歼10矢量喷惊艳了全场,但它的大脑你必须了解一下
军迷圈官微
文|飞行二次元

在刚结束不久的珠海航展上,最吸引观众眼球的镜头之一莫过于那架拖着长长的彩色烟雾做出“落叶飘”、“眼镜蛇”等一连串高难度飞行动作的歼10B推力矢量验证机。“老将”歼10的这次珠海亮相,为什么能够引得一众军迷欢呼雀跃呢?二次元君可以很淡定的告诉大家——这说明,我国的矢量发动机技术已经小有成就了,这种发动机是目前人类物理学和工程学领域内的一个技术顶峰。

在为我国的矢量喷喝彩之余,我们再来讲点新鲜的,那就是“航发控制系统”。航空发动机控制系统就像人类的大脑,负责接收各个传感器信号,进行计算处理,再控制执行机构(发动机)进行操作,控制着发动机的启动、运行、调节等一系列活动。对于一架飞机而言,发动机性能在很大程度上决定了其能够承担何种飞行任务,而发动机的性能除了取决于其设计理念、制造工艺和所用材料之外,更离不开它的“大脑”——航发控制系统,这同样是决定发动机研制水平的关键要素之一。

航发控制系统是一个多变量、多功能、非线性的复杂系统,它通过对发动机转速、喷口面积、排气温度等对象进行控制,实现对发动机工作状态的监测以及工作性能的调节,从而满足飞机的飞行需求,要保证发动机的高性能稳定工作,那么航空发动机控制系统就必须兼顾性能要求、可靠性要求、可维护性要求和重量要求。

要达到性能要求,那就必须保证发动机控制系统在任何环境条件下以及在受到任何形式的干扰作用时都能够具有良好的稳定性,其次还需要具备极佳的动态性能,这意味着该系统在从一种工作状态变换到另一种工作状态时必须要迅速反应,在减少过渡时间的同时还要保证变换过程平稳安全——试验显示,在保持发动机其他参数不变的情况下,发动机转速降低百分之一,其推力将减小百分之三,如果把这个推力换成具体的数值,那将是一个很明显的变量,稍有不慎,失之毫厘就会导致差之千里。

可靠性是指系统及组成控制系统的元部件功能在规定的时间保持良好的工作状态,任何一个性能优越的系统,如果不具备很高的可靠性或者可靠性很差,都是无法使用的。尤其是在航空领域内,极其微小的故障也会带来灾难性的后果,世界各国层出不穷的飞机飞行事故都用血淋淋的教训明了系统可靠性的重要,只有具备极佳的可靠性,才能够最大可能避免飞行事故的发生。

可维护性一方面是指产品的使用寿命,另一方面是指产品的维护成本,不具备良好的可维护性的航发控制系统不仅在实用性上会大打折扣,而且造成的经济消耗也将会是一个天文数字。因此在设计发动机控制系统时必须考虑到其便于检查、便于分解、便于维修以及便于更换老旧故障零件等多个问题,从而降低发动机发生故障时所消耗的时间和金钱。

推重比是发动机最重要的性能指标,影响推重比的重要因素则是发动机的自身重量,而作为航空发动机的一部分,控制系统的重量自然是越轻越好,因此,控制系统设计时应当选择性能优良的轻质元器件和材料,同时控制系统结构也应当尽可能简单。

整个航空发动机控制系统的研发制造需要经过方案拟定、数学模型研究、控制软件研究、硬件设计、仿真试验、飞行试验等一系列庞杂繁琐却又必不可少的工作,最终才能将其付诸采用,这其中每一个环节都需要进行大量的设计论证以及试验测试,涉及的领域则遍及物理学、工程学之下的各个学科,从开始研发到最终投入使用往往需要几年甚至十几年的时间,更需要耗费大量的物质资源。
目前包括我国在内的世界航空技术强国通过几十年的发展,已经在这个领域取得了巨大的成就,并且制造出了一系列技术先进、安全可靠的产品,同时在当前全权限数字电子控制技术已经成为主流趋势的大环境下,我国正在通过各项高性能航发研制工作进一步开发符合我国国产新型战机的新一代航发控制系统,进一步推动我国发动机技术的发展……矢量喷——仅仅只是一个前奏。