Устройство для определения приведенной частоты вращения ротора газотурбинного двигателя
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСЛНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii734743
1
1 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.02.78(21) 2581388/18-24
2 (51) М. Кл. с присоединением заявки ¹
G 06 G 7/64
Государстаеииый комитет (23) Приоритет да делам изооретеиий и открытий
Опубликовано 15.05. 80. Бюллетень ¹ 1 8
Дата опубликования описания 18.05.80 (53) УДК 621.791., 72 (088. 8) (72) Авторы изобретения
А. И. Фрид, Ф. A. Шаймарданов, Л. Ь. Уразбахтина и В. П. Ефремова
Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе
Министерства высшего и среднего специального об разования PC ФС Р (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИВЕДЕННОЙ
ЧАСТОТЫ ВРАШЕНИЯ РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Изобретение относится к автоматическому управлению и может бьггь применено в системах автоматического уцравления газотурбинного двигателя (ГТД), а также в приборах первичной информации приборных комплексов с централизованной обработкой информации на IIBN.
Известны устройства для вычисления приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора, состоящие из датчика
10 температуры входящего воздуха, Bblxoll которого через нелинейное устройство соединен со входом целительного устройства, второй вход которого соединен с
15 выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора (1) .
Недостатком этого устройства является динамическая погрешность вычисления приведенной частоты ротора турбокомпрессора 11 „, обусловленная зависимостью динамической погрешности датчика температуры входящего воздуха от условий работы двигателя.
Известна система, использующая устройство для вычисления приведенной частоты вращения ротора для регулирования
ГТД, которое состоит из датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора, выход которого соединен со входом вычислительного устройства, выполняющего операцию приведения, другой вход которого соединен с датчиком гемпературы входящего воздуха (21.
Недостаток этого устройства — наличие динамической ошибки датчика температуры входящего воздуха, зависящей от условий полета двигателя, что приводит к неточному вычислению ИпР при быстром изменении температуры входящего воздуха.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содерх:ашее датчик температуры входящего воздуха, первый выход которого соединен с первым входом сумматора, а второй вход через дифференциатор соединен со входом множительного устройК-1 к,(„, К ПРi з 73474 ства, на другой вхоп которого !ерез нелинейное устройство подан выход датчика давления воздуха за компрессором, а выход соединен со BT oðûì входом сумматора, выход которого через устройство для извлечения квадратного корня подан на первый вход делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения ротора турбокомпрессора (3 I.
1О
Недостаток данного устройства— приблизительная коррекция постоянной времени датчика температуры входящего воздуха по величине давления за компрессором, так как формула коррекции постоянной времени датчика температуры лишь приблизительно соответствует действительному ее изменению. Кроме того, устройство обладает малой ïîìåхоустойчивостью из-за наличия дифферен- О циатора, определяющего величину производной выходного сигнала датчика температуры вкодящего воздуха, находящегося в канале вычисления приведенной частоты вращения ротора турбокомпрес- 25 сора.
Пель изобретения — повышение динамической точности и помехоустойчивости устройства.
Поставленная цель достигается тем, ЗО что устройство содержит блок сравнения, ключ, интегратор, второй и третий блоки нелинейности, датчик ускорения частоты вращения ротора, второй датчик давления и второй, третий и четвертый 35 блоки деления, причем выход датчика температуры через блок извлечение квадратного корня подключен к другому входу первого блока деления, выход которого соединен с одним входом блока срав- 4О нения, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а выход — к одному входу ключа, другой вход которого через третий блок нелинейности соединен с выходом дифференциатора, выход ключа через ин- 45 тегратор подключен к одному входу сумматора, другой вход которого соединен с выкодом третьего блока деления, выходы которого через первый и второй блоки нелинейности соединены соответственно с выходами второго и четвертого блоков деления, первые входы которык соединеI ны с выходом второго датчика давления, выход первого датчика давления подключен ко второму входу второго блока деления, а выход датчика ускорения частоты вращения ротора соединен со вторым вкодом четвертого блока деления.
3 4
Достигаемый в данном устройстве эффект увеличения динамической точности вычисления приведенной частоты вращения ротора, а также повышение помехоустойчивости устройства обосновывается следующими расчетными данными.
