直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示綜合化研究

張然 李昊晗

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示是直升機(jī)的重要系統(tǒng)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示的技術(shù)也隨之在提高。這主要表現(xiàn)航電綜合化技術(shù)的發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示方式。逐步由傳統(tǒng)的儀表顯示逐步向綜合化方向發(fā)展，通過(guò)對(duì)參數(shù)顯示進(jìn)行綜合化研究，提出發(fā)動(dòng)機(jī)限制指示FLI的計(jì)算和顯示，減少駕駛員飛行負(fù)擔(dān)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù);綜合化;FLI

中圖分類號(hào)：V235.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0055-03

1 緒論

直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示系統(tǒng)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)及其他系統(tǒng)信息。主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速N1、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩TRQ、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度T4等信息。這些信息是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)，其數(shù)值即相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立。說(shuō)其相互關(guān)聯(lián)，是因?yàn)檫@些參數(shù)直接表示發(fā)動(dòng)機(jī)的功率狀態(tài);說(shuō)其相互獨(dú)立，是因?yàn)檫@些參數(shù)來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)的不同部位，表示發(fā)動(dòng)機(jī)不同的參數(shù)，這些參數(shù)是由獨(dú)立的傳感器提供信息，相互間沒(méi)有關(guān)聯(lián)。

長(zhǎng)期以來(lái)，根據(jù)不同用戶的需求，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的顯示主要有以下幾種方式：

（1）分立式儀表的顯示。在儀表板上分別安裝有左右發(fā)N1轉(zhuǎn)速表、TRQ表、T4溫度表等分立式儀表，通過(guò)專門的液晶顯示模塊和控制開(kāi)關(guān)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的存貯參數(shù)、故障信息、歷程信息等;

（2）柱狀發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示。該顯示方式是將發(fā)動(dòng)機(jī)的所有參數(shù)集中顯示在一塊顯示器上，采取柱狀與數(shù)字相結(jié)合的方式進(jìn)行顯示，這樣的顯示效果可以充分節(jié)約儀表板的資源，缺點(diǎn)是字符小，不易識(shí)別;

（3）表狀發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示。該顯示方式也是將發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)集中顯示在液顯示器上，采取表狀與數(shù)字相結(jié)合的顯示方式進(jìn)行，N1轉(zhuǎn)速表、TRQ表、T4溫度表與分立式儀表的表狀參數(shù)顯示基本一致，只是采取集中進(jìn)行顯示的方式。在一塊液晶屏上顯示發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)重要參數(shù)，相比較而言，比柱狀參數(shù)顯示要明顯。

從發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的顯示和發(fā)展來(lái)看，其參數(shù)顯示越來(lái)越綜合化、人性化，其主旨就是為減少駕駛員在飛行中的負(fù)擔(dān)，上述三種顯示形式，各有特點(diǎn)，從功能合理化來(lái)說(shuō)，表狀的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示是目前最符合人機(jī)工效的。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示形式

依據(jù)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的顯示要求，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)、燃油系統(tǒng)參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)等進(jìn)行采集和顯示，為滿足適航要求，還需要滿足自轉(zhuǎn)下滑狀態(tài)下的參數(shù)顯示要求。在不同階段，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的采集和顯示經(jīng)歷過(guò)了三個(gè)階段：一種是分立式儀表顯示;一種是單屏顯示輔以綜顯備份;另一種是雙屏顯示并互為備份;發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)，主要顯示的參數(shù)包括左右發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、左右發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速（△Ng和Ng）、左右發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、左右發(fā)動(dòng)機(jī)自由渦輪轉(zhuǎn)速（NF）、左右發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力、左右發(fā)動(dòng)機(jī)滑油溫度、旋翼轉(zhuǎn)速（NR）等。

2.1 分立式儀表顯示

一般直升機(jī)要求。采用分立式儀表，分別有兩個(gè)△Ng表，用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)的△Ng值和Ng轉(zhuǎn)速;一個(gè)TRQ表，用于指示左、右發(fā)動(dòng)機(jī)的TRQ及雙發(fā)TRQ和;一個(gè)14信息表，可以指示發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力和滑油溫度，還可以指示液壓壓力、電源信息等;一個(gè)三針轉(zhuǎn)速表和單針轉(zhuǎn)速表，用于指示發(fā)動(dòng)機(jī)的NF轉(zhuǎn)速和NR轉(zhuǎn)速。同時(shí)，增加一套控制裝置，用于顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的故障信息、發(fā)動(dòng)機(jī)的歷程信息、發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)信息。同時(shí)，可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)良好狀態(tài)的檢查，分立式儀表顯示構(gòu)型見(jiàn)圖1。

