飞行器动力论文

自动控制技术在飞行器动力系统中的应用

摘要：发动机是飞行器的动力源，相当于飞行器的心脏，它的性能对飞行器的发展有着非常重要的影响。现代发动机的发展除了在推重比的提高和燃油消耗率的进降低外还有其他方面的技术要求进一步发展和提高，其中发动机的智能推进控制得到了各国的重视。

关键字：发动机自动控制智能推进控制预研

引言：为飞行器提供动力，推动飞行器前进的装置称为动力装置。它由发动机、推进剂或燃料系统以及保证发动机正常有效工作所必需的导管、附件、仪表和在飞行器上的固定装置等组成。为了方便起见，我们把动力系统简称为发动机。1883年汽油内燃机即活塞式发动机的问世，为第一架飞机的试飞成功创造了条件；空气喷气发动机的出现，使飞机突破声障，并使飞行器的飞行速度达到几倍声速成为可能；火箭发动机的出现，为航天器的发展奠定了基础，使人类冲出地球，飞向宇宙的梦想成为现实。可以说，飞行器的发展是伴随着发动机的发展而发展的，飞行器发展的每一个里程碑都与发动机的发展有着密切的联系。

正文：

1 、发动机分为以下几种：

(1)、活塞式发动机是一种把燃料的热能转化为带动螺旋桨转动的机械能的发动机。螺旋桨高速旋转时，使空气加速向后流动，空气对螺旋桨产生反作用力，从而推动飞行器前进。因此活塞式发动机不能直接产生使飞行器前进的推力，而是通过带动螺旋桨转动而产生推力的。

涡轮喷气式发动机可以利用向后喷射高速气流，直接产生向前的反作用力，来推动飞行器前进。空气喷气发动机、火箭发动机和组合发动机都属于这种类型。

(3)、空气喷气发动机是利用大气层中的空气，与所携带的燃料燃烧产生高温气体，它依赖于空气中的氧气作为氧化剂，因此只能作为航空器的发动机。按具体结构的不同，空气喷气发动机又可分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和冲压喷气发动机等类型。

(4)、火箭发动机不依赖于空气而工作，完全依靠自身携带的氧化剂和燃料产生高温、高压气体，因此可以在高空和大气层外使用。若按形成喷气流动能的能源的不同，火箭发动机又可分为化学火箭发动机和非化学火箭发动机。

(5)、组合发动机是指两种或两种以上不同类型发动机的组合，包括空气喷气发动机之间的组合，以及空气喷气发动机与火箭发动机之间的组合等。

2、活塞式发动机与涡轮喷气发动机的异同【1】：

活塞式发动机：

发动机是热机但本身不能产生推力，只能从轴上输出功率带动螺旋桨，由螺旋桨产生推力，所以螺旋桨称为推进器。热机叫螺旋桨称为活塞式动力装置。发动机工作时，空气是间断进入气缸，气体和压缩、燃烧和膨胀过程发生在通一缸内，只有一个行程对外做功。必须采用笨重的气缸。

涡轮喷气发动机：

即使热机又是推进器。在一定的飞行速度范围内，随着飞行速度的增加，其产生的推力增加。燃气轮机工作时，有更大的功率输出。适于高速飞行。燃气式结构轻巧。较活塞式经济性差。

目前普遍认为，发动机推重比和燃油消耗率是衡量航空喷气涡轮发动机技术水平和工作

能力的综合性指标。

3、发动机发展方向和自动控制的应用

航空发动机的技术发展水平是一个国家科技、军事实力和综合国力的重要标志。世界各国都重视航空发动机的研制，美国在世界航空发动机技术方面处于领先地位。

从1988年开始实施的综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）计划是迄今为止世界上范围最广、创新度最高、规模最大、影响力最强、投资最多的发动机技术预研计划。尽管IHPTET 计划第3阶段目标还未达到，研制工作仍在继续，但是美国国防部、NASA和国防预研局已制定出了一个延续到2017年的推进技术长期发展计划，就是从2006年开始实施IHPTET计划的后继计划——V AA TE计划，即通用、可承担起的先进涡轮发动机计划。V AA TE计划的宗旨是在提高发动机性能的同时，强调降低生产和维修成本，主要目的是开发、验证经济可承受的多用途核心机技术，再从核心机研制出更高性能、更高耐用性和更低费用的民用和军用发动机。V AA TE计划的发展重点是经济可承受性，总目标是到2017年开发出革命性和创新性的技术，使先进军用发动机的经济可承受性提高到F119发动机的10倍，推重比提高20%～30%，耗油率降低25%～30%，研制、生产和维修成本降低50%

1999年美国NASA提出极高效发动机技术(VEET)计划【2】，到2005年结束。主要分7个项目：

a.推进系统一体化和评估；排放控制；

b.高负荷叶轮机；

c.发动机高性能材料和结构；

d.推进系统——机体一体化；

e.智能推进控制；

f.综合部件验证。

其中自动推进系统设计，它的控制系统不依赖驾驶员，并在特定任务剖面类达到最佳加性能，同时对环境的影响最小。还能调整系统特性，使各个部件的寿命最长，因而改善推进系统的寿命和安全性。自动控制技术在飞行器的控制中应用越来越广，再如无人机的飞行控制从推进控制到飞行姿态的智能自动控制。

新技术的快速应用如：采用数字电调技术，对发动机实时监测和故障诊断，对飞机推进系统进行一体化数字最佳控制；光纤传感器的广泛应用；光纤控制系统综合、超大规模集成电路的应用。都极大地加速着飞行器动力系统的发展。

4、结束语

科学家高歌提出，我们应当加大力度发展新型发动机如：真空零点能发动机、反物质发动机。

当前有好多种高性能发动机不断取得突破和进展如：超燃冲压发动机，脉冲爆震发动机。在发展型号的同时应该着手预研究，重视预研的重要性。【3】作为航空航天学院的探控系学生，面对我国发动机技术基础差，与领先国家存在着巨大差距，发动机发展日新月异的时代，我们面临的是机遇也是挑战，当奋起直追，强大我国航空航天事业！

参考文献：【1】宋笔锋主编《航空航天技术概论》国防工业出版社

【2】王如根、高坤华编著《航空发动机新技术》航空工业出版社

【3】吴大观著《航空发动机研制工作论文集》航空工业出版社