СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБОВИНТОВОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ
METHOD TO CONTROL TURBOPROP POWER PLANT

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления турбовинтовыми силовыми установками (СУ).
Известен способ управления турбовинтовой СУ, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора двигателя, сравнивают ее с заданным значением и в соответствии с полученным рассогласованием изменяют угол установки лопастей воздушного винта (далее по тексту - ВВ) (Руководство по эксплуатации турбовинтового двигателя АИ-20Б. ЗМКБ «Прогресс» им. А.Ивченко, г.Запорожье, 1958 г., с.23).
Недостатком этого способа является следующее.
Характеристики турбовинтовой СУ «расслаиваются» по высоте и скорости полета самолета. Выбранный закон управления
где
n тк - частота вращения ротора турбокомпрессора,
«точечный» (выбран для одного режима работы СУ), и не учитывают высоту и скорость полета самолета. Поэтому на некоторых режимах полета самолета не обеспечивается эффективное управление ВВ, что снижает надежность работы СУ и безопасность самолета.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления турбовинтовой СУ, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения ВВ, сравнивают ее с заданным значением и в соответствии с полученным рассогласованием изменяют угол установки лопастей ВВ (Выбор оптимальных законов и структур каналов управления ТВВД. ЦИАМ, №10671, 1986, с.21, 30-31, 61).
Недостатком этого способа является следующее.
При выборе минимального значения угла установки лопастей ВВ (защита от отрицательной тяги) не учитывают скорость полета самолета и характеристики ВВ. Поэтому на некоторых режимах полета самолета выбранное ограничение оказывается неэффективными, что приводит к возникновению т.н. отрицательной тяги ВВ, что снижает надежность работы турбовинтовой СУ и безопасность самолета.
Целью изобретения является повышение надежности работы турбовинтовой СУ и безопасности самолета.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления турбовинтовой СУ, заключающемся в том, что измеряют частоту вращения ВВ, сравнивают ее с заданным значением и в соответствии с полученным рассогласованием изменяют угол установки лопастей ВВ, дополнительно измеряют фактический угол установки лопастей ВВ и скорость набегающего потока воздуха на входе в ВВ, вычисляют отношение скорости потока к частоте вращения ВВ, умноженной на наперед заданную величину диаметра ВВ, по вычисленному отношению формируют минимально допустимое значение угла установки лопастей ВВ, сравнивают его с измеренным фактическим и ограничивают уменьшение фактического угла установки лопастей ВВ ниже минимально допустимого значения.
На фигуре 1 представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор (ЭР) 2, электрогидропреобразователь (ЭГП) 3, гидропривод 4 лопастей ВВ, положение которых измеряется с помощью блока 1.
ЭР 2 представляет собой специализированную цифровую вычислительную машину (ЦВМ), содержащую процессорный блок, постоянное (ПЗУ), перепрограммируемое (ППЗУ) и оперативное (ОЗУ) запоминающие устройства и оснащенную устройствами ввода/вывода (на фигуре не показаны).
Устройство работает следующим образом. ЭР 2 по сигналам датчиков из БД 1 измеряет частоту вращения ВВ, сравнивает ее с заданным значением, например:
где
n вв зад. - заданная частота вращения ВВ,
или
где
n вв зад. - заданная частота вращения ВВ,
α руд - положение рычага управления двигателем (РУД), рассчитывается в ЭР 2 по сигналам из БД 1.
В соответствии с полученным рассогласованием ЭР 2 формирует управляющий сигнал на ЭГП 3. ЭГП 3 управляет положением гидропривода 4, перемещение которого изменяет угол установки лопастей ВВ до момента, пока измеренная частота вращения ВВ не станет равной заданной.
Дополнительно, ЭР 2 по сигналам из БД 1 измеряет фактический угол установки лопастей ВВ и скорость набегающего потока воздуха на входе в ВВ, вычисляет величину χ как отношение скорости потока к частоте вращения ВВ, умноженной на наперед заданную величину диаметра ВВ (хранится в энергонезависимой памяти ЭР 2, заносится туда в процессе приемо-сдаточных испытаний двигателя):
где
Vп - скорость набегающего потока воздуха на входе в ВВ, [м/с];
nв - частота вращения ВВ, [1/мин];
Dвв - диаметр ВВ, [м],
K=60.
Далее в ЭР 2 по зависимости, определяемой для каждого типа СУ расчетно-экспериментальным методом (хранится в энергонезависимой памяти ЭР 2, заносится туда в процессе приемо-сдаточных испытаний двигателя), рассчитывается минимально допустимое значение угла установки лопастей ВВ φ min:
где
φ min - заданное в зависимости от значения критерия χ минимальное значение угла установки лопастей ВВ;
χ - критерий, рассчитанный по формуле (4).
Пример зависимости (5) для самолета Ан-140 с ВВ АВ-140 приведен в таблице 1.
Таблица 1
X
0,65
0,75
0,9
1,1
1,35
1,6
2,1
3,25
5,6
φ min,
6
10
15
20
25
30
40
55
75
градус
Данные из таблицы 1 хранятся в энергонезависимой памяти агрегата РЭД-2000, входящего в состав САУ двигателя ТВ3-117 ВМА-СБМ1 силовой установки самолета Ан-140. Описание логики работы агрегата РЭД-2000 приведено в документе «Руководство по эксплуатации двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1», ЗМКБ «Прогресс» им. А.Ивченко, Запорожье, 1998 г. в разделе «Система автоматического управления», с.123-131.
Далее ЭР 2 сравнивает минимально допустимое значение угла установки лопастей ВВ с измеренным фактическим и ограничивает уменьшение фактического угла установки лопастей ВВ ниже минимально допустимого значения.
Таким образом, обеспечивается защита ВВ от отрицательной тяги, что повышает надежность работы турбовинтовой СУ и безопасность самолета.