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综合飞行/推进控制

/integrated flight/propulsion control; IFPC/
最后更新 2023-06-26
浏览 152
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将飞行与推进(包括进气道、发动机和尾喷管)系统进行综合控制,通过系统顶层设计实现。能有效处理飞机与推进系统之间耦合影响,提高燃油效率和飞机的机动能力,减轻驾驶员负担,是现代飞机设计的关键。

英文名称
integrated flight/propulsion control; IFPC
所属学科
控制科学与工程

20世纪70年代,电传操纵系统与主动控制技术的应用促进了综合飞行/推进控制的发展,综合飞行/推进控制进入试飞阶段。美国利用F-111飞机验证了自动油门控制与发动机控制系统的交联,利用YF-12飞机实现了综合飞行/推进控制中的自动驾驶仪、自动油门以及进气道的数字控制,试飞F-15飞机验证了综合飞行/推进控制概念及其可行性。20世纪80年代,美国开展了“综合机体/推力控制系统结构(integrated airframe/propulsion control system architectures; IA/PCSA)”“综合控制系统设计方法(design method for integrated control system; DMICS)”“高度综合的数字电子控制(highly integrated digital electronic control; HIDEC)”等多项研究计划,并在F-15飞机和F/A-18飞机上进行试飞,验证了适应式数字发动机控制系统、性能寻优控制、航迹制导优化等多项技术。到20世纪80年代中后期,综合控制的研究主要集中在推力矢量控制(thrust vector control; TVC)的实现和应用上,主要的研究项目包括F-15飞机短距起飞着陆/机动技术验证(short takeoff and landing/maneuvering technology demonstrator;STL/MTD)、F-16飞机多轴推力矢量(multi-axis thrust vectoring; MATV)、F/A-18飞机大迎角技术项目(high angle of attack technology program; HAATP)等,这些研究项目提高了飞机的机动性和敏捷性,取得了令人瞩目的成就。进入21世纪以来,综合飞行/推进控制的发展应用主要集中在射流矢量推力、推力应急控制等技术的实现和应用上。

综合飞行/推进控制系统的工作过程表现为:综合飞控计算机接收驾驶员的操纵指令(驾驶杆、脚蹬、油门杆),并接收飞机姿态角、气流角、速度、加速度、飞行高度等信号,经过综合解算,向飞控伺服系统发出控制指令,操纵飞机的相应控制面,使飞机按预期姿态和航向飞行;同时向发动机数字控制器发出控制指令,调节变几何构件和油门大小,控制飞机的推力,从而使飞行控制与推进控制融为一体,达到综合控制的目的。

根据不同的飞行任务,综合飞行/推进控制系统综合控制模式可分为推力矢量模式、自动油门模式、性能寻优控制模式、失速裕度控制模式和快速推力调节模式等。

综合飞行/推进控制技术在节省能源、减轻驾驶员负担、提高机动性和延长发动机寿命等方面均有明显效益(见表)。


综合飞行/推进控制技术的效益

任务类型

IFPC技术

效益

短距起降

反推力、矢量控制

大幅度减小起飞和滑跑距离

地形跟随/地形回避

变几何形状进气道

高速低高度突防,减少燃油消耗

空对空战斗机动性

推力矢量、反推力、变几何进气道、导向叶片

增大转弯速率、扩大飞行包线、增加推力、减少燃油消耗、提高机动性

超音速巡航

变几何进气道、控制协调

提高燃油效率,减小燃油消耗、延长发动机寿命

能量管理

将能量、功能、转弯速度、燃油、距离时间等进行综合管理

导引飞机完成最佳轨迹飞行


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