Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя Российский патент 2022 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к способам регулирования турбореактивного двигателя для обеспечения ограничений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной в регуляторе двигателя, не превышающих максимально допустимых значений.

Известен способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя, включающий в себя поддержание эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов на максимальном режиме работы двигателя (см. Ю.Н. Нечаев «Законы управления и характеристики авиационных силовых установок», Москва Машиностроение, 1995 г., страница 272, 273).

Данный способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя не является оптимальным в силу того, что он не обеспечивает ограничений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной не превышающих максимально допустимых значений, что не обеспечивает в дальнейшем надежность эксплуатации двигателя в течение заданного ресурса.

Задача изобретения заключается в обеспечении ограничений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной, не превышающих максимально допустимых значений.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного способа является повышение надежности эксплуатации двигателя в течение заданного ресурса.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в способе регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя, в котором предварительно для данного типа двигателей со штатной программой поддержания эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого (n_1ОГР) и высокого давления (n_2ОГР) и температуры газов за турбиной (Т_4огр) на максимальном режиме работы двигателя формируют программу ограничения частоты вращения ротора низкого давления (n_1ОГР), а также программу ограничения частоты вращения ротора низкого давления с увеличением на 1% относительно исходной (n_1ОГР+1%), затем проводят испытания репрезентативного количества образцов двигателей данного типа, при которых на максимальном режиме выполняют измерение частот вращения ротора низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной при программах n_1ОГР (n₁, n₂, T₄) и n_1ОГР+1% (n_1+1%, n_2+1%, T_4+1%), затем определяют изменение частоты вращения ротора высокого давления и изменение температуры газов за турбиной по формулам:

где Δn₂ - изменение частоты вращения ротора высокого давления;

n_2+1% - частота вращения ротора высокого давления на максимальном режиме, при реализации программы ограничения n_1ОГР+1%;

n₂ - частота вращения ротора высокого давления, при реализации программы ограничения n_1ОГР;

где ΔТ₄ - изменение температуры газов за турбиной;

T_4+1% - температура газов за турбиной на максимальном режиме, при реализации программы ограничения n_1ОГР+1%;

Т₄ - температура газов за турбиной, при реализации программы ограничения n_1ОГР;

далее для двигателя, у которого на максимальном режиме при штатной программе превышено по меньшей мере одно из значений (n_1ОГР), (n_2ОГР), (T_4ОГР), измеряют частоту вращения ротора низкого давления (n_1Исх), частоту вращения ротора высокого давления (n_2Исх) и температуру газов за турбиной (Т_4исх) на максимальном режиме, затем определяют относительную величину отклонения исходного параметра (n_1ИСх), (n_2исх) и (Т_4исх) от настройки ограничения по формулам:

где δn₁(по n₁) - относительная величина отклонения исходного параметра частоты вращения ротора низкого давления на максимальном режиме от максимального значения частоты вращения ротора низкого давления при штатной программе;

n_1ОГР - максимальное значение частоты вращения ротора низкого давления при штатной программе;

n_1ИСХ - частота вращения ротора низкого давления на максимальном режиме;

где δn₁(по n₂) - относительная величина отклонения исходного параметра частоты вращения ротора высокого давления на максимальном режиме от максимального значения частоты вращения ротора высокого давления при штатной программе;

n_2ОГР - максимальное значение частоты вращения ротора высокого давления при штатной программе;

n_2ИСХ - частота вращения ротора высокого давления на максимальном режиме;

Δn₂ - изменение частоты вращения ротора высокого давления;

где δn₁(по Т₄) - относительная величина отклонения исходного параметра температуры газов за турбиной на максимальном режиме от максимального значения температуры газов за турбиной при штатной программе;

Т_4огр ^_ максимальное значение температуры газов за турбиной при штатной программе;

Т_4исх - температура газов за турбиной на максимальном режиме;

ΔТ₄ - изменение температуры газов за турбиной;

затем выбирают наименьшее значение δn₁ из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) по абсолютной величине, которое в дальнейшем принимают за δn₁, далее по формулам определяют настройки ограничений частот вращения роторов низкого (n_1НАСТ) и высокого давления (n_{2 наст}) и температуры газов за турбиной (Т_{4 наст}):

где n_1НАСТ - максимальное значение частоты вращения ротора низкого давления;

n_{1 исх} - частота вращения ротора низкого давления на максимальном режиме;

δ_n1 - наименьшее значение из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) абсолютной величине;

где n_2наст - максимальное значение частоты вращения ротора высокого давления;

n_2исх - частота вращения ротора высокого давления на максимальном режиме;

