范凯

（海军装备部，陕西 西安 710021）

飞机动力来源是航空推进系统，其会影响整个飞机系统的运行效果。科学发挥发动机控制系统的应用效果，将能够充分保证现代航空发动机的安全稳定运行。航空发动机正常运行中，开展其建模和仿真工作，可以细致准确分析航空发动机的控制规律，推进其朝着低成本和高效率的方向发展。燃油控制是更好发挥航空发动机运用优势的重要手段，需要积极采用科学合理的方式，研究其控制规律，支持具体控制工作的稳步开展。将小型涡扇发动机作为重要的切入点，深入分析发动机的具体燃油控制规律，可以起到良好的效果。

1 小型涡扇发动机燃油控制研究的重要性

现代航空发动机可以通过数字式电子控制器良好控制发动机的具体运行情况，而切实有效实现燃油控制目标，减少航空发动机运行过程中的能源损耗是其设计制造过程中的重要目标之一，其可以降低航空发动机的运行成本，提升总体的经济效益。航空发动机保持着正常运行状态，其内部的构件会受到工作关系的限制，且飞行条件的不断改变还会影响其实际工作状态。发动机本身存在着较多工作限制和性能指标，凭借其控制系统，针对可控变量进行有效改变，使得发动机朝着既定的规律变化。发动机控制规律，主要是包含了被控参数随飞行条件和控制参数变化规律。选择合适的燃油控制规律，将能够为有效降低实际燃油量提供重要支撑，其具体规律表现为以供油量为可控变量，改变飞行条件和供油量，发动机的性能、转速以及状态参数也会变化。

一般情况下，航空发动机燃油综合控制系统的运行，需要经历开始研制到定型之间的多个环节，其中更是需要实施大量试验工作，确保系统实际运行的稳定性、可靠性和准确性。但是需要注意到的是，如果直接开展联合试车试验工作，不仅会耗费大量的成本资金，还存在着较大风险，主要是表现在容易损坏发动机及其控制系统的一些构成条件。同时在这种情况下，仅仅使用纯数字仿真系统，无法准确建立出一些子系统、部件的数字模型，导致仿真难度较大，且无法保证精度。对此，可以积极使用半物理仿真模型方式进行模拟和检测，主要是将一些实物引入仿真回路中，其他部分将会通过数学模型的方式加以描述，构建模拟试验平台，促进实物系统和仿真系统的良性互动。这种试验方式和实物存在着较大相似性，真实性较高，同时还拥有着模拟试验的经济性和安全性，降低风险的发生概率。

2 小型涡扇发动机仿真试验

实际开展仿真试验活动的过程中，以某小型涡扇发动机的全权限双余度数字电子控制系统为研究对象，充分发挥真422 总线技术、虚拟仪器技术的优势和作用，充分连接数字模型（计算机运行中用于辨识作用）、燃油调节执行机构以及数字式电子控制器方面，将燃油供油温度、压力、燃烧室反压方面的影响充分考量，真实模拟出发动机的实际运行环节，从而构建起科学有效的小型涡扇发动机燃油综合控制半物理仿真试验系统，为积极探索发动机的燃油规律提供支持。

2.1 系统原理及组成部分

小型涡扇发动机关于燃油孔辉半物理仿真试验系统实际设计过程中，涉及的组成构件较多，如燃油供给系统、转速伺服及滑油系统、发动机数学模型、电气系统、测控系统以及真实发动机部件。小型涡扇发动机仿真试验系统运行过程中，基本硬件条件是小型涡扇发动机的基础系统，包含电气系统、燃油供给系统、滑油系统等，而整个测控系统充分集合了传感器信号，自动控制好试验台，推进试验系统的正常运行。

2.2 试验环节

（1）充分准备各项试验流程，实施具体试验活动。为有效推进小型涡扇发动机半物理仿真试验活动的有效开展，强化其安全性和准确性，需要做好准备性试验工作。

首先，需要有效开展小闭环试验工作。这一阶段需要调试燃油泵调节器，通过闭环控制手段检测电子控制器供油量情况，针对各项采集参数进行匹配调试工作，同时，还要准确调试小闭环控制参数。具体测试工作进行中，需要试验好计量活门速率特性、计量活门LVDT 标定情况，这部分测验工作是这一阶段试验环节的重要内容，其主要是为了针对小闭环PID 控制参数进行科学调节，有效控制好计量活门的动态控制精度指标和稳态控制精度情况。

