Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой

Изобретение относится к области авиационной техники. В управлении турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой на форсированных режимах в качестве измеряемых величин используют расход топлива (G_{т окc}); характеризующий расход топлива в основную камеру сгорания (ОКС), частоту вращения (n_в), характеризующую частоту вращения вала низкого давления, давление (Р_к ^*), характеризующее текущее полное давление воздуха за компрессором, в качестве управляющей величины используют температуру (Т_вх ^*), характеризующую полную температуру воздуха на входе в двигатель и угол (α_руд), характеризующий положение рычага управления двигателем (РУД). Для воздействия на исполнительный орган, определяющий топливоподачу в форсажную камеру сгорания, в качестве величины, характеризующей управляющий сигнал, используют расход топлива G_тф, подаваемый в форсажную камеру сгорания на форсированных режимах, который определяют в соответствии с программой по закону (G_{т окс}+G_тф)/(P_к ^*n_в)=f(T_вх ^*,α_руд). Изобретение позволяет поддерживать требуемую тягу на форсированных режимах при ухудшении характеристик узлов двигателя с наработкой. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ).

Общеизвестно, что для управления газотурбинным двигателем (ГТД) летательного аппарата используют информацию, полученную с датчиков термогазодинамических параметров и частоты вращения ротора ГТД.

Известны программы управления форсированными режимами , где - давление воздуха за компрессором, - температура воздуха на входе в ГТД (см., например, под ред. Ю.Н. Нечаева, Теория авиационных двигателей, ч.2, М., 2006, с.136-138).

Известен способ автоматического управления подачей топлива, при котором управляющее воздействие регулятора на исполнительный механизм, воздействующий на подачу топлива в форсажную камеру сгорания двигателя, корректируют электронным программным регулятором, осуществляющим управление в соответствии со встроенным в систему управления алгоритмом управления, включающим значения настроечного и регулирующих параметров, определяющих подачу топлива в двигатель (патент РФ №2308605).

Наиболее близким техническим решением является способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ), при котором на основании, по меньшей мере, одной управляющей величины и, по меньшей мере, одной измеряемой величины, характеризующих режим работы турбокомпрессорной части двигателя, с помощью системы управления ТРДДФ, включающей программный узел управления, определяют величину, характеризующую управляющий сигнал, подаваемый на регулятор управления двигателем (Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах. Том IV-21. Самолеты и вертолеты, книга 3, Авиационные двигатели, М.: Машиностроение, 2010, с.369-371)

В известной системе расход топлива G_тф, подаваемый в форсажную камеру сгорания на форсированных режимах, определяют в соответствии программой по закону

где α_руд - угол установки рычага управления двигателем (РУД);

- полное давление воздуха за компрессором;

- полная температура воздуха на входе в двигатель;

F_кр - площадь критического сечения реактивного сопла;

- перепад полных давлений на турбине двигателя.

В качестве величины, характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, используют температуру на входе в двигатель . При каждом заданном положении РУД (α_руд=соnst) программа управления подачей форсажного топлива, обеспечивающая постоянное значение или любое требуемое изменение суммарного значения коэффициента избытка воздуха α_Σ в функции от , задается в виде зависимости (под ред. Ю.Н.Нечаева. Теория авиационных двигателей, ч.2, М., 2006, с.137).

Однако применяемый в известном техническом решении закон не отражает влияния ухудшения характеристик узлов двигателя при его эксплуатации, вследствие которого происходит изменение характеристик ТРДДФ. Это приводит к тому, что управление газотурбинным двигателем становится менее эффективным в силу невозможности обеспечения требуемой тяги ТРДДФ.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы ТРДДФ путем сохранения тяги на форсированных режимах на расчетном уровне при ухудшении характеристик его узлов с наработкой.

Технический результат - поддержание требуемой тяги на форсированных режимах ТРДДФ при ухудшении характеристик его узлов с наработкой.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ), при котором на основании, по меньшей мере, одной управляющей величины и, по меньшей мере, одной измеряемой величины, характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, с помощью математической модели определяют величину, характеризующую управляющий сигнал, подаваемый на исполнительный орган, например регулятор управления двигателем, на форсированных режимах в качестве измеряемых величин используют расход топлива (G_{т окс}), характеризующий расход топлива в основную камеру сгорания (ОКС), частоту вращения (n_в), характеризующую частоту вращения вала низкого давления, давление , характеризующее текущее полное давление воздуха за компрессором, в качестве управляющей величины используют температуру , характеризующую полную температуру воздуха на входе в двигатель, и угол α_руд, характеризующий положение рычага управления двигателем (РУД), в качестве величины, характеризующей управляющий сигнал, используют расход топлива G_тф, подаваемый в форсажную камеру сгорания на форсированных режимах, который определяют в соответствии с программой по закону , и подают для воздействия на исполнительный орган, определяющий топливоподачу в форсажную камеру сгорания.

Способ согласно изобретению иллюстрируется рисунком, на котором схематично представлена система управления ТРДДФ.