Датчик температуры газов входящего воздуха представляет собой термопреобразователь, динамические свойства которого описываются уравнением
d Q Т где e — сигнал с термопреобразоваТ теля;
Т вЂ” постоянная времени термопреобразователя;
К вЂ” коэффициент передачи термо.Т преобразователя; (— температура входящего возду+ ха.
Динамическая составляющая погрешности измерения равна дЕт
Э 1 т 3 Д (2) причем постоянная времени термопреобразователя меняется в зависимости от условий полета и режима работы двигателя, что приводит к неточному вычислению приведенной частоты вращения ротора турбокомпрессора при быстром изменении Т
Поэтому для определения динамической погрешности вычисления предлагается определить h косвенно. Как известно, между степенью повышения давления на компрессоре и величиной l1 п существует зависимость: где !Ь вЂ” степень повышения давления
-%
К на компрессоре;
I< - показатель адиабаты для воздуха;
VI — приведенная частота вращения
Пр ротора турбокомпрессора;
Я вЂ” постоянная величина.
Однако эта зависимость справедлива только для установившихся режимов
ГТД. При наличии ускорения частоты вращения ротора турбокомпрессора эта зависимость принимает вид к-1 - „» „ р»- 1, ) где А — постоянная вели ица;
5 7347
Р » — давление на входе в двига1 тель — ускорение частоты вращения
Ь ротора турбокомпрессора.
По формуле (4) приведенная частота
5 вращения ротора турбокомпрессора равна
10 или гце Р - давление воздука на входе
1 в двигатель; 0» - давление воздуха за компрессором.
Датчики, используемые для вычисления Vl пр, являются безынерционными, поэтому динамическая ошибка вычисления будет отсутствовать.
На чертеже изображена блок-схема устройства.
Устройство содержит датчик 1 тем- 25 пературы, блок 2 извлечения квадратного корня, первый блок 3 деления, датчик 4 частоты вращения ротора, первый датчик 5 давления, второй блок 6 деления, второй датчик 7 давления, первый 30 блок 8 нелинейности, третий блок 9 деления, второй блок 1 0 нелинейности, четвертый блок 1 1 деления, датчик 1 2 ускорения частоты вращения ротора, сумматор 1 3, блок 14 сравнения, ключ 15, з интегратор 16, дифференциатор 17, третий блок 18 нелинейности.
Ф
Выход датчика 1 температуры входящего воздуха через блок извлечения квадратного корня 2 поцан на вход первого 40 блока 3 деления, на второй вход которого подан выход датчика 4 частоты вращения ротора турбокомпрессора.
Выход первого датчика 5 давления воздуха за компрессором соединен, 45 со входом второго блока 6 деления, на второй вход которого подан выход второго датчика 7 давления на входе в компрессор. Выход второго блока 6 деления через первый блок 8 нелинейности соединен со входом третьего блока 9 деления, другой вход которого через второй блок 10 нелинейности соединен с выходом четвертого блока 11 деления, на входы которого поданы выхоцы .второго датчика 7 давления на входе в двигатель и датчика ускорения частоты вращения ротора 12 турбокомпрессора.
20 ся сигнал,, подается на вход третьего блока 9 деления. На блок
11 деления поступают сигналы с датчиков давления на входе в двигатель 7 и ускОрения частоты вращения ротора турбокомпрессора 12, а выходной сигнал с четвертого блока 11 деления через второй блок 10 нелинейности, формирующий а сигнал 4+ A
Р» ЙТ подается на второй вход третьего блока 9 деления, на котором вычисляется приведенная час« тота врашения косвенным методом. Когда выходной сигнал дифференциатора становится меньше зоны нечувствительности третьего блока 18 нелинейности, что соответствует статическому режиму работы устройства, ключ 15 замыкает вы— ход блока 14 сравнения со вкодом интегратора 16, выходной сигнал которо о
П 1+АР (5) („« Я )((« (ю
4З
А
Выход третьего блока 9 делоцпл подан на вход сумматора 13, выход которого соединен со входом блока 1-1 сравнения, другой вход которого соединен с выходом первого блока 3 деления, а выход через ключ 15 и интегратор 16 соединен со входом сумматора 13 .
