УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
DEVICE FOR GAS-TURBINE ENGINE CONTROL

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).
Известно устройство для управления ГТД, содержащее последовательно соединенные топливный насос, дозирующую иглу с датчиком перепада давлений и перепускным клапаном, полость задания перепада давлений которого соединена с выходами тахометрических регуляторов переходных и статических режимов, Добрынин А.Н. «Проектирование гидромеханических систем автоматического регулирования авиационных двигателей», М., ЦИАМ, 1980 г., с 117.
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность на переходных режимах работы двигателя.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является устройство для управления ГТД, содержащее электронный регулятор двигателя, подключенный к датчикам параметров воздуха на входе в двигатель и параметров двигателя, и исполнительную часть, включающую в себя последовательно соединенные топливный насос, дозатор топлива и распределительный клапан. электрогидропреобразователь, вход которого подключен к выходу электронного регулятора, а выход - к дозатору топлива, «Руководство по эксплуатации двигателя ТВ3-117 ВМА-СБМ1», ЗМКБ «Прогресс» им, А.Ивченко, Запорожье, 1998 г., с.52-55.
Недостатком этого устройства является следующее.
Для двигателей нового поколения, например, двигателя ПД-14 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, входящего в состав силовой установки (СУ) самолета МС-21 разработки ОАО «Иркут», г.Москва, предъявляется следующее требование: двигатель в процессе взлета самолета должен обеспечить взлетную тягу даже в случае пожара в мотогондоле.
При использовании в САУ ПД-14 известного устройства выполнить это требование невозможно в силу того, что электронный регулятор двигателя и исполнительная часть САУ не имеют специальной защиты, позволяющей работать в условиях повышенной температуры окружающей среды при возникновении в мотогондоле самолета пожара.
Это снижает надежность работы СУ и безопасность самолета.
Целью изобретения является повышение надежности работы СУ и безопасности самолета.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления ГТД содержащем электронный регулятор двигателя, подключенный к датчикам параметров воздуха на входе в двигатель и параметров двигателя, и исполнительную часть, включающую в себя последовательно соединенные топливный насос, дозатор топлива и распределительный клапан, электрогидропреобразователь, вход которого подключен к выходу электронного регулятора двигателя, а выход - к дозатору топлива, дополнительно вокруг электронного регулятора двигателя установлены с зазором два стальных кожуха с вентиляционными пазами, на каждый кожух нанесен слой огнезащитной пасты, а электрические разъемы на датчиках и электропреобразователе и кабели между электронным регулятором двигателя и датчиками и электропреобразователем выполнены в специальном огнестойком исполнении.
На фигуре 1 представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ, на фигуре 2 - схема электронного регулятора с защитными кожухами.
Устройство содержит электронный регулятор 1 двигателя (РЭД), подключенный к датчикам 2 параметров воздуха на входе в двигатель и параметров двигателя, и исполнительную часть 3, включающую в себя последовательно соединенные топливный насос 4 (ТН), дозатор 5 топлива (ДГ) и распределительный клапан 6 (РК), электрогидропреобразователь 7 (ЭГП), вход которого подключен к выходу РЭД 1, а выход - к ДТ 5, дополнительно вокруг РЭД'.. установлены (см. фигуру 2) с зазором два стальных кожуха 8 и 9 с вентиляционными пазами 10 (на фигуре 2 показаны по одному пазу на каждом кожухе, общее их количество определяется в зависимости от геометрических и весовых параметров РЭД), на каждый кожух 8 и 9 нанесен слой 11 огнезащитной пасты, а электрические разъемы 12 на датчиках 2 и ЭГП 7 и кабели 13 между РЭД 1 и датчиками 2 и ЭГП 7 выполнены в специальном огнестойком исполнении.
РЭД 1 представляет собой бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), содержащую постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), на котором записано программное обеспечение (ПО), реализующее алгоритмы управления двигателем. Дополнительно БЦВМ оснащена устройствами ввода/вывода (УВВ) физических сигналов (из БД и в ЭГП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), необходимое для обработки процессором БЦВМ поступающей из УВВ информации, репрограммируемое запоминающее устройство (РПЗУ), необходимое для хранения информации, относящейся к индивидуальным характеристикам двигателя (эксплуатационные регулировки, наработки, остаток ресурса). БЦВМ, ПЗУ, ПО, УВВ, ОЗУ, процессор, РПЗУ на фигурах 1 и 2 не показаны.
Устройство работает следующим образом.
В РЭД 1 с помощью датчиков 2 измеряют положение РУД частоты вращения компрессора и свободной турбины (СТ), давление и температуру воздуха на входе в двигатель, температуру газов за турбиной газогенератора.
