СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СОВМЕСТНО С ЦИФРОВОЙ СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

Полезная модель относится к стендовым испытаниям газотурбинных двигателей (ГТД) совместно с цифровыми системами автоматического управления и контроля (ЦСАУК).
Известен стенд для испытания топливо-регулирующей аппаратуры, содержащий насос и регулятор частоты вращения ротора двигателя (или насос-регулятор), причем в качестве силового привода применяются гидро- и электроприводы [Черкасов Б.А. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей: Учебник для вузов по специальности «Авиационные двигатели.». - М.: Машиностроение, 1988. - 343-345 с.].
Недостатком указанного стенда является большая масса и габариты, а также невозможность моделирования отказов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является стенд для испытаний ГТД совместно с цифровой САУ, который содержит ГТД, исполнительные механизмы, датчики, цифровую систему автоматического управления и контроля, персональный компьютер, пульт, технологические стендовые системы, причем исполнительные механизмы соединены с ГТД, персональный компьютер подключен через интерфейс к цифровой системе автоматического управления и контроля, пульт соединен с ЦСАУК, технологические стендовые системы соединены с ГТД, пульт соединен с технологическими стендовыми системами, выход ГТД соединен с датчиками, [Куликов Г.Г., Арьков В.Ю., Погорелов Г.И., Хаит Л.Х. Унификация информационно-измерительных систем стендов для испытаний ГТД совместно с цифровой САУ // Авиационная промышленность. - №5-6. - 1997-52-57 с.].
Недостатком указанного стенда является невозможность моделирования отказов двигателя, исполнительных механизмов и датчиков, в том числе, в заданных комбинациях.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности комплексных испытаний цифровой системы автоматического управления и контроля за счет моделирования отказов двигателя, датчиков и исполнительных механизмов.
Поставленная задача решается с помощью стенда для испытаний газотурбинных двигателей совместно с цифровой системой автоматического управления и контроля, включающего ГТД, исполнительные механизмы, датчики, цифровую систему автоматического управления и контроля, персональный компьютер, пульт, технологические стендовые системы, причем исполнительные механизмы соединены с ГТД, персональный компьютер подключен через интерфейс к цифровой системе автоматического управления и контроля, пульт соединен с ЦСАУК, технологические стендовые системы соединены с ГТД, пульт соединен с технологическими стендовыми системами, выход ГТД соединен с датчиками, в отличие от прототипа дополнительно содержит наборное поле, соединенное с управляющей обмоткой реле, k(n+4) тумблеров в наборном поле, k кнопок включения отказов, n+4 реле, сумматор, n+1 источников постоянного напряжения, причем первый контакт первого реле соединен с входом исполнительных механизмов, второй контакт первого реле заземлен, первый контакт второго реле соединен с третьим контактом первого реле, третий контакт третьего реле соединен с входом ЦСАУК, выход ЦСАУК соединен с третьим контактом второго реле, третий контакт четвертого реле соединен с первым контактом третьего реле, второй контакт четвертого реле заземлен, выход датчиков соединен с первым входом сумматора, третьи контакты с пятого по n+4 реле соединены со входами сумматора соответственно, выходы с первого по n-ый источники напряжения соединены со вторыми контактами с пятого по n+4 реле, выход сумматора соединен с первым входом четвертого реле, первый контакт кнопки включения отказов соединен со входом (n+1)-го источника напряжения, второй контакт кнопки включения отказов соединен с входом наборного поля, первые контакты управляющей обмотки реле с первого по n+4 соединены с первого по n+4 выходами наборного поля, вторые контакты управляющих обмоток заземлены. Связь между реле и управляющими обмотками показана пунктиром.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена схема заявляемого стенда.
На фиг.2 представлена схема наборного поля стенда с линиями управления реле и отказов.
На фиг.3 представлена схема имитации отказов исполнительных механизмов, где первый вход имитирует короткое замыкание, второй - обрыв.
