航空发动机先进控制概念及最新进展

　　随着飞机、发动机的发展，发动机控制领域的研究成果层出不穷。其中，飞机-推进系统控制一体化技术、全权限数字电子控制(FADEC)技术等无疑都代表着当前发动机控制技术的先进水平。由于FADEC有着众多的优点和发展潜力，许多国家都在研制。并且随着新技术、新材料的应用，可靠性问题已得以解决，同时，成本也在不断降低。

　　一、发动机先进控制概念

　　20世纪80年代，以美国NASA为首的多家研究机构通过详细评估鉴定出最值得发展的先进控制概念。在筛选和排序工作中所选择的比较基础是装有先进涡扇发动机的第4代高性能军用战斗机(MHPF)和马赫数为2.4的高速民用运输机(HSCT)及其发动机;所采用的评估判据包括权衡因子和品质因素。其中，权衡因子考虑不同尺寸、燃油及空气流量、效率等影响;品质因素包括起飞重量、耗油率、失速裕度、起动影响以及复杂性、风险、寿命期费用、诊断能力、解析余度等指标。根据评估结论，排在前4位的先进控制概念是：发动机智能控制(IEC)、性能寻优控制(PSC)、稳定性寻求控制(SSC)、主动失速/喘振控制(ASC)。

　　IEC采用的基本方法是进行涡轮发动机的模型仿真，即将所建立的发动机模型加到推进系统的控制中去，直接控制推力和发动机限制参数。这种方法首先需要正确建立发动机数学模型。目前，采用认知工程理论和模糊控制方法处理复杂的发动机动态模型已取得一些仿真试验结果，证明了其实际应用的可能性。但跟踪滤波器需调整的参数(部件特性、性能参数、传感器误差等)很多，给控制方法的实现带来较大的困难。

　　PSC是一种以模型为基础的自适应控制算法，目的是通过实时修正飞行测量参数来调整控制规律，优化发动机性能。这种算法包括一条修正推进模型的路径和一条对模型预估性能进行优化的路径。使用卡尔曼滤波器对非标准发动机按实时状态进行修正，以使模型更贴切地反映发动机的性能。PSC算法已在F-15飞机上进行了飞行试验，试验结果表明推进系统的性能得到了改善。PSC所采用的控制算法包括三种控制模式：最大推力模式、最小耗油率模式、最低风扇涡轮进口温度计算模式。

　　SSC利用控制算法减小对部件稳定性裕度的要求。这种方法将稳定性检查加入到发动机控制逻辑中去，实时地计算非稳定性影响(但不是设计时假设的最坏情况，即各种非稳定因素影响的迭加)，对风扇和压气机稳定性进行在线评估，允许控制系统将喘振裕度减至最小，从而提高发动机性能。

　　ASC旨在对发动机喘振进行主动控制，即在刚出现失速的征兆时就采取措施(如调整放气量、燃油流量和导叶角度等)消除失速。过去用于失速控制的算法受到液压机械控制技术的限制，现在则可利用微处理器的能力来实现复杂的新的控制算法。采用这种方法能扩大发动机的稳定工作范围，使发动机在降低了对设计失速裕度要求的状态下仍能稳定工作，从而获得更高的性能。