1.2 航空发动机控制系统发展

现代航空发动机一般为燃气涡轮式发动机，主要包括涡喷发动机、涡扇发动机、涡轴发动机和涡桨发动机。随着飞机和发动机性能的不断提高，航空发动机控制系统也已逐步由20世纪40年代的简单液压机械式控制系统发展为现代的全权限数字式电子控制（Full Authority Digital Electronic Control, FADEC）系统，从单变量控制发展为多变量控制，从推进系统独立控制向飞机—推进系统综合控制发展，并进一步由集中式控制向分布式控制发展。例如，早期的J17涡喷发动机通过控制燃油流量这一个变量来保证系统的稳定工作，对于这种系统，液压机械控制器可以完全控制，且其工作较为可靠；而后的F100加力涡扇发动机具有七个控制变量，借助计算机产业的迅猛发展，采用了具有较强功能的数字电子控制装置[5-8]。

自20世纪90年代，世界先进工业国家已经完成了航空发动机控制系统从液压机械控制向数字电子控制的技术转变，21世纪初美国在飞机猛禽F22上的发动机F119-PW-100上安装了第4代FADEC系统。现今，航空发动机FADEC系统的研究和验证工作仍在先进工业国家持续进行。

在FADEC系统中，航空发动机的所有控制功能全部由数字式电子控制器负责，除此它还负责FADEC系统的容错控制、故障诊断和发动机的状态监测，以提高控制系统的稳定性和可靠性。数字式控制器具有计算精度高、逻辑功能强、运算速度快等良好特性，使得FADEC系统提高了系统的控制精度，实现了复杂规律控制，提高了可靠性，其灵活性可设计出最佳控制规律，降低研制成本，缩短研制周期[1],[6]。

为满足日益严格的航空发动机控制需求，控制系统设计必须采用新的方法和技术来达到这些要求，其中应用现代控制理论和先进控制算法是一个重要方面。例如，以F119发动机为典型代表的现代先进发动机控制系统，采用了机载自适应实时优化控制、主动控制、容错控制、健康管理、延寿控制等先进的发动机控制方法与技术。

为了不断满足发动机发展的需求，未来控制系统的发展目标是提高性能，减轻重量，耐恶劣环境能力加强，提高可靠性和维护性，因此控制系统将向综合化和智能化方向发展[5]。经过众多专家学者多年的探索，国际上对航空发动机控制系统的发展方向给出以下几点指引和建议[7]：

（1）提高发动机的性能。使航空发动机获得更加优异的动力性能。

（2）改善发动机安全可靠性。在获得优异动力性能的同时，使发动机运行更加安全可靠，降低事故发生率。

（3）延长使用年限。在考虑提升发动机可靠性的条件下增加它的工作年限，延长返厂大修周期。

（4）基本不改变硬件余度。使发动机的硬件余度结构不过于复杂，不为发动机的运行增加额外负担。

（5）缩短研制、生产周期。研制生产过程更加程式化，提高生产效率。

（6）降低制造、维修的成本。在不降低发动机性能的条件下降低成本。

（7）提高FADEC的技术水平。应用微电子技术的最新科研成果，尝试将新的、优异的控制技术应用于控制系统，使控制系统研发保持一个良好成长空间。