СПОСОБ ОТЛАДКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ
TUNE-UP METHOD OF GAS TURBINE ENGINE WITH AUGMENTOR

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.
0
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, L - 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
Σ
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 ά, 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
ф
Σ
фиг.1 - график зависимости температуры Т от коэффициента избытка воздуха ά в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя;
г
Σ
фиг.2 - график зависимости площади F реактивного сопла от коэффициента избытка воздуха ά в форсажной камере того же турбореактивного двухконтурного двигателя;
фиг.3 - принципиальная схема устройства для реализации способа согласно изобретению.
г
тф
тф
г
тф
2
2
2
Известно, что один и тот же режим турбокомпрессора может быть установлен при различных сочетаниях величин площади F реактивного сопла и расхода G форсажного топлива (расхода G 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 F -аG=b, где «а» и «b» - постоянные величины для данного режима работы турбокомпрессора.
тф
г
Таким образом, для сохранения заданного режима работы турбокомпрессора при изменении G регулятор сопла автоматически установит F в соответствии с вышеприведенным уравнением.
Σ
ф
Σ
ф
Σ
ф
н
н
Заданное значение коэффициента избытка воздуха ά определяется из условия обеспечения заданного значения тяги (R) на форсаже, определяемом температурой газа на срезе реактивного сопла в форсажной камере (Т). При этом ά и Т связаны зависимостью 1/ά≈Т-Т, где Т - температура воздуха на входе в ГТД.
ф
г
Σ
ф
г
Σ
тф
Математическим моделированием автором установлено, что изменение температуры Т и площади F реактивного сопла от коэффициента избытка воздуха ά в форсажной камере имеет максимум. Характер изменения иллюстрируется графиком зависимости температуры Т (фиг.1) и графиком зависимости площади F реактивного сопла (фиг.2) от коэффициента избытка воздуха ά за счет изменении G в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя.
ф
г
Σ
Как видно из графиков, значения Т и F имеют максимум при ά=1, 12.
тф
Σ
Σ
ф
г
тф
г
ф
г
ф
Это связано с тем, что при увеличении G (уменьшении ά, т.е. при ά<1,12) существенно ухудшается процесс горения в форсажной камере сгорания - падает полнота сгорания и, как следствие, происходит падение Т и F. Таким образом, увеличивая G, по характеру изменения F можно судить об изменении Т. Когда F достигнет своего максимального значения' (или близкого к нему), это будет означать, что температура в форсажной камере Т достигла своего максимума, а значит, и тяга двигателя максимальна.
Способ может быть реализован устройством, показанным на фиг.3.
т
Газотурбинный двигатель 1 снабжен датчиком 2 перепада давления газов на турбине (π), датчиком 3 положения гидроцилиндров сопла, регулятором 4 управления гидроцилиндрами сопла, автоматом 5 подачи форсажного топлива с настроечным элементом 6.
г
т
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 F для сохранения режима работы газотурбинного двигателя по (π).
г
ф
Увеличение расхода  осуществляют до тех пор, пока F перестанет увеличиваться. Это означает, что температура в форсажной камере Т достигла максимума, а значит, и тяга двигателя на форсажном режиме будет максимальна.
г
При достижении F 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.