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摘 要：航空发动机控制系统是发动机的大脑和神经系统，控制系统的优劣直接关系到航空发动机的性能和可靠性。随着航空技术的发展，要求不断地提高，控制系统也由最初活塞式发动机改变螺旋桨桨距的转速自动调节器发展到燃气涡轮发动机的转速、温度、油量、起动、加速等控制系统，以及保证发动机安全工作的防喘装置，超温、超转限制器等。因此，控制系统对保证发动机性能和安全都起着关键性的作用。
关键词：航空;发动机;控制;系统;
发动机控制系统对于发动机而言犹如人的大脑对人体各器官的控制作用，是发动机的核心部件。航空发动机动力学控制技术的主要目的，是通过对支承结构和质量分布的合理分配，保障发动机在全转速范围内无有害振动。发动机自动控制的意义十分重要，发动机的各种特性要靠它来实现，发动机的可靠性要由它来保证，而且发动机试车及外场维护工作中遇到的问题及性能故障大部分与它有关。因此，控制系统对保证发动机性能和安全都起着关键性的作用。飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，都必须对发动机进行控制。所有这些只有依靠自动控制系统来完成。
一、发动机控制系统的基本要求
（一）稳定性高。航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏，被誉为"工业之花"，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机控制系统能够保障航空器的持续适航，技术具备强实时性、高稳定性及小巧便携等优势，能够在降低监测和诊断设备成本的同时，实现机载化的航空发动机监测与诊断系统的良好运行。通过分析和确认每个对象所经历的状态序列、在特定状态下的行为、引起状态转移的条件、因状态转移而伴随的动作、以及对异常做出的响应等内容，确立系统在其生命周期内的完整动态行为。这无论对提高航空发动机性能潜力，减轻重量，增加可靠性，缩短研制周期，还是易于改变控制方案和控制规律，以及实现飞机推进综合控制等方面都会带来显著的效益。
（二）精度高。航空发动机的工作环境复杂，工作温度范围大（环境温度～2000 ℃），导致结构工艺特征参数和结构特征参数的变化范围大，引起发动机结构振动具有非线性时变特性。同时，转静件间隙、支承刚度、同心度、不平衡量分布等动力学参数和气动流场气动力等，这种控制系统兼有开环和闭环控制系统的优点，即控制及时（响应快）又准确（精度高），工作稳定，但控制器的结构较复杂。随发动机状态和温度场的变化而变化，造成各连接结构部件振动传递特性相差也较大。在保证发动机可靠性的前提下，要求发动机的“寿命长”。这是发动机经济性的另一项指标。寿命长，可以降低使用成本、节约原材料。具有直观、准确唯一、结构化的优点，实现了从航空动力系统到子系统到部件的系统工程迭代，可以准确统一地描述系统的各个方面，对整个系统内部的各个细节形成统一的理解。
（三）体积小、重量轻。由于飞行包线的扩展，使发动机的特性变化很大。在此范围内，要高性能地满足飞机在各种飞行条件下的需要，可控变量就要多，控制系统也很复杂，不同类型，不同用途的发动机对控制系统的要求也不尽相同。一般来讲，确定发动机个数的首要原则就是重量，轻型飞机或超轻型飞机由于起飞重量较小，多采用1～2台发动机，而大型飞机则一般装有2～4台发动机，甚至更多。设计飞机的任何部件，都应在满足使用要求的前提下，尽量减轻其重量。对发动机来说，就是要保证足够大的功率而自重又很轻。衡量发动机功率大、重量轻的标准是“功率重量比”。即发动机所发出的功率与发动机重量之比值。“功率重量比”越大，表示在有相同功率的情况下，发动机越轻。发动机是否省油，是飞机使用的重要经济指标。评定发动机的经济性，常用“燃油消耗率”作标准。“燃油消耗率”是指单位功率（一牛顿或一马力）在一小时内所消耗油料的重量。燃油消耗率越小，说明发动机越省油。例如，通过核心技术可以适当减少零件数目，既减轻了重量又提高了推力，如此有利于提高推重比的整体叶盘自然也不是容易摘得的“明珠”。除了因为轮盘和叶片成为一体，锁紧装置的减少也是重要原因。航空发动机对可靠性的要求极为严苛，简化的转子结构对提高可靠性有很大作用。
二、发动机控制相关技术
