СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ СО СМЕШЕНИЕМ ПОТОКОВ Российский патент 2013 года по МПК G02C9/00 G06F17/40 

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается диагностики состояния турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков (ТРДД_см).

Известен способ диагностики агрегатов летательных аппаратов по техническому состоянию, при котором с помощью комплекта датчиков: давления температуры, вибрации и т.д., блока коммутации и регистрации параметров, связанного с индикатором контроля и оповещения, регистрируют параметры, определяющие работу двигателя, накопленную повреждаемость каждой основной детали двигателя с учетом режимов работы двигателя, и по ним определяют остаточный ресурс двигателя (заявка РФ №2002106177).

Известен способ диагностики авиационных двигателей сетевой системой, в котором измеряют параметры, характеризующие работу авиационного двигателя, датчиками, установленными на авиационном двигателе. Аппаратные средства диагностического сервера с базой данных и программными средствами считывают в сетевых линиях связи данные, характеризующие полетную работу, и данные неразрушающего контроля авиационного двигателя и, обработав их в соответствии с базами данных и математических моделей, выдают диагностику технического состояния авиационного двигателя в сетевые линии связи (патент РФ на ПМ №87816).

Известен способ диагностики двигателя, основанный на способе контроля тяги турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков (ТРДД_см) (В.О.Боровик, В.М.Борщанский, В.А.Зозулин. Контроль величины тяги авиационных турбореактивных двигателей в условиях эксплуатации в сб. «Некоторые вопросы расчета и экспериментального исследования высотно-скоростных характеристик ГТД», Труды ЦИАМ №663, 1975, стр.240-254), в котором измеряют значения полного давления на входе в двигатель (Р^* _H), за компрессором низкого давления (Р^* _B) и за турбиной (Р^* _T), а также площади F_вых выходного сечения реактивного сопла, обработав их, по ним определяют значение параметров или характеризующих величину тяги двигателя (где а F_I и F_II - значения площади на входе в камеру смешения из первого и второго контура соответственно).

Недостатком данного способа является то, что он ограничивает контроль тяги двигателя только взлетным режимом, так как фактически оценивает значение тяги сопла без учета входного импульса набегающего потока.

Кроме того, рассмотренный способ не позволяет осуществлять диагностику двигателя по величине определенной таким образом тяги, так как оценивает значение действительной тяги с учетом реальных ограничений, например по максимальной площади раскрытия выходного сечения реактивного сопла; в силу чего полученное значение тяги не характеризует в полной мере потенциальные возможности двигателя. Поэтому рассмотренный известный способ ограничивает возможности диагностики двигателя, с одной стороны, областью применения (только взлетный режим), а с другой - не учетом потенциальных возможностей двигателя при наилучшем его регулировании, так как оценивает тягу при конкретно реализованном (возможно, неоптимальном) регулировании двигателя.

В основу изобретения положена задача повышения адекватности диагностики технического состояния ТРДД_см в условиях эксплуатации.

Технический результат - расширение функциональных возможностей диагностики турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков (ТРДД_см) за счет диагностики его технического состояния на всех режимах работы и определения степени ухудшения характеристик данного ТРДД_см с наработкой.

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков (ТРДД_см), включающем измерение полетной информации, ее обработку и контроль тяги для диагностики ТРДД_см, замеряют скорость полета летательного аппарата (V_п), характеризующую скорость набегающего на вход в двигатель потока воздуха, частоту вращения (n_в) вала низкого давления, статическое давление (Р_H) атмосферного воздуха, полную температуру (Т_BX ^*) воздуха на входе в двигатель, полное давление за компрессором низкого давления (Р^* _в), полное давления за турбиной (Р^* _т), положение створок реактивного сопла, характеризующее площадь критического сечения реактивного сопла (F_кр), по замерам определяют величину R_n.p идеальной тяги двигателя как R_n.p=R_cn.p-G_BV_П, где R_cn.p - условная тяга реактивного сопла, соответствующая полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, G_в - расход воздуха на входе в двигатель, и контролируют тягу двигателя по отклонению R_n.p от эталонного значения, соответствующего тяге данного ТРДД_см до начала эксплуатации.

Предложенный способ основывается на использовании газодинамических соотношений, в том числе газодинамических функций π(λ), q(λ) и r(λ), для определения полного импульса сопла (см. Абрамович Г.Н. Прикладная фазовая динамика. В 2 ч. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука., 1991. - Ч.1, стр.241-246), позволяющих определять параметр тяги по осредненному значению полного давления перед соплом.

