СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
METHOD OF CONTROL OVER GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД) при проведении испытаний ГТД.
Известен способ управления ГТД при его испытаниях, реализованный в электронно-гидромеханической САУ супервизорного типа, см., например, книгу Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., 258-259.
Способ заключается в том, что с целью повышения точности управления управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется в ограниченном диапазоне электронным корректором.
Недостатком известного способа является его низкая эффективность.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТД при его испытаниях, реализованный, например, в электронно-гидромеханической САУ, содержащей электронный регулятор (ЭР), резервный гидромеханический регулятор (ГМР), селектор и блок исполнительных элементов (ИЭ).
Способ заключается в том, что в ЭР с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР на расход топлива в камеру сгорания (КС) и механизацию двигателя, в ГМР с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР на расход топлива в КС и механизацию двигателя, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, при отказе ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, заявка на изобретение №2006111014/06 от 5.04.2006.
Недостатком этого способа является следующее.
В процессе сдаточных испытаний на моторном стенде обеспечивается проверка всех штатных режимов работы двигателя, заданных в техническом задании (ТЗ) на него.
Однако в ТЗ указываются требования к работе двигателя и его САУ и на нештатных режимах, например, при возникновении помпажа компрессора двигателя. Провести с помощью известного способа проверку работы противопомпажной защиты (ППЗ) без дополнительных материальных затрат, а именно создания стенда для специальных испытаний двигателя, невозможно. Это увеличивает материальные затраты на обеспечение комплексной проверки двигателя на соответствие требованиям ТЗ.
Целью изобретения является повышение качества работы САУ с целью снижения материальных затрат на проведение комплексных испытаний двигателя.
Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТД при его испытаниях на стенде, заключающемся в том, что в ЭР с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага РУД управления двигателем и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР на расход топлива в КС и механизацию двигателя, в ГМР с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР на расход топлива в КС и механизацию двигателя, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, при отказе ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, дополнительно в процессе сдаточных испытаний двигателя на стенде при исправном ЭР проводят проверку противопомпажной защиты (ППЗ): подают в ЭР внешний управляющий сигнал «Проверка ППЗ», по этому сигналу, изменяя с помощью ЭР расход топлива в КС двигателя, выводят двигатель на частоту вращения турбокомпрессора, где запасы газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора минимальны (определяется расчетно-экспериментальным путем), изменяя с помощью ЭР положение входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора в сторону его открытия, снижают запасы ГДУ до момента срабатывания ППЗ, в процессе снижения ГДУ, в момент срабатывания ППЗ и в течение наперед заданного времени после срабатывания ППЗ, определяемого расчетно-экспериментальным путем, фиксируют изменения параметров двигателя и САУ с помощью стендовой регистрирующей аппаратуры, полученные результаты анализируют и, при необходимости, корректируют логику работы ППЗ и проводят повторные испытания.
На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
Устройство содержит последовательно соединенные первый блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), селектор 3 «электроника - гидромеханика», блок 4 исполнительных элементов (ИЭ), последовательно соединенные второй БД 5, гидромеханический регулятор 6 (ГМР), выход которого подключен к селектору 3, блок 7 встроенного контроля (БВК), выход которого подключен к управляемому входу селектора 3, стендовая система 8 регистрации и индикации (ССРИ), подключенная к БД 1 и ЭР 2.
ЭР 2 представляет собой специализированную цифровую вычислительную машину (ЦВМ), содержащую процессорный блок, постоянное (ПЗУ), перепрограммируемое (ППЗУ) и оперативное (ОЗУ) запоминающие устройства и оснащенную устройствами ввода/вывода.
ССРИ 8 представляет собой ПЭВМ в так называемом промышленном (защищенном) исполнении, оснащенную адаптерами связи с БД 1 (например, контроллером канала RS 485/422) и ЭР 2 (например, контроллером канала Ethernet или ARINC 429).
Устройство работает следующим образом.
ЭР 2 по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шляхтенко С.М. «Теория ВРД», М., «Машиностроение», 1975 г., с.276-278) формирует управляющее воздействие на ИЭ 4, которые осуществляют требуемые изменения расхода топлива в камеру сгорания (КС) двигателя, положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора и клапанов (КПВ) перепуска воздуха.
