浅析航空发动机加力控制系统

贺振亚

摘要：航空发动机加力控制系统的使用有助于发动机推力以及飞机战斗性能等的提升。现阶段，尽管全球均竞相对先进科技、新型材料等的研发与应用进行研究，这不仅令航空发动机加力系统逐渐朝着小型化、一体化、现代化等方向演变，也在很大程度上提升了其安全性能。该作笔者主要针对航空发动机加力控制系统的基本概述、系统组成及工作原理、发展现状及方向等内容进行了论述，具体内容如下文所述。

关键词：航空发动机、加力控制系统、加力燃烧室

一、前言

对于高性能的战斗机而言，它们的发动机加力控制系统的性能发挥着至关重要的作用。经过各国对航空发动机加力燃烧室、尾喷口、控制系统等的长期研究与发展，目前在世界范围内渐渐形成了欧美与俄国两种较为典型的风格。现如今，伴随着航空发动机数控技术的深入研发，再加上对各类新型复合材料越来越广泛的使用，使得航空发动机的整体性能获得了很大程度上的提升，尤其是在安全性能方面，与之前相比有了实质性的进步，在系统故障与风险的防范、减轻损失及保障飞行安全等方面均得到了有效的强化保障。

二、航空发动机加力控制系统概述

（一）基本概述

所谓“加力控制”，主要指复燃加力控制。加力控制系统通常是与主发动机的工作同步进行的，因而加力控制系统和主机控制系统二者必然是同步展开作业的。从形式上来讲，航空发动机的加力控制系统可以具体细分为开环控制系统、闭环控制系统以及二者兼具的系统。此外，因为发动机在实际作业的过程中需要确保涡轮膨胀比的稳定，所以对于闭环控制系统而言，其基本功效为：在喷口面积出现一定变动或者发动机干扰输入量造成涡轮膨胀比变动时，借助调节加力燃油流量令涡轮膨胀比恢复至给定值。

（二）控制原理及结构方案

加力供油量以及尾喷口面积是目前加力控制系统可以采取的主要控制量;与此同时，可能的被控制量则主要包括加力温度、加力燃油比以及涡轮落压比等。

因为加力供油量大，所以一般情况下会采用依靠发动机直接传动的燃油泵进行供油操作。在加力过程中发动机的实际转速几乎不发生变化，因而用开口节流的模式达到控制油量的效果。

三、加力燃油泵的研究现状及成果剖析

（一）加力燃油泵的基本要求及其发展

对加力供油系统而言，加力燃油泵是最重要、不可或缺的一个部件，其对于航空发动机的整体性能及寿命周期等均具有决定性作用，伴随着高推重比发动机的普及以及飞行范围的不断扩大，对加力泵提出了高转速、大流量、耐高温、抗振、运行安全稳定等一系列更高的要求和标准。

柱塞泵、离心泵、汽心泵等是几类最常用于航空发动机的加力燃油泵。其中，柱塞泵在早期曾经被当作中小推力的加力燃油泵，然而由于流量的有限性、结构与技术工艺的复杂性、制造的高精度、较差的耐脏性等缺陷，令其在加力燃油控制系统中面临淘汰;相比之下，离心泵则拥有更大的流量、更低的单位成本、更小的泵质量，架构不复杂，流量相对容易控制和调节，更适用于军用战斗机。但是离心泵存在压力摆动较大、小流量温升高等问题，这点始终是加力燃油系统研制过程中亟待解决的难点之一。

（二）俄罗斯的研究状况剖析

俄罗斯的P292300型号发动机加力燃油系统整体上选取“两泵三用”的研发策略，即为：由柱塞泵（主泵）提供主燃油系统以及小加力燃油，离心泵（加力泵）则负责提供小加力以上的燃油，在主泵发生故障的情况下，主系统与加力燃油系统共用加力离心泵，如此一来便能够有效防止离心泵出现小流量温升高、压力摆动大等各类问题，同时还能够大大增加主系统的余度。这是俄罗斯离心泵研究的独到之处，在简化结构的基础上，进一步强化了整个加力控制系统的稳定性与可靠性，真正做到了扬长避短。

（三）欧美国家的研究方向及成果

美国主要是依靠单独配备一个旋板泵并将其作为启动泵的方法来解决离心泵小流量温升高、压力摆动大这一困扰。除此之外，在合理范围内降低加力控制系统的质量也是研究中至关重要的一项内容。当前美国普惠集团与桑特思朗公司二者正在联合研发、使用轻型复合材质的加力燃烧泵，它的基本特征即为耐高温、抗腐蚀、强度大、质量小。

以英国为代表的许多欧洲国家也在加力燃油泵的研究方面取得了一些成绩。像英国的道蒂公司上世纪50年代便开始了对汽心泵的研究，并且在十几年后便首次将汽心泵用于军用航空发动机加力燃油系统当中，在不足十年的时间内便令汽心泵在整个欧洲的军用航空发动机中获得了广泛应用。

四、典型加力控制系统研究

（一）加力数控系统的研究

当前，由于航空发动机加力性能的迅速提升，对加力控制系统的功能、效应以及计算能力等均提出了更高的标准和要求，实际所需的控制及测量参数也日益增加，进一步令液压机械式燃油系统逐渐朝着全权限数控系统方向演进。像美、英等西方国家早在上世纪60年代末期便开始了对全权限数控系统的研究，并且于70年代中期便在军用发动机中进行了数字电子控制系统的验证，进一步证实了数控系统完全能满足发动机控制系统在实际使用、维护保养、系统性能等诸多方面的需求。全权限数控系统的深入研究与广泛利用，使得航空发动机的加力控制性能逐步獲得改进与提升，同时能够令发动机性能在趋近理想的限制条件下开展作业。

（二）开环加力温控系统

此系统主要依靠补偿原理，并参照干扰量变化作业，也就是按照流过发动机的空气流量，对供油量进行调控。气压调节器与流量活门是开环加力温控系统的主要组成部分。其中，气压调节器主要是由测量原件、杠杆、调节弹簧、喷嘴挡板液压控制器及油泵等共同构成;流量活门则主要由活门、衬套及调准弹簧等构成。需要注意的是，在压气机出口压力值一定的情况下，气压控制器供给的油量必须同开环控制所要求的油量保持一致。

五、结束语

综上，本文主要针对航空发动机加力控制系统的概念及组成、各国对于加力燃油泵的研究状况及成果、典型加力控制系统研究等方面的内容进行了全面论述，旨在为今后发动机加力控制系统的研究工作提供必要的参考与借鉴。

参考文献

[1]马龙等.航空发动机加力控制系统的研究与发展[J].航空发动机控制，2016.

[2]樊思齐，徐芸华.航空发动机的加力控制及典型系统[J].航空推进系统控制，2015.