直升机发动机参数显示综合化研究
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摘 要：发动机参数显示是直升机的重要系统，随着发动机控制技术的不断提高，发动机参数显示的技术也随之在提高。这主要表现航电综合化技术的发展，改变了传统的发动机参数显示方式。逐步由传统的仪表显示逐步向综合化方向发展，通过对参数显示进行综合化研究，提出发动机限制指示FLI的计算和显示，减少驾驶员飞行负担。
关键词：发动机参数;综合化;FLI
中图分类号：V235.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0055-03
1 绪论
直升机发动机参数显示系统显示发动机的相关参数及其他系统信息。主要包括发动机的燃气涡轮转速N1、发动机扭矩TRQ、发动机排气温度T4等信息。这些信息是发动机的重要参数，其数值即相互关联又相互独立。说其相互关联，是因为这些参数直接表示发动机的功率状态;说其相互独立，是因为这些参数来自于发动机的不同部位，表示发动机不同的参数，这些参数是由独立的传感器提供信息，相互间没有关联。
长期以来，根据不同用户的需求，发动机参数的显示主要有以下几种方式：
（1）分立式仪表的显示。在仪表板上分别安装有左右发N1转速表、TRQ表、T4温度表等分立式仪表，通过专门的液晶显示模块和控制开关显示发动机的存贮参数、故障信息、历程信息等;
（2）柱状发动机参数显示。该显示方式是将发动机的所有参数集中显示在一块显示器上，采取柱状与数字相结合的方式进行显示，这样的显示效果可以充分节约仪表板的资源，缺点是字符小，不易识别;
（3）表状发动机参数显示。该显示方式也是将发动机参数集中显示在液显示器上，采取表状与数字相结合的显示方式进行，N1转速表、TRQ表、T4温度表与分立式仪表的表状参数显示基本一致，只是采取集中进行显示的方式。在一块液晶屏上显示发动机三个重要参数，相比较而言，比柱状参数显示要明显。
从发动机参数的显示和发展来看，其参数显示越来越综合化、人性化，其主旨就是为减少驾驶员在飞行中的负担，上述三种显示形式，各有特点，从功能合理化来说，表状的发动机参数显示是目前最符合人机工效的。
2 发动机参数显示形式
依据直升机发动机参数的显示要求，需要对发动机系统参数、燃油系统参数、液压系统参数等进行采集和显示，为满足适航要求，还需要满足自转下滑状态下的参数显示要求。在不同阶段，发动机参数的采集和显示经历过了三个阶段：一种是分立式仪表显示;一种是单屏显示辅以综显备份;另一种是双屏显示并互为备份;发动机参数采集显示系统，主要显示的参数包括左右发动机排气温度、左右发动机燃气涡轮转速（△Ng和Ng）、左右发动机扭矩、左右发动机自由涡轮转速（NF）、左右发动机滑油压力、左右发动机滑油温度、旋翼转速（NR）等。
2.1 分立式仪表显示
一般直升机要求。采用分立式仪表，分别有两个△Ng表，用于指示发动机的△Ng值和Ng转速;一个TRQ表，用于指示左、右发动机的TRQ及双发TRQ和;一个14信息表，可以指示发动机的排气温度和发动机滑油压力和滑油温度，还可以指示液压压力、电源信息等;一个三针转速表和单针转速表，用于指示发动机的NF转速和NR转速。同时，增加一套控制装置，用于显示发动机的故障信息、发动机的歷程信息、发动机的参数信息。同时，可以进行发动机良好状态的检查，分立式仪表显示构型见图1。
2.2 单屏显示柱状显示
由于电子技术的发展，可以对相关参数进行集成采集和显示，采用一块显示屏显示所有的发动机参数，由于一块显示器的空间有限，对所有的采用柱状的显示方式，同时，取消了一般直升机显示所需的指针表，这样的显示方式，真正有效的节约了仪表板的空间，同时，所有相关参数都通过采集显示系统进行处理并显示。发动机参数集中采集和显示可以优化系统控制，还可以依据采集的信息，向驾驶员输出一些告警信息，提示驾驶员采取必要的纠正动作。正常情况下，以电调输出的ARINC429信息作为发动机参数采集显示系统的主显，模拟信号作为备份，一旦电调输出的ARINC429信息功能失效，模拟传感器发出的信息会及时的补充，保证了发动机参数采集显示功能正常。
发动机参数采集和发动机参数显示是两个独立的LRU，一旦发动机参数显示系统功能失效，可以通过综显备份显示发动机参数的主要信息。单屏发动机参数显示构型见图2。
2.3 双屏发动机参数采集显示
双通道发动机参数采集显示系统是近几年开发的系统，发动机参数采集显示系统内部包含两个功能模块，每个功能模块各有分工，一些重要的参数信息由两个模块同时处理，并依据一定的逻辑进行判断，输出正确的发动机参数。
两个通道间还互有分工，当一个通道发生故障时，系统自动转换到复合显示模式，复合显示模式，可以显示直升机所需要的所有信息。
