УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ОСНОВНУЮ КАМЕРУ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
EMERGENCY CONTROL DEVICE OF FUEL SUPPLY TO MAIN COMBUSTION CHAMBER OF GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой газотурбинных двигателей (ГТД) летательных аппаратов в аварийных ситуациях при отказе одного или нескольких агрегатов системы подачи топлива.
В процессе эксплуатации ГТД, установленных на самолетах, возможно возникновение отказов в его системах. Весьма опасными являются отказы в системе топливопитания ГТД в полете самолета, которые зачастую приводят к аварии. Для предотвращения данной ситуации наиболее распространено дублирование основных узлов и блоков управления систем ГТД, что весьма усложняет ее, кроме того, нет гарантии, что агрегаты дублирующей системы не выйдут из строя, тем более, что в практике эксплуатации ГТД такие случаи имели место.
Настоящее решение направлено на обеспечение возможности кратковременного аварийного управления ГТД пилотом при отказе в системе топливопитания, в течение времени, необходимого, например, для посадки самолета.
Известна система автоматического управления газотурбинным двигателем, содержащая основной и дублирующий цифровые электронные регуляторы, 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 ГТД и блок математической модели ГТД.
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 ГТД.
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. F02C 9/28, 1989 г.).
В результате анализа известной системы управления ГТД 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. При отказе какого-либо блока дублирующего контура система выходит из строя. Кроме того, известная система весьма сложна.
Известна система топливопитания ГТД, содержащая струйные датчики оборотов двигателя и температуры газов двигателя, соединенные с турбиной, связанной с турбокомпрессором высокого давления. Рычаг управления двигателем через первый вход блока подачи топлива соединен с турбиной, датчик оборотов двигателя и датчик температуры газов через блок срезки топлива соединены со вторым входом блока подачи топлива. Турбокомпрессор первым выходом соединен со струйным датчиком-преобразователем, первый выход которого через фильтр соединен с блоком срезки топлива и первым входом блока делителя-корректора. Второй выход датчика-преобразователя через температурный анализатор соединен с блоком срезки топлива и вторым входом блока делителя-корректора, выход которого соединен с третьим входом блока подачи топлива. Второй выход турбокомпрессора соединен со струйной частью блока подачи топлива и струйным входом автономного генератора электропитания, выход которого через траверсу соединен с датчиком оборотов двигателя. Корректор соединен с блоком срезки топлива. Основной канал регулирования содержит рычаг управления двигателем, струйный блок подачи топлива, турбину, струйные датчики, турбокомпрессор, струйный датчик-преобразователь и блок делителя-корректора.
Аварийный канал регулирования содержит струйный датчик, струйный автономный генератор электропитания, траверсу, фильтр, температурный анализатор и блок срезки топлива. Турбина, турбокомпрессор и траверса соединены между собой постоянно.
Если в электронном сигнале второго выхода датчика-преобразователя появляется информация от ускоренного приращения температуры турбокомпрессора в месте установки датчика-преобразователя, то температурный анализатор включается и на его выходе появляется сигнал логической единицы. Если сигналы на выходах фильтра и температурного анализатора появляются одновременно, то блок срезки топлива включается и осуществляется срезка топлива по программе ликвидации помпажа.
Если температура выхлопных газов двигателя начинает превышать заранее заданное значение, то датчик температуры газов включается и вырабатывает сигнал логической единицы. Блок срезки топлива включается и осуществляется срезка топлива по программе ликвидации перегрева двигателя.
Если на выходе датчика оборотов двигателя частотный сигнал модуляции превышает по частоте заранее заданное значение, то блок срезки топлива включается и осуществляется срезка топлива по программе ликвидации максимальных оборотов турбины.
Система топливопитания ГТД может работать в режиме тумблерного управления. (см. патент РФ №2022143, кл. F02C 9/28, 1994 г.) - наиболее близкий аналог. Известная система топливопитания ГТД выполнена на базе струйной техники, обеспечивает повышение надежности работы ГТД в режиме резервного или аварийного каналов регулирования. Однако данная система не предусматривает возможности регулирования подачи топлива в режиме отказа двух контуров ее управления.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства аварийного управления подачей топлива в основную камеру сгорания ГТД, обеспечивающего возможность ручного управления подачей топлива в ГТД при отказе системы топливопитания.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве аварийного управления подачей топлива в основную камеру сгорания газотурбинного двигателя, содержащем топливный насос, имеющий возможность соединения с топливным баком и связанный с регулятором подачи топлива, а также распределитель топлива по коллекторам форсунок камеры сгорания, новым является то, что устройство оснащено переключающим краном, имеющим два входа и два выхода, первый вход крана связан с выходом регулятора, а первый выход - с входом насоса, второй выход крана связан с распределителем топлива, причем устройство оснащено дозатором с приводом перемещения его дозирующего элемента и пультом управления, включающим переключатель подачи электропитания, имеющий возможность соединения с источником электропитания, а также переключатель крана и орган ручного формирования режима подачи топлива, связанные с переключателем, при этом переключатель крана связан с краном, а орган ручного формирования режима подачи топлива связан с приводом перемещения дозирующего элемента дозатора, вход которого связан с выходом топливного насоса, а выход связан с вторым входом переключающего крана.
