УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится преимущественно к авиации и может быть использована для регулирования газотурбинных двигателей летательных аппаратов.
Известна система автоматического управления газотурбинным двигателем, содержащая основной и дублирующий цифровые электронные регуляторы (вычислители), каждый из которых снабжен блоком контроля его исправности, два пропорционально-интегральных усилителя, два переключателя, аварийный гидромеханический регулятор, исполнительный механизм, логические элементы «И», «ИЛИ», компаратор, блок обнаружения неисправностей датчиков газотурбинного двигателя и блок математической модели газотурбинного двигателя.
Первые выходы блоков контроля исправности цифровых электронных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам элемента «И», а их вторые выходы - соответственно к первому и второму входам элемента «ИЛИ».
Первые выходы основного и дублирующего цифровых электронных регуляторов подключены к первому и второму входам компаратора и входам соответственно первого и второго усилителей, выход первого из которых подключен к первому входу первого переключателя, второй вход которого подключен к третьему выходу блока контроля исправности основного цифрового электронного регулятора. Вторые выходы цифровых электронных регуляторов подключены соответственно к первому и второму входам блока обнаружения неисправностей датчиков, а их первые входы - соответственно к первому и второму выходам данного блока, третий вход и третий выход которого подключены соответственно к первому выходу и первому входу блока математической модели газотурбинного двигателя.
Кроме того, система содержит датчик положения задающего золотника и датчик положения выходного звена исполнительного механизма, блок обнаружения неисправностей исполнительного механизма, блок математической модели исполнительного механизма, и третий переключатель.
В процессе функционирования системы при условии нормальной работы всех ее агрегатов, основным электронным регулятором определяется рассогласование между фактически измеренными и заданными значениями регулируемых параметров. Дублирующим электронным цифровым регулятором при этом определяется рассогласование между модельными оценками измеренных параметров и заданными значениями регулируемых параметров по той же программе, что и основным регулятором. Величины рассогласования подаются на первый и второй усилители, где формируются управляющие сигнал каналов, а также на первый и второй входы компаратора, где определяется величина рассогласования между селектированными ошибками каналов и сравнивается с предельно допустимой.
Управляющие сигналы с усилителей каждого канала подаются на входы переключателя, который работает по сигналу блока контроля основного электронного цифрового регулятора. В рабочем состоянии сформированный управляющий сигнал основного регулятора подается на вход второго переключателя и с него - на исполнительный механизм. Управляющие сигналы дублирующего регулятора при этом блокируются.
В процессе работы системы осуществляется оценка исправности исполнительного механизма, датчика положения выходного звена исполнительного механизма, датчиков первичной информации и исправность цифровых электронных регуляторов.
При одиночном отказе цифрового электронного регулятора, неисправность обнаруживается блоком контроля данного регулятора, сигнал с которого подается на второй вход первого переключателя, и он производит отключение от исполнительного механизма данного регулятора и включает в работу дублирующий цифровой электронный регулятор.
При переходе управления с основного на дублирующий регулятор за счет согласования текущих значений управляющих сигналов, обеспечивается плавный динамический процесс.
(см. патент РФ, №1642812, Кл. F 02 C 9/28, 1989 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной системы управления газотурбинным двигателем, необходимо отметить, что выполнение известной системы предусматривает в процессе ее функционирования работу только одного из регуляторов, основного или дублирующего, в случае отказа основного. В случае отказа какого-либо управляющего канала основного регулятора, он полностью отключается, хотя остальные его каналы управления исправны, и вводится в работу дублирующий регулятор. Такое выполнение системы снижает надежность ее работы и срок эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является разработка устройства автоматического управления газотурбинным двигателем, обеспечивающего надежное управление двигателем и обладающей высоким сроком эксплуатации.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве для автоматического управления газотурбинным двигателем, содержащем основной и дублирующий каналы управления исполнительными механизмами, каждый из каналов содержит вычислитель, входы которого соединены с устройством ввода, а выходы - с исполнительными элементами регулируемых механизмов двигателя, датчики которых соединены со входами вычислителей, а также источник питания, новым является то, что вычислители соединены между собой линией межканального обмена, каждый из каналов имеет дополнительный источник питания, а исполнительные механизмы управляются выходными каскадами, соединенными с исполнительными механизмами, и имеющими два входа, первый из которых имеет возможность соединения с выходами вычислителя основного канала, а второй - с выходами дублирующего.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «новизна».
