Устройство для моделирования газотурбинного двигателя Советский патент 1984 года по МПК G06G7/64 

динен с другим входом триггера, выход первого блока задания нелинейности через пятый коммутатор соединен с третьим входом инерционного звена, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого коммутато ра, сигнальный вход которого подключен к источнику напряжения, выход которого подключен к первому выводу кнопки выключения батарей и первым выводам кнопок Пуск и Стоп, вторые выводы которых соответственно соединен с другим входом первого элемента И и третьим входом элемента ИЛИ, выход первого элемента НЕ соеди йен с управляющим входом третьего

1683

коммутатора, выход третьего элемента НЕ соединен с управляющими входами второго и шестого коммутаторов, вход второй схемы сравнения подключен к выходу интегратора и первому входу первого сумматора, а выход второй схемы сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатюра, выход датчика топливного крана соединен также с входом первого эле.мента НЕ, второй вывод кнопки выключения батарей подключен к входу второго элемента НЕ, а выход инерционного звена соединен с входом третьей схемы сравне- ния.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее источник напряжения, выпрямительный диод, первый сумматор, -инвертор, последовательно соединенные датчик положения педали топлива и первый блок задания нелинейности, последовательно соединенные инерционное звено, второй блок задания нелинейности, второй сумматор, датчик положения регулируемого соплового аппарата, первый коммутатор, усилитель, блок умножения, интегратор и третий сумматор, выход которого соединен с другими входами датчика положения регулируемого соплового аппарата и первого коммутатора, выход второго блока задания нелинейности через инвертор соединен с другим входом блока умножения, другой вход.интегратора через выпрямительный диод подключен к выходу интегратора, другому входу второго сумматора и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к источнику напряжения, выход первого сумматора подключен к первому входу инерционного звена, выход которого соединен с другим входом третьего сумматора, отличаю щееся тем, что, с целью повышения точности моделирования и расширения функциональных возможностей путем воспроизведения процесса запуска газотурбинного двигателя , оно дополнительно содержит первую и вторую схемы сравнения, ограничитель напряжения, ограничительный резистор, накопительный конденсатор, первый элемент НЕ, второй и третий коммутаторы, кнопки Пуск и Стоп, последовательно соединенные кнопку выключения батарей, первый элемент И, триггер и четвертый коммутатор, последовательно соединенные датчик топливного крана, второй элемент И и пятый коммутатор, последовательно соединенные второй элемент НЕ и элемент ИЛИ, последовательно соединенные третью схему сравнения и третий элемент НЕ, а также шестой коммутатор, вьжод которого через накопительный конденсатор соединен с выходом ограничителя напряжения и вторым входом инерционно-, го звена, выход которого соединен с входом первой схемы сравнения и информационными входами второго, третьего и шестого коммутаторов, выход второго коммутатора соединен с входом ограничителя напряжения, выход которого соединен с первьм выводом ограничительного резистора, второй вы-, вод которого соединен с выходом третьего коммутатора, выход первой схемы сравнения соединен с другим входом второго элемента И и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого сое

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в тренажерах для обучения водителей транспортных средств.

Известно устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания содержащее интегратор, выход которого одновременно соединен с входом модели регулятора и блоком нелинейности lj .

Известно также устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее первый и второй блоки воспроизведения нелинейности, инерционный блок, инвертор, интегратор, регулятор подачи топлива, сумматоры, источник напряжения и компараторы 2 .

Недостатком указанных устройство

является то, что с их помощью нельзя

моделировать работу газотурбинного

двигателя. I

Наиболее близким к предлагаемому

является устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, содержащее источник напряжения, ограничительный диод, первьй сумматор, первый интегратор, последовательно соединенные датчик положения педали топлива и первый блок нелинейности, последовательно соединенные инерцион ный блок, второй блок нелинейности, второй сумматор, датчик положения регулируемого соплового аппарата, первьш коммутатор, усилитель, блок

множения, интегратор и третий сумматор, выход которого одновременно соединен с вторыми входами датчика положения регулируемого соплового аппарата и первого коммутатора, выход второго блока нелинейности через первый инвертор соединен с вторым входом блока умножения, второй вход интегратора через выпрямительный иод подключен к выходу интегратора и к второму и первому входам соответственно второго и первого сумматоров, второй вход последнего подключен к источнику напряжения, выход первого сумматора подключен к первому вхоу инерционного блока, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора З.

