СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
GAS TURBINE ENGINE CONTROL METHOD

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).
Известен способ управления ГТД, заключающийся в том, что по сигналу от сигнализатора помпажа выключают ГТД, Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.33-35.
Недостатком известного способа является его низкая эффективность и невозможность использования на ГТД входящих в состав одномоторных силовых установок (СУ) вертолетов и самолетов.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТД, заключающийся в том, что на работающем двигателе с помощью сигнализатора помпажа определяют начало помпажа компрессора, для ликвидации помпажа включают клапан останова (КО) и прекращают подачу топлива в камеру сгорания (КС) ГТД на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТД, после истечения этого времени выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД, Черкасов Б.А., «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1988 г., с.111-112.
Недостатком известного способа является следующее. Прекращение подачи топлива в КС обычно обеспечивает вывод компрессора двигателя из помпажа. Но процесс восстановления запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора сильно зависит от индивидуальных характеристик ГТД. Особенно это касается современных ГТД (ПС-90А, ПС-90А1, ПС-90А2), газогенераторы которых «выжаты» в смысле запасов ГДУ для обеспечения экономических эксплуатационных характеристик двигателя.
Это приводит к тому, что для современных ГТД предлагаемый способ восстановления расхода топлива (через наперед заданное время - в прежнем объеме) может усугубить состояние двигателя - в случае, если к моменту истечения наперед заданного времени двигатель еще не вышел из помпажа, или вызвать повторный помпаж - если к моменту истечения наперед заданного времени двигатель еще не набрал необходимого запаса ГДУ.
Это снижает надежность работы двигателя и может привести к необходимости его выключения. Это снижает надежность работы ГТД и безопасность летательного аппарата (ЛА).
Целью изобретения является повышение качества работы САУ в части защиты ГТД от помпажа и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТД, заключающемся в том, что на работающем двигателе для ликвидации помпажа включают КО и прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТД, после истечения этого времени выключают КО и возобновляют подачу топлива в КС ГТД, дополнительно на всех режимах работы ГТД от «малого газа» до максимального измеряют давление воздуха за компрессором ГТД, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость больше второй наперед заданной величины, формируют сигнал «Помпаж», выдают его на индикатор в кабине пилота и начинают ликвидацию помпажа, причем дополнительно к отсечке топлива открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТД и из-за компрессора ГТД и включают агрегат зажигания на наперед заданное время, определяемое расчетно-экспериментальным путем, если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - меньше второй наперед заданной величины, снимают сигнал «Помпаж» и осуществляют управление ГТД в соответствии со штатными программами управления, при этом программу ограничения расхода топлива в КС ГТД занижают на наперед заданную величину на наперед заданное время, значения которых определяют расчетно-экспериментальным путем.
На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (РЭД), дозирующий агрегат 3 (ДГ), клапан 4 останова (КО), причем ДГ 3 подключен к БД 1, а КО 4 - к РЭД 2, командный агрегат 5 (КА), вход которого подключен к РЭД 2, а выход - к агрегату 6 исполнительных клапанов (АИК).
РЭД 2 представляет собой бортовой вычислительный комплекс, включающий в себя устройства ввода/вывода и вычислитель, содержащий процессорную часть, постоянную, оперативную и перепрограммируемую области памяти.
Устройство работает следующим образом.
Пилот, управляющий ГТД, с помощью рычага управления двигателем (РУД - на чертеже не показан), положение которого измеряют с помощью БД 1, задает режим работы ГТД: запуск, «малый газ», номинальный режим, максимальный режим.
Положение РУД передается из БД 1 в РЭД 2. РЭД 2 в соответствии с положением РУД по сигналам датчиков параметров воздушного потока на входе в двигатель и параметров газогенератора, получаемых из БД 1, по известным зависимостям (см., например, книгу Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.117-135) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТД и заданное положение элементов механизации компрессора ГТД (клапанов перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней - ЗПВ КНД - на фигуре не показаны, клапанов перепуска воздуха из-за компрессора - КПВ КВД - на фигуре не показаны, лопаток входного направляющего аппарата - ВНА - на фигуре не показаны). Расходом топлива в КС управляют по командам РЭД 2 с помощью ДГ 3 и КО 4. При нормальной работе ГТД КО 4 находится в положении «Открыт». Положением механизации компрессора ГТД управляют по командам РЭД 2 с помощью КА 5 и АИК 6. Дополнительно РЭД 2 может выдавать управляющие команды на индикатор «Помпаж» в кабине пилота и агрегат зажигания (A3) - на чертеже не показаны.
вд
вд
Дополнительно на всех режимах работы ГТД от «малого газа» (для двигателя ПД-14 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь это 5000 об/мин по частоте вращения ротора высокого давления n) до максимального (n=14000 об/мин) в РЭД 2 с помощью БД 1 измеряют давление воздуха за компрессором ГТД и вычисляют относительное изменение давления воздуха за компрессором и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально:
где
- размах пульсационной составляющей давления воздуха;
- максимальное давление за каждый цикл колебаний давления при вознкиновении помпажных явлений в компрессоре ГТД;
А - первая наперед заданная величина (для ПД-14 эта величина меняется в диапазоне от 0,4 до 0,55 - в заивсимости от конкретного двигателя, значение А уточняется и заносится в энергонезависимую память РЭД 2 в процессе сдаточных испытаний ГТД);
где
- величина изменения давления за время Δτ;
- величина давления в момент перед началом изменения давления в интервале времени Δτ;
Δτ - интервал времени (для ПД-14 эта величина составляет 0,01 с);
Б - вторая наперед заданная величина (для ПД-14 эта величина равна 7).
Если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - больше второй наперед заданной величиной, на выходе РЭД 2 формируют команды, по которым
- зажигают индикатор «Помпаж» в кабине пилота;
- включают КО (переводят его в положение «Закрыт») и прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время (для ПД-14 это время составляет 0,3 с);
- с помощью КА 6 и АИК 7 открывают клапаны перепуска воздуха из-за промежуточных ступеней компрессора ГТД (ЗПВ КНД) и из-за компрессора ГТД (КПВ КВД);
- включают агрегат зажигания AЗ на наперед заданное время (для ПД-14 это время составляет 10 с).
Если после этого относительное изменение давления стало меньше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - меньше второй наперед заданной величиной, снимают сигнал «Помпаж» и по командам РЭД 2 с помощью ДГ 3, КА 5, АИК 6 осуществляют управление ГТУ в соответствии со штатными программами управления, причем программу ограничения расхода топлива в КС ГТД занижают на наперед заданную величину на наперед заданное время, значения которых определяют расчетно-экспериментальным путем (для ПД-14, например, программу
где Gт - заданный расход топлива в КС;
- величина давления воздуха за компрессором;
вд пр
n - частота вращения ротора высокого давления, приведенная по температуре воздуха на входе в двигатель, занижают на 10% на время 4 с).
Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ в части защиты ГТД от помпажа: выполняются действия, позволяющие вывести компрессор из помпажа без риска возникновения повторного помпажа, приводящего к необходимости выключения двигателя. Это повышает надежность работы ГТД и безопасность ЛА.