СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F02C9/34 F02C9/28 F02C9/48 F02C7/228 F02C7/26 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ТРДФ) с форсажной камерой сгорания (ФКС).

Известен способ управления ТРДФ, заключающийся в том, что по измеренному давлению воздуха за компрессором управляют расходом топлива в ФКС (форсажным топливом) (Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД», М.: «Машиностроение», 1965).

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает сохранение неизменным режима работы основного контура: влияние подачи форсажного топлива на перепад давлений газа на турбине двигателя не контролируется, что может привести к значительному отклонению температуры газов перед турбиной от расчетного значения. Это снижает надежность работы двигателя и приводит к ускоренной выработке его ресурса.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ТРДФ, заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС, по измеренным положению РУД и перепаду давлений газа на турбине двигателя управляют гидроцилиндрами привода створок реактивного сопла (Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1974 г.).

Недостатком этого способа является следующее.

При таком управлении расходом форсажного топлива не удается добиться оптимального коэффициента избытка воздуха при запуске ФКС, что снижает надежность розжига ФКС и выхода двигателя на форсажные режимы работы.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности работы двигателя на запуске ФКС.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ТРДФ, заключающемся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС, по измеренным положению РУД и перепаду давлений газа на турбине двигателя управляют гидроцилиндрами привода створок реактивного сопла (PC), дополнительно по измеренным положению РУД давлению воздуха за компрессором и температуре воздуха на входе в двигатель формируют заданное значение пускового расхода топлива в ФКС, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, отключают пусковой расход форсажного топлива и агрегат «огневой дорожки», увеличивают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 5%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, уменьшают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 5%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, увеличивают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 10%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, уменьшают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 10%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, изменяют заданное значение пускового расхода форсажного топлива с дискретность 5% и повторяют всю процедуру запуска ФКС и делают это до тех пор, пока не будет зафиксирован розжиг ФКС, если изменение заданного расхода топлива превысило 50%, а розжиг ФКС не произошел, попытки запуска ФКС прекращают и проводят внеочередной регламент двигателя.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), блок 3 электрогидропреобразователей, дозатор 4 форсажного топлива, запорный клапан 5 (3К) пускового коллектора ФКС (на чертеже коллектор не показан), к выходу блока 3 подключен исполнительный механизм 6 (ИМ) управления гидроцилиндрами привода створок PC, к выходу ЭР 2 подключены агрегат 7 «огневой дорожки» и 3К 5.

Устройство работает следующим образом.

По измеренным с помощью БД 1 температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором двигателя, положению РУД и расходу топлива в ОКС ЭР 2 формирует заданное значение расхода топлива в ФКС:

где

Gт ф зад. - заданный расход топлива в ФКС,

αруд - угол установки РУД

Твх - температура воздуха на входе в двигатель,

Рк - давление воздуха за компрессором двигателя,

Gт окс - измеренный расход топлива в ОКС.

Примеры зависимости (1) приведены в книге Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1974 г.

По измеренным с помощью БД 1 положению РУД, давлению воздуха за компрессором двигателя, давлению газа за турбиной двигателя ЭР 2 формирует заданное значение положения створок PC

где

F с зад. - заданное положение створок PC,

αруд - угол установки РУД

Рк - давление воздуха за компрессором двигателя,

Рт - давление газа за турбиной двигателя

Примеры зависимости (2) приведены в книге Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1974 г.

В зависимости от величины заданного расхода форсажного топлива и заданного положения створок PC ЭР 2 формирует электрические управляющие воздействия, поступающие в блок 3, где они преобразуются в гидравлические управляющие воздействия на дозатор 4 и ИМ 6.

Запуск ФКС производится следующим образом.

По измеренным с помощью БД 1 положению РУД температуре воздуха на входе в двигатель и давлению воздуха за компрессором двигателя ЭР 2 формирует заданное значение пускового расхода топлива в ФКС:

где

Gт ф пуск. зад - заданный пусковой расход топлива в ФКС,

αруд - угол установки РУД,

Твх - температура воздуха на входе в двигатель

Рк - давление воздуха за компрессором двигателя.

Примеры зависимости (3) приведены в книге Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М.: «Машиностроение», 1974 г.

В зависимости от величины заданного расхода форсажного топлива Gт ф пуск. зад. ЭР 2 формирует электрическое управляющее воздействие, поступающее в блок 3, где оно преобразуется в гидравлическое управляющее воздействие на дозатор 4. В соответствии с этим управляющим воздействием дозатор 4 устанавливается в положение, соответствующее величине заданного расхода пускового форсажного топлива Gт ф пуск. зад.

По командам ЭР 2:

- открывается ЗК 5, пусковое форсажное топливо подается в пусковой коллектор,

- включается агрегат 7 «огневой дорожки»,

- производится попытка запуска ФКС.

ЭР 2 контролирует розжиг ФКС с помощью ионизационного датчика пламени из состава БД 1.

В случае если в течение наперед заданного времени (от 1 до 3 с - в зависимости от типа двигателя), сигнал о розжиге ФКС не поступил, ЭР 2 с помощью ЗК 5 отключает пусковой расход форсажного топлива и агрегат 7 «огневой дорожки».