2.2 單屏顯示柱狀顯示

由于電子技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行集成采集和顯示，采用一塊顯示屏顯示所有的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，由于一塊顯示器的空間有限，對(duì)所有的采用柱狀的顯示方式，同時(shí)，取消了一般直升機(jī)顯示所需的指針表，這樣的顯示方式，真正有效的節(jié)約了儀表板的空間，同時(shí)，所有相關(guān)參數(shù)都通過(guò)采集顯示系統(tǒng)進(jìn)行處理并顯示。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)集中采集和顯示可以優(yōu)化系統(tǒng)控制，還可以依據(jù)采集的信息，向駕駛員輸出一些告警信息，提示駕駛員采取必要的糾正動(dòng)作。正常情況下，以電調(diào)輸出的ARINC429信息作為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)的主顯，模擬信號(hào)作為備份，一旦電調(diào)輸出的ARINC429信息功能失效，模擬傳感器發(fā)出的信息會(huì)及時(shí)的補(bǔ)充，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示功能正常。

發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示是兩個(gè)獨(dú)立的LRU，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示系統(tǒng)功能失效，可以通過(guò)綜顯備份顯示發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的主要信息。單屏發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示構(gòu)型見(jiàn)圖2。

2.3 雙屏發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示

雙通道發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)是近幾年開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)內(nèi)部包含兩個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊各有分工，一些重要的參數(shù)信息由兩個(gè)模塊同時(shí)處理，并依據(jù)一定的邏輯進(jìn)行判斷，輸出正確的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)。

兩個(gè)通道間還互有分工，當(dāng)一個(gè)通道發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到復(fù)合顯示模式，復(fù)合顯示模式，可以顯示直升機(jī)所需要的所有信息。

直升機(jī)的表狀發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示分上下兩個(gè)屏。正常情況下，上屏顯示發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)頁(yè)面，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)速NG、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩TRQ、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度T4，下屏顯示系統(tǒng)頁(yè)面，主要包括液壓、電源等直升機(jī)的系統(tǒng)信息。系統(tǒng)采取雙通道模式，一旦一塊顯示器或通道故障，另一塊顯示器自動(dòng)進(jìn)入復(fù)合頁(yè)面，能同時(shí)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的所有參數(shù)和直升機(jī)的系統(tǒng)信息，保證系統(tǒng)參數(shù)顯示的完整性。

3 雙通道FLI參數(shù)的顯示

3.1 FLI參數(shù)的計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)的三個(gè)重要參數(shù)NG、T4、TRQ與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率狀態(tài)相關(guān)，三個(gè)參數(shù)既相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加或減小，這三個(gè)參數(shù)也會(huì)增加和減小。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在正常包線內(nèi)，與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的三個(gè)參數(shù)不能超出最大起飛功率狀態(tài)，如果超出最大起飛功率狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的告警信息。

將發(fā)動(dòng)機(jī)的NG、T4、TRQ參數(shù)進(jìn)行整合成一個(gè)參數(shù)，將該參數(shù)定義為第一限制指示，簡(jiǎn)稱FLI。

FLI參數(shù)的計(jì)算有兩種：

（1）趨近計(jì)算法。將發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的NG、T4、TRQ折算成與最大起飛功率狀態(tài)下NG、T4、TRQ無(wú)量綱的百分?jǐn)?shù)，將直升機(jī)最大起飛功率狀態(tài)下各參數(shù)設(shè)定為100%，用最大起飛功率狀態(tài)減去當(dāng)前的NG、T4、TRQ的無(wú)最綱的百分?jǐn)?shù)，表示發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)的裕度，取NG、T4、TRQ裕度的最小值。只要NG、T4、TRQ任一參數(shù)超出最大起飛功率狀態(tài)下的限制值，F(xiàn)LI參數(shù)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警信息，提示駕駛員采取措施，脫離危險(xiǎn)狀態(tài)。FLI參數(shù)的整合原則按如下公式計(jì)算。

FLI=MIN{1-NG/NGTOP，1-T4/T4TOP，1-TRQ/TRQTOP}

該方法計(jì)算的FLI從實(shí)際意義上來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)只有在最大起飛功率狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)LI的值才是真實(shí)的數(shù)值，這主要是由于NG、T4、TRQ數(shù)值并不是線性關(guān)系，F(xiàn)LI顯示的的真實(shí)目的并不是為了顯示發(fā)動(dòng)機(jī)各階段的功率狀態(tài)，而是為了在某一參數(shù)接近最大起飛功率狀態(tài)下的告警而設(shè)定的。FLI參數(shù)估算規(guī)則見(jiàn)圖3。

