СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНЫМ ДВУХКОНТУРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ
CONTROL METHOD OF JET TURBINE DOUBLE-FLOW ENGINE WITH AFTERBURNER

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)
тф
В известной системе расход топлива G, подаваемый в форсажную камеру сгорания на форсированных режимах, определяют в соответствии программой по закону
руд
где α - угол установки рычага управления двигателем (РУД);
- полное давление воздуха за компрессором;
- полная температура воздуха на входе в двигатель;
кр
F - площадь критического сечения реактивного сопла;
- перепад полных давлений на турбине двигателя.
руд
Σ
В качестве величины, характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, используют температуру на входе в двигатель . При каждом заданном положении РУД (α=соnst) программа управления подачей форсажного топлива, обеспечивающая постоянное значение или любое требуемое изменение суммарного значения коэффициента избытка воздуха α 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.
т окс
в
руд
тф
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), характеризующий расход топлива в основную камеру сгорания (ОКС), частоту вращения (n), 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, характеризующий положение рычага управления двигателем (РУД), в качестве величины, характеризующей управляющий сигнал, используют расход топлива G, 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.
т окс
в
к
вх
руд
*
*
Система включает: ТРДДФ 1 как объект управления, датчик 2 расхода топлива (G), характеризующего расход топлива в основную камеру сгорания (ОКС), датчик 3 частоты вращения ротора низкого давления (n), характеризующей приведенный (объемный) расход воздуха через двигатель, датчик 4 давления за компрессором (Р ), характеризующего значение физического расхода воздуха через газогенератор ТРДДФ, датчик 5 температуры воздуха на входе в двигатель (T ), характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, и рычаг 8 управления двигателем (РУД), угол α установки которого характеризует положение рычага управления двигателем (РУД), программный блок (узел) 6 управления ТРДДФ, связанный с исполнительным органом, определяющим топливоподачу в форсажную камеру сгорания.
т окс
в
к
вх
т окc
тф
к
в
вх
руд
*
*
*
*
Для компенсации влияния ухудшения характеристик узлов ТРДДФ на его тягу на форсированных режимах, согласно изобретению, используют расход топлива в основную камеру сгорания (G), частоту вращения (n), давление за компрессором (Р ), температуру воздуха (Т ) на входе в ТРДДФ, функционально связанные по закону (G+G)/(Р n)=f(Т ,α).
тф
т окc
тф
к
в
вх
руд
*
*
Программный блок (узел) 6 управления ТРДДФ содержит программу определения расхода топлива G по закону (G+G)/(Р n)=f(Т ,α).
т окc
тф
к
в
вх
руд
*
*
Математическая зависимость (G+G)/(Р n)=f(Т ,α), 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).
вх
руд
руд
*
Функция f(Т ,α) представляет собой зависимость, являющуюся известной и заданной как множество упорядоченных пар при каждом заданном положении α, 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).
вx
руд
вх
т окc
тф
к
в
руд
*
*
*
В предлагаемом изобретении функция f(T ,α) представляет собой зависимость, заданную как множество упорядоченных пар (значение температуры воздуха Т  и значение функционала (G+G)/(Р n)) при каждом заданном положении α, получаемых вышеуказанным оперированием математической модели ГТД известными программными средствами.
Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом.
т окc
в
к
вх
руд
*
*
На вход программного блока 6 поступают информационные сигналы, характеризующие расход топлива в основную камеру сгорания (G), частоту вращения (n), давление за компрессором (Р ), температуру воздуха (Т ) на входе в ТРДДФ, а также угол (α) установки текущего положения рычага управления двигателем (РУД).
тф
т окc
тф
к
в
вх
руд
*
При работе ТРДДФ на форсированном режиме программный блок (узел) 6 определяет расход топлива G, подаваемого в форсажную камеру сгорания, по закону (G+G)/(Р*n)=f(Т ,α).
т окc
тф
к
в
вх
руд
тф
*
*
Определенную программой по закону (G+G)/(Р n)=f(Т ,α) величину, характеризующую расход топлива G, 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.