СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА НА ЗАПУСКЕ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD TO CONTROL FUEL FLOW RATE IN STARTING GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).
Известен способ управления расходом топлива на запуске ГТД, заключающийся в том, что подают в камеру сгорания (КС) двигателя постоянный расход топлива - расход розжига, определяемый для каждого типа двигателей расчетно-экспериментальным путем (ЧЕРКАСОВ Б.А. Автоматика и регулирование ВРД, Москва, Машиностроение, 1965, с.324-326).
Недостатком известного способа является его низкая эффективность с точки зрения обеспечения требуемых запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и, как следствие, невозможность использования для управления современными ГТД, а именно турбореактивными двигателями с высокой степенью двухконтурности (ТРДД), такими, например, как двигатели семейства ПС-90А.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления расходом топлива на запуске ГТД, заключающийся в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, вычисляют по известным для каждого типа двигателя первый, в зависимости от температуры воздуха, и второй, в зависимости от давления воздуха, корректирующие коэффициенты, умножают наперед заданную константу, определяемую для каждого типа двигателей расчетно-экспериментальным путем, на первый и второй корректирующие коэффициенты и вычисляют заданный расход топлива на розжиге КС, при достижении частотой вращения наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем, подают в коллектор КС заданный расход топлива на розжиге КС и включают агрегат зажигания (AЗ) (RU 2316663 C1, МКИ F02C 9/26, 10.02.2008).
Недостатком этого способа является следующее.
Характеристики двигателя одного типа, в частности, характеристик КС, отличаются друг от друга. Это вызвано технологией производства двигателей, т.к. процессы изготовления деталей двигателя и их сборка не являются клонированием, а характеризуются такими показателями, как точность изготовления и точность сборки.
Это приводит к тому, что заданный расход топлива на розжиге КС, вычисленный с учетом характеристик воздушного потока на входе в двигатель, может не попасть на реальную характеристику запуска КС двигателя (т.н. дорожку запуска). Это приведет к незапуску двигателя. Т.о. не обеспечивается необходимое качество управления, что снижает надежность работы двигателя и безопасность летательного аппарата (ЛА).
Целью изобретения является повышение качества работы системы автоматического управления (САУ) ГТД и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления расходом топлива на запуске ГТД, заключающемся в том, что измеряют температуру и давление воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора двигателя, вычисляют по известным для каждого типа двигателя первый, в зависимости от температуры воздуха, и второй, в зависимости от давления воздуха корректирующие коэффициенты умножают наперед заданную константу, определяемую для каждого типа двигателей расчетно-экспериментальным путем, на первый и второй корректирующие коэффициенты и вычисляют заданный расход топлива на розжиге КС, при достижении частотой вращения наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем, подают в коллектор КС заданный расход топлива на розжиге КС и включают AЗ, дополнительно измеряют температуру воздушно-топливной смеси (ВТС) в КС, в случае отсутствия роста температуры ВТС в течение (1-2) секунд с момента включения AЗ изменяют заданный расход топлива на розжиге КС путем знакопеременного ступенчатого воздействия с частотой (1-2) Гц и с амплитудой, возрастающей по величине от нуля с дискретностью 5% от величины заданного расхода топлива на розжиге КС, в момент розжига КС, фиксируемого по скачкообразному росту температуры ВТС более, чем на 70К, прекращают ступенчатое изменение заданного расхода топлива на розжиге КС, фиксируют расход топлива в момент розжига на время (1-2) секунды, после чего увеличивают расход топлива в соответствии с заданной программой управления до выхода двигателя на режим «малого газа».
На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков, задатчик 2 режимов работы двигателя, первый сумматор 3, электрогидропреобразователь 4, дозатор 5 топлива, второй вход сумматора 3 подключен к формирователю 6 ступенчатого воздействия на расход топлива, управляемый вход формирователя 6 подключен через анализатор 7 к БД 1 и задатчику 2, к выходу задатчика 2 подключен AЗ 8.
Устройство работает следующим образом.
По измеренным с помощью блока 1 давлению и температуре воздуха на входе в двигатель задатчик 2 формируют заданное положение дозатора 5
где Gт зад. - заданный расход топлива,
А - константа, определяемая типом двигателя (для двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1, например, А=35 кг/час, для двигателя ПС-90А2 А=140 кг/час),
Ктвх., Крвх. - корректирующие коэффициенты (для двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1, например, Ктвх. в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель изменяется от 0,9 до 1,05, Крвх. - в зависимости от давления воздуха на входе в двигатель изменяется от 0,3 до 1,1).
Величина заданного расхода топлива в сумматоре 3 сравнивается с фактическим расходом, измеренным с помощью блока 1. По величине рассогласования, поступающей в электрогидропреобразователь 4, формируется управляющее воздействие на дозатор 5. При достижении частотой вращения ротора двигателя наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем (для двигателя ПС-90А2 это значение равно 1000 об/мин) с помощью дозатора 5 подают в коллектор КС заданный расход топлива на розжиге КС и по команде задатчика 2 включают AЗ 8. При отсутствии роста температуры ВТС в течение (1-2) секунд с момента включения AЗ 8 анализатор 7 подает команду на формирователь 6. Формирователь 6 изменяет заданный расход топлива на розжиге КС путем подачи на сумматор 3 знакопеременного ступенчатого воздействия с частотой (1-2) Гц и с амплитудой, возрастающей по величине от нуля с дискретностью 5% от величины заданного расхода топлива на розжиге КС. Изменение расхода топлива таким образом обеспечивает поиск зоны устойчивого розжига КС.
В момент розжига КС, фиксируемого анализатором 7 по скачкообразному росту температуры ВТС более, чем на 70К, по команде анализатора 7 формирователь 6 прекращают ступенчатое изменение заданного расхода топлива на розжиге КС через сумматор 3 и фиксируют свою «добавку» к расходу топлива в момент розжига КС на время (1-2) секунды. После этого по сигналу анализатора 7 задатчик 2 увеличивает расход топлива в соответствии с заданной программой управления (например, для двигателя ПС-90А2 эта программа выглядит так
где nк - частота вращения ротора компрессора двигателя,
Рвх. - давление воздуха на входе в двигатель), до выхода двигателя на режим «малого газа» (для двигателя ПС-90А2 частота вращения «малого газа» равна 7850 об/мин).
Т.о. введение алгоритма поиска зоны устойчивого розжига КС повышает качество работы САУ ГТД и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.
Источники информации
1. Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД». М.: Машиностроение, 1965 г.
2. Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД». М.: Машиностроение, 1974 г.