21世紀的航空發動機之多（全）電發動機|陳光談航發60

這是一種採用大功率整體起動/發動機、主動磁浮軸承系統、分散式控制系統、電動燃油泵和電力作動器等新技術和系統的新型航空發動機（圖11-12）。

由於取消了傳統的接觸式滾動軸承、滑油系統、功率提取軸、減速器和有關機械作動附件（圖11-13），從而大大減輕了重量，降低了成本，減小發動機迎風面積，改善了可靠性和維修性；

圖11-12、多電發動機結構示意圖

並且可減小振動、對葉片間隙進行主動控制等。其主要技術包括：

多電發動機的整體起動/發電機裝在風扇軸上，提供飛機所用的大量電力。它利用電機的可逆原理，在發動機穩定工作前作為電起動機工作，帶動發動機轉子到一定轉速后噴油點火，使發動機進入穩定工作狀態；

此後，發動機反過來帶動電機，成為發電機，向飛機用電設備供電。

採用整體起動/發電機可取消功率提取軸和減速器，減小發動機的重量和迎風面積；

所產生的電功率由兩根以上的發動機軸分擔，可以重新優化燃氣發生器，有利於控制喘振和擴大空中點火包線，改善發動機的適用性；

易於獲得大的電功率，達幾兆瓦。

圖11-13、多電發動機的特點

（2）主動磁浮軸承

主動磁浮軸承（AMB）是利用電磁力使軸承穩定懸浮起來且軸心位置可以由控制系統控制的一種新型軸承，它包括位移感測器、控制器、功率放大器和電磁作動器，其控制原理見圖11-14。

其工作原理是：

位移感測器用於監視軸的位置，並將信息傳入控制系統，控制系統確定必要的控制信號，並將控制信號送入功率放大器，轉變為電磁作動器的增大電流，使旋轉軸位於軸承作動器的中心。

主動磁浮軸承具有無磨損、無需潤滑、壽命長、轉速高、無雜訊、無污染、運行成本低、安全性高和振動小等許多優點。

用主動磁浮軸承系統代替傳統的接觸式滾動軸承、潤滑系統和機械（液壓、氣壓）作動系統，可大大減少發動機的零件數，從而大大減輕系統的重量（預計大型航空發動機可減重10%~15%），降低複雜性，改善可靠性和維修性，降低成本，免除普通發動機滑油帶來的著火危險；

同時，由於磁浮軸承能承受更高的溫度（550~600℃），因此可設計得離燃燒室或渦輪更近，這樣使發動機的結構更緊湊；

另外，採用主動磁浮軸承可以減少振動，改善發動機的轉子動力學特性；

同時，磁浮軸承可進行主動振動控制和葉尖間隙控制，還可進行狀態監視。

圖11-15是美國為多電發動機發展的高溫主動磁浮軸承。

由於高溫主動磁浮軸承是機電一體化的高新技術產品，涉及機械技術、電子技術、感測技術、控制技術和計算機技術等多個技術領域，存在很多技術難點，因此是國外多電發動機技術發展的重點。

圖11-14、主動磁浮軸承控制原理示意圖

（3）分散式控制系統

目前航空發動機所用集中式全許可權數字電子控制系統（FADEC）的所有控制處理和計算以及輸入輸出信號的濾波和處理都通過一個FADEC裝置實現。

多電發動機分散式控制系統的數據匯流排與系統中多個靈巧作動器或感測器相連，每個靈巧作動器或感測器都具有一定的處理功能，可執行當地的功能。

採用分散式控制系統可大大減輕航空發動機的重量，提高可用性，改善故障隔離特性，減少壽命期成本，減輕駕駛員的工作負荷，改進發動機的控制，並帶來故障檢測和維修性方面的巨大好處。

預計，採用分散式控制系統的大型民用發動機的重量可減輕50kg左右。維修成本可減少20~30%。

（4）電動燃油泵

電動燃油泵是多電發動機的重要部件。目前航空發動機的主燃油泵都是固定排量的齒輪泵，這種燃油泵可靠性很高。

但由於齒輪泵的轉速與發動機的轉速直接相關，因此，在有些飛行狀態下齒輪泵所提供的燃油遠遠高於發動機所需燃油量。為解決這個問題，需要大量的燃油重新流回燃油箱。結果是燃油的溫度升高，因此需要對流回的燃油進行冷卻，以防止燃油系統超溫。

具有智能控制器的電動燃油泵的轉速與發動機的轉速不相關，因此，可根據發動機的需要調整轉速，提供發動機所需的燃油量，而無需燃油流回，這樣既減輕了系統的重量，也降低了系統的複雜性。

圖、11-15美國為多電發動機發展的高溫主動磁浮軸承

（5）電力作動器

電力作動器也是多電發動機的重要部件之一。傳統航空發動機所採用的液壓作動器始終有泄漏的問題，因此當發動機的系統性能下降時，總是難以判斷是不是液壓作動器的泄漏造成。採用電力作動器則很容易進行故障識別，因為發電機和功率電子設備都傳遞自己的信號。

此外，傳統機械液壓作動器的拆除非常麻煩，需要有經驗的維修人員執行操作，並需要地面保障設備的支持。而電力作動器的拆除非常簡單，只需斷開電路，擰下與作動器連接的螺栓即可。

鑒於多（全）電發動機的優越性，美國和歐共體在20世紀90年代先後實施了多（全）電發動機計劃。美國主要在多（全）電飛機（MEA）計劃和發動機IHPTET計劃下組織實施。

NASA劉易斯研究中心和陸軍研究實驗室也有一項專門的多（全）電燃氣渦輪發動機計劃。歐共體五國（英、法、德、奧地利和瑞士）在1998年啟動了航空渦輪機主動磁性軸承（AMBIT）計劃。