СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ РЕВЕРСОРА ТЯГИ
METHOD OF CONTROLLING THRUST REVERSER MOTORS

Изобретение относится к способу управления электродвигателями привода подвижного капота при реверсоре тяги турбореактивного двигателя (ТРД).
Назначение реверсора тяги состоит в том, чтобы при посадке самолета повысить эффективность его торможения путем перенаправления вперед, по меньшей мере, части развиваемой ТРД тяги. При этом реверсор перекрывает сопло двигателя, перенаправляя реактивный поток вперед вдоль гондолы, в результате чего возникает обратная тяга, которая складывается с торможением колес самолета.
В зависимости от типа реверсора для перенаправления потока могут использоваться разные средства. Однако в любом случае в конструкции реверсора имеются подвижные капоты, установленные с возможностью перемещения из выпущенного положения, в котором они открывают в гондоле канал для отклоненного потока, в убранное положение, в котором они перекрывают указанный канал. Подвижные капоты могут также выполнять функцию собственно отклонения потока или ограничиваться активацией иных отклоняющих средств.
Так, например, в реверсорах решетчатого типа подвижные капоты установлены на рельсовых направляющих так, что при выпуске сдвигом назад они обнажают решетки отклоняющих лопаток, расположенные внутри стенок гондолы. Предусмотрена система тяг, связывающих подвижный капот с блокировочными дверцами, которые раскрываются внутрь воздушного канала, блокируя выход в режиме прямого потока. В реверсорах же створчатого типа подвижные капоты разворачивают таким образом, что они блокируют поток и отклоняют его, то есть активно работают на перенаправление потока.
Как правило, подвижные капоты приводят в действие силовыми гидро- или пневмоцилиндрами, которые требуют сети трубопроводов для подводки рабочей среды под давлением. Рабочую среду традиционно получают либо путем забора воздуха из ТРД, в случае пневматической системы, либо забором жидкости из гидравлической системы самолета. Подобные системы требуют значительных работ по техобслуживанию, так как малейшая утечка из гидро- или пневмосистемы, которую весьма сложно обнаружить, влечет за собой серьезные последствия как для реверсора тяги, так и для других узлов гондолы. Кроме того, малое пространство в лобовой раме реверсора дополнительно осложняет установку и защиту такого контура.
Для устранения различных недостатков, связанных с пневматическими и гидравлическими системами, разработчики реверсоров тяги пытаются вовсе от них избавиться, по возможности оснащая реверсоры электромеханическими исполнительными органами, сравнительно легкими и более надежными в работе. Пример такого реверсора можно найти в документе № ЕР 0843089.
Однако электромеханические исполнительные органы тоже страдают рядом недостатков, которые необходимо устранить, чтобы в полной мере реализовать преимущества таких органов в отношении массы и габаритов.
Один из главных их недостатков в том, что электродвигатель плохо переносит блокировку. Если электродвигатель случайно заблокировался, питающая его энергия уже не превращается в энергию движения, но рассеивается в виде тепла, что чревато повреждением силовых электронных цепей двигателя или его обмоток. Это неприемлемо в данной области техники, поэтому необходимо во что бы то ни стало избегать подобных ситуаций.
В случае прерванного захода на посадку подвижные капоты должны возвращаться в убранное положение в пределах шести секунд после подачи пилотом соответствующей команды. Однако известно, что аэродинамическое давление будет достаточно низким для электродвигателя, вырабатывающего момент 35 Н·м, всего через примерно три секунды после команды на выполнение маневра. Поэтому имеет место лишь временная блокировка электродвигателя.
Например, включение электродвигателя произошло через одну секунду после подачи команды. К этому моменту аэродинамическое давление все еще значительно превышает возможности электродвигателя, в результате чего имеет место блокировка, сопровождающаяся повышением его температуры. Интервал времени, по истечении которого аэродинамическое давление падает ниже мощности, которую может выработать электродвигатель, точно определить невозможно, поэтому задержка команды на маневр может привести к катастрофической потере времени, имея в виду шестисекундное требование, которое должно соблюдаться при прерванной посадке. Подобные же временные ограничения существуют и для иных случаев выпуска и убирания.
При этом подвижный капот реверсора тяги необходимо удерживать в том положении, в котором двигатель заблокировался, не допуская его возврата в исходное положение под действием внешних нагрузок. Такая фиксация позволит завершить выполнение команды сразу после разблокировки.
Следует иметь в виду, что интервал времени до того момента, когда можно будет безопасно включить электродвигатель, точно не известно и зависит от конкретных обстоятельств.
Задача настоящего изобретения - устранить вышеописанные недостатки. Она решается разработкой способа управления электродвигателем привода подвижного капота при реверсоре тяги ТРД, каковой способ отличается тем, что включает в себя следующие этапы:
- отслеживание текущего рабочего состояния электродвигателя;
- отключение питания электродвигателя, если перебой в его работе наблюдается в течение определенного времени;
- повторное включение электродвигателя после некоторого времени его бездействия и повторение предшествующих этапов либо окончательное отключение двигателя по исчерпании заданного числа попыток.
