СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится преимущественно к авиации и может быть использована для регулирования газотурбинных двигателей летательных аппаратов.
Известна система автоматического управления газотурбинным двигателем, содержащая основной и дублирующий цифровые электронные регуляторы (вычислители), 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 газотурбинного двигателя и блок математической модели газотурбинного двигателя.
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 газотурбинного двигателя.
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. F 02 C 9/28, 1989 г.)- наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной системы управления газотурбинным двигателем, 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.
Задачей настоящей полезной модели является разработка системы автоматического управления газотурбинным двигателем, обеспечивающей надежное управление двигателем и обладающей высоким сроком эксплуатации.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в системе автоматического управления газотурбинным двигателем, содержащей основной и дублирующий каналы управления исполнительным механизмом, каждый из которых содержит вычислитель, соединенный со своим блоком контроля его исправности, переключатель, первый вход которого соединен с выходом блока контроля исправности вычислителя, а также датчики исправности исполнительных механизмов, связанные с вычислителями основного и дублирующего каналов, новым является то, что система снабжена элементами «ИЛИ» для каждого исполнительного механизма, двумя группами переключателей, а также задатчиком постоянного логического сигнала и логическим элементом «НЕ», выход которого соединен с третьим входом вычислителя дублирующего канала, а вход - с выходом задатчика постоянного логического сигнала, выход которого также соединен с третьим входом вычислителя основного канала, первые входы переключателей первой группы каждого канала соединены с выходом переключателя своего канала,
а вторые - с выходами своего вычислителя, а выходы переключателей первой группы соединены с первыми входами переключателей второй группы, вторые входы каждого из которых соединены с выходами вычислителя своего канала, выход первого переключателя второй группы каждого канала соединен с входом первого элемента «ИЛИ» выход второго переключателя второй группы каждого канала соединен со ходом второго элемента «ИЛИ», выход каждого элемента «ИЛИ» соединен со входом своего исполнительного механизма, причем выходы вычислителя основного канала, соединенные со вторыми входами первой группы переключателей, дополнительно соединены с входами вычислителя дублирующего канала, а выход блока контроля исправности основного вычислителя соединен со входом вычислителя дублирующего канала.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному, а следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы автоматического управления газотурбинным двигателем.
Система автоматического управления газотурбинным двигателем выполнена в виде двух идентичных каналов управления (основного и дублирующего), каждый из которых выполнен в виде вычислителя 1 со встроенным блоком 2 контроля исправности вычислителя, первой группы переключателей 3, второй группы переключателей 4, элемента «ИЛИ» 5, выход которого соединен с исполнительным механизмом 6, элемента «ИЛИ» 7, выход которого соединен с исполнительным механизмом 8.
Каждый канал содержит переключатель 9.
Система управления содержит также задатчик 10. выход которого соединен с входом вычислителя 1 основного канала и со входом логического элемента «НЕ» 11, выход которого соединен со входом вычислителя 1 дублирующего канала.
Питание исполнительных механизмов осуществляется от источника питания 12.
Исправность исполнительных механизмов 6 и 8 контролируется датчиками 13 и 14, связанными с входами вычислителей 1.
Источник питания 12 связан со вторым входом переключателей 9, первый вход каждого из которых связан с выходом блока 2 контроля исправности вычислителя 1 своего канала. Блок 2 контроля исправности вычислителя основного канала связан с четвертым входом вычислителя 1 дублирующего канала.
Выход переключателя 9 каждого канала связан с первыми входами переключателей 3 своего канала, вторые входы каждого из которых соединены соответственно со вторым и третьим выходами вычислителя 1 своего канала.
Выход каждого переключателя 3 соединен с первым входом переключателя 4 второй группы, второй вход каждого которых соединен соответственно с первым и четвертым выходами вычислителя 1 своего канала.
Выход одного из переключателей 4 основного канала соединен с первым входом элемента «ИЛИ» 5. Выход другого переключателя 4 основного канала соединен со вторым входом элемента «ИЛИ» 7.
Выход одного из переключателей 4 дублирующего канала соединен со вторым входом элемента «ИЛИ» 5. Выход другого переключателя 4 дублирующего канала соединен с первым входом элемента «ИЛИ» 7.
Второй и третий выходы вычислителя 1 основного канала соединены соответственно с пятым и шестым входами вычислителя 1 дублирующего канала.
Все элементы и агрегаты системы являются известными, они не составляют предмета патентной охраны и поэтому в материалах настоящей заявки не раскрыты.
Система управления газотурбинным двигателем работает следующим образом.
Изначально в процессе функционирования системы управление ее параметрами осуществляется основным каналом.
В процессе функционирования системы задатчик 10 подает постоянный сигнал на третий вход одного из вычислителей 1, определяя канал данного
вычислителя как основной. На третий вход другого вычислителя подается сигнал с логического элемента «НЕ» 11, определяя его как дублирующий.
Исправность исполнительных механизмов 6 и 8 постоянно отслеживается датчиками 13 и 14, информация с которых поступает соответственно на первый и второй входы вычислителей основного и дублирующего каналов.
