СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2009 года по МПК F02C9/00 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Известен способ управления ГТД реализованный в электронно-гидромеханической САУ супервизорного типа [1]. Способ заключается в том, что с целью повышения точности управления управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется в ограниченном диапазоне электронным корректором.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТД реализованный, например, в электронно-гидромеханической САУ двигателя ТВ7-117, входящего в силовую установку (СУ) самолета Ил-114 [2].

САУ содержит электронный регулятор (ЭР), резервный гидромеханический регулятор (ГМР), селектор и блок исполнительных элементов (ИЭ).

Способ заключается в том, что в ЭР с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР, в ГМР с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, при отказе ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем.

Недостатком этого способа является следующее.

Отказы ЭР имеют разное влияние на возможность управления двигателем. Например, отказ электрогидропреобразователя управляющего воздействия ЭР, входящего в блок ИЭ, действительно делает невозможным управление двигателем от ЭР. А отказ датчика температуры (Твх) воздуха на входе в двигатель делает невозможным расчет заданной частоты (n) вращения двигателя по программе

где α руд - положение рычага управления двигателем,

Рвх - давление воздуха на входе в двигатель.

При этом сохраняется возможность управления двигателем от ЭР, т.к. входные и выходные преобразователи и вычислитель ЭР исправны, блок ИЭ ЭР исправен. Но управление двигателем переводится на ГМР (такая логика реализована в электронном регуляторе РЭД-90, входящем в состав САУ двигателя ПС-90А), что снижает качество управления, т.к.

- номенклатура датчиков ЭР и ГМР не совпадает;

- точностные характеристики датчиков ЭР лучше, чем у ГМР;

- законов управления, реализованных в ГМР, меньше по количеству и точность их поддержания ниже.

Дополнительно при переводе управления на ГМР теряются очень важные функции, такие, например, как защита турбины от перегрева и защита двигателя от помпажа и расцепки валов компрессора и турбины.

Это, в свою очередь, приводит к снижению надежности работы ГТД и, как следствие, снижению безопасности полета летательного аппарата (ЛА).

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинным двигателем, заключающемся в том, что в электронном регуляторе (ЭР) с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры силовой установки (СУ), в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР, в гидромеханическом регуляторе (ГМР) с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на блок исполнительных элементов (ИЭ) и осуществляют управление двигателем, дополнительно в ЭР в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, рассчитывают резервное управляющее воздействие ЭР, при возникновении отказов в ЭР анализируют возможные последствия отказа для ГТД и ЛА, если из-за отказа становится невозможным управление двигателем по законам управления, реализованным в ЭР, подают на ИЭ резервное управляющее воздействие ЭР, рассчитанное по законам управления, реализованным в ГМР, если из-за отказа становится полностью невозможным управление двигателем от ЭР, с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем от ГМР.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные первый блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), селектор 3 «электроника-гидромеханика», блок 4 исполнительных элементов (ИЭ), последовательно соединенные второй блок 5 датчиков, гидромеханический регулятор 6 (ГМР), выход которого подключен к селектору 3, блок 7 встроенного контроля (БВК), выход которого подключен к управляемому входу селектора 3.

Устройство работает следующим образом. Электронный регулятор 2 по сигналам датчиков из блока 1 по известным зависимостям (см., например, [3]) формирует управляющее воздействие на ИЭ 4, которые осуществляют требуемые изменения расхода топлива в камеру сгорания двигателя, положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора и клапанов (КПВ) перепуска воздуха.

Работоспособность ЭР 2 оценивается БВК 12 по известным принципам (см., например, [4]).

При исправном ЭР 2 селектор 3 находится в положении «электроника» и пропускает в блок 4 ИЭ управляющие команды ЭР 2.

Дополнительно, одновременно с этим ЭР 2 по сигналам датчиков из блока 1 по зависимостям, представляющим собой программы регулирования, реализованные в ГМР 6, рассчитывает резервное управляющее воздействие на ИЭ 4, которое может обеспечить изменения расхода топлива в камеру сгорания двигателя, положения лопаток ВНА компрессора и КПВ, аналогичное тому, которое обеспечивает ГМР 6 при его включении в контур управления.

При отказе элемента ЭР 2, или датчика из блока 1, или ИЭ 4, обнаруженного БВК 7, по команде БВК 12 в ЭР 2 включается логика реконфигурации, обеспечивая анализ последствий обнаруженного отказа.

Например, отказал датчик Твх (далее приводится логика работы, реализованная в в электронном регуляторе РЭД-90А2, входящем в состав электронной САУ нового поколения, разработанной для перспективного двигателя ПС-90А2).

При этом отказе становится невозможным управление двигателем по основным программам регулирования:

где α вна - положение лопаток ВНА.

где П кпв - положение КПВ.

Однако сохраняется возможность выполнения функций защиты двигателя от помпажа, расцепки валов компрессора и турбины и защиты турбины от перегрева:

где Тг - температура газов перед турбиной.

Поэтому перевод управления на ГМР 6 не производится, включается логика реконфигурации и управление двигателем осуществляется от ЭР 2 по резервным программам регулирования:

где Gт - требуемый расход топлива в камеру сгорания двигателя,

t - время переходного режима.

При этом, естественно, сохраняются все функции - защиты двигателя от помпажа, расцепки валов компрессора и турбины и защиты турбины от перегрева.

В случае, если возникший отказ делает невозможным дальнейшее управление двигателем от ЭР 2 (например, отказ вычислительной части ЭР 2), по команде БВК 7 селектор 3 перекладывается в положение «гидромеханика» и управление двигателем переводится на ГМР 6.

Таким образом обеспечивается повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.

Список источников информации

1. Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД». М.: «Транспорт», 1976 г.

2. «Руководство по эксплуатации двигателя ТВ7-117С», ЛНПО им. В.Я.Климова, Ленинград, 1988 г.

3. Шляхтенко С.М. «Теория двухконтурных ТРД». М.: «Машиностроение», 1979 г.

4. Бодлер В.А., Рязанов Ю.А, Шаймарданов Ф.А. «Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов». М.: «Машиностроение», 1973 г.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления ГТД. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно в ЭР в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, рассчитывают резервное управляющее воздействие ЭР, при возникновении отказов в ЭР анализируют возможные последствия отказа для ГТД и ЛА, если из-за отказа становится невозможным управление двигателем по законам управления, реализованным в ЭР, подают на ИЭ резервное управляющее воздействие ЭР, рассчитанное по законам управления, реализованным в ГМР, если из-за отказа становится полностью невозможным управление двигателем от ЭР, с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем от ГМР. Технический результат - повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА. 1 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем, заключающийся в том, что в электронном регуляторе (ЭР) с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры силовой установки (СУ), в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР, в гидромеханическом регуляторе (ГМР) с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на блок исполнительных элементов (ИЭ) и осуществляют управление двигателем, отличающийся тем, что дополнительно в ЭР в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, рассчитывают резервное управляющее воздействие ЭР, при возникновении отказов в ЭР анализируют возможные последствия отказа для ГТД и ЛА, если из-за отказа становится невозможным управление двигателем по законам управления, реализованным в ЭР, подают на ИЭ резервное управляющее воздействие ЭР, рассчитанное по законам управления, реализованным в ГМР, если из-за отказа становится полностью невозможным управление двигателем от ЭР, с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем от ГМР.