При этом выход датчика 1 температуры входяшего воздуха через дифференциатор 17 и третий блок 18 нелинейности подан на управляющий вхоц ключа 15.
Работа устройства осушествляется следующим образом.
При изменении температуры входящего воздуха, измеряемой датчиком 1 температуры, появляется сигнал на выходе дифференциатора 17. Если его величина больше, чем зона нечувствительности третьего блока 18 нелинейности, то ключ 15 соединяет вход интегратора 16 с общей шиной. При этом сигнал с датчика 1 температуры входящего воздуха через блок извлечения квадратного корня 2, где формируется сигнал -11 1-», подается на первый блок 3 целения, на второй вход которого подается сигнал с датчика 4 частоты вращения ротора турбокомпрессора. На первом блоке 3 деления вычисляется величина приведенной частоты вращения и подается на блок 14 сравнения. На входы второго блока 6 деления подаются сигналы с первого и второго датчиков 5 и 7 давления, а выходной сигнал второго блока 6 деления через первый блок 8 нелинейности, где формирует7 7347 подается на вход сумматора 1 3, ликвидируя таким образом статическую ошибку вычисления приведенной частоты вращения.
Данное устройство позволяет повысить динамическую точность вычисления приведенной частоты вращения ротора турбоком. прессора на 15-204 по сравнению с известными аналогичными устройствами, не снижая статической точности, что под- ð тверждается результатами испытаний.
Повышение динамической точности вычис» ления ведет к повышению качества регулирования ГТД, увеличению точности поддержания тяги при быстром изменении >s температуры входящего воздуха (стрельба ракетами, выполнение фигур высшего пилотажа, маневрирование, сближение летательных аппаратов).
Устройство позволяет снизить средне- 2р квадратичное отклонение выходного сигнала по сравнению с существующими техническими решениями, так как не требует определения производной выходного сигнала датчика температуры входящего воздуха с помощью дифференцирую- щего устройства, чувствительного к помехам, и введения этого сигнала в канал измерения.
Устройство целесообразно использовать в авиационном приборостроении для построения систем управления авиационными ГТД.
Формула изобретения
Устройство для определения приведенной частоты вращения ротора газотурбинньго двигателя, содержащее датчик тем- 4р пературы, выход которого соедчнен с дифференциатором, датчик частоты вращения ротора, подключенный к одному входу первого блока деления, сумматор, блок извлечения квадратного корня, пер- 4
43 8 вый блок нелинейности и первый датчик давления, отличающееся тем, что, с целью повышения динамичес. кой точности и помехоустойчивости устройства, оно содержит блок сравнения, ключ, интегратор, второй и третий блоки нелинейности, датчик ускорения частоты вращения ротора, второй датчик давления и второй, третий и четвертый блоки деления, причем выход датчика температуры через блок извлечения квадратного корня подключен к другому входу первого блока деления, выход которого соединен с одним входом блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к одному входу ключа, другой вход которого через третий блок нелинейности соединен с выходом дифференциатора, выход. ключа через интегратор подключен к одному входу сумматора, другой вход которого соединен с выходом третьего блока деления, выходы которого через первый и второй блоки нелинейности соединены соответственно с выходами второго и четвертого блоков деления, первые входы которых соединены с выходом второго датчика давления, выход первого датчика давления подключен ко второму входу второго блока деления, а выход датчика ускорения частоты вращения ротора соединен со вторым входом четвертого блока деления..Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Шевяков А. А. Автомашина авиационных и ракетных силовых установок.М., Машиностроение, 1970, с. 110-111.
2. Система регулирования двигателя.
"Новое в зарубежном авиадвигателестроении, 1967, М 10, Олимп", 593.
3. Шевяков А. A. Теория автоматического регулирования силовых установок летательных аппаратов. N., "Машиностроение, 1976, с. 245 (прототип).
ЦНИИПИ Заказ 2227/14
Тираж 751 Подписное
Филиал ППП Патент", г.Ужт ород,ул.Проектная,4