На фиг.4 представлена схема имитации отказов датчиков, где третий вход имитирует обрыв, четвертый - короткое замыкание.
На фиг.5 представлена схема имитации отказов двигателя.
На фиг.6 приведен график положения исполнительного механизма (ИМ) u(t) при отказе в виде короткого замыкания.
На фиг.7 представлен график положения исполнительного механизма (ИМ) u(t) при отказе в виде обрыва электрической цепи.
Стенд содержит (см. фиг.1) исполнительные механизмы 1, n+4 реле 2, 3, 4, 5, 6, 7, с управляющими обмотками 8, 9, 10, 11, 12, 13, n+1 источников постоянного напряжения 14, 15, 16, k кнопок включения отказов 17, наборное поле 18, сумматор 19, датчики 20, ГТД 21, технологические стендовые системы 22, пульт 23, цифровую систему автоматического управления и контроля 24, интерфейс 25, персональный компьютер 26, причем исполнительные механизмы соединены с ГТД 21, персональный компьютер подключен через интерфейс 25 к цифровой системе автоматического управления и контроля 24, пульт 23 соединен с ЦСАУК 24, технологические стендовые системы соединены 22 с ГТД 21, пульт 23 соединен с технологическими стендовыми системами 22, выход ГТД 21 соединен с датчиками 20, наборное поле 18 (см. фиг.2), соединенное с управляющей обмоткой реле 8, 9, 10, 11, 12, 13, k(n+4) тумблеров в наборном поле 18, причем первый контакт первого реле 2 соединен со входом исполнительных механизмов 1 (см. фиг.3), второй контакт первого реле 2 заземлен, первый контакт второго реле 3 соединен с третьим контактом первого реле 2, третий контакт третьего реле 4 соединен со входом ЦСАУК 24 (см. фиг.4), выход ЦСАУК 24 соединен с третьим контактом второго реле 3, третий контакт четвертого реле 5 соединен с первым контактом третьего реле 4, второй контакт четвертого реле 5 заземлен, выход датчиков 20 соединен с первым входом сумматора 19 (см. фиг.5), третьи контакты с пятого по n+4 реле 6, 7 соединены со входами сумматора 19 соответственно, выходы источников напряжения с первого по n 14, 15 соединены со вторыми контактами с пятого по n+4-oe реле 6, 7, выход сумматора 19 соединен с первым входом четвертого реле 5, первый контакт кнопки включения отказов 17 соединен со входом (n+1)-го источника напряжения 16, второй контакт кнопки включения отказов соединен со входом наборного поля 18, первые контакты управляющей обмотки реле 8, 9, 10, 11, 12, 13 с первого по n+4 соединены с первого по n+4 выходами наборного поля 18, вторые контакты управляющих обмоток заземлены. Связь между реле и управляющими обмотками показана пунктиром.
Стенд работает следующим образом.
В процессе испытаний технологические стендовые системы 22 обеспечивают газотурбинный двигатель 21 топливом, смазочным маслом и гидравлической жидкостью.
С пульта 23 подаются управляющие сигналы на включение и выключение технологических стендовых систем 22. На индикаторы пульта 23 выводятся сведения о работе технологических стендовых систем 22 (например, температура масла и давление в гидравлической системе), а также о работе ЦСАУК 24 (например, дискретные сигналы). Информация о состоянии ЦСАУК 24 (дискретные и аналоговые сигналы) передается через интерфейс 25 на персональный компьютер 26 для регистрации, отображения и анализа.
