民用飞机自动推力功能浅析_免费论文全文下载

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【摘 要】民用飞机自动推力功能是提高燃油经济性重要技术之一。本文研究了自动推力系统的基本原理及与其他系统之间的关联，同时介绍自动推力功能的关键技术―自动油门工作基本原理和逻辑。

【关键词】民用飞机；自动推力；自动油门
0 引言
20 世纪80 年代之后，先进控制理论与优化技术、带推力矢量的综合飞行/推进控制技术等又逐渐成为新的研究热点，这些领域的研究成果不仅成就了民航飞行器的众多新功能，还带来了飞机性能的大幅提升。当代民用飞机在追求高性能、高安全性的同时，对燃油经济性也提出了更高的要求。自动推力功能便是解决该问题的一条重要途径。自动推力功能是基于飞行航迹优化而产生的，目前该技术已在民用飞机上得到广泛应用。本文将介绍民用飞机自动推力系统基本原理及其关键技术。
1 自动推力功能架构
民用飞机推力等级通常包括起飞、复飞、爬升、巡航、最大连续等推力。自动推力功能根据最优指标下的推力性能模型与算法，在飞机从起飞到着陆整个过程中自动执行推力功能。自动推力主要由自动油门（AT）完成，自动油门根据飞行模式、飞行管理系统（FMS）输入的推力等级和发动机状态信息选择相应的推力等级。
自动推力功能基本架构如图1所示，包括发动机控制系统、飞行管理系统、自动油门和仲裁系统组成。发动机控制系统由FADEC（全权限数字电子控制系统）控制，其接收油门杆的推力指令控制发动机的推力。自动油门系统由驻留软件完成其功能，AT根据当前飞行模式及传感器等数据，计算出合理的油门杆角度信号反馈给油门杆，FADEC根据油门杆角度计算出相应推力值驱动发动机转速。FMS由控制显示装置和飞行管理应用软件组成，在控制显示装置可输入目标推力值。
推力模式仲裁系统由相应飞机软件实现，系统接收发动机控制系统、自动油门和飞行管理系统全部的推力等级请求，结合飞行阶段和发动机性能等飞机数据，决策选择出合理的推力模式反馈给各个系统，以此完成自动推力功能闭环控制。
2 自动推力关键技术
自�油屏�功能主要由自动油门完成，其关键技术是自动油门控制技术。民用飞机通常将自动油门集成在自动飞行控制或飞行控制计算机中。
2.1 自动油门基本工作逻辑
自动油门控制系统包括自动油门计算机软件和油门杆装置。自动油门通断开关布置在飞行控制板上，按压按钮可接通或断开自动油门功能。
自动油门提供指令给每个油门控制组件上独立的伺服马达来定位两个推力手柄，实现对推力的控制。自动油门提供从起飞、爬升、巡航、下降、进近和复飞过程的推力控制。自动油门接受来自于飞行导引（FG）、发动机指示与机组告警系统（EICAS）、电子飞行仪表系统（EFIS）、FADEC和其它传感器的输入数据，然后经过计算，为相应的FG工作模式提供自动推力控制指令，并将该控制指令发送到油门控制组件内的自动油门伺服马达。最后发动机控制系统根据油门杆角度值驱动发动机达到相应N1值。
现代民用飞机，自动油门功能是实现自动飞行能力重要功能之一。自动油门功能可自动调整油门杆角度，可合理利用发动机性能，从而降低油耗。并且可极大减少飞行员操作负担，更好地保证安全。
2.2 自动油门工作模式
自动油门提供油门指令保持空速或推力。在地面自动油门处于待命状态，一旦选择起飞模式便处于工作状态。自动油门与飞行导引和飞行管理系统交联。自动油门工作模式通常分为空速控制模式和推力控制模式。
自动油门在空速模式下，控制油门保持一个给定的空速（IAS）/马赫数（MACH）。如果某一个飞行导引模式，如高度捕获、高度保持、垂直速度、进近或FMS垂直路径角等模式处于工作状态或随后被选择，自动油门自动地保持所选择的空速。空速的基准值由驾驶员通过FMS或者通过飞行控制板上的SPEED旋钮选择。当速度的基准值改变时，自动油门就获得了新的选择速度。基准值可以是IAS或MACH。如果没有选择飞行导引模式，自动油门提供基本的空速保持控制模式以跟踪空速的基准值。
自动油门在推力控制模式下，油门推进或回收到特定的推力标定值。如果某一个飞行导引模式，如起飞、飞行高度层改变或复飞等模式处于工作状态，自动油门根据所处的飞行阶段自动地控制推力到发动机的某个标定值。
2.3 自动油门系统接口
自动油门控制系统与油门杆组件、飞行导引、发动机指示与机组告警系统、电子飞行仪表系统、发动机控制系统均有数据传输接口。安装在中央操纵台上的油门杆内综合有自动油门伺服马达，自动油门应用软件传递指令给自动油门伺服马达驱动油门杆，油门杆的位置信号会传送到FADEC，同时自动油门系统也会通过数据总线接收来自FADEC的发动机信息。飞行控制板提供自动油门伺服马达接通控制信号。同样FMS根据飞行计划或当前的飞机状态和飞行模式提供给自动油门工作模式指令。
3 结论
民用飞机自动推力功能是根据飞机不同飞行阶段以及不同飞行状态，计算飞机的推力并进行自动调节，同时结合发动机的寿命、燃油经济性等需求优化发动机推力。自动推力关键技术是自动油门控制系统，自动油门控制率的设计水平直接影响民用飞机燃油经济性，在未来飞机设计研发中具有很大提升空间和创新性。
【参考文献】
[1]申功璋，高金源，张津.飞机综合控制与飞行管理[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
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[责任编辑：朱丽娜]

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