其次，实施准半物理试验工作。一方面是针对真实供油量加入之后控制回路的实际运行效果加以检测，这个环节中从电子控制器采集、调理计量活门开度值情况入手，明确供油量的输入参数情况。试验环节中由人工设定好燃油泵调节器的实际转速，充分保证试验环节的安全性和稳定性。另一方面需要匹配流量计和模型，准确验证好模型的实际情况，通过真实供油量开展仿真活动，检测出数控系统的实际运行效果。

具体实施小型涡扇发动机半物理仿真试验工作的过程中，需要准确模拟出试验的启动过程和稳态过程，即为模拟出发动机系统的真实工作状态，测试其动态和静态运行性能。发动机转速的变化，燃油泵调节器的泵转速也会发生一定的变化。这一试验的应用，将小型涡扇发动机实际运行状态进行充分展现，包含启动环节、静态运行环节、停车动态环节以及加减速环节等特性情况，能够有效明确发动机的燃油规律。

（2）试验结论。半物理仿真试验的燃油系统，将小型涡扇发动机运行过程中燃油活动状况进行良好模拟，包含燃油供油温度、燃烧室反压、压力调节以及实际飞行过程中可能的高低温、正负压环境。为更好发挥这一试验的作用，可以充分考虑到发动机数学模型考量方面的影响因素，或者引进一些更高精度的插值方法，提升整个模型的精度，确保试验活动的准确性和真实性。

3 小型涡扇发动机燃油规律

3.1 稳态燃油规律

将航空发动机设定在同等的飞行条件下，按照不同供油量情况，实施稳态仿真活动，明确稳态工作中的方程组，由此可以得到其在不同设计条件、油门杆位置不同情况下的发动机参数。针对发动机的状态运行参数就进行研究和分析，主要是针对供油量、转速（低压和高压）、增压比（风扇和气压机）、落压比（高压涡轮、低压涡轮）、涵道比和总推力方面，为直观准确地观察数据模型的实际情况，可以将各项采集到的数据进行绘图比较，可以发现小型涡扇发动机增加供油量时，推力也会保持着类似线性增长的状态；高压和低压转子转速有所增加；风扇和压气机的增压比有所上升；高压涡轮和低压涡轮落压比上升；而涵道比会持续下降。在小型涡扇发动机模型仿真的作用下，其结果数据和实际试验的结论存在着较小误差，说明这一模型良好适应了发动机的燃油试验工作。

3.2 动态控制规律

当小型涡扇发动机保持着加速状态时，开展仿真计算工作，可以得到发动机较为准确的运行数据，为充分明确发动机的燃油情况提供支持。仿真计算前，需要针对发动机的初始工作状态、供油量的变化规律加以设定，提升计算的准确性。本质上来看，动态仿真和稳态仿真方面存在着较高的相似性，尽管小型涡扇发动机处在动态变化状态中，其内部的各个构件还需要遵循着平衡关系。实施动态仿真工作的过程中，着重关注到了发动机的实际加速状态，将这一过程看作是多个准稳态点所组成的加速线。通常情况下，动态环节之中，高压轴和低压轴之间的功率无法保持着平衡状态，其运行过程中的剩余功率，将会加速转子的速率。在动态加速过程中，小型涡扇发动机的转子转速保持着持续增加的状态，但其具体增加趋势是和供油量变化相一致的；涵道比有所降低；小型涡扇发动机内部的增压比和落压比都会不断增加，在接近于临界值的时候，速度会逐渐减低。

5 结语

将小型涡扇发动机作为航空发动机控制系统方面的重要研究切入点，具有良好的可行性，科学利用小型涡扇发动机半物理仿真试验工作，可以较为细致地明确其运行状态。充分研究小型涡扇发动机的燃油控制规律，将能够有效控制好发动机运行的实际燃油量。