Электронная система автоматического регулирования прямоточного воздушно-реактивного двигателя

Изобретение относится к области регулирования подачи топлива в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД). Техническим результатом является повышение точности регулирования, надежности работы и расширение функциональных и эксплуатационных возможностей. Для этого система содержит прямоточный воздушно-реактивный двигатель, дозатор, первый и второй электронные каналы регулирования, селектор, измеритель температуры воздуха за прямым скачком (Т^*), измеритель полного давления за прямым скачком (Ро), измеритель статического давления за первым косым скачком (Рск), измеритель положения дозирующей иглы, множительно-делительные устройства (МДУ), блок сравнения, блок динамической коррекции, широтно-импульсный модулятор (ШИМ), компараторы, блок временной задержки, блок контроля и шину обмена данными. 1 ил.

 

Изобретение относится к области регулирования подачи топлива в прямоточных воздушно-реактивных двигателях (ПВРД).

Известна электронно-гидравлическая система управления подачей топлива в камеру сгорания ПВРД (патент Великобритании №2007305, МКИ F02K 7/10), состоящая из гидромеханического и электронного блоков управления.

Гидромеханический блок содержит дозаторы расхода топлива в первичный и основной коллекторы, клапан постоянного перепада на дозаторе первичного коллектора, регулятор постоянного перепада на дозаторе основного коллектора, содержащий чувствительный элемент, характеризующий расход топлива через основной коллектор.

Электронный блок обеспечивает коррекцию расхода топлива через основной коллектор пропорционально электрическому управляющему сигналу электрогидропреобразователя.

Недостатками этой системы являются увеличенное время запуска двигателя и ограниченные пределы коррекции расхода топлива по сигналу электрогидропреобразователя.

Известна система автоматического регулирования воздушно-реактивного двигателя (МПК 7 F02C 9/26, патент РФ №2209990, опубл. 10.08.2003 г.).

Система содержит дозаторы, связанные через рычаги с пружинами обратной связи с упругими элементами, характеризующими расход воздуха через двигатель. Один упругий элемент выполнен в виде вакуумного сильфона, расположенного в воздушной полости, куда подведено давление за прямым скачком уплотнения в диффузоре воздухозаборника, а другой упругий элемент - в виде пружины, связывающий дозатор с рычагом дозатора через каретку. Корректор расхода топлива связан с дозатором и выполнен в виде статического сервомотора, управляющая полость которого связана со слаботочным электрогидропреобразователем, который соединен с вычислителем летательного аппарата.

Недостатками этой системы является отсутствие учета влияния температуры воздуха за прямым скачком уплотнения и отсутствие регулирования по давлению за первым косым скачком уплотнения.

Наиболее близким прототипом является электронно-гидромеханическая система регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель (МПК F02C 9/00 1090083, бюл. №3, опубл. 27.01.96 г.).

Эта система содержит дозатор подачи топлива в газотурбинный двигатель, гидромеханический регулятор, по крайней мере, два электронных канала регулирования, устройство контроля электронных каналов, электронный селектор, электрогидравлический переключатель, логические схемы И, электронные ключи и гидравлический селектор.

Недостатками этой системы являются недостаточная точность регулирования и надежность работы, ограниченные функциональные и эксплуатационные возможности.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности регулирования, надежности работы и расширение функциональных и эксплуатационных возможностей.

Поставленная задача решается тем, что в электронную систему автоматического регулирования прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащую дозатор, первый и второй электронные каналы регулирования и селектор, введены измеритель температуры воздуха за прямым скачком (Т*), измеритель полного давления за прямым скачком (Ро), измеритель статического давления за первым косым скачком (Рск), измеритель положения дозирующей иглы, первый, второй, третий, четвертый и пятый множительно-делительные устройства, блок сравнения, блок динамической коррекции, широтно-импульсный модулятор, первый, второй и третий компараторы, блок временной задержки, блок контроля, шина обмена данными с бортовой контрольной аппаратурой, при этом выходы электронных каналов соединены соответственно с первыми входами первого и второго множительно-делительных устройств, выходы измерителя температуры воздуха за прямым скачком и измерителя статического давления за первым косым скачком соединены с первыми входами третьего и четвертого множительно-делительных устройств, а выход измерителя полного давления за прямым скачком - с первым входом пятого множительно-делительного устройства и вторым входом четвертого множительно-делительного устройства, выход которого соединен со вторым входом третьего множительно-делительного устройства, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго множительно-делительного устройства, выходы которых соединены с входами селектора, выход селектора соединен с первым входом блока сравнения и первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом пятого множительно-делительного устройства и вторым входом блока сравнения, выход которого через блок динамической коррекции и широтно-импульсный модулятор соединен с первым входом дозатора, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый выход дозатора соединен с двигателем, а второй - с измерителем положения дозирующей иглы, выход которого соединен со вторым входом пятого множительно-делительного устройства, с первым входом второго компаратора и с входом третьего компаратора, выход которого соединен с третьим входом дозатора и через блок временной задержки - со вторым входом второго компаратора, выход которого соединен со вторым дополнительным входом второго электронного канала регулирования, кроме того входы блока контроля соединены с выходами первого множительно-делительного устройства, селектора, второго множительно-делительного устройства, измерителя температуры воздуха за прямым скачком, пятого множительно-делительного устройства, третьего компаратора, измерителя положения дозирующей иглы, первого компаратора и широтно-импульсного модулятора, первый выход блока контроля соединен с дополнительными первыми входами электронных каналов регулирования и измерителя температуры воздуха за прямым скачком, а также с дополнительным входом измерителя положения дозирующей иглы, второй выход соединен со вторым дополнительным входом первого электронного канала регулирования, вторым дополнительным входом измерителя температуры воздуха за прямым скачком и дополнительным входом пятого множительно-делительного устройства, при этом дополнительный выход блока контроля соединен с шиной обмена данными с бортовой контрольной аппаратурой.