Система включает: ТРДДФ 1 как объект управления, датчик 2 расхода топлива (G_{т окс}), характеризующего расход топлива в основную камеру сгорания (ОКС), датчик 3 частоты вращения ротора низкого давления (n_в), характеризующей приведенный (объемный) расход воздуха через двигатель, датчик 4 давления за компрессором (Р_к ^*), характеризующего значение физического расхода воздуха через газогенератор ТРДДФ, датчик 5 температуры воздуха на входе в двигатель (T_вх ^*), характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, и рычаг 8 управления двигателем (РУД), угол α_руд установки которого характеризует положение рычага управления двигателем (РУД), программный блок (узел) 6 управления ТРДДФ, связанный с исполнительным органом, определяющим топливоподачу в форсажную камеру сгорания.

Для компенсации влияния ухудшения характеристик узлов ТРДДФ на его тягу на форсированных режимах, согласно изобретению, используют расход топлива в основную камеру сгорания (G_{т окс}), частоту вращения (n_в), давление за компрессором (Р_к ^*), температуру воздуха (Т_вх ^*) на входе в ТРДДФ, функционально связанные по закону (G_{т окc}+G_тф)/(Р_к ^*n_в)=f(Т_вх ^*,α_руд).

Программный блок (узел) 6 управления ТРДДФ содержит программу определения расхода топлива G_тф по закону (G_{т окc}+G_тф)/(Р_к ^*n_в)=f(Т_вх ^*,α_руд).

Математическая зависимость (G_{т окc}+G_тф)/(Р_к ^*n_в)=f(Т_вх ^*,α_руд), согласно которой изменяется управляющее воздействие и являющаяся законом управления, получена математическим моделированием ГТД известными программными средствами и реализуется программой регулирования с унифицированным алгоритмом, реализующим заданное изменение конкретных параметров двигателя в зависимости от других его параметров или внешней среды. В настоящее время известны различные программные комплексы, которые реализуют математические модели газотурбинных двигателей, например программный комплекс «ГРАД», программный комплекс DVIGw, Gas Turb и др., разработанные для моделирования авиационных двигателей и их узлов (Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок, книга третья, часть VII, главы 20-22. Моделирование рабочего процесса ГТД и универсальные программные комплексы. М.: Машиностроение, 2005 г., с.139-169), специализированные программы управления ГТД на форсированных режимах (Машиностроение: Энциклопедия в сорока томах. Том IV-21. Самолеты и вертолеты, книга 3, Авиационные двигатели, М.: Машиностроение, 2010, с.369-371).

Функция f(Т_вх ^*,α_руд) представляет собой зависимость, являющуюся известной и заданной как множество упорядоченных пар при каждом заданном положении α_руд, получаемых оперированием математической модели ГТД известными программными средствами (см., например, под ред. Ю.Н.Нечаева, Теория авиационных двигателей, ч.2, М., 2006, с.137-138. Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах. Том IV-21. Самолеты и вертолеты, книга 3, Авиационные двигатели, М.: Машиностроение, 2010, с.369).

В предлагаемом изобретении функция f(T_вx ^*,α_руд) представляет собой зависимость, заданную как множество упорядоченных пар (значение температуры воздуха Т_вх ^* и значение функционала (G_{т окc}+G_тф)/(Р_к ^*n_в)) при каждом заданном положении α_руд, получаемых вышеуказанным оперированием математической модели ГТД известными программными средствами.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом.

На вход программного блока 6 поступают информационные сигналы, характеризующие расход топлива в основную камеру сгорания (G_{т окc}), частоту вращения (n_в), давление за компрессором (Р_к ^*), температуру воздуха (Т_вх ^*) на входе в ТРДДФ, а также угол (α_руд) установки текущего положения рычага управления двигателем (РУД).

При работе ТРДДФ на форсированном режиме программный блок (узел) 6 определяет расход топлива G_тф, подаваемого в форсажную камеру сгорания, по закону (G_{т окc}+G_тф)/(Р_к*n_в)=f(Т_вх ^*,α_руд).

Определенную программой по закону (G_{т окc}+G_тф)/(Р_к ^*n_в)=f(Т_вх ^*,α_руд) величину, характеризующую расход топлива G_тф, используют в качестве управляющего сигнала и подают для воздействия на исполнительный орган 7, определяющий топливоподачу в форсажную камеру сгорания.

Принятый закон управления способствует поддержанию требуемой тяги ТРДДФ на форсированных режимах при ухудшении характеристик его узлов с наработкой и тем самым повышает эффективность работы ТРДДФ.

Изобретение преимущественно может быть использовано в системах управления топливоподачей в форсажную камеру сгорания турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой ТРРДФ на форсированных режимах.

Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ), при котором на основании, по меньшей мере, одной управляющей величины и, по меньшей мере, одной измеряемой величины, характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, с помощью математической модели определяют величину, характеризующую, по меньшей мере, управляющий сигнал, подаваемый на исполнительный орган, отличающийся тем, что на форсированных режимах в качестве измеряемых величин используют расход топлива (G_токс), характеризующий расход топлива в основную камеру сгорания (ОКС), частоту вращения (n_в), характеризующую частоту вращения вала низкого давления, давление
(), характеризующее текущее полное давление воздуха за компрессором, в качестве управляющей величины используют температуру (), характеризующую полную температуру воздуха на входе в двигатель, и угол (α_руд), характеризующий положение рычага управления двигателем (РУД); в качестве величины, характеризующей управляющий сигнал, используют расход топлива G_тф, подаваемый в форсажную камеру сгорания на форсированных режимах, который определяют в соответствии с программой по закону , и подают для воздействия на исполнительный орган, определяющий топливоподачу в форсажную камеру сгорания.