引言:航空机电系统为飞机飞行提供支持,同时也是飞机飞行中不可或缺的组成部分,当前我国飞机技术不断提高,所以机电系统自身负荷不断加强,因此传统的机电系统运行现已不能满足发展需求,需要建立独立发展的综合方向才可保证对性能较高的飞机进行保障。航空机电系统综合技术主要指二次能源的控制,其中第二动力可能会对液压、电源、燃油等各个方面进行综合设定,让其形成一个较为综合的系统,同时结合飞机所处的不同状态对自身各方面参数进行调整,并且自动选择最佳参数,彻底实现最优化,无论是性能还是成本都可达成最优化,为其后续提供飞行保障。
一、机电系统综合技术发展历程
(一)UMS计划
传统的机电系统一般会选择专用控制对各个部分进行控制,所以每一个控制器自身的通用性较差,并且也无法达到可靠性和信息共享需求。在上个世纪八十年代左右,国外出现了验证机计划,此类计划主要针对公共设备管理系统进行划分,此系统一般由四个处理器组成,此系统与传统的系统相比较,传统系统有将近25个控制器组成,现如今的机电综合管理系统将整体电源可以划分成为6个电源模块,此过程需要对机电控制系统进行有效布局,并且对各个模块进行优化,从而有效进行信息共享,最终明确工作内容。对于公共设备管理系统而言,此类系统可以减少重量和体系,并且在费用方面也有降低的趋势,此时为了增强系统的可靠性,需要加大维护力度,才可减轻飞行员的整体负荷。
(二)燃油热管理系统计划
当前我国电子设备热载荷在不断增加,在空气中会形成冲压现象,此时热沉问题逐渐明显,此过程并不能满足飞机的飞行需求,此时发动机需要解决各类限制矛盾问题,通过限制矛盾问题的解决,可以优化限制内容。上个世纪八十年代,出现了热箱燃油热管理系统计划,此类内容可以有效使用JP8+100耐高温燃油,此类燃油可以形成热沉功能,主要目的是为了达到蓄热的需求,并且还可以减少环控系统对发动机的影响,主要解决了打洞机引气问题,同时还能降低燃油的损失。燃油热管理系统技术当前被广泛应用在F-22装备之中,在燃油热沉综合环控系统方面仍然有待解决的问题,需要技术人员对其进行重视[1]。
(三)MEA计划
当前我国为了有效优化飞机的性能和可靠性,选择使用了二次能源,并且通过二次能源让其形成有效分配的趋势,进而保证飞机飞行的性能。在上个世纪七十年代后出现了全电飞机理念,此理念出现后逐步形成了飞机各个部件的电气化,后续也解决了各类问题,在短时间内容实现了全电飞机的初步设计,在方案初步设计中,也提出了各类多电飞机的计划,在各类计划优化过程中实现了各个方面的设计需求。当前我国机电系统在开展过程中对电能进行有效操控,才可保证能源的合理利用,最终对各个机电部件技术进行探索,其中主要研究的内容如下:启动发电、固态配电、电力作动器等,技术发展途径不断得到探索,当前上述技术一直被广泛应用在军用飞机领域之中。此类技术与传统飞机相比较,整体结构较为简单,其中自身重量较轻,因此整体可靠性较强,并且在后期维修工作中也可简化维修难度。此类设计方案生存能力较强,所以维修费用较低,因此整体性价比较高,此过程还可以选择电传操纵或者电力操纵,当前地面支援设备较少,所以整体接口较为简单。当前MEA计划主要被应用在C-130、C-141、F/A-18和F-16飞机上,在不断试验过程中可以看出飞机部件和系统方面均可达到计划的预期目标,后续也将其应用在民用飞机之中。
二、机电系统综合技术发展重点
(一)机电综合系统顶层设计与仿真技术
在机电综合系统顶层设计与仿真技术模型设计中,合理使用动态数字模型可以有效对数据进行收集,并且保证加强各个系统之间的关系,保证动静态之间的转化,推进系统之间的响应,保证系统自身可以达成自适应能力。在顶层设计和仿真技术支持下,还需对热管理系统、燃油热管理系统等各类组成部分进行仿真回路的分析设计,以此保证机电综合系统可以达成高性能需求,为了保证系统的准确性,在设计结束后需要利用相关设备对硬件内容进行测试,从而支持平台能量的优化,最终解决飞机因能量不足而造成的问题。
(二)机电综合管理技术
机电综合管理系统需要共享机电子系统的支持,此时共享机电子系统中的硬件设备可以发挥出物理综合功能,同时还可以与以下系统进行连接:飞控系统、推进控制系统、航空电子系统等,此过程可以保证信息的高度融合,并且还可以有效保证对机电系统的有效控制,确保管理和监控功能均可发挥出相应的作用。此过程的主要目的是为了帮助飞机完善自身性能,并且推进后续预期目标的有效达成,减少操作人员负担,提高整体飞行质量和效率。机电综合管理技术主要指的是对飞机整体性能的一种控制方式。此项工作进行前期需要结合飞机子系统具体情况设定综合控制模式,并且对各个模块进行划分,才可保证各类系统都可按照相应的需求对功能性进行完善,其中主要包括闭式环控系统、主动中心控制等各类管理模式。其中机电综合控制性能需要高新技术的支持,才可保证各个模式均可达到性能优化需求,最终对策略和方法进行设定,此过程需要对资源进行优化,并且保证使用最优的控制理论,才可实现机电系统的最优控制需求[2]。