Таким образом, чередование работы электродвигателя с перерывами на его охлаждение позволяет предотвратить перегрев как самого двигателя, так и цепей электроники. Этот цикл повторяют неоднократно до разблокировки двигателя, после чего можно будет возобновить выполнение команды. В противном случае, если блокировка оказалась постоянной, двигатель окончательно останавливают, не дожидаясь перегрева. Вместо замены сгоревшего электродвигателя достаточно будет лишь разблокировать его при техобслуживании самолета после приземления. Так, изобретение защищает электродвигатель и его силовые электронные цепи, а также снижает объем работ по техобслуживанию.
Предпочтительно, чтобы длительность периода бездействия и/или длительность перебоя в работе была заранее задана. Совершенно очевидно, что реальные величины этих периодов зависят от конкретного электродвигателя, а также от его питания и изоляции. Максимальная длительность подачи тока в заблокированный двигатель и потребное время охлаждения могут быть с легкостью определены специалистами в данной области.
Для удержания температуры силовых электронных цепей и самого двигателя в областях желаемой величины целесообразно, чтобы длительность перерывов и/или перебоя в работе определялась на основе температуры двигателя, измеряемой соответствующим датчиком или, что проще, теоретическим исследованием.
Предпочтительно, чтобы заявляемый способ предусматривал дополнительный этап анализа некоторого параметра, характеризующего давление в тракте ТРД, и настройки соответствующей ему выходной мощности электродвигателя. Если анализ такого параметра показывает, что для приведения в действие подвижного капота достаточна пониженная мощность, то электродвигатель будет нагреваться медленнее, чем если бы он был включен на максимальную мощность.
Целесообразно, чтобы заявляемый способ предусматривал дополнительный этап перед выключением электродвигателя в случае перебоя в работе, состоящий в переключении электродвигателя на режим максимальной мощности, если таковой еще не включен. Повышение мощности двигателя повышает вероятность его разблокирования, что позволило бы продолжить выполнение команды на выпуск или уборку.
Сущность изобретения станет более понятной из нижеследующего детального описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 схематически показывает в аксонометрии часть гондолы с находящимся в ней решетчатым реверсором тяги.
Фиг.2 схематически показывает подвижные капоты и систему их привода.
Фиг.3 - блок-схема заявляемого способа управления.
Фиг.4 - кривая, демонстрирующая во времени, во-первых, уменьшение усилий сопротивления, связанных, со снижением оборотов двигателя, при подаче команды на выпуск или повторную уборку реверсора тяги, и, во-вторых, работу электродвигателя, управляемого способом согласно изобретению.
Перед тем как перейти к подробному рассмотрению вариантов осуществления, важно уточнить, что применимость описываемого здесь способа не ограничивается каким-то отдельным типом реверсора тяги. Хотя описание здесь дается на примере решетчатого реверсора, способ применим и для реверсоров иной конструкции, в частности створчатых.
На фиг.1 схематически показана часть гондолы с реверсором 1 тяги (ТРД не показан). Реверсор 1 тяги имеет два полукруглых подвижных капота 2, которые установлены с возможностью поступательного перемещения, с обнажением при этом решетки 3 отклоняющих лопаток, размещенных между подвижным капотом 2 и каналом отклоняемого воздушного потока 4. Блокировочные створки 5 установлены внутри конструкции с возможностью поворота из положения, в котором они не препятствуют циркуляции воздушного потока 4, в положение, в котором они блокируют циркуляцию. Для согласования выпуска подвижных капотов 2 с переводом створок 5 в блокирующую позицию последние механически связаны с подвижным капотом 2 шарнирами, а с неподвижной конструкцией - системой тяг (не показана).
Подвижные капоты 2 перемещаются вдоль наружной поверхности конструкции группой силовых цилиндров 6а, 6b, установленных на лобовой раме, внутри которой помещены электродвигатель 7 и гибкие передаточные валы 8а, 8b, соединенные соответственно с силовыми цилиндрами 6а, 6b и приводящие их в действие.
Отдельно система привода подвижных капотов 2 показана на фиг.2. Подвижные капоты 2 совершают поступательное перемещение под действием троек силовых цилиндров 6а, 6b, которые состоят из одного центрального цилиндра 6а и двух добавочных цилиндров 6b, приводимых в действие единственным электродвигателем 7, который связан с управляющим интерфейсом 9. Мощность электродвигателя 7 вначале раздается по двум гибким передаточным валам 8а на центральные силовые цилиндры 6а, а затем по гибким передаточным валам 8b - на добавочные цилиндры 6b.
На фиг.3 показана блок-схема заявляемого способа для случая штатного выпуска реверсора тяги 1.
Вначале пилот подает команду 100 на выпуск реверсора тяги. На этапе 101 происходит включение электродвигателя 7, что начинает процесс выпуска. На этапе 102 регулярно контролируют работу электродвигателя 7 в ходе выпуска. Если фактическая частота вращения электродвигателя 7 меньше 100 об/мин, тогда как задана частота более 200 об/мин, то считается, что электродвигатель 7 заблокирован, в каковом случае прибегают к заявляемому способу.
