛行范圍的不斷擴大，對加力泵提出了高轉速、大流量、耐高溫、抗振、運行安全穩定等一系列更高的要求和標準。

柱塞泵、離心泵、汽心泵等是幾類最常用于航空發動機的加力燃油泵。其中，柱塞泵在早期曾經被當作中小推力的加力燃油泵，然而由于流量的有限性、結構與技術工藝的復雜性、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、更小的泵質量，架構不復雜，流量相對容易控制和調節，更適用于軍用戰斗機。但是離心泵存在壓力擺動較大、小流量溫升高等問題，這點始終是加力燃油系統研制過程中亟待解決的難點之一。

（二）俄羅斯的研究狀況剖析

俄羅斯的P292300型號發動機加力燃油系統整體上選取“兩泵三用”的研發策略，即為：由柱塞泵（主泵）提供主燃油系統以及小加力燃油，離心泵（加力泵）則負責提供小加力以上的燃油，在主泵發生故障的情況下，主系統與加力燃油系統共用加力離心泵，如此一來便能夠有效防止離心泵出現小流量溫升高、壓力擺動大等各類問題，同時還能夠大大增加主系統的余度。這是俄羅斯離心泵研究的獨到之處，在簡化結構的基礎上，進一步強化了整個加力控制系統的穩定性與可靠性，真正做到了揚長避短。

（三）歐美國家的研究方向及成果

美國主要是依靠單獨配備一個旋板泵并將其作為啟動泵的方法來解決離心泵小流量溫升高、壓力擺動大這一困擾。除此之外，在合理范圍內降低加力控制系統的質量也是研究中至關重要的一項內容。當前美國普惠集團與桑特思朗公司二者正在聯合研發、使用輕型復合材質的加力燃燒泵，它的基本特征即為耐高溫、抗腐蝕、強度大、質量小。

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50年代便開始了對汽心泵的研究，并且在十幾年后便首次將汽心泵用于軍用航空發動機加力燃油系統當中，在不足十年的時間內便令汽心泵在整個歐洲的軍用航空發動機中獲得了廣泛應用。

四、典型加力控制系統研究

（一）加力數控系統的研究

當前，由于航空發動機加力性能的迅速提升，對加力控制系統的功能、效應以及計算能力等均提出了更高的標準和要求，實際所需的控制及測量參數也日益增加，進一步令液壓機械式燃油系統逐漸朝著全權限數控系統方向演進。像美、英等西方國家早在上世紀60年代末期便開始了對全權限數控系統的研究，并且于70年代中期便在軍用發動機中進行了數字電子控制系統的驗證，進一步證實了數控系統完全能滿足發動機控制系統在實際使用、維護保養、系統性能等諸多方面的需求。全權限數控系統的深入研究與廣泛利用，使得航空發動機的加力控制性能逐步獲得改進與提升，同時能夠令發動機性能在趨近理想的限制條件下開展作業。

（二）開環加力溫控系統

此系統主要依靠補償原理，并參照干擾量變化作業，也就是按照流過發動機的空氣流量，對供油量進行調控。氣壓調節器與流量活門是開環加力溫控系統的主要組成部分。其中，氣壓調節器主要是由測量原件、杠桿、調節彈簧、噴嘴擋板液壓控制器及油泵等共同構成;流量活門則主要由活門、襯套及調準彈簧等構成。需要注意的是，在壓氣機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控制所要求的油量保持一致。

五、結束語

綜上，本文主要針對航空發動機加力控制系統的概念及組成、各國對于加力燃油泵的研究狀況及成果、典型加力控制系統研究等方面的內容進行了全面論述，旨在為今后發動機加力控制系統的研究工作提供必要的參考與借鑒。

參考文獻

[1]馬龍等.航空發動機加力控制系統的研究與發展[J].航空發動機控制，2016.

[2]樊思齊，徐蕓華.航空發動機的加力控制及典型系統[J].航空推進系統控制，2015.