Однако известное устройство не моелирует процесс запуска газотурбинного двигателя.

Цель изобретения - повышение точности моделирования и расширение ункциональных возможностей путем воспроизведения процессов запуска газотурбинного двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что-устройство для моделирования газотурбинного двигателя, содержащее источник напряжения, выпрямительный диод, первый сумматор, инвертор, последовательно соединенные датчик положения педали топлива и первый блок, задания нелинейности, последователь-i но соединенные инерционное звено.

311

второй блок задания нелинейности, второй сумматор, датчик положения регулируемого соплового аппарата, первый коммутатор, усилитель, блок умножения, интегратор и третий сумма тор,. выход которого соединен : с другими входами датчика положения регулируемого соплового аппарата и первого коммутатора, выход второго блока задания нелинейности через инвертор соединен с другим входом блока умножения, другой вход интегратора через выпрямительный диод подключен к выходу интегратора, другому входу второго сумматора и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к источнику напряжения, выход первого сумматора подключен к первому входу инерционного звена, выход которого соединен с другим входом третьего сумматора, . дополнительно содержит первую и вторую схемы сравнения, ограничитель напряжения, ограничительный резистор, накопительный конденсатор, первый элемент НЕ, второй и третий коммутаторы, кнопки Пуск И Стоп, последовательно соединенные кнопку выключения батарей, первьй элемент И, триггер и четвертый коммутатор, последовательно соединенные датчик топливного крана, второй элемент И и пятый коммутатор, последовательно соединенные второй элемент НЕ: и элемент ИЛИ, последовательно соединенные третью схему сравнения и третий элемент НЕ, а также шестой коммутатор, выход которого через накопительный конденсатор .соединен с выходом ограничителя напряжения и вторым входом инерционного звена, выход которого соединен с входом первой схемы сравнения и информацион|1ыми входами шестого,третьего и второго коммутатора, выход второго коммутатора соединен с входом ограничителя напряжения , выход которого соединен с перBbw выводом ограничительного резистора, второй вывод которого соединен с выходом третьего коммутатора, выход первой схемы сравнения соединен с другим входом второго элемента И . и вторьм входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с другим входом триггера, вькод первого блока задания нелинейности через пятый коммутатор соединен с третьим входом инердионного звена, четвертый вход которого соединен с выходом четвертого

16834

коммутатора, сигнальный вход которого подключен к источнику напряжения, выход которого подключен к первому вькоду кнопки выключения батарей 5 и первым выводам кнопок Пуск и

Стоп, вторые выводы которых соответственно соединены с другим входом первого элемента И и третьим входом элемента Ш1И, выход первого

to элемента НЕ соединен с управляющим входом третьего- коммутатора, выход .третьего элемента НЕ соединен с управляющими входами второго и шестого коммутаторов, вход второй схемы срав- J5 нения подключен к выходу интегратора и первому входу первого сумматора,, а выход второй схемы сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора, выход датчика топливного

..„ крана соединен также с входом первого элемента НЕ,второй вывод кнопки выключения батарей подключен к входу второго элемента НЕ,.а выход инерционного звена соединен с входом третьей

25 схемы сравнения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 функциональные зависимости, воспроизводимые соответственно первым и вторым блоками нелинейности. .

