СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ АВИАЦИОННОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК F02C9/00 

Изобретение относится к способам регулирования, чувствительным к параметрам двигателя и внешней среды, в частности к температуре окружающего воздуха.

Известен способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя, включающий поддержание заданных частот вращения роторов и температуры газа за осевой турбиной с помощью регуляторов частот вращения роторов двигателя и температуры газов за турбиной в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель (Нечаев Ю.Н. Законы управления и характеристики авиационных силовых установок, М.: Машиностроение, 1995 г., стр.253, 273-275). Данный способ довольно хорош для полностью прогретого двигателя.

Однако при взлете самолета без предварительного прогрева двигателя, например при взлете самолета с палубы авианосца, на которой самолет не может находиться для прогрева двигателя в силу специфики работы на авианосце, из-за разной тепловой инерционности деталей роторов и статора двигателя происходит провал по тяге двигателя до 5%. Детали статора как менее массивные, чем диски ротора, на которых закреплены рабочие лопатки, да к тому же и находящиеся в зоне более высоких температур, нагреваются быстрее. В результате этого увеличиваются зазоры в проточной части между рабочими лопатками и статором и происходит потеря тяги двигателем на время прогрева двигателя. Причем эффект потери тяги на непрогретой машине в большей степени сказывается при повышении температуры воздуха на входе в двигатель. Таким образом, потеря тяги у самолета происходит именно в тот момент, когда она больше всего нужна для безопасного взлета самолета. Для компенсации потери тяги при влете самолета без предварительного прогрева приходится заранее закладывать более высокую номинальную тягу двигателя, что утяжеляет и двигатель и самолет в целом, особенно учитывая более высокий расход топлива для такого двигателя.

Задача изобретения кратковременно на время, не меньшее чем время пробега самолета по палубе авианосца, обеспечить повышение тяги двигателя.

Указанная задача достигается тем, что в способе регулирования авиационного турбореактивного двигателя, включающем поддержание заданных частот вращения роторов и температуры газа за осевой турбиной с помощью регуляторов частот вращения роторов двигателя и температуры газов за турбиной в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель, предварительно для данного типа двигателя определяют время прогрева двигателя, при взлете самолета без предварительного прогрева двигателя в момент установки рычага управления двигателем в положение максимального или форсажного режимов кратковременно изменяют настройку регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения на время меньшее, чем время прогрева двигателя.

Самый простой способ определения времени прогрева двигателя - это его определение по времени достижения двигателем номинального значения тяги.

Кроме того, дополнительно кратковременно изменяют настройку регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения на время, меньшее чем время прогрева двигателя.

При этом кратковременное изменение настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения производят на величину не более 3%, время изменения настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя выбирают не более 4% от времени прогрева двигателя, кратковременное дополнительное изменение настройки регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения производят на величину не более 3%, а время изменения настройки регулятора температуры газа за турбиной выбирают не более 3% от времени прогрева двигателя.

Кратковременное изменение настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения на время, меньшее чем время прогрева двигателя, позволяет, не выходя за допустимые пределы по прочности дисков двигателя раскручивать их на большие частоты вращения, что ведет к повышению тяги турбореактивного двигателя. Возможность повышения частот вращения роторов двигателя объясняется тем, что у непрогретых дисков их температура ниже, а значит их прочностные характеристики выше, чем у прогретых, что при одинаковых заданных запасах по прочности позволяет раскручивать их на большие частоты вращения.

Предварительное определение для данного типа двигателя времени прогрева двигателя позволяет четко знать пределы по времени использования предлагаемого способа.

Применение предлагаемого способа при взлете самолета без предварительного прогрева двигателя, начиная его сразу с момента установки рычага управления двигателем в положение максимального и форсажного режимов, позволяет получить максимальный результат по тяге, так как по мере прогрева дисков роторов двигателя возможности способа уменьшаются и сходят на нет при полном прогреве двигателя.

Определение времени прогрева двигателя по времени достижения двигателем номинального значения тяги позволяет провести это заодно с другими испытаниями двигателя, например, со сдаточными при допуске его в эксплуатацию. Такой способ не требует проведения очень дорогого термометрирования дисков роторов двигателя.