По хранящимся в ПЗУ РЭД 1 наперед заданным зависимостям:
- формируют заданное значение частоты вращения турбокомпрессора как функцию от положения РУД, давления и температуры воздуха на входе в двигатель (пример такой зависимости приведен, например, в книге Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория автоматического регулирования», М., «Наука», 1975 г., с.34-35),
- задают предельные для данного двигателя значения температуры газов за турбиной газогенератора и частоты вращения СТ (для двигателя ПД-14 эти значения составляют 1370К по температуре газов и 8000 об./мин. по частоте вращения СТ).
Далее в РЭД 1 сравнивают заданное значение частоты вращения турбокомпрессора и измеренное с помощью датчиков 2, сравнивают предельное для данного двигателя значение температуры газов за турбиной газогенератора и измеренное с помощью датчиков 2, сравнивают предельное для данного двигателя значение частоты вращения СТ и измеренное с помощью датчиков 2.
Полученные рассогласования селектируют в РЭД 1 по минимуму с сигналом «автомата приемистости» (на фигуре не показан), работающего, например, по программе
<mrow><mi>G</mi><mi>т</mi><mo>=</mo><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>α</mi><mrow><mi>Р</mi><mi>У</mi><mi>Д</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msubsup><mi>Т</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Х</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>Р</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Х</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><mo>,</mo><mi>Р</mi><mi>к</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mi>к</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где Gт - предельно допустимый расход топлива для данного режима работы двигателя,
РУД
α - положение РУД
<mrow><msubsup><mi>Т</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Х</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></mrow>
- температура воздуха на входе в двигатель,
<mrow><msubsup><mi>Р</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Х</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup></mrow>
- давление воздуха на входе в двигатель,
Рк - давление воздуха за компрессором двигателя,
nк - частота вращения компрессора двигателя.
Отселектированную величину подают в ПИ-регулятор (на фигуре не показан), где формируют управляющее воздействие на дозатор 5 расхода топлива, подаваемое с помощью УВВ РЭД 1 через ЭГП 7 на дозатор 5. Дозированное топливо через РК 6 подается в коллектора КС двигателя.
Дополнительно для обеспечения требования по огнестойкости агрегата РЭД 1 (функционирование в течении наперед заданного времени во время пожара, для ПД-14 это время равно 5 мин.) реализуется следующая конструкция (см. фигуру 2, все числовые данные приведены для агрегата РЭД-14 разработки ОАО «СТАР», г.Пермь, предназначенного для управления двигателем ПД-14):
- на расстоянии 10 мм от поверхности агрегата РЭД 1 устанавливается первый кожух 8 из нержавеющей стали;
- на расстоянии 15 мм от поверхности кожуха 8 устанавливается второй кожух 9 из нержавеющей стали;
- на кожухи 8 и 9 нанесен слой 11 огнезащитной пасты например, марки В30-9х ТУ1-595-28-908-2007 (далее по тексту - паста).
- в кожухах 8 и 9 выполнены пазы 10 таким образом, чтобы исключить прямое попадание пламени на агрегат РЭД 1. Данные пазы 10 необходимы для обеспечения циркуляции воздуха в целях исключения перегрева агрегата РЭД 1 во время штатной эксплуатации.
При возникновении пожара пламя будет нагревать пасту 11 на кожухе 9 и через пазы 10 кожуха 9 пасту 11 на кожухе 8. Под действием тепла паста 11 вспенивается, в результате чего она увеличивает свой объем (паста марки В30-9х ТУ1-595-28-908-2007 - в 7 раз), из-за чего резко возрастает ее тепловое сопротивление, тем самым препятствуя воздействию высокой температуры на агрегат РЭД 1.
Оценочный расчет (см. техническую справку №1221-2011 «Оценка устойчивости конструкции агрегата РЭД-14 с двумя огнеупорными кожухами», ОАО «СТАР», 2011 г.) показал, что при воздействии на предлагаемую конструкцию открытого пламени в течение 5 минут температура кожуха 8 к концу пятой минуты, достигнет температуры 240°С, а температура агрегата РЭД 1 увеличится за это время не более, чем на 30°С. При таком нагреве РЭД 1 обеспечивается его нормальная работоспособность.
При этом огнестойкие разъемы 12 (например, марки 983 OSE08-0386 - импортный, или СНЦ 147-3/08 В011 - отечественный) и кабели 13 (например, марки cat.5E UTP) обеспечивают нормальную передачу информации от датчиков 2 к РЭД 1 и управляющих воздействий от РЭД 1 к ЭГП 7. Необходимости в огнестойких разъемах для РЭД 1 нет, при такой защите от пламени работоспособны разъемы в обычном исполнении, что позволяет сэкономить на комплектующих РЭД 1.
Т.о. обеспечивается нормальная работа САУ ГТД при возникновении пожара в мотогондоле самолета в течение требуемого времени.
Это обеспечивает повышение надежности работы СУ и безопасности самолета.