Устройство для моделирования газотурбинного двигателя содержит кнопку

. 1 выключения батарей, кнопки Пуск 2 и Стоп 3, первый И 4, второй элемент НЕ 5, датчик 6 положения педали

35 топлива, второй элемент И 7, первый блок 8 задания нелинейности, триггер 9, элемент ИЛИ 10, выпрямительный диод 11, интегратор 12, пятый 13 и четвертый 14 коммутаторы, первый 15,

второй 16 и третий 17 сумматоры, ограничитель 18 напряжения, ограничительный резистор 19, накопительный конденсатор 20, второй 21, третий 22, шестой 23 -коммутаторы, инерхдаонное

звено 24, первую схему 25 сравнения, датчик 26 положения регулируемого соплового аппарата, вторую схему 27 сравнения, первый элемент НЕ 28, третью схему 29 сравнения, второй

блок 30 задания нелинейности, первый коммутатор 31, датчик 32 топливного крана, третий элемент НЕ 33, инвертор 34, усилитель 35 и блок 36 умноження.

55 Ограничитель 18 включает резисторы 37 и диод 38. Звено 24 содержит усилитель 39, резисторы 40 и конденсатор 41. $1 Кнопка 1 выключения батарей через элемент И 4 и триггер 9 соединена с коммутатором 14, выход которого соединен с четвертым входом инерцион ного звена 24, выход которого через последовательно соединенные -второй блок 30 задания нелинейности, сумматор 16, датчик 26 положения РСА, ком мутатор 31, усилитель 35, блок 36 умножения, интегратор 12 и сумматор 15 соединен с первым входом инерцион ного звена 24 выход которого соединен с вторым входом сумматора 17, выход последнего соединен со вторыми входами датчика 26 положения РСА и коммутатора 31, третий вход которого соединен с выходом схемы сравнения 27, вход последнего соединен с вторым входом сумматора 16 и выходом интегратора 12 и через выпрямительный диод 11 с вторым входом интегратора 12. Датчик 32 топливного крана через элемент И 7 соединен с коммутатором 13, выход и вход которого соответственно соединены с третьим входом инерционного звана 24 и выходом блока 8 задания нелинейности, вход-, последнего соединен с выходом датчика 6 положения педали топлива. Выход инерционного звена 24 через последовательно соединенные схему 29 сравнения и элемент НЕ 33 соединен с первым входом коммутатора 21, второй вход которого через ограничитель 18 напряжения соединен с вторым входом инерционного звена 24, через кон денсатор 20 с вторым входом коммутатора 23 и через резистор 19 с вторым входом коммутатора 22, выход которого одновременно соединен с выходами коммутаторов 21 и 23, инерционного звена 24 и входом схемы 25 сравнения, выход которой соединен с вторыми входами элемента И 7 и элемента ИЛИ 10, выход последнего соединен с вторым входом триггера 9. Третий вход элемента ИЖ 10 через кнопку 3 Стоп соединен с источником напр жения, выключателем батарей и через кнопку 2 Пуск с вторым входом эле мента И 4, первый вход которой соединен с другим выводом 1 выключателя батарей и через элемент НЕ 5 с пер вым входом элемента ИЛИ 10. Устройство работает следующим об разом. Для запуска двигателя водитель открывает топливньй кран. При этом 3 на выходе датчика 32 топливного крана появляется сигнал, соответствующий 1. Датчик топливного крана представляет собой микровыключатель, механически связанный с рукояткой топливного крана. 1 с выхода датчика 32 топливного крана поступает на вход элемента И 7 и на вход элемента НЕ 28, на выходе которого формируется О, которьй в свою очередь, отключает коммутатор 22, в результате чего резистор 19 выключается из обратной связи инерционного звена 24. Кроме того, при неэапущенном двигателе напряжение на выходе инерционного звена 24 равно нулю, а поэтому и сигнал на выходе схем 25 и 29 соответствует О. В результате на выходе элемента НЕ 33 имеет сигнал 1, который с помощью коммутатора 23 включает конденсатор 20 в цепи обратной связи, чем увеличивается постоянная времени инерционного звена 24, а с помощью коммутатора 21 включает в обратную связь инерционного звена 24 ограничитель 18 напряжения . Далее водитель включает кнопку 1 выключения батарей, нажимает на 2-3.