Устройство может быть снабжено ограничителем расхода подачи топлива, корректором внешних условий и резервным топливным насосом, имеющим возможность соединения с топливным баком и соединенным с входом ограничителя расхода подачи топлива, первый выход которого связан с корректором внешних условий, выход которого подведен к магистрали, связывающей топливный насос с топливным баком, а второй выход ограничителя расхода связан с входом дозирующего устройства.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема устройства аварийного управления подачей топлива в основную камеру сгорания газотурбинного двигателя.
Устройство содержит насос 1, вход которого связан с топливным баком 2, а выход - с регулятором 3 подачи топлива. Выход регулятора подачи топлива связан с первым входом переключающего крана 4, первый выход которого связан с распределителем 5 топлива по форсункам 6, которые подают топливо в основную камеру сгорания двигателя. Выход насоса 1 имеет возможность соединения с дозатором 7, оснащенным элементом 8 управления его дозирующего элемента, выход дозатора 7 связан со вторым входом переключающего крана 4, второй выход которого связан с входом насоса 1.
Элемент управления 8 имеет возможность связи с пультом 9 ручного управления подачей топлива, а именно с органом 10 ручного управления подачей топлива (например, рычагом). В пульт 9 также входят связанный с источником электроэнергии 11 переключатель 12 подачи электропитания, связанный с органом 10 ручного управления и с переключателем 13 положения крана 4, имеющим возможность связи с переключающим краном 4.
Устройство может быть дополнительно оснащено ограничителем 14 расхода топлива, вход которого связан с резервным насосом 15 для подачи топлива, вход резервного насоса связан с топливным баком 2, а выходы ограничителя расхода связаны с входом дозатора 7 и с корректором 16 внешних условий, выход которого связан с входом насоса 1.
Под связями в настоящей заявке понимаются магистрали подачи топлива и электрические кабели.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы устройства топливо насосом 1 из бака 2 подается на регулятор 3, откуда дозировано поступает на переключающий кран 4, который находится в положении, связывающим выход регулятора 3 с распределителем 5 топлива по коллекторам, через которые оно поступает в форсунки 6 для подачи в основную камеру сгорания газотурбинного двигателя. Излишки топлива через выход дозирующего крана отводятся на вход насоса 1. Регулятор 3 осуществляет дозирование необходимой величины расхода топлива для поддержания заданной величины регулируемого параметра. Регулятор может быть выполнен в виде гидравлического дозирующего устройства управляемого электронным блоком или гидромеханическим счетно-решающим устройством, например изодромным регулятором частоты вращения ротора двигателя.
В случае аварийной ситуации, например выходе из строя регулятора 3, пилот с пульта управления 9 включает посредством переключателя 12 источник энергии 11 и переключатель 13 крана 4, в результате чего второй вход крана сообщается с выходом дозирующего устройства, а первый отключается от регулятора. Органом 10 ручного управления (например, рукояткой) вводится в действие элемент 8 управления дозатором 7, который перемещением дозирующего элемента задает закон подачи топлива через второй вход дозирующего крана в распределитель 5 к форсункам 6. В качестве дозирующего устройства может быть использован дозирующий кран с профилированным отверстием, от перемещения которого (дозирующего крана) зависит величина подаваемого в камеру сгорания топлива через распределитель топлива, а в качестве элемента управления дозирующим устройством - например, шаговый мотор или дифференциальный сельсин.
В случае аварийной ситуации, связанной с выходом из строя насоса 1 (или насоса и распределителя), пилотом включается резервный насос 15, который подает топливо из бака 2 в ограничитель 14 расхода топлива, который предназначен для ограничения максимальной величины расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания. Ограничение расхода топлива необходимо для защиты двигателя от превышения недопустимого увеличения расхода топлива при ручном управлении. Ограничитель расхода может быть выполнен в виде клапана, перепускающего излишки топлива на вход в насос. Момент открытия клапана определяется затяжкой пружины в нем.
вх
Так как на разных высотах полета максимально допустимая величина расхода топлива различная, то целесообразно настройку ограничителя расхода корректировать настройкой корректора внешних условий по параметру, характеризующему внешние условия полета, например по давлению воздуха Р. Конструктивно блок может быть выполнен в виде сильфона, прогиб мембраны которого влияет на затяжку пружины клапана.
Из ограничителя часть топлива подается на корректор 16 внешних условий и далее сливается в бак 2, а основная часть топлива подается через ограничитель на переключающий кран, представляющий собой двухпозиционный гидравлический кран с двумя входами и двумя выходами, управляемый электрическим приводом, и далее, на распределитель 5 топлива по форсункам 6.
Таким образом, при функционировании устройства возможно аварийное ручное управление подачей топлива в основную камеру ГТД.