На чертеже показана функциональная схема заявляемой электронной системы автоматического регулирования прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Устройство содержит прямоточный воздушно-реактивный двигатель 6, дозатор 8, первый и второй электронные каналы регулирования 1, 2, селектор 14, измеритель температуры воздуха за прямым скачком 3 (Т*), измеритель полного давления за прямым скачком 5 (Ро), измеритель статического давления за первым косым скачком 4 (Рск), измеритель положения дозирующей иглы 7, множительно-делительные устройства 9, 10, 11, 12 и 13 (МДУ), блок сравнения 15, блок динамической коррекции 16, широтно-импульсный модулятор 17(ШИМ), компараторы 18, 19, 20, блок временной задержки 21, блок контроля 22 и шину обмена данными 23.

Выходы электронных каналов 1, 2 соединены с первыми входами МДУ 9, 10, соответственно, выходы измерителя температуры воздуха за прямым скачком 3 и измерителя статического давления за первым косым скачком 4 соединены с первыми входами МДУ 11, 12, а выход измерителя полного давления за прямым скачком 5 - с первым входом МДУ 13 и вторым входом МДУ 12, выход которого соединен со вторым входом МДУ 11, выход которого соединен со вторыми входами МДУ 9, 10, выходы которых соединены с входами селектора 14, выход которого соединен с первым входом блока сравнения 15 и первым входом компаратора 18, второй вход которого соединен с выходом МДУ 13 и вторым входом блока сравнения 15, выход которого через блок динамической коррекции 16 и ШИМ 17 соединен с первым входом дозатора 8, второй вход которого соединен с выходом компаратора 18, первый выход дозатора 8 соединен с двигателем 6, а второй - с измерителем положения дозирующей иглы 7, выход которого соединен со вторым входом МДУ 13, с первым входом компаратора 19 и с входом компаратора 20, выход которого соединен с третьим входом дозатора 8 и через блок временной задержки 21 - со вторым входом компаратора 19, выход которого соединен с дополнительным входом электронного канала регулирования 2, кроме того входы блока контроля 22 соединены с выходами МДУ 9, селектора 14, МДУ 10, измерителя температуры воздуха за прямым скачком 3, МДУ 13, компаратора 20, измерителя положения дозирующей иглы 7, компаратора 18 и ШИМ 17, первый выход блока контроля 22 соединен с первыми дополнительными входами электронных каналов регулирования 1, 2, измерителя температуры воздуха за прямым скачком 3 и с дополнительным входом измерителя положения дозирующей иглы 7, второй выход - со вторым дополнительным входом первого электронного канала регулирования 1, вторым дополнительным входом измерителя температуры воздуха за прямым скачком 3 и дополнительным входом МДУ 13, а информационный выход соединен с шиной обмена данными 23 с бортовой контрольной аппаратурой.

Система работает следующим образом.

Управляющие сигналы n_α (n_α - коэффициент управления расходом топлива по избытку воздуха) и n_π (n_π - коэффициент управления расходом топлива по помпажу) поступают с летательного аппарата на электронные каналы регулирования 1 и 2 соответственно, на выходах которых формируются сигналы K₁·n_α и K₂·n_π (здесь и далее K₁…K₁₃ - постоянные коэффициенты пропорциональности), и производится их ограничение в заданных диапазонах, на входы измерителей 3, 4, 5 с воздухозаборника двигателя 6 поступают соответственно сигналы температуры воздуха за прямым скачком (Т*), статического давления за первым косым скачком Рск и полного давления за прямым скачком Р_о, а на измеритель 7 - сигнал положения дозирующей иглы дозирующего устройства 8, пропорциональный фактическому расходу топлива Gтф, а на выходах измерителей 3, 4, 5, 7 формируются соответственно сигналы:

K₃·Т*, K₄·Р_СК, K₅·Р₀ и K₇·G_ТФ.