с и 9тпускает кнопку 2 Пуск, в результате чего на обоих входах элемент И 4, а следовательно, и на его выходе появляется 1. Последняя подается на вход триггера 9, на выходе которого появляется сигнал 1 который с помощью коммутатора 14 подключает к .четвертому входу инерционного звена 24 напряжение, пропорционное крутящему моменту стартера. На выходе инерционного звена 24 формируется напряжение Уц , пропорциональное оборотам турбокомпрессора. Запуск газотурбинного двигателя осуществляется автоматически после нажатия и отпускания кнопки Пуск. Напряжение -и, будет нарастать до тех пор, пока оно не будет ограничено ограничителем 18 напряжения. В этом случае срабатывает схема 25 с выхода которой сигнал сравнения, 1 через элемент ИЛИ 10 перебрасывает триггер 9 в исходное положение, т.е. на выходе триггера 9 появляется О, который с помощью коммутатора 14 отключает от четвертого входа звена 24 напряжение, пропорциональное крутящему моменту стартера. Сигнал 1 с выхода схемы 25 сравнения поступает на второй вход элемента И 7, на выходе которого появляется также сигнал 1, подключающий с помощью коммутатора 13 выход блока 8 к треть му входу инерционного звена 24, т.е. двигатель считается запущенным и управление напряжением производится с помощью датчика 6. Если необходимо по какой-либо при чине прекратить процесс запуска, то водитель нажимает на кнопку Стоп или выключает кнопку 1 выключения батарей. В этом случае через элемент ИЛИ 10 на вход триггера 9 поступает сигнал 1, который переводит триггер 9 в исходное состояние и тем самым с помощью коммутатора 14 отключает от четвертого входа инерционного звена 24 напряжение, пропорциональное крутящему моменту стартера. Для вывода двигателя на рабочий режим необходимо сделать перегазовку, для чего водитель нажимает педаль топлива так, чтобы обороты турбокомпрессора превышали 85%. В этом случае срабатывает схема 29 сравнения, на выходе которой появляется 1 и-через элемент НЕ 33 с помощью коммутаторов 21 и 23 отключает соответственно ограничитель 18 и конденсатор 20. В результате этого появляется воз можность с помощью педали топлива устанавливать напряжение U и т к пропорциональное 100%, и уменьшается постоянная времени инерционного звена 24, что приводит к более резкому изменению U (, в зависимости от положения педали топлива. Этим моделируется факт включения второй группы форсунок в камере сгорания. Причем схема 29 сравнения настроена так, что она срабатывает при Uy , пропор циональном 80-85% оборотов турбокомпрессора, а обратное ее выключение происходит при Ucj , соответствующем 30-40% оборотов турбокомпрессоров, что приводит к остановке двигателя и переводу его в исходное сос:тЬяние для повторного запуска. Остановка двигателя осуществляется при закрывании топливного крана. В этом случае с датчика 32 топливноного крана напряжение равно, нулю, что соответствует сигналу О. Этот сигнал постзтает на вход элемента И 7, на выходе которого появляется сигнал О, далее этот сигнал с по118 мощью коммутатора 13 отключает выходНое напряжение блока 8 от входа инерционного звена 24. В результате этого напряжение и UTH выходе инерционного звена 24 будет уменьшаться до нуля. Устройство в режиме запущенного двигателя работает следующим образом. Основное уравнение, на котором основана работа устройства, имеет ) момент инерции, приведенный к валу силовой турбины; угловая скорость вращения силовой турбины; крутящий момент, действующий на силовую турбину; момент сопротивления вращения. Уравнение (1) решается с помощью интегратора 12. Диод 11 служит для предотвращения раскрутки силовой турбины в противоположную сторону от основного направления вращения, вызываемой напряжением, пропорциональным М,. Значение (J пропорционального сг определяется из выражения для рабочего режима двигателя /2) (гк,ис,М(и,,)(А, где сОтк угловая скорость вращения вала турбокомпрессора;. М ) Момент, приложенньй к силовой турбине, как функция от UT приЫсг 0; К, К - коэффициенты; «t - коэффициент, определяемый положением лопаток РСА. Моделирование выражения в квадратных скобках осуществляется при помощи сумматора 16, на которьй поступает напряжение, пропорциональное оборотам силовой турбины, с интегратора 12 и напряжение, пропорциональное крутящему моменту М, с блока 30. Блок 30 формирует напряжение, определяемое зависимостью (СОук) при (фиг. 3). Напряжение, пропорциональное значению выражения в квадратных скобках, поступает на датчик 26. Положение движка датчика 26 определяет величину коэффициента oi , на которьй умножается значение вьфажения в квад ратных скобках, т.