姜毓琦

【摘 要】民用飛機(jī)自動(dòng)推力功能是提高燃油經(jīng)濟(jì)性重要技術(shù)之一。本文研究了自動(dòng)推力系統(tǒng)的基本原理及與其他系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，同時(shí)介紹自動(dòng)推力功能的關(guān)鍵技術(shù)—自動(dòng)油門(mén)工作基本原理和邏輯。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；自動(dòng)推力；自動(dòng)油門(mén)

0 引言

20 世紀(jì)80 年代之后，先進(jìn)控制理論與優(yōu)化技術(shù)、帶推力矢量的綜合飛行/推進(jìn)控制技術(shù)等又逐漸成為新的研究熱點(diǎn)，這些領(lǐng)域的研究成果不僅成就了民航飛行器的眾多新功能，還帶來(lái)了飛機(jī)性能的大幅提升。當(dāng)代民用飛機(jī)在追求高性能、高安全性的同時(shí)，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性也提出了更高的要求。自動(dòng)推力功能便是解決該問(wèn)題的一條重要途徑。自動(dòng)推力功能是基于飛行航跡優(yōu)化而產(chǎn)生的，目前該技術(shù)已在民用飛機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。本文將介紹民用飛機(jī)自動(dòng)推力系統(tǒng)基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。

1 自動(dòng)推力功能架構(gòu)

民用飛機(jī)推力等級(jí)通常包括起飛、復(fù)飛、爬升、巡航、最大連續(xù)等推力。自動(dòng)推力功能根據(jù)最優(yōu)指標(biāo)下的推力性能模型與算法，在飛機(jī)從起飛到著陸整個(gè)過(guò)程中自動(dòng)執(zhí)行推力功能。自動(dòng)推力主要由自動(dòng)油門(mén)（AT）完成，自動(dòng)油門(mén)根據(jù)飛行模式、飛行管理系統(tǒng)（FMS）輸入的推力等級(jí)和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)信息選擇相應(yīng)的推力等級(jí)。

自動(dòng)推力功能基本架構(gòu)如圖1所示，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、飛行管理系統(tǒng)、自動(dòng)油門(mén)和仲裁系統(tǒng)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由FADEC（全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)）控制，其接收油門(mén)桿的推力指令控制發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。自動(dòng)油門(mén)系統(tǒng)由駐留軟件完成其功能，AT根據(jù)當(dāng)前飛行模式及傳感器等數(shù)據(jù)，計(jì)算出合理的油門(mén)桿角度信號(hào)反饋給油門(mén)桿，F(xiàn)ADEC根據(jù)油門(mén)桿角度計(jì)算出相應(yīng)推力值驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。FMS由控制顯示裝置和飛行管理應(yīng)用軟件組成，在控制顯示裝置可輸入目標(biāo)推力值。

推力模式仲裁系統(tǒng)由相應(yīng)飛機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)接收發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)油門(mén)和飛行管理系統(tǒng)全部的推力等級(jí)請(qǐng)求，結(jié)合飛行階段和發(fā)動(dòng)機(jī)性能等飛機(jī)數(shù)據(jù)，決策選擇出合理的推力模式反饋給各個(gè)系統(tǒng)，以此完成自動(dòng)推力功能閉環(huán)控制。

2 自動(dòng)推力關(guān)鍵技術(shù)

自動(dòng)推力功能主要由自動(dòng)油門(mén)完成，其關(guān)鍵技術(shù)是自動(dòng)油門(mén)控制技術(shù)。民用飛機(jī)通常將自動(dòng)油門(mén)集成在自動(dòng)飛行控制或飛行控制計(jì)算機(jī)中。

2.1 自動(dòng)油門(mén)基本工作邏輯

自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)包括自動(dòng)油門(mén)計(jì)算機(jī)軟件和油門(mén)桿裝置。自動(dòng)油門(mén)通斷開(kāi)關(guān)布置在飛行控制板上，按壓按鈕可接通或斷開(kāi)自動(dòng)油門(mén)功能。

