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航空发动机燃油调节器技术发展综述
摘要:航空发动机是飞机的心脏,航空发动机燃油调节器作为其核心部件,是飞机发动机的“血液”。本文首先介绍了国内外航空发动机燃油调节器技术的发展现状,分析了国外发动机燃油调节器的技术特点,介绍了国内在燃油调节器技术发展方面取得的成就。然后分析了当前我国航空发动机燃油调节器研究工作存在的不足之处,指出今后的研究方向。最后,本文从多角度对未来航空发动机燃油调节器发展趋势进行了分析和展望,认为未来应围绕航空发动机燃油调节系统技术的核心部件-燃油调节器进行深入研究,从而提高我国在航空发动机领域的设计和制造水平。以供相关人员提供参考意见。
关键词:航空发动机;燃油调节器;技术发展
引言
燃油调节器是航空发动机的重要组成部分,是发动机重要的组成部分之一,其作用是根据飞行高度、速度和飞行状态的变化,对进入发动机燃烧室的燃油流量进行调节,从而达到稳定燃烧及保持合适工作点的目的。目前,世界上使用的航空发动机燃油调节器主要有双作用和单作用两种形式,其中双作用燃油调节器主要是对发动机工作时燃烧室内的压力和温度进行调节。单作用燃油调节器主要是通过改变燃烧室内空气流量来对燃烧室内压力和温度进行调节。航空发动机燃油调节器作为一种重要的飞行控制系统,其主要功能是将外界大气中的空气经涡轮进口和高压压气机后送入燃烧室内进行燃烧,从而产生燃气推动喷管喷出,从而完成飞行任务。
随着现代航空技术的发展,航空发动机性能日益提升,燃油调节器在航空发动机上的应用越来越广泛。因此,加强对燃油调节器技术的研究对提高我国航空发动机性能及设计制造水平具有重要意义。本文对国内外航空发动机燃油调节器技术进行了梳理,并对未来发展趋势进行了分析和展望。
一、国外
航空发动机燃油调节器是航空发动机的“血液”,其性能直接影响着飞机的飞行性能。燃油调节器作为航空发动机的重要组成部件,是实现发动机控制系统输出指令以控制燃油流量大小的核心部件,其技术水平直接影响着航空发动机的性能。
20世纪30年代,随着航空发动机技术的不断发展,燃油调节器逐步走向成熟。
20世纪60年代,美国研制出第一台实用燃油调节器;70年代,美国联合飞机公司、美国西科斯基公司、美国通用电气公司联合研制出了第二代燃油调节器;80年代,英国维克斯公司、美国普惠公司联合研制出了第三代燃油调节器;90年代以来,在第四代燃油调节器方面取得了较大进展。目前,国外已初步建立了较为完善的燃油调节器设计体系,对燃油调节器的控制策略和控制方法进行了深入研究和探讨,并形成了较为完善的设计标准。
二、国内
航空发动机是航空装备的核心部件,其燃油调节器对燃油品质和飞行安全具有重要影响。当前,航空发动机燃油调节器技术正向着多功能化、数字化、智能化方向发展。我国在航空发动机燃油调节器领域起步较晚,但发展速度较快,特别是近年来,在相关关键技术上取得了重大突破。近年来,我国航空发动机燃油调节器技术发展取得了显著的进步,国内多家单位在航空发动机燃油调节器领域开展了大量的研究工作。例如:中国科学院工程热物理研究所研制出了自主知识产权的燃油调节器;西安航宇科技发展有限责任公司研制出了国产飞机用燃油调节系统;中国航空发动机集团有限公司研制出了具有完全自主知识产权的航空发动机燃油调节器;航空工业西安航空发动机研究所研制出了适用于民用飞机的燃油调节系统;哈尔滨工业大学研制出了适用于民用飞机的燃油调节器;北京航空航天大学、上海交通大学等单位也都在该领域取得了丰硕成果。当前,我国在航空发动机燃油调节器领域已经具备一定的基础和技术储备。
三、现状与问题
航空发动机燃油调节器是控制发动机进气流量和温度的部件,其性能优劣直接影响到发动机性能和飞行安全。燃油调节器的工作性能要求在满足现代航空发动机性能要求的同时,也要适应未来航空发动机技术发展的要求。根据燃油调节器的工作特点,可将其分为三类:液压式燃油调节器、电液式燃油调节器和电-电液混合式燃油调节器。
三种类型的燃油调节器在结构和控制原理上都有区别,其各自的应用场景也不尽相同,在性能和结构设计上都存在较大差异。
现阶段,我国航空发动机燃油调节系统的研究工作主要集中在电液燃油调节器方面,包括对电-电、油-液和油-电混合等燃油调节器的设计、制造和试验等方面的研究。目前,国内针对电液式燃油调节系统开展了大量研究工作,在硬件平台搭建、算法开发、实验研究等方面取得了一定进展。但是,相比于国外先进水平而言,我国在航空发动机燃油调节系统相关领域的技术研发工作仍然存在较大差距。以电液式燃油调节器为例,国内目前的研究工作主要集中在电液式燃油调节器设计方面,对于电液式电液混合式燃油调节器的研究还处于起步阶段。
四、展望
因此,未来我国航空发动机燃油调节器技术将从以下几方面发展:
1)继续推进燃油调节器的自主研制工作。国内研究人员应继续加强对燃油调节器关键技术的攻关力度,积极开展自主知识产权的燃油调节器技术研发工作。目前,国外部分公司已经开展了相关产品的研发和制造,并已批量进入国内市场。我国应进一步加强对国内企业研发工作的支持力度,积极开展自主知识产权的燃油调节器产品研发工作,从而不断提升我国在航空发动机领域的设计和制造水平。
2)积极推进航空发动机燃油调节器关键技术研究。未来我国将在发动机研制中大量应用航空发动机,同时还将进行国产大推力涡扇发动机研制和引进国外先进的发动机技术,这将对发动机燃油调节器提出更高的要求。因此,在未来航空发动机发展过程中应加强对航空发动机燃油调节器关键技术研究,以确保我国在未来大型民用客机、运输机等先进飞机上配备高性能、低成本、高可靠性和长寿命的燃油调节器。
3)加大对航空发动机燃油调节器材料、工艺等基础研究工作的投入。通过加强基础研究工作,为我国今后航空发动机燃油调节器产品技术研发工作提供支持。
结束语
随着现代飞机的高速发展,燃油调节器作为航空发动机的核心部件,其性能越来越重要,因此,研究燃油调节器的发展趋势对于我国航空发动机的研制和发展具有重要意义。
(1)未来燃油调节器的发展将围绕新一代航空发动机对燃油调节系统提出的新要求,即提高系统性能、降低结构重量、增强系统可靠性、延长使用寿命,进一步提高燃油调节器的综合性能。
(2)未来航空发动机燃油调节器将朝着数字化方向发展,进一步提高系统动态性能;采用模块化设计方法,以满足不同机型对燃油调节器不同性能要求;采用数字仿真技术和虚拟试验技术,进一步提高系统数字化设计能力和试验验证能力。
(3)未来航空发动机燃油调节器将向着智能化方向发展,采用智能化控制方法实现对喷油嘴、流量分配装置和燃油泵等部件的故障监测与诊断;采用自适应控制方法实现对燃油泵电机和其他设备的故障监测与诊断。
(4)未来航空发动机燃油调节器将向着一体化方向发展,采用先进的材料和结构设计方法,实现与其它部件的一体化设计;采用先进的仿真技术和虚拟试验技术,实现对燃油调节器系统性能和可靠性的研究。
参考文献:
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