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Устройство для автоматического управления газотурбинным двигателем обеспечивает регулирование следующих его параметров:
- максимальной частоты вращения роторов высоко и низкого давления в зависимости от температуры входного потока воздуха;
- регулирование максимальной температуры газов в зависимости от температуры входного потока воздуха, а также ограничение температуры газов за турбиной при запуске двигателя;
- регулирование положения закрылков входного направляющего аппарата компрессора низкого давления в зависимости от частоты вращения ротора низкого давления и температуры входного потока воздуха;
- противопомпажную защиту и повышение устойчивости работы двигателя при применении вооружения;
- управление включением форсажа и сигнализации о его розжиге;
- позиционирование панели воздухозаборника в соответствии с заданными программами регулирования;
- управление запуском и холодной прокруткой двигателя и турбостартера;
- управление включением охлаждения турбины;
- контроль и сигнализация предельных режимов турбостартера;
- формирование и выдача дискретных сигналов о режимах работы двигателя и системы автоматики двигателя и самолета;
- непрерывный автоматический контроль регулятора (самоконтроль) с выдачей сигналов в бортовые системы при его отказе.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема устройства для автоматического управления газотурбинным двигателем
Устройство размещают на борту самолета.
Устройство для управления газотурбинным двигателем выполнено в виде двух идентичных каналов, каждый из которых содержит вычислитель
(вычислители обозначены позициями 1 и 2). Вычислители соединены друг с другом шиной межканального обмена.
Для обеспечения работы системы она снабжена источником питания 3.
Для повышения надежности работы системы, каждый канал снабжен дополнительным (вторичным) источником питания (соответственно, 4 и 5).
Вычислители 1 и 2 своими входами соединены с выходами устройства 6 ввода. Вычислители 1 и 2 линией связи соединены с межканальным интерфейсом 7 системы управления.
Вычислители 1 и 2 соединены также с выходными каскадами, управляющими исполнительными механизмами объектов регулирования двигателя.
Для обеспечения выполнения функций, указанных выше, выходные каскады наиболее целесообразно объединять по группам.
Так, в данной системе управления выходные каскады объединены по следующим функциям:
- каскад 8 управления расходом топлива:
- каскад 9 управления направляющими аппаратами компрессора двигателя;
- каскад 10 управления воздухозаборником;
- каскад 11 управления остальными элементами системы.
Выходы каждого каскада связаны с исполнительными механизмами 12 своих механизмов регулирования элементов двигателя (не показаны). Управляемые перемещения исполнительных механизмов отслеживаются датчиками (не показаны), информация с которых поступает в устройство ввода 6, а с устройства ввода - на вычислители 1 и 2. (данные связи не показаны).
Каждый каскад имеет две группы входов.
Первая группа входов каждого каскада связана с выходами вычислителя 1, а вторая группа - с выходами вычислителя 2.
Все элементы, блоки и модули устройства, конструктивное выполнение которых не раскрыто в настоящей заявке, являются известными для специалистов и их выполнение не составляет предмета патентной охраны.
Устройство для автоматического управления газотурбинным двигателем работает следующим образом.
Для обеспечения функционирования устройства, система управления двигателем через интерфейс 7 определяет один из каналов устройства (например, канал с вычислителем 1) как основной, а другой канал (канал с вычислителем 2) - как дублирующий.
Управляющие сигналы поступают из системы управления на устройство ввода 6, а с него на входы вычислителей 1 и 2. В вычислителях 1 и 2 осуществляется сравнение управляющих сигналов с сигналами, поступающими на вычислители от датчиков положения исполнительных механизмов и в результате вырабатываются командные сигналы, которые имеют возможность поступления на выходные каскады для управления соответствующими исполнительными механизмами.
В процессе работы вычислителя 1, система управления блокирует выходы дублирующего вычислителя 2, а с основного вычислителя 1 командные сигналы поступают на выходные каскады и на исполнительные механизмы для регулирования положения управляемых элементов газотурбинного двигателя.
Таким образом, управление осуществляется одним из каналов устройства, а другой находится в «горячем» резерве.
В случае необходимости в работу вводятся (дополнительные) вторичные источники питания 4 и 5.
При отказе основного вычислителя 1, он отключается от работы и в работу вводится дублирующий вычислитель 2.
В случае отказа дублирующего вычислителя, находящегося в режиме «горячего» резерва, его выходы блокируются и он не может быть введен в работу, то есть ему не могут быть переданы функции управления при частичном или полном отказе дублирующего канала.
В случае, если в основном канале управления происходит сбой в управлении каким-либо каскадом (8, 9, 10, 11), то управление этим каскадом переходит к дублирующему каналу и в данному случае вступают в работу оба канала управления, каждый из которых осуществляет управление своими каскадами. При отказе управления основным каналом другого каскада, функции управления
данным каскадом аналогично описанному выше переходят к дублирующему каналу.
Выполнение системы регулирования позволяет осуществлять управление двигателем от основного или дублирующего каналов, а также передачу функций управления от основного канала дублирующему по мере возникновения неисправностей какого-либо элемента основного канала, то есть цепочка управления дублирующего канала включается в работу по мере отказа элементов основного канала.
Таким образом, при функционировании устройства возможно управление двигателем от основного канала, от дублирующего канала или совместно от двух каналов с разделением по цепочкам управления.