Турбореактивный двигатель и способ испытания турбореактивного двигателя

Изобретение относится к турбореактивным двигателям и к системам управления топливоподачей совместно с управлением другими параметрами турбореактивного двигателя, а именно критического сечения реактивного сопла и давления на турбинах. Турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, содержит корпус, турбины с роторами, компрессоры, реактивные сопла и систему управления с индикацией диапазонов частот вращения роторов, указателями границ диапазонов и управляющим устройством, например, рычагом управления и упорами, разграничивающими упомянутые диапазоны частот и определяющими положения упомянутого рычага, соответствующие максимальному и форсажному режимам. В заявленном способе испытания проводят на стенде в двух диапазонах частот вращения роторов с определением или уточнением их границ. Один из диапазонов содержит частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров в допустимых пределах, а другой - ниже допустимых пределов. В процессе испытаний вводят двигатель в режимы работы в последнем из указанных диапазонов и отрабатывают приемы компенсационного регулирования режима работы двигателя, изменением частот вращения ротора добиваясь ввода в режим допустимых пределов частот, обеспечивающих требуемый запас устойчивости работы компрессоров. При положении рычага управления ниже упора, соответствующего максимальному режиму, увеличивают площадь критического сечения реактивного сопла. При положении рычага управления двигателем на упорах, соответствующих максимальному и форсажному режимам, устанавливают перепад давления на турбинах, обеспечивающий требуемые запасы устойчивости работы компрессоров. Технический результат изобретения состоит в обеспечении высоких характеристик двигателя в рабочем диапазоне частот вращения роторов за счет увеличения площади критического сечения реактивного сопла и за счет увеличения перепада давлений на турбинах по достижении требуемых запасов устойчивости компрессоров, обеспечивая тем самым требуемые по условиям безопасности полетов запасы устойчивости работы компрессоров. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к турбореактивным двигателям и к системам управления топливоподачей совместно с управлением другими параметрами турбореактивного двигателя, а именно критического сечения реактивного сопла и давления на турбинах.

Известен способ регулирования двухконтурного турбореактивного двигателя, включающий определение на стенде диапазона частот вращения роторов с запасами устойчивости компрессоров ниже допустимых пределов и изменение во время работы двигателя при испытаниях и эксплуатации площади критического сечения реактивного сопла (F_кр) и/или степени расширения газа на турбинах (π_т*) до достижения требуемых запасов устойчивости компрессоров (см. Ю.Н.Нечаев, Теория авиационных двигателей, Изд. ВВИА им. Жуковского, 1990 г., стр.451).

Недостатком указанного решения является то, что изменение площади критического сечения реактивного сопла и/или степени расширения газа на турбинах приводит к изменению и, как правило, к ухудшению основных характеристик - снижению тяги и повышению температуры газа перед турбиной во всем рабочем диапазоне.

Известен турбореактивный двигатель с самотестирующейся конструкцией для систем ограничения превышения скорости и отсечки при останове двигателя (RU 2237819 C2, 10.10.2004).

Недостатком указанного двигателя является отсутствие разграничения в выборе предпочтительных средств для регулирования оборотов ротора с выводом его в диапазон допустимых по условию обеспечения необходимых запасов устойчивости работы компрессоров как при промежуточных режимах, так и при максимальном, форсажном режимах.

Также известен турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, способ запуска которого включает систему запуска с большой степенью двухконтурности двигателя. Перед запуском двигателя при ветре, дующем сзади, определяют частоту вращения вентилятора и направление его вращения, сравнивают с контрольными величинами, перекрывают проточную часть двигателя реверсным устройством и при достижении частоты вращения вентилятора допустимой величины включают систему запуска двигателя, а когда запуск двигателя достиг завершающей фазы, после подачи пускового топлива, реверсивное устройство переводят в маршевое положение (RU 2221157 C1, 10.01.2004).

Недостатком указанного двигателя и способа его работы, в процессе которой возможны выходы на режимы с частотой оборотов ротора ниже необходимых для обеспечения устойчивости работы компрессоров, является отсутствие четко отработанных указаний о предпочтительных приемах компенсационного восстановления частоты оборотов ротора до уровня, обеспечивающего требуемый запас устойчивости работы компрессоров.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение максимальной эффективности работы двигателя и обеспечение требуемых по условиям безопасности полетов запасов устойчивости работы компрессоров.