Сигнал исправности вычислителя основного канала с блока 2 контроля его исправности поступает на первый вход переключателя 9, разрешая прохождение сигнала от выхода источника питания 12, соединенного со вторым входом переключателя 9 на первые входы переключателей 3, соединенные с выходом переключателя 9.
Сигналы разрешения управления исполнительными механизмами 6 и 8 от вычислителя основного канала поступают со второго и третьего выходов вычислителя 1 основного канала на вторые входы переключателей 3 основного (канала, разрешая прохождение сигнала от выхода источника питания 12 на первые входы переключателей 4 основного канала, сигналы со второго и третьего выходов вычислителя 1 основного канала также поступают на пятый и шестой входы вычислителя 1 дублирующего канала, который при поступлении этих сигналов снимает сигнал со второго и третьего выходов, соединенных со вторыми входами переключателей 3 дублирующего канала, блокируя прохождение сигнала от выхода источника питания 12 на первые входы переключателей 4 дублирующего канала.
Сигналы управления исполнительными механизмами 6 и 8 от вычислителя основного канала поступают с первого и четвертого выходов вычислителя 1 основного канала на вторые входы переключателей 4, разрешая или блокируя в соответствии с логикой работы системы управления прохождение сигнала с источника питания 12 на первый вход элемента «ИЛИ» 5 и на второй вход элемента «ИЛИ» 7, связанных соответственно с выходами переключателей 4 основного канала, далее сигнал поступает на исполнительные механизмы 6 и 8. На второй вход элемента «ИЛИ» 5 и на первый вход элемента «ИЛИ» 7 сигнал не поступает, так как заблокирован переключателями 3 дублирующего канала.
В случае, если выходит из строя один из исполнительных механизмов, например 6, или сумматор, например 5, или один из переключателей 3, или один из переключателей 4, сигнал о неисправности цепи управления с датчика 13 поступает на вычислитель 1 основного и дублирующего канала, вычислитель 1 основного канала при этом снимает сигналы с первого и второго выходов, блокируя прохождение сигнала от источника питания 12 через переключатель 3 и переключатель 4 данного исполнительного механизма основного канала, сигнал со второго выхода вычислителя 1 основного канала при этом поступает на пятый вход вычислителя 1 дублирующего канала, который выдает со второго выхода сигнал разрешения управления исполнительным механизмом 6, поступающий на второй вход переключателя 3 дублирующего канала и разрешающий прохождение сигнала от источника питания 12 на первый вход переключателя 4 дублирующего канала. вычислитель 1 дублирующего канала также формирует сигнал управления исполнительным механизмом б с первого выхода на второй вход переключателя 4 дублирующего канала, который в соответствии с логикой работы системы управления блокирует или разрешает прохождение сигнала с источника питания 12 на второй вход элемента «ИЛИ» 5 и далее на исполнительный механизм 6. Если неисправность, обнаруженная датчиком 13, была вызвана выходом из строя одного из переключателей 3 или 4 основного канала, то при переходе управления к дублирующему каналу через другие переключатели 3 и 4, сигнал неисправности с датчика 13 снимается и система продолжит работу в реконфигурированной форме. Если неисправность, обнаруженная датчиком 13 была вызвана выходом из строя исполнительного механизма 6 или элемента «ИЛИ» 5, то после реконфигурации системы, сигнал отказа с датчика 13 не снимается и вычислитель 1 дублирующего канала, сняв сигналы с первого и второго выходов, заблокирует прохождение сигнала от источника питания 12 через переключатели 3 и 4 дублирующего канала на неисправный исполнительный механизм 6. Управление исполнительным механизмом 8 при этом осуществляется основным каналом.
В случае, если блок 2 основного канала выявляет неисправность контролируемого им вычислителя 1, то он подает сигнал на переключатель 9. который блокирует прохождение сигнала от источника питания 12 на
исполнительные механизмы 6 и 8 через переключатели 3 и 4 основного канала. Одновременно сигнал с выхода блока контроля исправности вычислителя 1 основного канала подается на четвертый вход вычислителя 1 дублирующего канала, который выдает разрешающие сигналы управления исполнительными механизмами на вторые входы переключателей 4, которые в соответствии с логикой работы системы управлении разрешают или блокируют прохождение сигнала от источника питания 12 к исполнительным механизмам б и 8.
В случае обнаружения блоком 2 контроля исправности вычислителя дублирующего канала, независимо от того. было ли передано управление дублирующему каналу или нет, блок 2 выдает сигнал на первый вход переключателя 9, блокируя прохождение сигнала от источника питания 12 к исполнительным механизмам 6 и 8 через переключатели 3 и 4 дублирующего канала.
Выполнение системы регулирования позволяет осуществлять управление двигателем от основного или дублирующего каналов, а также передачу функций управления от основного канала дублирующему по мере возникновения неисправностей какого-либо элемента основного канала, то есть цепочки управления дублирующего канала включаются в работу по мере отказа элементов основного канала.
Таким образом при функционировании системы управления возможно управление двигателем от основного канала, от дублирующего. канала или совместно от двух каналов с разделением по цепочкам управления.