Прежде всего, выполняют этап 3, на котором анализируют фактический ход подвижного капота 2. Если ход составил менее 10 мм, то вероятно, что наблюдаемая блокировка обусловлена тем, что давление слишком велико для электродвигателя 7, который первоначально выдает незначительный вращающий момент (в данном случае 10 Н·м). В этом случае отдается команда 104 на задание для электродвигателя 7 более значительного момента, 35 Н·м. В противном случае сохраняется текущий вращающий момент 10 Н·м.
Можно ввести дополнительный этап для различения нескольких ситуаций, в частности штатного выпуска и выпуска в режиме прерванного взлета, который относится к аварийным и характеризуется высокими механическими нагрузками. При выпуске в режиме прерванного взлета на двигатель сразу подается максимальная мощность, соответствующая моменту 35 Н·м, тогда как при штатном выпуске первую попытку производят при пониженной теоретически достаточной мощности, прежде чем перейти к подаче большей мощности. Сказанное относится и к убиранию, для которого различают штатное и аварийное убирание в режиме прерванного захода на посадку.
После того как обнаружена блокировка и задан подходящий момент двигателя, дают команду 105 на включение таймера перегрева. По истечении заданного таймером периода, в данном случае не менее 0,5 с, при отсутствии вращения электродвигателя 7, дают команду 106 на отключение питания электродвигателя 7. При этом по команде 107 включается таймер охлаждения. Когда на таймере истечет период охлаждения, задаваемый в зависимости от используемого электродвигателя 7, последний повторно включают по команде 108. Повторное включение можно производить ограниченное число раз. Это число можно либо предварительно задать и отсчитывать, либо привязать его к определенной длительности рассматриваемого цикла. В частности, повторное включение 108 электродвигателя 7 и циклическое соотношение между выключением и повторным включением вычисляют так, чтобы удерживать температуру двигателя и/или элементов управления в окрестностях желаемой величины, что позволит поддерживать средний момент в указанном пилотом направлении, не допуская тепловых перегрузок, чреватых повреждением компонентов системы, и при этом уложиться в минимальное время, чтобы самолет мог уйти на второй круг и повторно зайти на посадку.
При исчерпании числа попыток или времени на выполнение цикла, если электродвигатель так и не разблокирован, его окончательно отключают, очевидно, чтобы можно было предусмотреть передачу пилоту сообщений о требующемся техобслуживании.
На фиг.4 показано применение заявляемого способа для случая убирания реверсора 1 тяги при прерванном заходе на посадку с высокой скоростью вращения ТРД. В таких условиях необходимо убрать подвижные капоты менее чем за 6 секунд после команды пилота, а электродвигатель 7 должен вырабатывать гораздо большую мощность, чем в случае штатной уборки, чтобы преодолеть воздействие больших аэродинамических напряжений, обусловленных высокой скоростью работы ТРД.
Однако, как видно на графике фиг.4, эти аэродинамические напряжения довольно быстро падают. Известно, что для электродвигателя с моментом 35 Н·м всего через примерно 3 секунды после подачи команды напряжения станут достаточно небольшими.
Для убирания капотов 2 в таких условиях возможны два решения - либо использовать электродвигатель, рассчитанный на высокие начальные напряжения, либо использовать менее мощный электродвигатель и включать его только после достаточного снижения напряжений. Здесь надо помнить о том, что в авиастроении решающее значение имеет масса оборудования и что из всех размещаемых в гондоле узлов наибольшая масса приходится на реверсор тяги. Поэтому следует стремиться по возможности снизить эту массу с соблюдением существующих требований к безопасности и прочности. Следовательно, предпочтительно решение, предусматривающее использование электродвигателя меньшей мощности.
Однако, как уже говорилось выше, нельзя точно определить момент включения электродвигателя. Далее, его слишком раннее включение опасно перегревом, если нагрузки, которые необходимо преодолеть, все еще слишком высоки. В этой ситуации особенно полезен заявляемый способ. Как показано на фиг.4, электродвигатель 7 включают, например, через 1 секунду после команды, и работает он с перерывами до тех пор, пока не снизятся в достаточной степени аэродинамические напряжения. Заявляемый способ позволяет выключать электродвигатель после некоторого периода блокировки, предотвращая перегрев, а также дать двигателю время на охлаждение перед тем, как предпринять очередную попытку. Кроме того, учтены также отклонения от теоретически предсказанного падения аэродинамических напряжений, что позволяет использовать электродвигатели меньшей мощности, то есть меньших габаритов и веса, при минимальном риске перегрева.
Хотя выше изобретение было описано применительно к отдельным примерам его осуществления, должно быть совершенно понятно, что оно ни в коем случае не ограничивается ими, но охватывает всевозможные технические эквиваленты рассмотренных здесь средств, а также их различные комбинации, которые не изменяют существо изобретения.