Поставленная задача в части способа решается за счет того, что в способе испытания двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащего корпус, турбины с роторами, компрессоры, реактивные сопла и систему управления с индикацией диапазонов частот вращения роторов, указателями границ диапазонов и управляющим устройством, например рычагом управления, и упорами, разграничивающими упомянутые диапазоны частот и определяющими положения упомянутого рычага, соответствующие максимальному и форсажному режимам, согласно изобретению испытания проводят на стенде в двух диапазонах частот вращения роторов с определением или уточнением их границ, при этом один из указанных диапазонов содержит частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров в допустимых пределах, а другой диапазон включает частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров ниже допустимых пределов, причем в процессе испытаний вводят двигатель в режимы работы в последнем из указанных диапазонов и отрабатывают приемы компенсационного регулирования режима работы двигателя изменением частот вращения ротора добиваясь ввода в режим допустимых пределов частот, обеспечивающих требуемый запас устойчивости работы компрессоров, при этом действуют одним из двух путей, а именно при положении рычага управления ниже упора, соответствующего максимальному режиму, увеличивают площадь критического сечения реактивного сопла, а при положении рычага управления двигателем на упорах, соответствующих максимальному и форсажному режимам, устанавливают перепад давления на турбинах, обеспечивающий требуемые запасы устойчивости работы компрессоров и требуемые значения тяги двигателя.

Поставленная задача в части турбореактивного двигателя решается за счет того, что согласно изобретению он выполнен двухконтурным и содержит корпус, турбины с роторами, компрессоры, реактивные сопла и систему управления с индикацией диапазонов частот вращения роторов, указателями границ диапазонов и управляющим устройством, например рычагом управления, и упорами, разграничивающими упомянутые диапазоны частот и определяющими положения упомянутого рычага, соответствующие максимальному и форсажному режимам испытания, и в процессе заводских и сертификационных испытаний был подвергнут проверке на всех режимах работы по п.1, как в диапазоне частот вращения ротора, допустимых по условию обеспечения требуемых запасов устойчивости работы компрессоров, так и с выходом в диапазон частот, не обеспечивающих требуемых запасов устойчивости работы компрессоров, а система управления двигателя испытана на компенсационный перевод частот вращения ротора в диапазон, обеспечивающий требуемый запас устойчивости работы компрессоров, как при положении управляющего органа, обычно рычага, ниже упора, соответствующего максимальному режиму, так и при положении управляющего органа, соответствующем максимальному и форсажному режимам.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в обеспечении высоких характеристик двигателя в рабочем диапазоне частот вращения роторов за счет увеличения площади критического сечения реактивного сопла при положении рычага управления двигателем ниже упора, соответствующего максимальному режиму, что позволяет повышать запасы устойчивости работы компрессоров на крейсерских режимах полета самолета, а за счет увеличения перепада давлений на турбинах по достижении требуемых запасов устойчивости компрессоров при положении рычага управления двигателем на упорах, соответствующих максимальному и форсажному режимам, позволяет увеличить запасы устойчивости компрессоров уже на скоростных дозвуковых и сверхзвуковых режимах полета самолета, обеспечивая тем самым требуемые по условиям безопасности полетов запасы устойчивости работы компрессоров.

Турбореактивный двигатель, выполненный двухконтурным, содержит корпус, турбины с роторами, компрессоры, реактивные сопла и систему управления с индикацией диапазонов частот вращения роторов, указателями границ диапазонов и управляющим устройством, например рычагом управления, и упорами, разграничивающими упомянутые диапазоны частот и определяющими положения упомянутого рычага, соответствующие максимальному и форсажному режимам.

В заявленном способе испытания проводят на стенде в двух диапазонах частот вращения роторов с определением или уточнением их границ. Один из указанных диапазонов содержит частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров в допустимых пределах. Другой диапазон включает частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров ниже допустимых пределов. В процессе испытаний вводят двигатель в режимы работы в последнем из указанных диапазонов и отрабатывают приемы компенсационного регулирования режима работы двигателя изменением частот вращения ротора, добиваясь ввода в режим допустимых пределов частот, обеспечивающих требуемый запас устойчивости работы компрессоров. Действуют при этом одним из двух путей, а именно при положении рычага управления ниже упора, соответствующего максимальному режиму, увеличивают площадь критического сечения реактивного сопла. При положении рычага управления двигателем на упорах, соответствующих максимальному и форсажному режимам, устанавливают перепад давления на турбинах, обеспечивающий требуемые запасы устойчивости работы компрессоров и требуемые значения тяги двигателя.

