СПОСОБ ОТЛАДКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ Российский патент 2010 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета.

Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем измерения времени достижения давления топлива в форсажном коллекторе заданной величины, сравнения его с заданным и регулирования приемистости по результату сравнения. Для повышения эксплуатационной надежности путем повышения точности регулирования, дополнительно перед измерением времени достижения давлением топлива в форсажном коллекторе заданной величины измеряют время до начала выдачи сигнала розжига форсажа, сравнивают его с заданным и по результату последнего дополнительно регулируют приемистость двигателя (авт. св. СССР №1245064, опубл. 1996.08.20).

Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, при котором измеряют расход воздуха на входе в двигатель, расходы топлива в основную и форсажную камеры сгорания, определяют по ним коэффициент избытка воздуха и за счет изменения расхода топлива в форсажную камеру добиваются обеспечения потребного значения коэффициента избытка воздуха.

Известный способ отладки расхода топлива в форсажную камеру ГТД исходит из условия обеспечения заданного значения коэффициента избытка воздуха где - расход воздуха, и - расход топлива соответственно в основной и форсажной камерах, L₀ - расход воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива (Ю.Н.Нечаев, P.M.Федоров. Теория авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978, часть 2, стр.70).

Для реализации этого способа необходимо замерить Такие замеры реализованы при стендовых испытаниях ГТД при контрольно-сдаточных испытаниях. Однако в эксплуатации на самолете замерить эти параметры не представляется возможным, т.к. точность штатных самолетных расходомеров не достаточна для отладки а расход воздуха на самолете не замеряется.

Заданное значение определяется из условия обеспечения заданного значения тяги (R) на форсаже, определяемом температурой газа на срезе реактивного сопла в форсажной камере (Т_ф). При этом и Т_ф связаны зависимостью

где Т_н - температура воздуха на входе в ГТД.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы газотурбинного двигателя самолета с форсажной камерой сгорания топлива за счет приближения работы двигателя к расчетным режимам.

Технический результат - отладка расхода топлива в форсажную камеру в условиях эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в способе отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем отладки расхода топлива в форсажную камеру, включающим измерение температуры газов и размеров проходного сечения реактивного сопла, измеряют температуру газа за турбиной и размер проходного сечения реактивного сопла на бесфорсажном режиме работы двигателя, определяют по ним потребное значение площади реактивного сопла на форсажном режиме, и отлаживают коэффициент избытка воздуха воздействием на расход топлива в форсажную камеру до тех пор, пока проходная площадь сопла не сравняется с потребной, при этом потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле

где F_гф и F_гм - площади реактивного сопла на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Т_т и Т_фза - замеренное и заданное значение температуры газа за турбиной, а форсажный и бесфорсажный режимы осуществляют при одинаковом режиме работы турбокомпрессора газотурбинного двигателя.

При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле

где Т_см - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.

В заявляемом изобретении предлагается отладку расхода топлива в форсажную камеру осуществлять путем оценки площади горла реактивного сопла на бесфорсажном и форсажном режимах (F_гм и F_гф) при одинаковом режиме работы турбокомпрессора.

Известно, что

где Т_т - температура газа за турбиной.

При одинаковой работе турбокомпрессора F_гф ²=F_гм ²+аG_тф, где а - постоянный коэффициент, G_тф - расход топлива в форсажной камере («Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов»./ Под ред. А.А.Шевякова, М.: Машиностроение, 1976, стр.32).

Таким образом, задавшись значением Т_ф и, располагая значениями Т_м и F_гм, по формуле

определяют потребное значение F_гф и меняют G_тф до тех пор, пока фактическая площадь сопла не сравняется с потребной.

Используя формулу F_гф=F_гм ²+аG_тф можно контролировать работу автомата подачи форсажного топлива, например, по программе G_тф/P_к=const, где P_к - давление в форсажной камере.

При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле

где Т_см - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.

Способ может быть реализован устройством, показанным на чертеже.

