Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой
Владельцы патента RU 2389008:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)
Изобретение относится к области авиационной техники, более конкретно к способу отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета. Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой включает увеличение расхода топлива воздействием на расход топлива в форсажную камеру и контроль изменения размеров проходного сечения реактивного сопла на форсажном режиме работы двигателя. При достижении площади проходного сечения максимального значения отладку прекращают. Техническим результатом является достижение максимального значения тяги на форсажном режиме. 3 ил.
Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета.
Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем измерения времени достижения давления топлива в форсажном коллекторе заданной величины, сравнения его с заданным и регулирования приемистости по результату сравнения. Для повышения эксплуатационной надежности путем повышения точности регулирования дополнительно перед измерением времени достижения давлением топлива в форсажном коллекторе заданной величины измеряют время до начала выдачи сигнала розжига форсажа, сравнивают его с заданным и по результату последнего дополнительно регулируют приемистость двигателя (авт св. СССР №1245064, опубл. 1996.08.20).
Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, при котором измеряют расход воздуха на входе в двигатель, расходы топлива в основную и форсажную камеры сгорания, определяют по ним коэффициент избытка воздуха и за счет изменения расхода топлива в форсажную камеру добиваются обеспечения потребного значения коэффициента избытка воздуха.
Известный способ отладки расхода топлива в форсажную камеру ГТД исходит из условия обеспечения заданного значения коэффициента избытка воздуха , где 
- расход воздуха, 
и 
- расход топлива соответственно в основной и форсажной камерах, L0 - расход воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива (Ю.Н.Нечаев, P.M.Федоров. Теория авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978, часть 2, стр.70).
Известный способ не позволяет достичь максимального значения тяги на форсажном режиме
Кроме того, для реализации этого способа необходимо замерить 
, 
, 
. Такие замеры реализованы при стендовых испытаниях ГТД при контрольно-сдаточных испытаниях. Однако в эксплуатации на самолете замерить эти параметры не представляется возможным, т.к. точность штатных самолетных расходомеров не достаточна для отладки άΣ, а расход воздуха на самолете не замеряется.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы газотурбинного двигателя самолета на форсажном режиме.
Техническим результатом является достижение при отладке максимального значения тяги на форсажном режиме. Отладку можно осуществлять на самолете в условиях эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в способе отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, включающем измерения размеров проходного сечения реактивного сопла и расхода топлива в форсажную камеру, на форсажном режиме работы двигателя увеличивают расход топлива воздействием на расход топлива в форсажную камеру и контролируют изменение размеров проходного сечения реактивного сопла и при достижении площади проходного сечения максимального значения отладку прекращают.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежами, на которых представлены
фиг.1 - график зависимости температуры Тф от коэффициента избытка воздуха άΣ в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя;
фиг.2 - график зависимости площади Fг реактивного сопла от коэффициента избытка воздуха άΣ в форсажной камере того же турбореактивного двухконтурного двигателя;
фиг.3 - принципиальная схема устройства для реализации способа согласно изобретению.
Известно, что один и тот же режим турбокомпрессора может быть установлен при различных сочетаниях величин площади Fг реактивного сопла и расхода Gтф форсажного топлива (расхода Gтф топлива в форсажной камере). («Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов», под ред. А.А.Шевякова, М.: Машиностроение, 1976, стр.120.) Связь эта определяется уравнением Fг 2-а2Gтф=b2, где «а» и «b» - постоянные величины для данного режима работы турбокомпрессора.
Таким образом, для сохранения заданного режима работы турбокомпрессора при изменении Gтф регулятор сопла автоматически установит Fг в соответствии с вышеприведенным уравнением.
Заданное значение коэффициента избытка воздуха άΣ определяется из условия обеспечения заданного значения тяги (R) на форсаже, определяемом температурой газа на срезе реактивного сопла в форсажной камере (Тф). При этом άΣ и Тф связаны зависимостью 1/άΣ≈Тф-Тн, где Тн - температура воздуха на входе в ГТД.
Математическим моделированием автором установлено, что изменение температуры Тф и площади Fг реактивного сопла от коэффициента избытка воздуха άΣ в форсажной камере имеет максимум. Характер изменения иллюстрируется графиком зависимости температуры Тф (фиг.1) и графиком зависимости площади Fг реактивного сопла (фиг.2) от коэффициента избытка воздуха άΣ за счет изменении Gтф в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя.
Как видно из графиков, значения Тф и Fг имеют максимум при άΣ=1, 12.
Это связано с тем, что при увеличении Gтф (уменьшении άΣ, т.е. при άΣ<1,12) существенно ухудшается процесс горения в форсажной камере сгорания - падает полнота сгорания и, как следствие, происходит падение Тф и Fг. Таким образом, увеличивая Gтф, по характеру изменения Fг можно судить об изменении Тф. Когда Fг достигнет своего максимального значения' (или близкого к нему), это будет означать, что температура в форсажной камере Тф достигла своего максимума, а значит, и тяга двигателя максимальна.
Способ может быть реализован устройством, показанным на фиг.3.
Газотурбинный двигатель 1 снабжен датчиком 2 перепада давления газов на турбине (πт), датчиком 3 положения гидроцилиндров сопла, регулятором 4 управления гидроцилиндрами сопла, автоматом 5 подачи форсажного топлива с настроечным элементом 6.
На форсажном режиме за счет настроечного элемента 6 увеличивают расход топлива в форсажную камеру, формируемого автоматом 5. При этом регулятор 4 по сигналу датчика 2 будет автоматически увеличивать Fг для сохранения режима работы газотурбинного двигателя по (πт).
Увеличение расхода осуществляют до тех пор, пока Fг перестанет увеличиваться. Это означает, что температура в форсажной камере Тф достигла максимума, а значит, и тяга двигателя на форсажном режиме будет максимальна.
При достижении Fг своего максимального значения, увеличение прекращают и отладка двигателя завершена.
Изобретение может быть использовано для отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета, в том числе двухконтурного, в условиях эксплуатации самолета, например на летном поле.
Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, включающий измерения размеров проходного сечения реактивного сопла и расхода топлива в форсажную камеру, отличающийся тем, что на форсажном режиме работы двигателя увеличивают расход топлива воздействием на расход топлива в форсажную камеру и контролируют изменение размеров проходного сечения реактивного сопла, и при достижении площади проходного сечения максимального значения отладку прекращают.