Параметры двигателя 21 (например, температура газа за турбиной) измеряются с помощью датчиков 20. С выхода датчиков 20 электрический сигнал (напряжение которого пропорционально измеренному параметру) поступает на первый вход сумматора 19 (см. фиг.5). На входы со второго по (n+1)-ый сумматора 19 поступают электрические напряжения с третьих контактов реле с пятого по (n+4)-ое 6, 7 соответственно. Постоянные напряжения, соответствующие изменению параметров двигателя при наступлении различных отказов, поступают с выходов источников постоянного напряжения с первого по n-ый 14, 15 на вторые контакты реле с пятого по (n+4)-ое 6, 7 соответственно. При имитации отказов двигателя на управляющую обмотку одного или нескольких реле 12, 13 поступает напряжение с выходов с пятого по (n+4)-ый наборного поля 18. При этом соответствующие реле замыкают второй и третий контакты. Если на управляющую обмотку не поступает напряжение, то в реле замкнуты первый и третий контакты. В результате на выходе сумматора 19 к сигналу датчика 20 добавляется напряжение, имитирующее изменение параметра двигателя для выбранного отказа или нескольких отказов.
Выходной сигнал сумматора 19 поступает на первый контакт четвертого реле.
При имитации короткого замыкания электрической цепи датчика 20 на управляющую обмотку четвертого реле 11 поступает напряжение с четвертого выхода наборного поля 18 (см. фиг.4). При этом в четвертом реле размыкаются первый и третий контакты, и замыкаются второй и третий контакты. Таким образом, на первый контакт третьего реле поступает нулевое напряжение с заземленного второго контакта четвертого реле. В результате на вход ЦСАУК 24 вместо напряжения с датчика поступает нулевое напряжение с третьего контакта третьего реле.
При имитации обрыва электрической цепи датчика 20 с третьего выхода наборного поля 18 поступает напряжение на управляющую обмотку 10 третьего реле. При этом третье реле размыкает первый и третий контакты и входная электрическая цепь ЦСАУК 24 оказывается разорванной.
ЦСАУК 24 на основе полученного сигнала с датчика 20 формирует управляющее воздействие для изменения режима работы двигателя 21. Управляющее воздействие с выхода ЦСАУК 24 поступает на вход исполнительного механизма 1 через первое и второе реле (см. фиг.3). В исходном состоянии в первом и втором реле замкнуты первый и третий контакты, и сигнал с выхода ЦСАУК 24 поступает на вход исполнительного механизма 1 без изменений.
При имитации обрыва электрической цепи исполнительного механизма 1 со второго выхода наборного поля 18 поступает напряжение на управляющую обмотку 9 второго реле. При этом второе реле размыкает первый и третий контакты, и выходная электрическая цепь ЦСАУК 24 оказывается разорванной.
При имитации короткого замыкания электрической цепи исполнительного механизма 1 на управляющую обмотку первого реле 8 поступает напряжение с первого выхода наборного поля 18. При этом в первом реле размыкаются первый и третий контакты, и замыкаются второй и третий контакты. Таким образом, на первый контакт второго реле поступает нулевое напряжение с заземленного второго контакта первого реле. В результате выходная электрическая цепь ЦСАУК 24 оказывается замкнутой на «землю», т.е. соединяется с нулевым проводом источника питания.
Исполнительный механизм 1 получает управляющее напряжение с выхода ЦСАУК 24, в соответствии с этим напряжением он перемежается и изменяет расход топлива, поступающего в двигатель 21.
Для выбора имитируемого отказа используются k кнопок включения отказов (см. фиг.2). При нажатии одной из этих кнопок на соответствующий вход наборного поля 18 поступает напряжение Uп с (n+1)-го источника постоянного напряжения 16. В наборном поле 18 заранее замыкают тумблеры, соответствующие имитируемым отказом двигателя, датчика или исполнительного механизма.
Использование предлагаемого стенда для испытаний газотурбинных двигателей совместно с цифровой системой автоматического управления и контроля обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
а) позволяет моделировать различные отказы датчиков, исполнительных механизмов и двигателя при стендовых испытаниях ГТД совместно с ЦСАУК;
б) снижается объем дорогостоящих натурных испытаний ГТД совместно с ЦСАУК на двигателе и самолете, в которых отрабатываются отказы путем повреждения механических и электрических элементов ГТД и ЦСАУК.