Δn₂ - изменение частоты вращения ротора высокого давления;

δ_n1 - наименьшее значение из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) по абсолютной величине;

где Т_4Наст ^_ максимальное значение температуры газов за турбиной;

Т_4исх - температура газов за турбиной на максимальном режиме;

ΔТ₄ - изменение температуры газов за турбиной;

δn₁ - наименьшее значение из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) по абсолютной величине;

на основании которых корректируют штатную программу поддержания эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной на максимальном режиме работы двигателя.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя реализуется следующим образом. Проводят испытания репрезентативного количества образцов двигателей в количестве 5 штук с различными настройками ограничений частоты вращения ротора низкого давления n₁=100% и n_1+1%=101% на максимальном режиме, при этом фиксируют частоты вращения ротора высокого давления n₂=99,5%, n_2+1%=100,6% и температуры газа за турбиной Т₄=1135 К, T_4+1%=1150 К. Затем определяют изменение частоты вращения ротора высокого давления Δn₂=100,6/99,5=1,011 и изменение температуры газов за турбиной ΔТ₄=1150/1135=1,013.

Настройку двигателя имеющего ограничения n_1ОГР=100%, n_2ОГР=99,5%, Т_4ОГР=1140 К (Т_4огр=1140 К превышает Т₄=1135 К) определяют путем вывода двигателя на максимальный режим, при этом производят измерение частоты вращения ротора низкого давления n_1ИСХ=99,8%, частоты вращения ротора высокого давления n_2ИСХ=99,6 и температуры газа за турбиной Т_4исх=1162 К. Затем определяют относительную величину отклонения исходного значения (n_1ИСх), (n_2исх) и (Т_4исх) от настройки ограничителя δn₁

далее выбирают наименьшее δn₁=-0,0187. Затем определяют значения ограничений

n_1НАСТ=99,8*(1-0,0187)=97,9%

_n2НАСТ=99,6*(1-1,011*0,0187)=97,7%

Т_4наст=1162*(1-1,013*0,0187)=1140К

Далее полученные настройки вводят в регулятор двигателя.

Таким образом, полученные величины настроек ограничителей частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газа за турбиной не превышают их максимально допустимых ограничений.

Изобретение относится к способам регулирования турбореактивного двигателя для обеспечения ограничений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной в регуляторе двигателя, не превышающих максимально допустимых значений. Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя, в котором предварительно для данного типа двигателей со штатной программой поддержания эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого (n_1ОГР) и высокого давления (n_2ОГР) и температуры газов за турбиной (Т_4ОГР) на максимальном режиме работы двигателя формируют программу ограничения частоты вращения ротора низкого давления (n_1ОГР), а также программу ограничения частоты вращения ротора низкого давления с увеличением на 1% относительно исходной (n_1ОГР+1%), затем проводят испытания репрезентативного количества образцов двигателей данного типа, при которых на максимальном режиме выполняют измерение частот вращения ротора низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной при программах n_1ОГР (n₁, n₂, Т₄) и n_1ОГР+1% (n_1+1%, n_2+1%, Т_4+1%), затем определяют изменение частоты вращения ротора высокого давления и изменение температуры газов за турбиной по формулам: (Δn₂=n_2+1%/n₂); (ΔT₄=Τ_4+1%/T₄), далее для двигателя, у которого на максимальном режиме при штатной программе превышено по меньшей мере одно из значений (n_1ОГР), (n_2ОГР), (Т_4ОГР), измеряют частоту вращения ротора низкого давления (n_1ИСХ), частоту вращения ротора высокого давления (n_2ИСХ) и температуру газов за турбиной (Т_4ИСХ) на максимальном режиме, затем определяют относительную величину отклонения исходного параметра (n_1ИСХ), (n_2ИСХ) и (Т_4ИСХ) от настройки ограничения δn₁ по формулам:

затем выбирают наименьшее значение из δn₁(по n₁), δn₁(по n₂) и δn₁(по Т₄) по абсолютной величине, которое в дальнейшем принимают за δn₁, далее по формулам определяют настройки ограничений частот вращения роторов низкого (n_1НАСТ) и высокого давления (n_2НАСТ) и температуры газов за турбиной (Т_4НАСТ): n_1НАСТ=n_1ИСХ*(1+δn₁); n_2НАСТ=n_2ИСХ*(1+Δn₂*δn₁); Т_4НАСТ=Т_4ИСХ*(1+Δt₄*δn₁), на основании которых корректируют штатную программу поддержания эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной на максимальном режиме работы двигателя. Изобретение обеспечивает повышение надежности эксплуатации двигателя в течение заданного ресурса.