直升机的表状发动机参数显示分上下两个屏。正常情况下，上屏显示发动机参数页面，主要包括发动机燃气涡轮转速NG、发动机扭矩TRQ、发动机排气温度T4，下屏显示系统页面，主要包括液压、电源等直升机的系统信息。系统采取双通道模式，一旦一块显示器或通道故障，另一块显示器自动进入复合页面，能同时显示发动机系统的所有参数和直升机的系统信息，保证系统参数显示的完整性。
3 双通道FLI参数的显示
3.1 FLI参数的计算
发动机的三个重要参数NG、T4、TRQ与发动机的功率状态相关，三个参数既相互关联又相互独立，随着发动机功率的增加或减小，这三个参数也会增加和减小。发动机控制系统保证发动机工作在正常包线内，与发动机有关的三个参数不能超出最大起飞功率状态，如果超出最大起飞功率状态，发出相应的告警信息。
将发动机的NG、T4、TRQ参数进行整合成一个参数，将该参数定义为第一限制指示，简称FLI。 FLI参数的计算有两种：
（1）趋近计算法。将发动机当前的NG、T4、TRQ折算成与最大起飞功率状态下NG、T4、TRQ无量纲的百分数，将直升机最大起飞功率状态下各参数设定为100%，用最大起飞功率状态减去当前的NG、T4、TRQ的无最纲的百分数，表示发动机各参数的裕度，取NG、T4、TRQ裕度的最小值。只要NG、T4、TRQ任一参数超出最大起飞功率状态下的限制值，FLI参数就会发出相应的告警信息，提示驾驶员采取措施，脱离危险状态。FLI参数的整合原则按如下公式计算。
FLI=MIN{1-NG/NGTOP，1-T4/T4TOP，1-TRQ/TRQTOP}
该方法计算的FLI从实际意义上来说，发动机参数只有在最大起飞功率状态时，FLI的值才是真实的数值，这主要是由于NG、T4、TRQ数值并不是线性关系，FLI显示的的真实目的并不是为了显示发动机各阶段的功率状态，而是为了在某一参数接近最大起飞功率状态下的告警而设定的。FLI参数估算规则见图3。
（2）详细计算法。详细计算法其目的是将发动机各阶段的功率状态与FLI参数完全关联起来，发动机在各功率状态下的FLI数值与发动机的功率状态是相关联的。
由于NG、T4、TRQ在发动机各功率状态下都是非线性的，为便于计算发动机的FLI数值，需将不同状态下的NG、T4转换成TRQ值，TRQT4=f（T4）、TRQNG=f（NG），该对应关系需要由发动机厂家给出，将各参数的最大起飞状态的数值减去当前的参数值，然后除以各参数的最大起飞功率值，即可以得出无量纲的各参数的百分数，取各参数计算结果的最小值，即为当前状态下的发动机的FLI数值。
3.2 双通道FLI参数的显示
为增加系统的裕度，发动机参数采集显示系统采用双通道采集显示的方式。在发动机参数采集显示系统内部采用双通道的信号采集形式，通道A和通道B相互独立，通道A和通道B同时采集左、右发动机传感器的模拟信号，并采集左、右发动机电调发出的ARINC 429信息，在发动机参数采集显示系统内部利用FLI参数确定规则，估算出FLI值，在发动机参数采集显示系统内部对A、B通道采集估算的FLI进行比较，如果两个数值相等，则正常输出FLI参数，并通过上显示器输出FLI参数;如果两个参数不相等，则系统显示FLI故障;如果上显示器故障，则通过下显示器输出FLI参数。
FLI参数是为减轻驾驶员工作负担的一个重要参数，其不代表某一个传感器的具体参数，是NG、T4、TRQ参数的综合显示，为保证参数显示的正确，系统内部采用了双通道的信息采集形式，同时，各传感器的信息也是通过两种方式进入系统内部的。NG、T4、TRQ参数分别来自于电调的数字信号和发动机的模拟信号，系统故障，并不会真正影响参数的显示形式，主要有以下几种故障模式：
（1）发动机模拟传感器故障。从图3可以看出，用于计算FLI参数的NG、T4、TRQ信息来自于发动机的模拟信号和电调，发动机的模拟信息故障或不显示不会影响FLI参数的显示，发动机模拟信号故障，通过系统故障检测系统判断出哪一个传感器发生故障。
（2）系统单通道情况下。当关闭其中一个系统通道，而另一个系统通道工作正常时，在另一个系统显示屏上显示系统应急画面，该应急画面显示的参数包括直升机所需要的所有需要在发参显示器上显示的信息。
（3）通道內部FLI参数估算故障。当某一通道内部的一侧FLI估算模块出现故障时，用于计算FLI参数所需的发动机参数来自于另一通道，并不影响整个在前显示器显示的FLI参数，但需在前显示器上显示FLI故障提示。通过该故障提示，提醒驾驶员系统某一通道内部故障。
4 结语
直升机发动机参数显示由早期的单纯参数显示越来越向集成化、综合化方向发展，利用有效的综合化算法，对发动机参数进行综合，可以有效的减少驾驶员的负担。同时依托现代化的航电综合技术，对发动机参数进行双通道处理，可以保障系统的安全性和可靠性。通过直升机发动机参数显示综合化研究，为进一步推进进升机发动机参数显示技术的进步，为后续新型直升机的研制提供有价值的技术参考。
参考文献
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