自動(dòng)油門(mén)提供指令給每個(gè)油門(mén)控制組件上獨(dú)立的伺服馬達(dá)來(lái)定位兩個(gè)推力手柄，實(shí)現(xiàn)對(duì)推力的控制。自動(dòng)油門(mén)提供從起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近和復(fù)飛過(guò)程的推力控制。自動(dòng)油門(mén)接受來(lái)自于飛行導(dǎo)引（FG）、發(fā)動(dòng)機(jī)指示與機(jī)組告警系統(tǒng)（EICAS）、電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）、FADEC和其它傳感器的輸入數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算，為相應(yīng)的FG工作模式提供自動(dòng)推力控制指令，并將該控制指令發(fā)送到油門(mén)控制組件內(nèi)的自動(dòng)油門(mén)伺服馬達(dá)。最后發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)油門(mén)桿角度值驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到相應(yīng)N1值。

現(xiàn)代民用飛機(jī)，自動(dòng)油門(mén)功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)飛行能力重要功能之一。自動(dòng)油門(mén)功能可自動(dòng)調(diào)整油門(mén)桿角度，可合理利用發(fā)動(dòng)機(jī)性能，從而降低油耗。并且可極大減少飛行員操作負(fù)擔(dān)，更好地保證安全。

2.2 自動(dòng)油門(mén)工作模式

自動(dòng)油門(mén)提供油門(mén)指令保持空速或推力。在地面自動(dòng)油門(mén)處于待命狀態(tài)，一旦選擇起飛模式便處于工作狀態(tài)。自動(dòng)油門(mén)與飛行導(dǎo)引和飛行管理系統(tǒng)交聯(lián)。自動(dòng)油門(mén)工作模式通常分為空速控制模式和推力控制模式。

自動(dòng)油門(mén)在空速模式下，控制油門(mén)保持一個(gè)給定的空速（IAS）/馬赫數(shù)（MACH）。如果某一個(gè)飛行導(dǎo)引模式，如高度捕獲、高度保持、垂直速度、進(jìn)近或FMS垂直路徑角等模式處于工作狀態(tài)或隨后被選擇，自動(dòng)油門(mén)自動(dòng)地保持所選擇的空速?？账俚幕鶞?zhǔn)值由駕駛員通過(guò)FMS或者通過(guò)飛行控制板上的SPEED旋鈕選擇。當(dāng)速度的基準(zhǔn)值改變時(shí)，自動(dòng)油門(mén)就獲得了新的選擇速度?；鶞?zhǔn)值可以是IAS或MACH。如果沒(méi)有選擇飛行導(dǎo)引模式，自動(dòng)油門(mén)提供基本的空速保持控制模式以跟蹤空速的基準(zhǔn)值。

自動(dòng)油門(mén)在推力控制模式下，油門(mén)推進(jìn)或回收到特定的推力標(biāo)定值。如果某一個(gè)飛行導(dǎo)引模式，如起飛、飛行高度層改變或復(fù)飛等模式處于工作狀態(tài)，自動(dòng)油門(mén)根據(jù)所處的飛行階段自動(dòng)地控制推力到發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)標(biāo)定值。

2.3 自動(dòng)油門(mén)系統(tǒng)接口

自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)與油門(mén)桿組件、飛行導(dǎo)引、發(fā)動(dòng)機(jī)指示與機(jī)組告警系統(tǒng)、電子飛行儀表系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)均有數(shù)據(jù)傳輸接口。安裝在中央操縱臺(tái)上的油門(mén)桿內(nèi)綜合有自動(dòng)油門(mén)伺服馬達(dá)，自動(dòng)油門(mén)應(yīng)用軟件傳遞指令給自動(dòng)油門(mén)伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)油門(mén)桿，油門(mén)桿的位置信號(hào)會(huì)傳送到FADEC，同時(shí)自動(dòng)油門(mén)系統(tǒng)也會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)接收來(lái)自FADEC的發(fā)動(dòng)機(jī)信息。飛行控制板提供自動(dòng)油門(mén)伺服馬達(dá)接通控制信號(hào)。同樣FMS根據(jù)飛行計(jì)劃或當(dāng)前的飛機(jī)狀態(tài)和飛行模式提供給自動(dòng)油門(mén)工作模式指令。

3 結(jié)論

民用飛機(jī)自動(dòng)推力功能是根據(jù)飛機(jī)不同飛行階段以及不同飛行狀態(tài)，計(jì)算飛機(jī)的推力并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命、燃油經(jīng)濟(jì)性等需求優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)推力。自動(dòng)推力關(guān)鍵技術(shù)是自動(dòng)油門(mén)控制系統(tǒng)，自動(dòng)油門(mén)控制率的設(shè)計(jì)水平直接影響民用飛機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，在未來(lái)飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)中具有很大提升空間和創(chuàng)新性。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]