（一）全权限数字电子控制技术。发动机研究和发展工作的特点是技术难度大、耗资多、周期长，发动机对飞机的性能以及飞机研制的成 败和进度有着决定性的影响，而且发动机技术具有良好的军民两用特性，对国防和国民经济有重要意义。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。通过发动机一体化设计，提供了一个覆盖全生命周期的完整的、信息一致且可追溯的系统设计方案，避免各组成部分间的设计冲突，降低风险。成熟型号的知识是以系统模型的形式表示和存储的，便于捕获、查询、理解和重用，而且重用的级别可以大幅度提高。具有经济可承受性的全天候、远程、多用途的飞机设计需求，给发动机设计提出了新的要求，除了具有更高的推重比外，还要求发动机既要有亚声速巡航所需的低油耗和良好的巡航效率，又要有跨声速加速以及超声速冲刺所需的大推力。
（二）数字电子控制技术。要想使航空发动机获得更大的推重比，就必须提高发动机涡轮前的进口温度，因此对航空发动机燃烧室、涡轮叶片等热端部件的抗高温能力的要求相应提高。航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠，有航空器“心脏”的美誉。通过电子控制技术，建立多个对象之间的动态协作和行为顺序关系以及不同对象之间的消息传递，明确了起动过程中的系统与外部角色之间的交互关系，从而确定系统与外部的接口和端口关系。目前，我国航空发动机整体水平与美、英、俄三巨头相比存在明显落差，中国航空的“心脏病”问题一直是制约我国自主航空工业的瓶颈。发达国家都将发动机数字电子控制技术作为航空技术中的重要內容来发展，花费巨资（占发动机研制费25%-34%）研究，以保证航空发动机工作稳定并充分发挥其性能潜力。在发动机控制系统工程初期阶段，系统产生的信息均以文档形式描述和记录。但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计相衔接（如软件、机械、电子等）。
三、结束语
航空工业是一个国家军用和民用技术的核心产业之一，具有用途广泛，科技含量高，产业链长，回报率高的特点，受到了各个大国的巨大的重视，而航空发动机则是航空产品最特殊的一种，被称为王冠上的珍宝，航空发动机需要做到轻重量，高推力，低油耗，高可靠，容易维修，长寿命等要求，开发制造难度为所有航空部件之最。航空发动机控制系统是发动机的重要组成部分，从属于发动机但又有其自身特点，又独立于主机优先发展。如今，航空发动机是制约我国航空产业发展的瓶颈，在强军目标引领下我军将加速补齐动力短板。航空发动机控制系统的发展是一个由单变量控制发展到多变量控制、由机械液压式控制发展到数字式电子控制、由独立控制发展到飞发综合控制、由集中式控制发展到分布式控制的过程。
参考文献：
[1]徐鲁兵;面向对象的航空发动机性能仿真系统设计与实现[D];西北工业大学;2007年
[2]王鑫;航空发动机数学模型与控制规律研究[D];西北工业大学;2007年
关键词：航空;发动机;控制;系统;
发动机控制系统对于发动机而言犹如人的大脑对人体各器官的控制作用，是发动机的核心部件。航空发动机动力学控制技术的主要目的，是通过对支承结构和质量分布的合理分配，保障发动机在全转速范围内无有害振动。发动机自动控制的意义十分重要，发动机的各种特性要靠它来实现，发动机的可靠性要由它来保证，而且发动机试车及外场维护工作中遇到的问题及性能故障大部分与它有关。因此，控制系统对保证发动机性能和安全都起着关键性的作用。飞机要在不同的高度和速度下飞行，为了在飞行中保持发动机的给定工作状态，或者按照所要求的规律改变工作状态，都必须对发动机进行控制。所有这些只有依靠自动控制系统来完成。
一、发动机控制系统的基本要求
（一）稳定性高。航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏，被誉为"工业之花"，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机控制系统能够保障航空器的持续适航，技术具备强实时性、高稳定性及小巧便携等优势，能够在降低监测和诊断设备成本的同时，实现机载化的航空发动机监测与诊断系统的良好运行。通过分析和确认每个对象所经历的状态序列、在特定状态下的行为、引起状态转移的条件、因状态转移而伴随的动作、以及对异常做出的响应等内容，确立系统在其生命周期内的完整动态行为。这无论对提高航空发动机性能潜力，减轻重量，增加可靠性，缩短研制周期，还是易于改变控制方案和控制规律，以及实现飞机推进综合控制等方面都会带来显著的效益。
（二）精度高。航空发动机的工作环境复杂，工作温度范围大（环境温度～2000 ℃），导致结构工艺特征参数和结构特征参数的变化范围大，引起发动机结构振动具有非线性时变特性。同时，转静件间隙、支承刚度、同心度、不平衡量分布等动力学参数和气动流场气动力等，这种控制系统兼有开环和闭环控制系统的优点，即控制及时（响应快）又准确（精度高），工作稳定，但控制器的结构较复杂。随发动机状态和温度场的变化而变化，造成各连接结构部件振动传递特性相差也较大。在保证发动机可靠性的前提下，要求发动机的“寿命长”。这是发动机经济性的另一项指标。寿命长，可以降低使用成本、节约原材料。具有直观、准确唯一、结构化的优点，实现了从航空动力系统到子系统到部件的系统工程迭代，可以准确统一地描述系统的各个方面，对整个系统内部的各个细节形成统一的理解。