Работоспособность ЭР 2 оценивается БВК 7 по известным принципам (см., например, книгу Васильев В.И. «Автоматический контроль и диагностика систем управления силовыми установками летательных аппаратов», М., «Машиностроение», 1989 г., с.122-134).
При исправном ЭР 2 селектор 3 находится в положении «электроника» и пропускает в блок 4 ИЭ управляющие команды ЭР 2.
При отказе ЭР 2, обнаруженном БВК 7, по команде БВК 7 селектор 3 перекладывается в положение «гидромеханика», в блок 4 ИЭ подается управляющее воздействие с выхода ГМР 6, работающего с БД 5.
Вся информация о состоянии двигателя (от БД 1) и САУ (от ЭР 2) поступает в ССРИ 8.
В процессе сдаточных испытаний двигателя на стенде после окончания проверок штатных режимов работы проводят проверку ППЗ, реализованной в ЭР 2.
Проверку проводят при исправном ЭР 2 следующим образом.
Из ССРИ 8 подают в ЭР 2 управляющий сигнал «Проверка ППЗ». По этому сигналу в ЭР 2 включается дополнительная программа управления двигателем, хранящаяся в отдельной памяти ПЗУ. В соответствии с этой программой ЭР 2, изменяя с помощью ИЭ 4 расход топлива в КС двигателя, выводит двигатель на частоту вращения турбокомпрессора, где запасы ГДУ компрессора минимальны (определяется расчетно-экспериментальным путем, для двигателя ПС-90А2 это 76-78% в зависимости от условий на входе в двигатель).
После выхода двигателя на заданную частоту вращения турбокомпрессора ЭР 2, изменяя с помощью ИЭ 4 положение ВНА компрессора в сторону его открытия (для двигателя ПС-90А2 это изменение положения ВНА от - 14° в сторону +5°), снижает запасы ГДУ до момента срабатывания ППЗ.
ППЗ двигателя ПС-90А2 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, например, счетно-решающая часть которой реализована в агрегате РЭД-90А2 производства ОАО «СТАР», г.Пермь в виде модуля управляющего программного обеспечения, хранящегося в ППЗУ, фиксирует момент потери ГДУ компрессора по критерию
где С - критерий помпажа компрессора;
к
ΔP - амплитуда колебаний давления воздуха за компрессором;
кСР
P - среднее значение измеряемого давления за компрессором.
Критерий сравнивается с уставкой срабатывания (0.2) и в случае превышения уставки ЭР 2 формирует сигнал "Помпаж".
После этого дополнительная программа управления в ЭР2 отключается и начинается вывод двигателя из помпажа. Для двигателя ПС-90А2 это делается следующим образом.
По команде ЭР 2 с помощью ИЭ 4 прекращают подачу топлива в КС ГТД на наперед заданное время, зависящее от характеристик ГТД (для двигателя ПС-90А2 это время составляет 0,3 с). После истечения этого времени ЭР 2 с помощью ИЭ 4 возобновляет подачу топлива в КС ГТД с расхода, соответствующего расходу топлива на режиме «малый газ» (МГ). В случае если после возобновления подачи топлива в КС пламя не погасло (от БД 1 есть сигнал от датчика пламени) и нет повторного помпажа (критерий помпажа меньше уставки выключения 0.15), ЭР 2 увеличивает расход топлива в КС в темпе приемистости до величины, предшествующей началу помпажа.
В процессе снижения ГДУ, в момент срабатывания ППЗ и в течение наперед заданного времени после срабатывания ППЗ, определяемого расчетно-экспериментальным путем (для двигателя ПС-90А2 это время составляет 120 с), ССРИ 8 фиксирует изменения параметров двигателя и САУ, получаемые из БД 1 и ЭР 2.
Полученные результаты анализируют специалисты (анализируется характер изменения температуры газов перед турбиной вентилятора двигателя, виброизмерений в опорах ротора двигателя и других параметров двигателя). По результатам анализа, при необходимости, корректируют логику работы ППЗ (например, уточняют значение критерия помпажа или логику вывода двигателя из помпажа). После этого проводят повторные испытания двигателя.
Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ, обеспечивающее проверку работы противопомпажной защиты двигателя на стенде сдаточных испытаний, т.е. без дополнительных материальных затрат на создание стенда для специальных испытаний двигателя.