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文/陈光 这是一种采用大功率整体起动/发动机、主动磁浮轴承系统、分布式控制系统、电动燃油泵和电力作动器等新技术和系统的新型航空发动机（图11-12）。 由于取消了传统的接触式滚动轴承、滑油系统、功率提取轴、减速器和有关机械作动附件（图11-13），从而大大减轻了重量，降低了成本，减小发动机迎风面积，改善了可靠性和维修性； 图11-12、多电发动机结构示意图 并且可减小振动、对叶片间隙进行主动控制等。其主要技术包括： （1）整体起动/发电机 多电发动机的整体起动/发电机装在风扇轴上，提供飞机所用的大量电力。它利用电机的可逆原理，在发动机稳定工作前作为电起动机工作，带动发动机转子到一定转速后喷油点火，使发动机进入稳定工作状态； 此后，发动机反过来带动电机，成为发电机，向飞机用电设备供电。 采用整体起动/发电机可取消功率提取轴和减速器，减小发动机的重量和迎风面积； 所产生的电功率由两根以上的发动机轴分担，可以重新优化燃气发生器，有利于控制喘振和扩大空中点火包线，改善发动机的适用性； 易于获得大的电功率，达几兆瓦。 图11-13、多电发动机的特点 （2）主动磁浮轴承 主动磁浮轴承（AMB）是利用电磁力使轴承稳定悬浮起来且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型轴承，它包括位移传感器、控制器、功率放大器和电磁作动器，其控制原理见图11-14。 其工作原理是： 位移传感器用于监视轴的位置，并将信息传入控制系统，控制系统确定必要的控制信号，并将控制信号送入功率放大器，转变为电磁作动器的增大电流，使旋转轴位于轴承作动器的中心。 主动磁浮轴承具有无磨损、无需润滑、寿命长、转速高、无噪声、无污染、运行成本低、安全性高和振动小等许多优点。 用主动磁浮轴承系统代替传统的接触式滚动轴承、润滑系统和机械（液压、气压）作动系统，可大大减少发动机的零件数，从而大大减轻系统的重量（预计大型航空发动机可减重10%~15%），降低复杂性，改善可靠性和维修性，降低成本，免除普通发动机滑油带来的着火危险； 同时，由于磁浮轴承能承受更高的温度（550~600℃），因此可设计得离燃烧室或涡轮更近，这样使发动机的结构更紧凑； 另外，采用主动磁浮轴承可以减少振动，改善发动机的转子动力学特性； 同时，磁浮轴承可进行主动振动控制和叶尖间隙控制，还可进行状态监视。 图11-15是美国为多电发动机发展的高温主动磁浮轴承。 由于高温主动磁浮轴承是机电一体化的高新技术产品，涉及机械技术、电子技术、传感技术、控制技术和计算机技术等多个技术领域，存在很多技术难点，因此是国外多电发动机技术发展的重点。 图11-14、主动磁浮轴承控制原理示意图 （3）分布式控制系统 目前航空发动机所用集中式全权限数字电子控制系统（FADEC）的所有控制处理和计算以及输入输出信号的滤波和处理都通过一个FADEC装置实现。 多电发动机分布式控制系统的数据总线与系统中多个灵巧作动器或传感器相连，每个灵巧作动器或传感器都具有一定的处理功能，可执行当地的功能。 采用分布式控制系统可大大减轻航空发动机的重量，提高可用性，改善故障隔离特性，减少寿命期成本，减轻驾驶员的工作负荷，改进发动机的控制，并带来故障检测和维修性方面的巨大好处。 预计，采用分布式控制系统的大型民用发动机的重量可减轻50kg左右。维修成本可减少20~30%。 （4）电动燃油泵 电动燃油泵是多电发动机的重要部件。目前航空发动机的主燃油泵都是固定排量的齿轮泵，这种燃油泵可靠性很高。 但由于齿轮泵的转速与发动机的转速直接相关，因此，在有些飞行状态下齿轮泵所提供的燃油远远高于发动机所需燃油量。为解决这个问题，需要大量的燃油重新流回燃油箱。结果是燃油的温度升高，因此需要对流回的燃油进行冷却，以防止燃油系统超温。 具有智能控制器的电动燃油泵的转速与发动机的转速不相关，因此，可根据发动机的需要调整转速，提供发动机所需的燃油量，而无需燃油流回，这样既减轻了系统的重量，也降低了系统的复杂性。 图、11-15美国为多电发动机发展的高温主动磁浮轴承 （5）电力作动器 电力作动器也是多电发动机的重要部件之一。传统航空发动机所采用的液压作动器始终有泄漏的问题，因此当发动机的系统性能下降时，总是难以判断是不是液压作动器的泄漏造成。采用电力作动器则很容易进行故障识别，因为发电机和功率电子设备都传递自己的信号。 此外，传统机械液压作动器的拆除非常麻烦，需要有经验的维修人员执行操作，并需要地面保障设备的支持。而电力作动器的拆除非常简单，只需断开电路，拧下与作动器连接的螺栓即可。 鉴于多（全）电发动机的优越性，美国和欧共体在20世纪90年代先后实施了多（全）电发动机计划。美国主要在多（全）电飞机（MEA）计划和发动机IHPTET计划下组织实施。 NASA刘易斯研究中心和陆军研究实验室也有一项专门的多（全）电燃气涡轮发动机计划。欧共体五国（英、法、德、奥地利和瑞士）在1998年启动了航空涡轮机主动磁性轴承（AMBIT）计划。 |
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