三、机电系统综合技术的应用
(一)军用飞机
F-22战斗机中使用了燃油热管理系统,在使用此系统后,环控系统中的各类交换器都可利用燃油形成热荷载需求,尽可能规避热沉现象带来的阻碍,此时需要有效实现机电系统的燃油热管理,此项工作可以减少整体系统的重量,最终提高飞机性能,并且对各类技术进行优化,为飞机飞行提供保障。F-22的综合系统包括两个部分,第一个部分是综合飞机子系统控制器,第二个是公共设备控制处理器,二者的融合才可构成机电综合管理系统。IVSC需要结合飞机具体输入情况,融合UCP系统,向内部各个子系统发出相应的信息,在接收到系统命令后,可以响应IVSC的命令并且执行命令,从而有效关联通信关系;UCP使用的主要目的是为了帮助机电系统达成基本控制能力。
将其应用在F-35战斗机中,主要使用多电技术对其进行支持,此类技术可以让战斗机形成综合化、多电化的特征,并且在系统中还可使用分布式供电系统和动力与热管理系统,两种系统的融合形成组合动力包,此时需要使用风扇涵道散热器和内置起动发电机等各类EHA、电储能器进行使用,在组合内部形成的动力包是首次使用形成的结果。动力与热管理系统可以实现辅助系统功能,并且还可以对应急动力系统和环境控制系统进行支持,保证各类系统都可在机电功能子系统的支持下实现综合化发展需求。组合动力包主要对辅助动力装置中存在的各类控制系统利用涡轮或者开关启动的方式将其应用在综合轴上,通过综合轴支撑实现61,000r/min,所以需要减轻自身重量,尽可能保证缩小体积,以此提高整体可靠性。此种动力热管理系统还可以执行机械系统和电力管理系统中对电源的冷却或者维修操作,此过程为后续飞行提供保障。并且还可为发动机提供电能,保证在出现故障后可以第一时间启动故障应急设备[3]。
(二)民用飞机
A380飞机是当前我国第一个使用多电技术的客机,组合方案选择了液压作动器、电液作动器和电备份液压作动器(EBHA)的组合方案,整体设计较为简答,需要的地面辅助设备较少,并且飞机性能有所提升。A380辅助配电系统选择使用固态功率控制的方式,并且在控制过程中还可进行监控操作。除此之外A380以电为动力进行反向系统的输出。A380整体网络架构较为综合,主要特点在于系统功能,同时机电系统中各个零部件较为独立,因此可以选择互联网设备成为枢纽进行信息交换。
波音787飞机也使用了新技术,与传统飞机相比较在结构方面发生了一定变化,在发动机方面以电源进行供电为基础,复杂性有所降低,并且与传统飞机相比较消除了各类子系统,所以发动机选择使用气压启动和APU驱动的方式对其进行支持。在波音787飞机中,机电综合管理系统整体信息聚合量较大,可以服务于任何一个资源系统,并且还可控制其他系统的通信操作,最终达到全飞机的信息资源共享需求,保证可以将信息传输至各个部门[4]。
结论:综上所述,航空机电系统综合技术在不断发展,并且在发展过程中针对各类弊端进行完善,当前我国需要有效对航空机电系统综合技术进行研究,才可保证对关键性技术的使用,最终优化航空机电系统的综合技术,才可推进我国航空机电系统的有效发展。航空机电综合技术可以被广泛应用在各类飞机系统之中,无论是军用还是民用都可使其有效飞行,为其飞行提供支持,所以相关研究人员需要重点研究机电综合系统顶层设计和仿真技术,通过二者的支持有效规划机电综合管理技术。同时在发展过程中还需对机电系统综合技术中各类计划进行分析,通过多个内容支持让航空机电系统综合技术有更好的发展。
参考文献:
[1] 吴颖,郑党党,任丽强.基于模型的飞机机电系统综合仿真技术研究[A].第21届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集(CCSSTA21st2020)[C].中国自动化学会系统仿真专业委员会:中国自动化学会系统仿真专业委员会,2020:135-139.
[2]林志昆,王宏霞.浅谈飞机机电综合技术发展及标准需求[J].航空标准化与质量,2017,(06):15-17+44.
[3]于爱霞.机载新型机电管理系统综合检测技术研究[J].纳税,2017,(29):74.
[4]李桂萍.机电系统综合控制技术分析[J].科技创新与应用,2016,(36):146.