СПОСОБ ОТЛАДКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ
METHOD OF DEBUGGING OF GAS TURBINE ENGINE WITH AFTERBURNER

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета.
Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем измерения времени достижения давления топлива в форсажном коллекторе заданной величины, сравнения его с заданным и регулирования приемистости по результату сравнения. Для повышения эксплуатационной надежности путем повышения точности регулирования, дополнительно перед измерением времени достижения давлением топлива в форсажном коллекторе заданной величины измеряют время до начала выдачи сигнала розжига форсажа, сравнивают его с заданным и по результату последнего дополнительно регулируют приемистость двигателя (авт. св. СССР №1245064, опубл. 1996.08.20).
Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, при котором измеряют расход воздуха на входе в двигатель, расходы топлива в основную и форсажную камеры сгорания, определяют по ним коэффициент избытка воздуха и за счет изменения расхода топлива в форсажную камеру добиваются обеспечения потребного значения коэффициента избытка воздуха.
0
Известный способ отладки расхода топлива в форсажную камеру ГТД исходит из условия обеспечения заданного значения коэффициента избытка воздуха  где  - расход воздуха,  и  - расход топлива соответственно в основной и форсажной камерах, L - расход воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива (Ю.Н.Нечаев, P.M.Федоров. Теория авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978, часть 2, стр.70).
Для реализации этого способа необходимо замерить  Такие замеры реализованы при стендовых испытаниях ГТД при контрольно-сдаточных испытаниях. Однако в эксплуатации на самолете замерить эти параметры не представляется возможным, т.к. точность штатных самолетных расходомеров не достаточна для отладки  а расход воздуха на самолете не замеряется.
ф
ф
Заданное значение  определяется из условия обеспечения заданного значения тяги (R) на форсаже, определяемом температурой газа на срезе реактивного сопла в форсажной камере (Т). При этом  и Т связаны зависимостью
н
где Т - температура воздуха на входе в ГТД.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы газотурбинного двигателя самолета с форсажной камерой сгорания топлива за счет приближения работы двигателя к расчетным режимам.
Технический результат - отладка расхода топлива в форсажную камеру в условиях эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в способе отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем отладки расхода топлива в форсажную камеру, включающим измерение температуры газов и размеров проходного сечения реактивного сопла, измеряют температуру газа за турбиной и размер проходного сечения реактивного сопла на бесфорсажном режиме работы двигателя, определяют по ним потребное значение площади реактивного сопла на форсажном режиме, и отлаживают коэффициент избытка воздуха воздействием на расход топлива в форсажную камеру до тех пор, пока проходная площадь сопла не сравняется с потребной, при этом потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле
гф
гм
т
фза
где F и F - площади реактивного сопла на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Т и Т - замеренное и заданное значение температуры газа за турбиной, а форсажный и бесфорсажный режимы осуществляют при одинаковом режиме работы турбокомпрессора газотурбинного двигателя.
При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле
см
где Т - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.
гм
гф
В заявляемом изобретении предлагается отладку расхода топлива в форсажную камеру осуществлять путем оценки площади горла реактивного сопла на бесфорсажном и форсажном режимах (F и F) при одинаковом режиме работы турбокомпрессора.
Известно, что
т
где Т - температура газа за турбиной.
гф
гм
тф
тф
2
2
При одинаковой работе турбокомпрессора F =F +аG, где а - постоянный коэффициент, G - расход топлива в форсажной камере («Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов»./ Под ред. А.А.Шевякова, М.: Машиностроение, 1976, стр.32).
ф
м
гм
Таким образом, задавшись значением Т и, располагая значениями Т и F, по формуле
гф
тф
определяют потребное значение F и меняют G до тех пор, пока фактическая площадь сопла не сравняется с потребной.
гф
гм
тф
тф
к
к
2
Используя формулу F=F +аG можно контролировать работу автомата подачи форсажного топлива, например, по программе G/P=const, где P - давление в форсажной камере.
При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле
см
где Т - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.
Способ может быть реализован устройством, показанным на чертеже.
т
Т
гф
Т
Газотурбинный двигатель 1 снабжен датчиком 2 температуры Т газов за турбиной (температура газа в форсажной камере), датчиком 3 перепада давления газов на турбине (π), автоматом 4 управления F по сигналу (π), датчиком 5 положения гидроцилиндров сопла, автоматом 6 подачи форсажного топлива с настроечным элементом 7.
Устройство содержит пульт 10 наземного контроля, связанный входами с датчиками 2 и 5. Пульт 10 включает преобразователь сигналов 9, вычислитель 8, соединенный с преобразователем 9, элемент сравнения 11, связанный с выходами преобразователя 9 и вычислителя 8.
тф
Способ отладки G расхода топлива в форсажную камеру ГТД осуществляют следующим образом.
Запускают двигатель на бесфорсажном режиме.
т
На вход преобразователя сигналов 9 пульта поступают сигналы с датчика 2 температура Т газов за турбиной и с датчика 5 положения гидроцилиндров сопла.
На выходе преобразователя сигналов 9 формируется единый цифровой код сигналов датчиков, который поступает на вход в вычислитель 8. Сигналы с выхода преобразователя сигналов 9 поступают в вычислительное устройство 8 для расчета потребного значения площади реактивного сопла на форсажном режиме по формуле
гф
гм
т
фзад
где F и F - площади реактивного сопла на форсажном и бесфорсажном режимах соответственно, Т и Т - замеренное и заданное значение температуры газа за турбиной. При отладке двухконтурных газотурбинных двигателей, потребное значение площади реактивного сопла определяют по формуле
2т
где Т - температура газов за турбиной после смешения обоих потоков.
Сигнал с выхода вычислительного устройства 8 в качестве потребной площади реактивного сопла поступает на вход элемента сравнения 11.
Переводят работу двигателя в форсажный режим при том же режиме работы турбокомпрессора двигателя.
т
гф
На вход преобразователя сигналов 9 пульта поступают сигналы с датчика 2 температура Т газов сопла и датчика 5 положения гидроцилиндров сопла. Преобразованный сигнал с выхода преобразователя сигналов 9 поступает на вход элемента сравнения 11, где он сравнивается с расчетным значением F. На выходе элемента сравнения 11 формируется сигнал ΔF, по которому меняется настройка автомата 6 подачи топлива за счет изменения настроечного элемента 7.
гф
Команда для изменения настройки автомата 6 подается (в ручном или автоматическом режиме) до тех пор, пока проходная площадь реактивного сопла не станет равной потребному значению F (ΔF=0).
Изобретение может быть использовано для отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета, в том числе двухконтурного в условиях эксплуатации самолета, например на летном поле.