е. на выходе датчика 26 формируется напряжение, пропорциональное значению выражения в квадратных скобах, умноженного на значение коэффициента об . Это напряжение через коммутатор 31 и усилитель 35 поступает на первьй вход блока 36 умножения. Коммутатор 31 служит для моделирования переключения работы двигателя из основного режима в тормозной при появлении сигнала на выходе схемы 27 сравнения моделирующего ограничитель оборотов силовой турбины. Усилитель 35 служит для согласования входа блока 36 умножения с выходом коммутатора 31 по знаку и входному сопротивлению. С помощью блока 36 умножения напряжение с выхода датчика 26 умножается на напряжение, пропорциональное снимаемого с блока 30. Инвертор 34 служит для согласования напряженияi пропорционального M(6JTx по знаку. Таким образом, на выходе блока 36 формируется напряжение, пропорционал ное Мр и поступающее на вход интегратора 12, с помощью которого решает ся уравнение (1). В случае, если напряжение ( ° стигает величины, при которой включа ется регулятор оборотов силовой турбины, то на выходе первого сумматора 15 появляется напряжение, которое поступает на первый вход инерционного блока. Причем это напряжение приходит со знаком, противоположным напряжению с первого блока 8 задания нелинейности, пропорциональному коли честву подаваемого топлива, т.е. моделируется снижение подачи топлива в турбокомпрессор, работа которого моделируется с помощью инерционного звена 24. .Работа турбокомпрессора упрощено описывается выражением dg..(3) WT,Q, постоянная времени турбокомгде Т прессора, К - коэффициент. Вьфажение (3) рещается с помощью инерционного звена 24, на третий выход которого подается напряжение с первого блока 8 задания нелинейности. Последний реализует «зависимость между положением датчика 6 подачи топлива h и количеством G подаваемого топлива (фиг. 2). Таким образом, снижение напряжения на входе инерционного звена 24 за счет включения сумматора 15, моделирующего регулятор, приводит к уменьщению напряжения UQ на выходе инерционного звена 2ч, что снижает напряжение на выходе блока 30, т.е. происходит снижение напряжения UM.., пропорционального крутящему моменту силовой турбины. В случае, если и после снижения напряжения и , напряжение WCT возрастает, то на выходе схемы 27 сравнения, моделирующейработу ограничителя силовой турбины, появляется напряжение, которое с помощью коммутатора 31 подключает выход третьего сумматора 17 и второй вход датчика 26 к входу усилителя 35, что моделирует переход двигателя в тормозной режим, при котором меняется знак напряжения счет чего разряжается интегратор 12, а следовательно, снижается напряжение Uy . При работе двигателя в тормозном режиме величина момента силовой турбины аппроксимируется следующим образом ,Кгист-ЬУткХютО-с(-. Выражение в квадратных скобках моделируется третьим сумматором 17, на первый вход которого поступает напряжение Ucjj с интегратора 12, на второй вход - напряжение с выхода инерционного звена 24. В остальном устройство работает также, как и в рабочем режиме. Таким образом, устройство позволяет более точно моделировать работу газотурбинного двигателя за счет учета характеристики ограничителя оборотов силовой турбины. Кроме того, устройство позволяет моделировать процесс запуска н остановки двигателя. Применение предлагаемого устройства в тренажере позволяет обучать водителей процессу запуска и остановки двигателя, что, в свою очередь, повьшает качество обучения водителей транспортных средств с газотурбинным двигателем.

-бvf

2