Способ регулирования авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя, в котором предварительно для данного типа двигателей со штатной программой поддержания эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого (n_1ОГР) и высокого давления (n_2ОГР) и температуры газов за турбиной (Т_4ОГР) на максимальном режиме работы двигателя формируют программу ограничения частоты вращения ротора низкого давления (n_1ОГР), а также программу ограничения частоты вращения ротора низкого давления с увеличением на 1% относительно исходной (n_1ОГР+1%), затем проводят испытания репрезентативного количества двигателей данного типа, при которых на максимальном режиме выполняют измерение частот вращения ротора низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной при программах n_1ОГР (n₁, n₂, T₄) и n_1ОГР+1% (n_1+1%, n_2+1%, T_4+1%), затем определяют изменение частоты вращения ротора высокого давления и изменение температуры газов за турбиной по формулам:

где Δn₂ - изменение частоты вращения ротора высокого давления;

n_2+1% - частота вращения ротора высокого давления на максимальном режиме, при реализации программы ограничения n_1ОГР+1%;

n₂ - частота вращения ротора высокого давления, при реализации программы ограничения n_1ОГР;

где ΔТ₄ - изменение температуры газов за турбиной;

T_4+1% - температура газов за турбиной на максимальном режиме, при реализации программы ограничения n_1ОГР+1%;

Т₄ - температура газов за турбиной, при реализации программы ограничения n_1ОГР;

далее для двигателя, у которого на максимальном режиме при штатной программе превышено по меньшей мере одно из значений (n_1ОГР), (n_2ОГР), (Т_4огр), измеряют частоту вращения ротора низкого давления (n_1ИСх), частоту вращения ротора высокого давления (n_2исх) и температуру газов за турбиной (Т₄исх) на максимальном режиме, затем определяют относительную величину отклонения исходного параметра (n_1ИСх), (n_2исх) и (Т₄исх) от настройки ограничения δn₁ по формулам:

где δn₁ (по n₁) - относительная величина отклонения исходного параметра частоты вращения ротора низкого давления на максимальном режиме от максимального значения частоты вращения ротора низкого давления при штатной программе;

n_1ОГР - максимальное значение частоты вращения ротора низкого давления при штатной программе;

n_1ИСХ - частота вращения ротора низкого давления на максимальном режиме;

где δn₁ (по n₂) - относительная величина отклонения исходного параметра частоты вращения ротора высокого давления на максимальном режиме от максимального значения частоты вращения ротора высокого давления при штатной программе;

n_2ОГР - максимальное значение частоты вращения ротора высокого давления при штатной программе;

n_2ИСХ - частота вращения ротора высокого давления на максимальном режиме;

Δn₂ - изменение частоты вращения ротора высокого давления;

где δn₁ (по Т₄) - относительная величина отклонения исходного параметра температуры газов за турбиной на максимальном режиме от максимального значения температуры газов за турбиной при штатной программе;

Т_4огр - максимальное значение температуры газов за турбиной при штатной программе;

Т_4исх - температура газов за турбиной на максимальном режиме;

ΔТ₄ - изменение температуры газов за турбиной;

затем выбирают наименьшее значение δn₁ из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) по абсолютной величине, которое в дальнейшем принимают за δn₁, далее по формулам определяют настройки ограничений частот вращения роторов низкого (n_1НАСТ) и высокого давления (n_2наст) и температуры газов за турбиной (Т_4наст):

где n_1НАСТ - максимальное значение частоты вращения ротора низкого давления;

n_1исх - частота вращения ротора низкого давления на максимальном режиме;

δn1 - наименьшее значение из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) абсолютной величине;

где n_2наст - максимальное значение частоты вращения ротора высокого давления;

n_2исх - частота вращения ротора высокого давления на максимальном режиме;

Δn₂ - изменение частоты вращения ротора высокого давления;

δn1 - наименьшее значение из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) по абсолютной величине;

где Т_4Наст - максимальное значение температуры газов за турбиной;

Т_4исх - температура газов за турбиной на максимальном режиме;

ΔТ₄ - изменение температуры газов за турбиной;

δn₁ - наименьшее значение из δn₁ (по n₁), δn₁ (по n₂) и δn₁ (по Т₄) по абсолютной величине;

на основании которых корректируют штатную программу поддержания эксплуатационных ограничений максимальных значений частот вращения роторов низкого и высокого давления и температуры газов за турбиной на максимальном режиме работы двигателя.