Значение тяги R_n.p, с учетом входного импульса G_ВV_П следует определять в соответствии с алгоритмом следующим образом:

- определяют параметр , пропорциональный полному давлению на входе в реактивное сопло как где - отношение значений площади на входе в камеру смешения из первого и второго контура соответственно,

- определяют условное значение приведенной скорости λ_{с п.р} в выходном сечении реактивного сопла, соответствующее полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления по функции, обратной газодинамической функции π(λ), по предварительно вычисленному параметру, характеризующему располагаемый перепад давлений в реактивном сопле

- определяют условную площадь F_cn.p выходного сечения сопла, соответствующую полному расширению выхлопной струи до атмосферного давления

- определяют условную тягу реактивного сопла, соответствующую полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления

- с учетом входного импульса G_ВV_П определяют величину идеальной тяги двигателя, соответствующей полному расширению выхлопной струи в реактивном сопле до атмосферного давления R_n.p=R_cn.p-G_ВV_П, где q(λ), r(λ)- газодинамические функции;

F_кр - площадь критического сечения реактивного сопла;

λ_сп.р - приведенная скорость газа в выходном сечении сопла, соответствующая полному расширению выхлопной струи до атмосферного давления;

G_B - расход воздуха через двигатель, который определяют расчетным путем по измеренному значению частоты вращения вала низкого давления n_B, характеризующему приведенный расход воздуха через двигатель, измеренному значению полного давления за компрессором низкого давления Р^* _в и измеренному значению полной температуры воздуха на входе в двигатель Т_BX ^*.

Способ, согласно изобретению, осуществляют следующим образом. При работе ТРДД_см измеряют текущие параметры, характеризующие работу ТРДД_см в полете, и обрабатывают результаты измерений по алгоритму с получением значения диагностического параметра, характеризующего текущую величину идеальной тяги ТРДД_cм, соответствующей полному расширению в реактивном сопле выхлопной струи до атмосферного давления, и по его отклонению от эталонного значения проводят диагностику состояния ТРДД_см.

Согласно изобретению в качестве параметров, характеризующих работу ТРДД_см в полете, используют данные датчиков термогазодинамических параметров двигателя и самолета, а также частоты вращения ротора и критического сечения реактивного сопла, а именно: скорость набегающего на вход в двигатель потока воздуха (V_П), частоту вращения вала низкого давления (n_в), статическое давление атмосферного воздуха (Р_H), полную температуру воздуха на входе в двигатель (Т^* _вх), полное давление за компрессором низкого давления и полное давления за турбиной (Р^* _в и Р^* _т) соответственно, а также площадь критического сечения реактивного сопла (F_кр).

Исходя из значений измеренных параметров, их обрабатывают по вышеуказанному алгоритму и определяют:

- параметр , пропорциональный полному давлению на входе в реактивное сопло , где отношение значений площади на входе в камеру смешения из первого и второго контура соответственно;

- условное значение приведенной скорости λ_{с п.р} в выходном сечении реактивного сопла, соответствующее полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления по функции, обратной газодинамической функции π(λ), по предварительно вычисленному параметру, характеризующему располагаемый перепад давлений в реактивном сопле

- условную площадь выходного сечения сопла, соответствующую полному расширению выхлопной струи до атмосферного давления где q(λ) - газодинамическая функция;

- условную тягу реактивного сопла, соответствующую полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления где r(λ) - газодинамическая функция;

- параметр R_n.p=R_cn.p-G_ВV_П, характеризующий идеальную тягу двигателя, соответствующую полному расширению выхлопной струи в реактивном сопле до атмосферного давления R_n.p=f(R_cn.p,n_в,V_n,P^* _в,T^* _вх) с учетом входного импульса G_ВV_П.

Расход воздуха G_В определяют расчетным путем по измеренному значению частоты вращения вала низкого давления n_в, характеризующему приведенный расход воздуха через двигатель, измеренному значению полного давления за компрессором низкого давления Р^* _в и измеренному значению полной температуры воздуха на входе в двигатель Т_вх ^*.

Контролируют состояние двигателя по отклонению тяги R_n.p от ее эталонного значения, соответствующего данному ТРДД_см до начала эксплуатации, которое определяют по номограммам или математической модели двигателя.

Параметр R_cn.p учитывает идеальную тягу реактивного сопла, соответствующую полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, что позволяет расширить возможность диагностики состояния ТРДД_см на всех режимах его работы.

Параметр в виде разницы R_n.p и ее эталонного значением, соответствующего данному двигателю до начала эксплуатации, характеризует степень ухудшения характеристик данного ТРДД_см с наработкой, и его учет позволяет расширить возможность диагностики состояния ТРДД_см.

