ПОЛУНАТУРНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТОПЛИВОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к области испытания топливо-регулирующей аппаратуры (ТРА) газотурбинных двигателей (ГТД).
Известны полунатурные стенды для испытания агрегатов ГТД, содержащие аналоговую модель ГТД, соединенную с входными преобразователями в электрическое напряжение расхода жидкости или газа, давления, перемещения углового или линейного и т.д., электронную систему управления, электропривод с выходными преобразователями координат модели в виде электрического напряжения в частоту вращения, температуру, давление, перемещение и т.д., соединенными с испытываемой гидропневмомеханической системой ТРА. (см., например, «Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Управление ВРД» Под редакцией А.А.Шевякова, М. Машиностроение, 1976 г., стр.316-319).
Недостатком известных полунатурных стендов является большая инерционность электропривода, которая учитывается в аналоговой модели в зависимости от режимов работы ГТД. Это инерционное запаздывание, влияющее на динамику системы регулирования, компенсировалось дополнительными опережающими звеньями в виде дополнительных датчиков и форсирующих преобразователей, что усложняло стенд. Введение форсирующих тиристорных электроприводов позволило уменьшить инерционное запаздывание (см. там же стр.320-321). Однако, система оставалась достаточно сложной. При этом известной схеме кроме габаритов и массы присущи недостатки, обусловленные статическими и динамическими характеристиками преобразователей.
Например, преобразователь напряжения в давление жидкости или газов обычно представляет собой проточную камеру с постоянным дросселированием жидкости или газа на выходе камеры с постоянным дросселированием на входе. Динамические свойства такого преобразователя, как показывают исследования, описываются передаточной функцией, содержащей апериодическое и запаздывающее звенья, причем постоянная времени составляет несколько сотых долей секунды (см. «Экспериментальные методы в автоматике», О.Б.Власов-Власюк, М., Машиностроение, 1969 г.).
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является упрощение стенда при низком инерционном запаздывании стенда, соответствующем реальным условиям эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата в полунатурном стенде для испытания ТРА, содержащем аналоговую модель ГТД, на выходе которой установлены преобразователи с форсированным тиристорным электроприводом преобразования координат модели в виде электрического напряжения, например, в реальную частоту вращения и электрического напряжения в давление топлива (воздуха), соединенные с испытываемой топливо-регулирующей аппаратурой, на выходе которой установлен преобразователь расхода топлива (воздуха), преобразователь электрического напряжения с модели ГТД в давление топлива (воздуха) выполнен в виде струйного реле.
Кроме того, преобразователь расхода может быть выполнен в виде мерной шайбы с преобразователем перепада давлений на ней в электрический сигнал, пропорциональный расходу топлива (воздуха).
Отличительные признаки, а именно, выполнение преобразователя электрического напряжения с модели ГТД в давление топлива (воздуха) в виде струйного реле и выполнение преобразователя расхода в виде мерной шайбы с преобразователем перепада давлений на ней в электрический сигнал, пропорциональный расходу топлива (воздуха), позволяют сделать полунатурный стенд практически безинерционным без усложнения его конструкции, т.к. инерционное запаздывание струйного реле составляет не более 0,03 сек., а постоянная времени инерционного преобразования мерной шайбы не более 0,02 сек.
Предложенный стенд представлен на чертеже и описан ниже.
тк
к
Стенд содержит аналоговую модель ГТД 1, соединенную с испытываемой топливо-регулирующей аппаратурой (ТРА) 2 через преобразователи частоты вращения турбокомпрессора Пр.N 3 и давления Пр.Р 4, служащие для преобразования выходных параметров модели 1 в виде напряжения в реальные параметры.
тк
тк
Для преобразования выходного напряжения UN в реальную частоту вращения турбокомпрессора преобразователь Пр.N 3 снабжен форсированным тиристорным электроприводом. Электропривод через редуктор (на чертеже не показаны) соединен с ТРА 2.
к
к
Преобразователь Пр.Р 4 служит для преобразования выходного напряжения UР в реальное давление за компрессором и выполнен в виде струйного реле с постоянной времени инерционного преобразования не более 0,03 сек.
т
т
т
т
На выходе испытываемой ТРА 2 установлен преобразователь расхода топлива Пр.G 5, выполненный в виде мерной шайбы с преобразователем перепада давлений на ней в электрический сигнал, пропорциональный расходу топлива (воздуха) с функциональным блоком извлечения квадратного корня. Пр.G 5 служит для преобразования реального параметра расхода топлива (воздуха) от ТРА 2 в напряжение UG. Выход Пр.G 5 соединен с аналоговой моделью ГТД 1. Постоянная времени инерционного преобразования составляет не более 0,02 сек.
В зависимости от характера проводимых испытаний на стенде могут быть установлены имитаторы сопла и входных направляющих аппаратов двигателя с соответствующими преобразователями, а также электронная система управления.
Полунатурный стенд работает следующим образом.
После монтажа топливо-регулирующей аппаратуры и закрепления ее к фланцу редуктора электропривода, установки преобразователей и набора математической модели ГТД, проводится проверка соответствия параметров, заданных в виде напряжения, их физическим значениям.
т
тк
к
тк
т
Положение задатчика режимов в испытываемой топливо-регулирующей аппаратуре 2 ставится на заданный режим. Напряжение UG, соответствующее первоначальному броску топлива с преобразователя 5, поступает на математическую модель ГТД 1, откуда выходные параметры поступают на преобразователи UN 3 и UР 4. Напряжение UN поступает на форсированный электропривод с тиристорным управлением, соединенный через редуктор с ТРА 2. Электропривод начинает вращаться и вращает тем самым топливный насос и центробежный тахометр (на чертеже не показаны) ТРА 2, увеличивая расход топлива, согласно заданному темпу приемистости, заложенному в топливо-регулирующей аппаратуре 2. Для замера расхода топлива на выходе ТРА 2 используется мерная шайба, давление на которой замеряется датчиком перепада с блоком извлечения квадратного корня. Физический расход топлива, преобразованный в напряжение UG, поступает в модель ГТД 1.
к
Давление воздуха за компрессором с модели 1, поступившее на преобразователь 4 в виде напряжения UР, преобразуется в реальное давление топлива (воздуха), поступающее в ТРА 2. По изменению этого параметра, поступившего на ТРА 2, корректируется реальный расход топлива.
к
Увеличение параметров gт, Nтк, Р происходит до тех пор, пока не вступит в работу один из регуляторов, связанных с задатчиком положения, и система не выйдет на установившийся режим. При этом фиксируются переходные процессы.
Таким образом, полунатурный стенд позволяет оценивать работу каналов запуска, приемистости и качество работы каналов по поддержанию заданных параметров на установившихся и переходных режимах.
Меняя параметры внешних условий, на стенде можно проводить исследования системы на различных высотах и температурах окружающей среды. Это позволяет провести отработку САУ ГТД до постановки на реальный двигатель, что значительно сокращает сроки доводки системы в целом.
Ввиду того, что постоянная времени инерционного преобразования преобразователей составляет не более 0,03 сек., условия испытаний максимально приближены к реальным условиям эксплуатации ТРА без усложнения стенда.