典型发动机操纵系统优缺点分析

徐建伟 房静 李甜甜 李玉芳 王典

摘要：发动机操纵系统主要用以控制发动机的工作状态，是飞机动力系统的关键子系统，本文从典型发动机操纵系统的特点进行分析，讨论各典型操纵系统的优缺点。

关键词：发动机操纵系统;特点;优缺点

引言

发动机操纵系统用以调节发动机一系列与速度、高度、功率状态等有关的参数，以及相互关联的各种参数，控制发动机工作以达到所规定的稳态和瞬态性能，并防止发动机在各种环境条件下和整个工作包线内超过它的任一极限值。操纵系统的操纵形式主要有硬式、软式和电调操纵三大类。

1硬式操纵系统

1.1典型示例

由拉杆、摇臂、扭力臂和滚轮导向件等主要构件组成传动机构成为发动机硬式操纵系统。图1为一种双发飞机上发动机硬式操纵的安装图。

1.2特点

在硬式传动机构中，操纵力是由拉杆传递的，拉杆可以承受拉力或者压力，硬式操纵系统中一般由多个连杆机构串联而成，而每个传动机构均有自身的传动比，整个操纵系统的传动比等于全部连杆机构传动比的乘積，即

1.3优缺点分析

优点：①硬式操纵系统用金属拉杆传递操纵力，操纵灵敏性很高，油门杆角度能迅速的反馈至发动机的油泵调节器;②金属拉杆可以受一定的拉力和压力，可以有效的实现增油和减油指令;③金属拉杆在受操纵力时，由于操纵力较小，金属拉杆产生的弹性形变不明显，系统的空行程较软式操纵系统小;

缺点：①由于采用金属杆系，且驾驶舱油门操纵杆一般距离飞机发动机较远，整个系统的重量较大，对飞机的经济性有一定的影响;②由于空间及设备的限制，硬式操纵不像钢索可以绕过飞机内部的一些设备和装置，由此会进一步增加系统的铰接点和连杆机构，在增加重量的同时，由于连杆机构如摇臂机构、四连杆机构或导向机构增加，系统中间机构传动增多，会导致整个系统的传动比不够精确。

2软式操纵系统

2.1典型示例

发动机软式操纵系统主要由钢索、滑轮、导向件、松紧螺套、软轴等主要构件组成。图2为一种双发飞机上发动机软式操纵的安装图。

2.2特点

在软式操纵系统中，操纵力是由钢索传递的，钢索只能承受拉力，不能承受压力，因此，钢索操纵实际上是由两根承受拉力的钢索组成回路，轮流工作。见图3，是一种纯机械软式操纵系统示意图，油门杆前推时增油钢索受拉力，末级滑轮通过拉杆带动发动机主动滑轮摇臂逆时针转动，从而增加发动机燃油量;同理，油门杆后拉时，减油钢索承受拉力，末级滑轮通过拉杆带动发动机主动滑轮摇臂顺时针转动，从而减少发动机燃油量。

钢索是由钢丝编制的钢丝绳，其材料主要有碳钢和不锈钢两种。钢索的尺寸应满足系统载荷的要求，并具有足够的安全系数，在传递主要载荷的地方，钢索尺寸应根据极限使用载荷不超过钢索额定破坏强度的67%，并且不超过滑轮所允许的钢索最大极限使用载荷，钢索直径一般选取1.8mm～4.5mm。

当钢索在工作中围绕滑轮受到弯曲时，其钢索中钢丝的弯曲应力计算公式为

f=0.466

式中：

f弯曲应力

E钢丝的弹性模量

d钢丝外径

D滑轮根径

弯曲应力可以与直线张力载荷所产生的应力相当，较小的滑轮会大大地增加弯曲应力和降低钢索寿命。

滑轮用来支持钢索和改变钢索的运动方向，通常用硬铝合金或夹布胶木材料制成。钢索缠绕部分随钢索行程而改变，滑轮在中立位置的初始缠绕部分至少应为钢索在任一方向全行程的115%。对于大多数使用情况来说，滑轮槽半径应用的一个公式为

式中：

Rr根半径或底半径

C钢索直径

在设计时，要充分考虑钢索包角、滑轮直径和钢索槽尺寸，滑轮的直径根据包角来选定，但一般不得小于钢索直径的20倍。为了防止钢索从他们的滑轮上脱出以及钢索与滑轮偏磨，要求精度校正，固定安装的滑轮相对钢索的不共面度应在2°范围内，为保证这一限制，设计的不共面度通常在0.5°范围内。

2.3优缺点

优点：①系统构造简单，重量小，比较容易绕过机内设备和装置;②机械式结构，可靠性高。

缺点：①钢索若与机身结构相磨，易导致钢索断丝进而断裂，且同时需保证钢索线系与滑轮槽边缘角度，安装精度要求高;②钢索受拉时易伸长，造成空行程、响应滞后，系统操作精度低，且同时存在油门操纵台特定转速点与发动机油泵调节器特定转速点不一致的问题;③钢索断裂会直接导致系统无法使用，而钢索断丝不易预测，需经常维护，且重点部位必须增加维护点。

3电控操纵系统

3.1典型示例

发动机电控操纵系统使用电缆代替机械传动装置，把驾驶员的操纵指令转换成电信号，直接传递到发动机上的发动机控制机构。图4为波音777-200飞机上发动机电控操纵的安装图。

3.2特点

发动机电控操纵系统主要由油门杆角位移传感器（解算器）、电子发动机控制装置（EEC）、执行机构、飞行管理系统中的推力管理功能、信号传递线路等部分组成，主要特点为设置有EEC和具有完善的信号反馈控制回路。

3.3优缺点分析

优点：①电控操纵系统具有体积小、重量轻、布局灵活、便于信号综合与交联;②消除了机械操纵系统中的摩擦、间隙、非线性因素以及环境温度和飞机结构变形的影响，使发动机操纵品质和性能得到根本改善;③采用冗余设计的控制系统的可靠性大大提高，可以减少维护疏忽、自然影响和人为因素引起的不可预知的故障影响，提高了飞机飞控系统的可靠性和安全性。

缺点：①系统电气复杂度提高，成本相应提高，易受雷击和电磁脉冲波干扰影响;②飞机上能否采用发动机电控操纵系统，主要取决于发动机是否具备电子发动机控制装置，存在一定的局限性。

4结束语

机械式（硬式、软式）、电控式发动机油门操纵系统特均有各自的优缺点，综合以上分析，针对构型复杂度、控制精度、可靠性、维护性这四个方面进行对比：

构型复杂度：机械式操纵系统构型复杂，部件较多;电控式操纵系统构型简单，仅需要较少的控制盒和装置（硬式>软式>电控）;

控制精度：机械式操纵系统因存在中间传动单元，传动精度低于电控式（电控>硬式>软式）;

可靠性：机械式操纵系统故障模式较单一，电控式操纵系统故障模式较多（硬式>软式>电控）;

维护性：机械式操纵系统需定期维护保养，电控式操纵系统无需定期维护保养（电控>硬式=软式）;

参考文献

董云峰.浅谈发动机操纵系统的设计与改进[J].科学技术创新.2017（24）.