Множительно-делительные устройства (МДУ) 9, 10, 11, 12, 13 обрабатывают входные сигналы, в результате чего формируются выходные сигналы:

- на выходе МДУ 13 - ;

- на выходе МДУ 12 - ;

- на выходе МДУ 11 - ;

- на выходе МДУ 10 - ;

- на выходе МДУ 9 - ;

где G_Тфакт и G_Тзад ^- фактические и заданные значения расхода топлива. В зависимости от режимов работы летательного аппарата и двигателя на выход селектора 14 и на один из входов блока сравнения 15 поступает один из сигналов или , пропорциональный заданному значению расхода топлива G_Тзад.

На второй вход блока сравнения 15 поступает сигнал с выхода МДУ 13 - пропорциональный фактическому расходу топлива, а на его выходе формируется сигнал рассогласования, который, проходя через блок динамической коррекции 16 и ШИМ 17, поступает на первый вход дозирующего устройства 8, которое перемещением дозирующей иглы устанавливает G_ТФ=G_Тзад, в результате чего сигнал рассогласования на выходе блока сравнения 15 становится равным нулю при новом расходе топлива.

При больших рассогласованиях выходных сигналов селектора 14 и МДУ 9 срабатывает компаратор 18 и через второй вход дозатора 8 включается исполнительный механизм ускоренного перемещения дозирующей иглы.

При первом заданном значении расхода топлива, определяемом выходным напряжением измерителя 7, срабатывает компаратор 19 и изменяет сигнал на выходе электронного канала 2, что приводит к изменению режима работы двигателя, а при срабатывании компаратора 20 через время, определяемое звеном задержания 21, сигнал с выхода компаратора 19 снимается.

При срабатывании и отпускании компаратора 20 в дозаторе включается или выключается дополнительный коллектор подачи топлива в двигатель.

Блок контроля 22 осуществляет предполетный контроль данной электронной системы регулирования подачи топлива в ПВРД и выдает эту информацию посредством связи через шину обмена данными 23 с бортовой контрольной аппаратурой.

Предлагаемая система регулирования позволяет учитывать влияние на работу двигателя температуры воздуха за прямым скачком (Т*), полного давления за прямым скачком (Ро) и статического давления за первым косым скачком (Рск), сократить время запуска и расширить пределы коррекции расхода топлива ПВРД. Кроме того, блок контроля позволяет получать информацию о работе электронной системы регулирования в предполетном режиме.

Все это повышает точность регулирования и надежность работы, расширяет функциональные и эксплуатационные возможности.

Экономический эффект от использования изобретения достигается за счет того, что производство устройства не требует создания специальной аппаратуры и может быть выполнено на базе серийно выпускаемых элементов.

Электронная система автоматического регулирования прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащая дозатор, первый и второй электронные каналы регулирования, селектор, отличающаяся тем, что в нее введены измеритель температуры воздуха за прямым скачком, измеритель полного давления за прямым скачком, измеритель статического давления за первым косым скачком, измеритель положения дозирующей иглы, первый, второй, третий, четвертый и пятый множительно-делительные устройства, блок сравнения, блок динамической коррекции, широтно-импульсный модулятор, первый, второй и третий компараторы, блок временной задержки, блок контроля и шина обмена данными с бортовой контрольной аппаратурой, при этом выходы электронных каналов соединены соответственно с первыми входами первого и второго множительно-делительных устройств, выходы измерителя температуры воздуха за прямым скачком и измерителя статического давления за первым косым скачком соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого множительно-делительных устройств, а выход измерителя полного давления за прямым скачком - с первым входом пятого множительно-делительного устройства и вторым входом четвертого множительно-делительного устройства, выход которого соединен со вторым входом третьего множительно-делительного устройства, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго множительно-делительных устройств, выходы которых соединены с входами селектора, выход селектора соединен с первым входом блока сравнения и первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с выходом пятого множительно-делительного устройства и вторым входом блока сравнения, выход которого через блок динамической коррекции и широтно-импульсный модулятор соединен с первым входом дозатора, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора, первый выход дозатора соединен с двигателем, а второй - с измерителем положения дозирующей иглы, выход которого соединен со вторым входом пятого множительно-делительного устройства, с первым входом второго компаратора и с входом третьего компаратора, выход которого соединен с третьим входом дозатора и через блок временной задержки - с вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с дополнительным вторым входом второго электронного канала регулирования, кроме того входы блока контроля соединены с выходами первого множительно-делительного устройства, селектора, второго множительно-делительного устройства, измерителя температуры воздуха за прямым скачком, пятого множительно-делительного устройства, третьего компаратора, измерителя положения дозирующей иглы, первого компаратора и широтно-импульсного модулятора, первый выход блока контроля соединен с дополнительными первыми входами электронных каналов регулирования и измерителя температуры воздуха за прямым скачком, а также с дополнительным входом измерителя положения дозирующей иглы, второй выход соединен с вторым дополнительным входом первого электронного канала регулирования, вторым дополнительным входом измерителя температуры воздуха за прямым скачком и дополнительным входом пятого множительно-делительного устройства, при этом дополнительный выход блока контроля соединен с шиной обмена данными с бортовой контрольной аппаратурой.