（三）体积小、重量轻。由于飞行包线的扩展，使发动机的特性变化很大。在此范围内，要高性能地满足飞机在各种飞行条件下的需要，可控变量就要多，控制系统也很复杂，不同类型，不同用途的发动机对控制系统的要求也不尽相同。一般来讲，确定发动机个数的首要原则就是重量，轻型飞机或超轻型飞机由于起飞重量较小，多采用1～2台发动机，而大型飞机则一般装有2～4台发动机，甚至更多。设计飞机的任何部件，都应在满足使用要求的前提下，尽量减轻其重量。对发动机来说，就是要保证足够大的功率而自重又很轻。衡量发动机功率大、重量轻的标准是“功率重量比”。即发动机所发出的功率与发动机重量之比值。“功率重量比”越大，表示在有相同功率的情况下，发动机越轻。发动机是否省油，是飞机使用的重要经济指标。评定发动机的经济性，常用“燃油消耗率”作标准。“燃油消耗率”是指单位功率（一牛顿或一马力）在一小时内所消耗油料的重量。燃油消耗率越小，说明发动机越省油。例如，通过核心技术可以适当减少零件数目，既减轻了重量又提高了推力，如此有利于提高推重比的整体叶盘自然也不是容易摘得的“明珠”。除了因为轮盘和叶片成为一体，锁紧装置的减少也是重要原因。航空发动机对可靠性的要求极为严苛，简化的转子结构对提高可靠性有很大作用。
二、发动机控制相关技术
（一）全权限数字电子控制技术。发动机研究和发展工作的特点是技术难度大、耗资多、周期长，发动机对飞机的性能以及飞机研制的成 败和进度有着决定性的影响，而且发动机技术具有良好的军民两用特性，对国防和国民经济有重要意义。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。通过发动机一体化设计，提供了一个覆盖全生命周期的完整的、信息一致且可追溯的系统设计方案，避免各组成部分间的设计冲突，降低风险。成熟型号的知识是以系统模型的形式表示和存储的，便于捕获、查询、理解和重用，而且重用的级别可以大幅度提高。具有经济可承受性的全天候、远程、多用途的飞机设计需求，给发动机设计提出了新的要求，除了具有更高的推重比外，还要求发动机既要有亚声速巡航所需的低油耗和良好的巡航效率，又要有跨声速加速以及超声速冲刺所需的大推力。
（二）数字电子控制技术。要想使航空发动机获得更大的推重比，就必须提高发动机涡轮前的进口温度，因此对航空发动机燃烧室、涡轮叶片等热端部件的抗高温能力的要求相应提高。航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠，有航空器“心脏”的美誉。通过电子控制技术，建立多个对象之间的动态协作和行为顺序关系以及不同对象之间的消息传递，明确了起动过程中的系统与外部角色之间的交互关系，从而确定系统与外部的接口和端口关系。目前，我国航空发动机整体水平与美、英、俄三巨头相比存在明显落差，中国航空的“心脏病”问题一直是制约我国自主航空工业的瓶颈。发达国家都将发动机数字电子控制技术作为航空技术中的重要內容来发展，花费巨资（占发动机研制费25%-34%）研究，以保证航空发动机工作稳定并充分发挥其性能潜力。在发动机控制系统工程初期阶段，系统产生的信息均以文档形式描述和记录。但是随着系统规模和复杂程度的不断提高，基于文档的系统工程面临的困难越来越突出，如信息表示不准确造成歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与其他工程领域的设计相衔接（如软件、机械、电子等）。
三、结束语
航空工业是一个国家军用和民用技术的核心产业之一，具有用途广泛，科技含量高，产业链长，回报率高的特点，受到了各个大国的巨大的重视，而航空发动机则是航空产品最特殊的一种，被称为王冠上的珍宝，航空发动机需要做到轻重量，高推力，低油耗，高可靠，容易维修，长寿命等要求，开发制造难度为所有航空部件之最。航空发动机控制系统是发动机的重要组成部分，从属于发动机但又有其自身特点，又独立于主机优先发展。如今，航空发动机是制约我国航空产业发展的瓶颈，在强军目标引领下我军将加速补齐动力短板。航空发动机控制系统的发展是一个由单变量控制发展到多变量控制、由机械液压式控制发展到数字式电子控制、由独立控制发展到飞发综合控制、由集中式控制发展到分布式控制的过程。
参考文献：
[1]徐鲁兵;面向对象的航空发动机性能仿真系统设计与实现[D];西北工业大学;2007年
[2]王鑫;航空发动机数学模型与控制规律研究[D];西北工业大学;2007年