厉害了大发的神经系统竟然如此复杂

人体神经系统交织遍布全身，是一个巨大复杂的网状系统，接收、破译、处理外界及自身得到的信息，控制着人类生活和行为。和人体类似，航空发动机也有着自己的“神经系统”，那就是航空发动机控制系统。航空发动机通过各种传感器感受发动机内部和外部信息并通过电缆传输给电子控制器，电子控制器结合飞机指令综合处理后控制并监测发动机工作状态。今天，我们就一起认识一下，航空发动机“神经系统”的各个组成部分。

图航空发动机“神经系统”（图片来自网络）

大发“神经”之大脑：EEC和EMU

EEC（ElectronicEngineControl，发动机电子控制器）是FADEC（FullAuthorityDigitalEngineControl，全权限电子控制）系统的重要组成部件之一，也是发动机的大脑。EEC利用硬件电路及其承载的软件获取发动机的转速、温度、压力等工作过程参数和飞行高度、速度、压力等外部条件，以及控制系统作动部件位移等内部参数的变化，实现各种控制策略，完成推力管理、状态控制、燃油控制、发动机可变几何控制、主动间隙控制等功能，提供与发动机系统和飞机系统的接口，支持系统间的信息采集与交换、飞行数据的存储，为飞机系统提供必要的发动机运行状态参数，同时还具备故障诊断、自检测等功能。

EEC和人体的左右脑类似，采用双通道结构。不同的是人的左右脑各管人体的一个半边，而EEC则采用双通道冗余结构，任何一个通道都可以完成发动机的全部控制功能，当一个通道出现故障的时候，切换到另一个热备份通道，从而保障航空发动机的可靠控制。

图2EEC（图片来自网络）

和人体类似，航空发动机“神经系统”不仅有大脑，还有小脑，即EMU（EngineMonitoringUnit，发动机监视装置）。EMU实时采集并存储发动机气路、振动、燃/滑油、控制及健康管理系统的工作参数，自动定位已发生故障的部件并预测潜在的故障，完成发动机整机及部件、控制系统、健康管理系统的状态监视、告警、故障诊断和亚健康诊断等功能。

图3EMU（图片来自网络）

大发“神经”之神经纤维：电缆

人体内部分布着数不清的神经纤维，用于将感受器的兴奋传到神经中枢，将神经中枢的兴奋传导至效应器。发动机控制系统也是如此，航空发动机的电缆线束承担着提供控制系统内部设备之间及控制系统内部设备与飞机（试车台）之间电气通道，实现电气连接及电气信号可靠而且准确地传输。

航空发动机机载电缆线束包括：EEC与控制用传感器、做动机构连接的电缆线束，EMU与监视用传感器连接的电缆线束，EEC与EMU之间连接的电缆线束；EEC与反推控制器的电缆线束，EEC与交流发电机之间的电缆线束、EEC与点火激励器之间的电缆线束等，多达近千根信号线。

图4航空信号电缆（图片来自网络）

大发“神经”之神经末梢：传感器

航空发动机和人体一样都需要感知自身和外界的各种物理量，从而完成自身稳定运行的控制并随时适应外界环境的变化。人体的各种感觉（触、嗅、热、痛等）靠得是遍布在人体内外的各种感觉神经末梢，而航空发动机感知温度、压力、转速、流量等靠的是安装在发动机内外的各种类型的传感器。

航空发动机传感器从用途上可以分为三类：

.控制用传感器

如环境压力传感器、风扇进口总温传感器、高压压气机进口总温传感器、高压压气机出口总温传感器、排气温度传感器等；

2.监视用传感器

如燃油温度传感器、滑油液位传感器、燃油流量传感器、垂直振动传感器等；

3.既做控制又做监视用的传感器

如低压转子转速传感器、高压转子转速传感器等。

航空发动传感器从原理上可以分为多个种类：

.热电阻温度传感器

如PT，相应的传感器有风扇进口总温传感器、高压压气机进口总温传感器、燃油温度传感器、滑油温度传感器等；

图5热电阻温度传感器（图片来自网络）

2.热电偶温度传感器

如K分度热电偶，相应的传感器有高压压气机出口总温传感器、高压涡轮机匣温度传感器、排气总温传感器等；

图6热电偶温度传感器（图片来自网络）

3.硅压阻式压力传感器

如滑油系统供油压力传感器、风扇外涵出口静压传感器、燃油总管压力传感器等；

图7气体压力传感器（图片来自网络）

4.电容式传感器

如滑油箱液位传感器、叶尖间隙传感器等。

图8液位传感器（图片来自网络）

5.质量流量传感器

如燃油质量流量传感器。

图9质量流量传感器（图片来自网络）

6.LVDT（RVDT）直线（角）位移传感器

如燃油分配活门位置、可调静子叶片角度、放气活门位置、主动间隙控制活门位置、反推做动位置等。

图0LVDT（图片来自网络）

7.电荷式传感器

如号轴承垂直振动传感器、压气机机匣垂直振动传感器、涡轮级间机匣垂直振动传感器等。

图加速度传感器（图片来自网络）

8.变磁阻式转速传感器

如低压转子转速传感器、高压转子转速传感器等。

图2转速传感器（图片来自网络）

9.金属屑传感器

如滑油金属屑传感器。

图3滑油金属屑传感器（图片来自网络）

当然，传感器大家族也处于不断的进化之中，这里也简要介绍一下航空发动机传感器未来的发展趋势。

首先是新材料的开发应用，材料是传感器技术的重要基础和前提，目前除传统的半导体材料、陶瓷材料、光导材料、超导材料以外，新型的纳米材料的诞生有利于传感器向微型方向发展。

其次是传感器的集成化，传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。前者是在同一芯片上，或将众多同一类型的单个传感器件集成为一维线型、二维阵列（面）型传感器，使传感器的检测参数由点到面到体多维图像化；后者是将传感器与调理、补偿等电路集成一体化，使传感器由单一的信号变换功能，扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能—实现了横向和纵向的多功能。

第三是传感器智能网络化，智能传感器除发送/接收数字信号外，还执行信号采集和处理、故障自诊断、故障隔离计故障容错等任务，能够进行自动校准、同步、温度补偿和定位，具备网络能力，传感器间能进行通信和信息共享，为未来分布式控制提供可能。

最后是耐高温能力持续提升，未来分布式控制先进涡轮发动机需要安装耐高温的智能传感器。为了提高发动机的性能和效率，未来航空发动机的压比和燃烧温度都会继续提高，要求传感器能够在4~F（.55℃~.66℃）的高温环境中正常工作，才能保证控制功能的实现。耐高温压电材料、新半导体材料和等离子喷涂薄膜结构的研制都为耐高温传感器的制造提供了可能。

作者

李栋

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