Далее ЭР 2 рассчитывает корректированное значение заданного расхода пускового топлива.

где

Gт ф пуск. зад - заданный пусковой расход топлива в ФКС,

Gт ф пуск. корр. - корректированный заданный пусковой расход топлива в ФКС,

После этого по командам ЭР 2:

- дозатор 4 устанавливается в новое положение, соответствующее корректированному по формуле (4) заданному расходу пускового форсажного топлива,

- открывается ЗК 5, пусковое форсажное топливо подается в пусковой коллектор,

- включается агрегат 7 «огневой дорожки»,

- производится попытка запуска ФКС.

ЭР 2 контролирует розжиг ФКС с помощью ионизационного датчика пламени из состава БД 1.

В случае если снова в течение наперед заданного времени сигнал о розжиге ФКС не поступил, ЭР 2 с помощью ЗК 5 отключает пусковой расход форсажного топлива и агрегат 7 «огневой дорожки».

Далее ЭР 2 рассчитывает новое корректированное значение заданного расхода пускового топлива

где

Gт ф пуск. зад - заданный пусковой расход топлива в ФКС,

Gт ф пуск. корр. - новый корректированный заданный пусковой расход топлива в ФКС,

После этого по командам ЭР 2:

- дозатор 4 устанавливается в новое положение, соответствующее корректированному по формуле (5) заданному расходу пускового форсажного топлива,

- открывается ЗК 5, пусковое форсажное топливо подается в пусковой коллектор,

- включается агрегат 7 «огневой дорожки»,

- производится попытка запуска ФКС.

ЭР 2 контролирует розжиг ФКС с помощью ионизационного датчика пламени из состава БД 1.

В случае если снова в течение наперед заданного времени сигнал о розжиге ФКС не поступил, ЭР 2 с помощью ЗК 5 отключает пусковой расход форсажного топлива и агрегат 7 «огневой дорожки».

Далее ЭР 2 рассчитывает очередное новое корректированное значение заданного расхода пускового топлива.

где

Gт ф пуск. зад. - заданный пусковой расход топлива в ФКС,

Gт ф пуск. корр. - новый корректированный заданный пусковой расход топлива в ФКС,

После этого по командам ЭР 2:

- дозатор 4 устанавливается в новое положение, соответствующее корректированному по формуле (6) заданному расходу пускового форсажного топлива,

- открывается ЗК 5, пусковое форсажное топливо подается в пусковой коллектор,

- включается агрегат 7 «огневой дорожки»,

- производится попытка запуска ФКС.

ЭР 2 контролирует розжиг ФКС с помощью ионизационного датчика пламени из состава БД 1.

Таким образом повторяют всю процедуру запуска ФКС до тех пор, пока не будет зафиксирован розжиг ФКС.

Если изменение заданного расхода топлива превысило 50% от заданного по формуле (3), а розжиг ФКС не произошел, попытки запуска ФКС прекращают и проводят внеочередные регламентные работы по двигателю с целью отыскания и устранения имеющейся неисправности.

Т.о. за счет повышения качества работы САУ обеспечивается повышение надежности розжига ФКС и выхода двигателя на форсажные режимы работы и, как следствие, повышение надежности работы двигателя и безопасности ЛА.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания (ФКС) заключается в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС. По измеренным положению РУД и перепаду давлений газа на турбине двигателя управляют гидроцилиндрами привода створок реактивного сопла (PC). Дополнительно по измеренным положению РУД давлению воздуха за компрессором и температуре воздуха на входе в двигатель формируют заданное значение пускового расхода топлива в ФКС. Подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС. Если розжиг ФКС не произошел, отключают пусковой расход форсажного топлива и агрегат «огневой дорожки», изменяют заданное значение пускового расхода форсажного топлива с дискретность 5% и повторяют всю процедуру запуска ФКС и делают это до тех пор, пока не будет зафиксирован розжиг ФКС, если изменение заданного расхода топлива превысило 50%, а розжиг ФКС не произошел, попытки запуска ФКС прекращают и проводят внеочередной регламент двигателя. Достигается повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение экономичности ТРДФ на форсажных режимах. 1 ил.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания (ФКС), заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС, по измеренным положению РУД и перепаду давлений газа на турбине двигателя управляют гидроцилиндрами привода створок реактивного сопла (PC), отличающийся тем, что дополнительно по измеренным положению РУД, давлению воздуха за компрессором и температуре воздуха на входе в двигатель формируют заданное значение пускового расхода топлива в ФКС, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, отключают пусковой расход форсажного топлива и агрегат «огневой дорожки», увеличивают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 5%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, уменьшают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 5%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, увеличивают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 10%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, уменьшают заданное значение пускового расхода форсажного топлива на 10%, подают в ФКС пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат «огневой дорожки» и контролируют розжиг ФКС по измеренной температуре газа в ФКС, если розжиг ФКС не произошел, изменяют заданное значение пускового расхода форсажного топлива с дискретность 5% и повторяют всю процедуру запуска ФКС и делают это до тех пор, пока не будет зафиксирован розжиг ФКС, если изменение заданного расхода топлива превысило 50%, а розжиг ФКС не произошел, попытки запуска ФКС прекращают и проводят внеочередной регламент двигателя.