Изобретение иллюстрируется рисунком, на котором схематично представлена система для реализации способа.

Система для диагностики ТРДД_см 1 как объекта контроля на летательном аппарате 10 включает датчик 2 скорости полета летательного аппарата (V_П), характеризующей скорость набегающего на вход в двигатель потока воздуха, датчик 3 частоты вращения (n_в), характеризующей частоту вращения вала низкого давления, датчик 4 давления (Р_H), характеризующего статическое давление атмосферного воздуха, датчик 5 температуры (Т_вх ^*), характеризующей полную температуру воздуха на входе в двигатель, датчики 6 и 7 давления (Р^* _в и Р^* _т), характеризующего полное давление за компрессором низкого давления и полное давление за турбиной соответственно.

Система включает также датчик 8 положения створок реактивного сопла, характеризующего площадь критического сечения реактивного сопла (F_кр), программный блок 9 контроля тяги и регистрирующий прибор - индикатор 11, связанный с выходом программного блока 9.

Программный блок 9 выполнен с возможностью определять условную тягу F_cp реактивного сопла, соответствующую полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, и условную тягу двигателя, соответствующую полному расширению выхлопной струи в реактивном сопле до атмосферного давления в виде функции R_n.p=f(R_cn.p, n_B, V_n, P^* _B, T^* _вх), учитывающей входной импульс G_ВV_П, где G_В - расход воздуха на входе в двигатель, V_П - скорость полета летательного аппарата.

Индикатор 11 отображает отклонение полученной величины от эталонной, соответствующей данному двигателю до начала эксплуатации и вычисленной, например, по номограммам или математической модели двигателя.

Изобретение позволяет существенно расширить функциональные возможности диагностики состояния турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков (ТРДД_см).

Изобретение может быть использовано в системах диагностики турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков в условиях эксплуатации.

Изобретение относится к области авиационной техники. По замерам полетной информации определяют величину R_n.p идеальной тяги двигателя как R_n.p=R_cn.p- G_BV_Π, где R_cn.p - условная тяга реактивного сопла, соответствующая полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, G_B - расход воздуха на входе в двигатель, V_Π - скорость полета летательного аппарата. Тягу двигателя для диагностики контролируют по отклонению R_n.p от эталонного значения, соответствующего тяге данного двигателя до начала эксплуатации. Изобретение позволяет повысить точность диагностики технического состояния двигателя в условиях эксплуатации. 1 ил.

Способ диагностики турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков (ТРДД_см), включающий измерение полетной информации, ее обработку и контроль тяги для диагностики ТРДД_см, отличающийся тем, что замеряют скорость полета летательного аппарата (V_п), характеризующую скорость набегающего на вход в двигатель потока воздуха, частоту вращения (n_в) вала низкого давления, статическое давление (Р_н) атмосферного воздуха, полную температуру (T_вх ^*) воздуха на входе в двигатель, полное давление за компрессором низкого давления (Р^* _в), полное давление за турбиной (Р^* _т), положение створок реактивного сопла, характеризующее площадь критического сечения реактивного сопла (F_кр), по замерам определяют величину R_п.p идеальной тяги двигателя как R_п.p=R_cп.p-G_вV_п, где R_cп.p - условная тяга реактивного сопла, соответствующая полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, G_в - расход воздуха на входе в двигатель, и контролируют тягу двигателя по отклонению R_п.p от эталонного значения, соответствующего тяге данного ТРДД_см до начала эксплуатации, причем условную тягу R_cп.p определяют в соответствии с алгоритмом следующим образом:
- определяют параметр , пропорциональный полному давлению на входе в реактивное сопло как где - отношение значений площади на входе в камеру смешения из первого и второго контура соответственно,
- определяют условное значение приведенной скорости λ_сп.р в выходном сечении реактивного сопла, соответствующее полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления по функции, обратной газодинамической функции π(λ), по предварительно вычисленному параметру, характеризующему располагаемый перепад давлений в реактивном сопле
- определяют условную площадь F_cп.p выходного сечения сопла, соответствующую полному расширению выхлопной струи до атмосферного давления
определяют условную тягу реактивного сопла, соответствующую полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления
с учетом входного импульса G_вV_п определяют величину идеальной тяги двигателя, соответствующей полному расширению выхлопной струи в реактивном сопле до атмосферного давления R_п.p=R_cп.p-G_вV_п, где q(λ), r(λ) - газодинамические функции,
F_кр - площадь критического сечения реактивного сопла;
λ_сп.р - приведенная скорость газа в выходном сечении сопла, соответствующая полному расширению выхлопной струи до атмосферного давления.