СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА В ФОРСАЖНУЮ КАМЕРУ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
CONTROL METHOD OF FUEL FLOW TO AFTERBURNER OF GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ТРДФ) с форсажной камерой сгорания (ФКС).
Известен способ управления расходом топлива в ФКС ТРДФ, заключающийся в том, что по измеренному давлению воздуха за компрессором двигателя управляют расходом топлива в ФКС (форсажным топливом) (Черкасов Б.А. «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1965).
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает сохранение неизменным режима работы газогенератора, т.к. влияние подачи форсажного топлива на перепад давлений на турбине не контролируется. Это может привести к значительному отклонению температуры газов перед турбиной от расчетного значения. Это, в свою очередь, снижает надежность работы двигателя и приводит к ускоренной выработке его ресурса.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления расходом топлива в ФКС ТРДФ, заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором двигателя, давлению газа за турбиной двигателя, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС (Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М., «Машиностроение», 1974 г.).
Недостатком этого способа является то, что он не учитывает существенное влияние конструкции топливной системы форсажного контура двигателя на динамику ФКС, а именно не учитывается влияние процесса заполнения топливных коллекторов на процесс изменения тяги двигателя в ходе форсажной приемистости. Это приводит к ступенчатому изменению эффективного расхода топлива и соответственно к ступенчатому изменению тяги двигателя в процессе приемистости. Для современных двигателей Ал-31Ф и Д30-Ф6, имеющих пять групп коллекторов в ФКС и жесткие требования по времени выхода двигателя на режим «полный форсаж» (1…2 с) без провалов по тяге, этот недостаток является существенным. Ступенчатое изменение эффективного расхода топлива может привести к недобору тяги двигателя в нужный момент. Это снижает надежность работы двигателя и безопасность ЛА.
Целью изобретения является повышение надежности работы двигателя и безопасности ЛА за счет повышения качества работы САУ на форсажных режимах работы двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления расходом топлива в ФКС ТРДФ, заключающемся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, давлению газа за турбиной двигателя, положению РУД и расходу топлива в ОКС сгорания управляют расходом топлива в ФКС, дополнительно в процессе форсажной приемистости при подключении очередного топливного коллектора ФКС на время его заполнения увеличивают расход форсажного топлива через «предыдущий» коллектор на величину объема очередного.
На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков параметров двигателя и воздуха на входе в двигатель, электронный регулятор 2 (ЭР) режимов работы двигателя, блок элекгрогидропреобразователей 3, к выходу блока 3 подключены дозаторы 4 форсажного топлива (по одному на каждый топливный коллектор ФКС), каждый дозатор 4 через свой запорный клапан (ЗК) 5 подключен к своему топливному коллектору ФКС, вход каждого ЗК 5 соединен с ЭР 2.
Устройство работает следующим образом.
По измеренным с помощью БД 1 температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором двигателя, давлению газа за турбиной двигателя, положению РУД и расходу топлива в ОКС ЭР 2 формирует заданное значение расхода топлива в ФКС
где Gт ф зад - заданный расход топлива в ФКС,
α руд - угол установки РУД
Твх - температура воздуха на входе в двигатель,
Рк - давление воздуха за компрессором двигателя,
Рт - давление газа за турбиной двигателя,
Gт окс - измеренный расход топлива в ОКС.
Примеры зависимости (1) приведены в книге Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М., «Машиностроение», 1974 г.
В зависимости от величины заданного расхода форсажного топлива ЭР 2 формирует электрические управляющие воздействия, поступающие в блок 3, где они преобразуются в гидравлические управляющие воздействия на дозаторы 4. Количество дозаторов 4 зависит от количества коллекторов ФКС и определяется так: по одному дозатору на коллектор. В качестве примера в описании и на фигуре выбран вариант ФКС с пятью коллекторами.
Запуск ФКС и вывод двигателя на режим минимального форсажа обеспечивается с помощью первого дозатора и первого (пускового) коллектора. При переводе пилотом РУД на площадку «минимальный форсаж» ЭР 2 обеспечивает:
- расчет заданного расхода форсажного топлива для режима «минимальный форсаж»;
- перевод первого дозатора 4 в положение, соответствующее заданному расходу форсажного топлива;
- открытие первого ЗК 5;
- включение агрегата «огневой дорожки» (не показан).
После запуска ФКС и выхода двигателя на режим «минимальный форсаж» ЭР 2 формирует сигнал пилоту «Форсаж включен».
При переводе пилотом РУД в положение «максимальный форсаж» ЭР 2 обеспечивает:
- расчет заданного расхода форсажного топлива для режима «максимальный форсаж»;
- распределение заданного расхода форсажного топлива между дозаторами в зависимости от пропускной способности соответствующего дозатору топливного коллектора ФКС;
- поочередное включение в работу оставшихся четырех дозаторов 4.
При этом при включении в работу второго дозатора 4 ЭР 2 обеспечивает:
- перевод второго дозатора 4 в положение, соответствующее заданному для него расходу форсажного топлива;
- расчет времени заполнения второго коллектора топливом (объемы коллекторов хранятся в запоминающем устройстве ЭР 2 - на фигуре не показано);
- открытие второго ЗК 5;
- перевод первого дозатора 4 на время заполнения второго коллектора в положение, соответствующее заданному для него расходу форсажного топлива, увеличенному на величину, соответствующую объему второго коллектора.
Перевод производится равномерно таким образом, чтобы к окончанию времени заполнения расход вырос на величину объема коллектора.
В момент окончания заполнения второго коллектора по команде ЭР 2 первый дозатор 4 за минимально возможное время возвращается в положение, соответствующее заданному для него расходу форсажного топлива.
Включение в работу остальных трех дозаторов производится аналогично.
Т.о. обеспечивается плавное изменение эффективного расхода топлива и соответственно плавное изменение тяги двигателя в процессе приемистости, т.е. повышение качества работы САУ. Следствием этого является повышение надежности работы двигателя и безопасности ЛА.