Выбор кратковременного изменения настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения на величину не более 3% определяется допустимыми запасами по прочности с учетом реальной температуры диска, которая в этот момент ниже номинальной.

Выбор времени изменения настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя на величину не более 4% от времени прогрева двигателя и определяется для каждого типа двигателя массами дисков. С уменьшением массы дисков это время уменьшается.

Кратковременное дополнительное изменение настройки регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения на время, меньшее чем время прогрева двигателя, позволяет увеличить и температуру газов на турбине за счет более низкой температуры охлаждающего воздуха, поступающего на охлаждение рабочих лопаток. Это объясняется тем, что охлаждающий воздух на непрогретом двигателе обтекает более холодные элементы роторов, а значит и меньше нагревается и поступает на охлаждение рабочих лопаток турбины более холодным. В результате рабочая лопатка лучше охлаждается и появляется возможность повысить температуру газов на входе в турбину.

Само кратковременное дополнительное изменение настройки регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения на величину не более 3% и времени изменения настройки регулятора температуры газа за турбиной на величину не более 3% от времени прогрева двигателя определяется теплоинерционностью деталей ротора.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя реализуют следующим образом - предварительно для данного типа двигателя определяют время прогрева двигателя, для чего снимают характеристику изменения тяги двигателя при запуске непрогретого двигателя по времени. Время выхода тяги на номинальное значение принимают за время прогрева двигателя. Замеряют температуру воздуха на входе в двигатель. При взлете самолета без предварительного прогрева двигателя, например с палубы авианосца, одновременно с переводом рычага управления двигателем в положение максимального или форсажного режимов на время не более 4% от времени прогрева двигателя изменяют настройку регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения на величину не более 3%. При необходимости получения дополнительной тяги дополнительно изменяют на время не более 3% от времени прогрева двигателя настройку регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения на величину не более 3%. После взлета самолета с палубы авианосца настройку регуляторов частоты вращения роторов и температуры газов за турбиной возвращают в номинальное положение.

Реализация изобретения позволяет кратковременно на время, не меньшее чем время прогрева двигателя, например время пробега самолета по палубе авианосца или его взлета с короткой взлетной полосы, обеспечить повышение тяги двигателя.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя относится к способам регулирования, чувствительным к параметрам двигателя и внешней среды, в частности к температуре окружающего воздуха, и позволяет кратковременно на время, не меньшее чем время пробега самолета по палубе авианосца, обеспечить повышение тяги двигателя. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя, включающий поддержание заданных частот вращения роторов и температуры газа за турбиной с помощью регуляторов частот вращения роторов двигателя и температуры газов за осевой турбиной в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель, отличается тем, что в нем предварительно для данного типа двигателя определяют время прогрева двигателя, при взлете самолета без предварительного прогрева двигателя в момент установки рычага управления двигателем в положение максимального или форсажного режимов кратковременно изменяют настройку регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения на время, меньшее чем время прогрева двигателя. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя, включающий поддержание заданных частот вращения роторов и температуры газа за турбиной с помощью регуляторов частот вращения роторов двигателя и температуры газов за осевой турбиной в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель, отличающийся тем, что предварительно для данного типа двигателя определяют время прогрева двигателя, при взлете самолета без предварительного прогрева двигателя в момент установки рычага управления двигателем в положение максимального или форсажного режимов кратковременно изменяют настройку регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения на время меньшее чем время прогрева двигателя.

2. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя по п.1, отличающийся тем, что кратковременно дополнительно изменяют настройку регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения на время, меньшее чем время прогрева двигателя.

3. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя по п.1, отличающийся тем, что кратковременное изменение настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя в сторону увеличения производят на величину не более 3%, а время изменения настройки регуляторов частот вращения роторов двигателя выбирают не более 4% от времени прогрева двигателя.

4. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя по п.2, отличающийся тем, что кратковременное дополнительное изменение настройки регулятора температуры газов за турбиной в сторону увеличения производят на величину не более 3%, а время изменения настройки регулятора температуры газа за турбиной выбирают не более 3% от времени прогрева двигателя.

5. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя по п.1, отличающийся тем, что время прогрева двигателя определяют по времени достижения двигателем номинального значения тяги.