Газотурбинный двигатель 1 снабжен датчиком 2 температуры Т_т газов за турбиной (температура газа в форсажной камере), датчиком 3 перепада давления газов на турбине (π_Т), автоматом 4 управления F_гф по сигналу (π_Т), датчиком 5 положения гидроцилиндров сопла, автоматом 6 подачи форсажного топлива с настроечным элементом 7.

Устройство содержит пульт 10 наземного контроля, связанный входами с датчиками 2 и 5. Пульт 10 включает преобразователь сигналов 9, вычислитель 8, соединенный с преобразователем 9, элемент сравнения 11, связанный с выходами преобразователя 9 и вычислителя 8.

Способ отладки G_тф расхода топлива в форсажную камеру ГТД осуществляют следующим образом.

Запускают двигатель на бесфорсажном режиме.

На вход преобразователя сигналов 9 пульта поступают сигналы с датчика 2 температура Т_т газов за турбиной и с датчика 5 положения гидроцилиндров сопла.

На выходе преобразователя сигналов 9 формируется единый цифровой код сигналов датчиков, который поступает на вход в вычислитель 8. Сигналы с выхода преобразователя сигналов 9 поступают в вычислительное устройство 8 для расчета потребного значения площади реактивного сопла на форсажном режиме по формуле

где F_гф и F_гм - площади реактивного сопла на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Т_т и Т_фзад - замеренное и заданное значение температуры газа за турбиной. При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей, потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле

где Т_2т - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.

Сигнал с выхода вычислительного устройства 8 в качестве потребной площади реактивного сопла поступает на вход элемента сравнения 11.

Переводят работу двигателя в форсажный режим при том же режиме работы турбокомпрессора двигателя.

На вход преобразователя сигналов 9 пульта поступают сигналы с датчика 2 температура Т_т газов сопла и датчика 5 положения гидроцилиндров сопла. Преобразованный сигнал с выхода преобразователя сигналов 9 поступает на вход элемента сравнения 11, где он сравнивается с расчетным значением F_гф. На выходе элемента сравнения 11 формируется сигнал ΔF, по которому меняется настройка автомата 6 подачи топлива за счет изменения настроечного элемента 7.

Команда для изменения настройки автомата 6 подается (в ручном или автоматическом режиме) до тех пор, пока проходная площадь реактивного сопла не станет равной потребному значению F_гф (ΔF=0).

Изобретение может быть использовано для отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета, в том числе двухконтурного в условиях эксплуатации самолета, например на летном поле.

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета. Отладку газотурбинного двигателя с форсажной камерой осуществляют путем отладки расхода топлива в форсажную камеру. При этом измеряют температуру газа за турбиной и размер проходного сечения реактивного сопла на бесфорсажном режиме работы двигателя, определяют по ним потребное значение площади реактивного сопла на форсажном режиме, и отлаживают расход топлива в форсажную камеру воздействием на расход топлива в форсажную камеру до тех пор, пока проходная площадь сопла не сравняется с потребной. Потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле

где F_гф и F_гм - площади реактивного сопла на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Т_т и Т_фзад - замеренное и заданное значение температуры газа за турбиной, а форсажный и бесфорсажный режимы осуществляют при одинаковом режиме работы турбокомпрессора газотурбинного двигателя. Технический результат - отладка расхода топлива в форсажную камеру в условиях эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем отладки расхода топлива в форсажную камеру, включающий измерение температуры газов, размеров проходного сечения реактивного сопла, отличающийся тем, что измеряют температуру газа за турбиной и размер проходного сечения реактивного сопла на бесфорсажном режиме работы двигателя, определяют по ним потребное значение площади реактивного сопла на форсажном режиме и отлаживают расход топлива в форсажную камеру воздействием на расход топлива в форсажную камеру до тех пор, пока проходная площадь сопла не сравняется с потребной, при этом потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле ,
где F_гф и F_гм - площади реактивного сопла на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Т_т и Т_фзад - замеренное и заданное значение температуры газа за турбиной, а форсажный и бесфорсажный режимы осуществляют при одинаковом режиме работы турбокомпрессора газотурбинного двигателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отладке двухконтурных газотурбинных двигателей потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле
где T_см - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.