Турбореактивный двигатель в процессе заводских и сертификационных испытаний подвергают проверке на всех упомянутых выше режимах работы, как в диапазоне частот вращения ротора, допустимых по условию обеспечения требуемых запасов устойчивости работы компрессоров, так и с выходом в диапазон частот, не обеспечивающих требуемых запасов устойчивости работы компрессоров. Система управления двигателя испытана на компенсационный перевод частот вращения ротора в диапазон, обеспечивающий требуемый запас устойчивости работы компрессоров, как при положении управляющего органа, обычно рычага, ниже упора, соответствующего максимальному режиму, так и при положении управляющего органа, соответствующем максимальному и форсажному режимам.

Испытания проводят следующим образом.

На стенде определяют диапазон частот вращения роторов высокого и низкого давлений с запасами устойчивости компрессоров ниже допустимых пределов для компрессоров высокого и низкого давлений и формируют по этим испытаниям управляющие сигналы для системы управления двигателем.

Во время эксплуатации при нахождении режима работы двигателя в диапазоне частот вращения роторов с запасами устойчивости компрессоров ниже допустимых пределов для компрессоров и при положении рычага управления двигателем ниже упора, соответствующего максимальному режиму, система управления двигателем выдает сигнал, по которому исполнительные механизмы реактивного сопла увеличивают площадь критического сечения сопла по достижении требуемых запасов устойчивости компрессоров.

При нахождении режима работы двигателя в диапазоне частот вращения роторов с запасами устойчивости компрессоров ниже допустимых пределов и при положении рычага управления двигателем на упорах, соответствующих максимальному и форсажному режимам, система управления двигателем с помощью изменения перепада давления на турбинах производит изменение частоты вращения ротора по заданному закону до достижения требуемых запасов устойчивости компрессоров.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет обеспечить высокие характеристики работы двигателя.

1. Способ испытания двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащего корпус, турбины с роторами, компрессоры, реактивные сопла и систему управления с индикацией диапазонов частот вращения роторов, указателями границ диапазонов и управляющим устройством, например рычагом управления и упорами, разграничивающими упомянутые диапазоны частот и определяющими положения упомянутого рычага, соответствующие максимальному и форсажному режимам, характеризующийся тем, что испытания проводят на стенде в двух диапазонах частот вращения роторов с определением или уточнением их границ, при этом один из указанных диапазонов содержит частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров в допустимых пределах, а другой диапазон включает частоты вращения роторов с запасом устойчивости работы компрессоров ниже допустимых пределов, причем в процессе испытаний вводят двигатель в режимы работы в последнем из указанных диапазонов и отрабатывают приемы компенсационного регулирования режима работы двигателя, изменением частот вращения ротора добиваясь ввода в режим допустимых пределов частот, обеспечивающих требуемый запас устойчивости работы компрессоров, при этом действуют одним из двух путей, а именно при положении рычага управления ниже упора, соответствующего максимальному режиму, увеличивают площадь критического сечения реактивного сопла, а при положении рычага управления двигателем на упорах, соответствующих максимальному и форсажному режимам, устанавливают перепад давления на турбинах, обеспечивающий требуемые запасы устойчивости работы компрессоров и требуемые значения тяги двигателя.

2. Турбореактивный двигатель, характеризующийся тем, что он выполнен двухконтурным и содержит корпус, турбины с роторами, компрессоры, реактивные сопла и систему управления с индикацией диапазонов частот вращения роторов, указателями границ диапазонов и управляющим устройством, например рычагом управления и упорами, разграничивающими упомянутые диапазоны частот и определяющими положения упомянутого рычага, соответствующие максимальному и форсажному режимам испытания, и в процессе заводских и сертификационных испытаний был подвергнут проверке на всех режимах работы по п.1 как в диапазоне частот вращения ротора, допустимых по условию обеспечения требуемых запасов устойчивости работы компрессоров, так и с выходом в диапазон частот, не обеспечивающих требуемых запасов устойчивости работы компрессоров, а система управления двигателя испытана на компенсационный перевод частот вращения ротора в диапазон, обеспечивающий требуемый запас устойчивости работы компрессоров как при положении управляющего органа, обычно рычага, ниже упора, соответствующего максимальному режиму, так и при положении управляющего органа, соответствующем максимальному и форсажному режимам.