（2）詳細(xì)計(jì)算法。詳細(xì)計(jì)算法其目的是將發(fā)動(dòng)機(jī)各階段的功率狀態(tài)與FLI參數(shù)完全關(guān)聯(lián)起來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)在各功率狀態(tài)下的FLI數(shù)值與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率狀態(tài)是相關(guān)聯(lián)的。

由于NG、T4、TRQ在發(fā)動(dòng)機(jī)各功率狀態(tài)下都是非線性的，為便于計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的FLI數(shù)值，需將不同狀態(tài)下的NG、T4轉(zhuǎn)換成TRQ值，TRQT4=f（T4）、TRQNG=f（NG），該對(duì)應(yīng)關(guān)系需要由發(fā)動(dòng)機(jī)廠家給出，將各參數(shù)的最大起飛狀態(tài)的數(shù)值減去當(dāng)前的參數(shù)值，然后除以各參數(shù)的最大起飛功率值，即可以得出無(wú)量綱的各參數(shù)的百分?jǐn)?shù)，取各參數(shù)計(jì)算結(jié)果的最小值，即為當(dāng)前狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)的FLI數(shù)值。

3.2 雙通道FLI參數(shù)的顯示

為增加系統(tǒng)的裕度，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)采用雙通道采集顯示的方式。在發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)內(nèi)部采用雙通道的信號(hào)采集形式，通道A和通道B相互獨(dú)立，通道A和通道B同時(shí)采集左、右發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器的模擬信號(hào)，并采集左、右發(fā)動(dòng)機(jī)電調(diào)發(fā)出的ARINC 429信息，在發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)內(nèi)部利用FLI參數(shù)確定規(guī)則，估算出FLI值，在發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集顯示系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)A、B通道采集估算的FLI進(jìn)行比較，如果兩個(gè)數(shù)值相等，則正常輸出FLI參數(shù)，并通過(guò)上顯示器輸出FLI參數(shù);如果兩個(gè)參數(shù)不相等，則系統(tǒng)顯示FLI故障;如果上顯示器故障，則通過(guò)下顯示器輸出FLI參數(shù)。

FLI參數(shù)是為減輕駕駛員工作負(fù)擔(dān)的一個(gè)重要參數(shù)，其不代表某一個(gè)傳感器的具體參數(shù)，是NG、T4、TRQ參數(shù)的綜合顯示，為保證參數(shù)顯示的正確，系統(tǒng)內(nèi)部采用了雙通道的信息采集形式，同時(shí)，各傳感器的信息也是通過(guò)兩種方式進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部的。NG、T4、TRQ參數(shù)分別來(lái)自于電調(diào)的數(shù)字信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬信號(hào)，系統(tǒng)故障，并不會(huì)真正影響參數(shù)的顯示形式，主要有以下幾種故障模式：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)模擬傳感器故障。從圖3可以看出，用于計(jì)算FLI參數(shù)的NG、T4、TRQ信息來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬信號(hào)和電調(diào)，發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬信息故障或不顯示不會(huì)影響FLI參數(shù)的顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)模擬信號(hào)故障，通過(guò)系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)判斷出哪一個(gè)傳感器發(fā)生故障。

（2）系統(tǒng)單通道情況下。當(dāng)關(guān)閉其中一個(gè)系統(tǒng)通道，而另一個(gè)系統(tǒng)通道工作正常時(shí)，在另一個(gè)系統(tǒng)顯示屏上顯示系統(tǒng)應(yīng)急畫面，該應(yīng)急畫面顯示的參數(shù)包括直升機(jī)所需要的所有需要在發(fā)參顯示器上顯示的信息。

（3）通道內(nèi)部FLI參數(shù)估算故障。當(dāng)某一通道內(nèi)部的一側(cè)FLI估算模塊出現(xiàn)故障時(shí)，用于計(jì)算FLI參數(shù)所需的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)自于另一通道，并不影響整個(gè)在前顯示器顯示的FLI參數(shù)，但需在前顯示器上顯示FLI故障提示。通過(guò)該故障提示，提醒駕駛員系統(tǒng)某一通道內(nèi)部故障。

4 結(jié)語(yǔ)

直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示由早期的單純參數(shù)顯示越來(lái)越向集成化、綜合化方向發(fā)展，利用有效的綜合化算法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行綜合，可以有效的減少駕駛員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)依托現(xiàn)代化的航電綜合技術(shù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行雙通道處理，可以保障系統(tǒng)的安全性和可靠性。通過(guò)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示綜合化研究，為進(jìn)一步推進(jìn)進(jìn)升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示技術(shù)的進(jìn)步，為后續(xù)新型直升機(jī)的研制提供有價(jià)值的技術(shù)參考。

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