УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
DEVICE FOR GAS TURBINE ENGINE CONTROL

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).
Известно устройство для управления ГТД, содержащее последовательно соединенные топливный насос, дозирующую иглу с датчиком перепада давлений и перепускным клапаном, полость задания перепада давлений которого соединена с выходами тахометрических регуляторов переходных и статических режимов.
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность на переходных режимах работы двигателя.
Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является устройство для управления ГТД, содержащее электронный регулятор, подключенный к блоку датчиков, и гидромеханическое устройство, содержащее последовательно соединенные топливный насос, дозатор топлива и распределительный клапан, электрогидропреобразователь, вход которого подключен к выходу электронного регулятора, а выход - к дозатору топлива, «Руководство но эксплуатации двигателя ТВ3-117 ВМА-СБМ1», ЗМКБ «Прогресс» им. А. Ивченко, Запорожье, 1998 г., с.52-55.
Недостатками этого устройства являются следующие.
Дозатор топлива управляется с помощью электрогидропреобразователя. При отказе электронного регулятора или электрогидропреобразователя отсутствует возможность ограничить расход топлива в ГТД.
Дополнительно топливный насос и электрогидропреобразователь размещены но отношению к коробке приводов двигателя таким образом, что в процессе эксплуатации;
- электрогидропреобразователь часто отказывает из-за виброперегрузок, т.к. он конструктивно размещен на таком расстоянии от коробки приводов, что длинное «плечо» обеспечивает «перегрузочный» момент практически па всех режимах работы ГТД;
- отказавший топливный насос невозможно снять и заменить без съема всего агрегата САУ, т.е. фактически восстановить работоспособность САУ в случае отказа топливного насоса возможно только в технико-эксплуатационной части в базовом аэропорту.
Все это снижает надежность работы ГТД.
Целью изобретения является повышение надежности работы ГТД.
Поставленная цель достигается тем, что в состав устройства для управления ГТД, содержащего электронный регулятор, подключенный к блоку датчиков, и гидромеханическое устройство, содержащее последовательно соединенные топливный насос, дозатор топлива и распределительный клапан, электрогидропреобразователь, вход которого подключен к выходу электронного регулятора, а выход - к дозатору топлива, дополнительно вводится ограничитель максимального расхода топлива, вход которого подключен к выходу датчика давления воздуха на вход в ГТД, а выход - к дозатору топлива, топливный насос установлен в отдельном корпусе и максимальном при данных габаритах устройства расстоянии от коробки приводов ГТД а электрогидропреобразователь - на минимально возможном расстоянии от коробки приводов ГТД.
На фигуре представлена структурная схема заявляемого устройства для управления ГТД.
Устройство содержит электронный регулятор (РЭД) 1, подключенный к блоку 2, датчиков (БД), гидромеханическое устройство 3, содержащее последовательно соединенные топливный насос (ТН) 4, дозатор топлива (ДТ) 5 и распределительный клапан (РК) 6, электрогидропреобразователь (ЭГП) 7, вход которого подключен к выходу РЭД 1, а выход - к ДТ 5, ограничитель 8 максимального расхода топлива, входы которого подключены к выходу датчика 9 давления воздуха на входе в ГТД и выходу ДТ 5, а выход - к ДТ 5, ТН 4 установлен в отдельном корпусе 10 и максимальном при данных габаритах устройства расстоянии от коробки. приводов ГТД (на фигуре не показана), а ЭГП 7 - на минимально возможном расстоянии от коробки приводов ГТД
РЭД 1 представляет собой бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), содержащую постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), на котором записано программное обеспечение (ПО), реализующее алгоритмы управления двигателем. Дополнительно БЦВМ оснащена устройствами ввода/вывода (УВВ) физических сигналов (из БД 2 и в ЭГП 7), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), необходимое для обработки процессором БЦВМ поступающей из УВВ информации, репрограммируемое запоминающее устройство (РПЗУ), необходимое для хранения информации, относящейся к индивидуальным характеристикам двигателя (эксплуатационные регулировки, наработки, остаток ресурса). БЦВМ, ПЗУ, ПО, УВВ, ОЗУ, процессор, РПЗУ на фигуре не показаны.
Устройство работает следующим образом.
В РЭД 1 с помощью БД 2 измеряют положение РУД, частоты вращения компрессора и свободной турбины (СТ), давление и температуру воздуха на входе в двигатель, температуру газов за турбиной газогенератора.
По хранящимся в ПЗУ РЭД 1 наперед заданным зависимостям:
- формируют заданное значение частоты вращения турбокомпрессора как функцию от положения РУД давления и температуры воздуха на входе в двигатель (пример такой зависимости приведен, например, в книге Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория автоматического регулирования». - М.: «Наука», 1975 г., с.34-35),
- задают предельные для данного двигателя значения температуры газов за турбиной газогенератора и частоты вращения СТ (например, для двигателя ПД-14 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, эти значения составляют 1370К по температуре газов и 8000 об./мин. по частоте вращения СТ).
Далее в РЭД 1 сравнивают заданное значение частоты вращения турбокомпрессора и измеренное с помощью БД 2, сравнивают предельное для данного двигателя значение температуры газов за турбиной газогенератора и измеренное с помощью БД 2, сравнивают предельное для данного двигателя значение частоты вращения СТ и измеренное с помощью БД 2.
Полученные рассогласования селектируют в РЭД 1 по минимуму с сигналом «автомата приемистости» (на фигуре не показан), работающего, например, по программе
<mrow><mi>G</mi><mi>т</mi><mo>=</mo><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>Р</mi><mi>У</mi><mi>Д</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msup><mi>Т</mi><mo>*</mo></msup><msub><mrow /><mrow><mi>В</mi><mi>Х</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msup><mi>Р</mi><mo>*</mo></msup><msub><mrow /><mrow><mi>В</mi><mi>Х</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msub><mi>Р</mi><mi>К</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>n</mi><mi>к</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
где
Gт - предельно допустимый расход топлива для данного режима работы двигателя,
РУД
α - положение РУД
*
ВХ
Т  - температура воздуха на входе в двигатель,
*
ВХ
Р , - давление воздуха на входе в двигатель,
Рк - давление воздуха за компрессором двигателя,
nк - частота вращения компрессора двигателя.
Отселектированную величину подают в ПИ-регулятор (на фигуре не показан), где формируют управляющее воздействие, подаваемое с помощью УВВ РЭД 1 через ЭГП 7 на ДТ 5. Дозированное топливо через РК 6 подается в коллектора КС двигателя.
Для обеспечения возможности ограничить расход топлива в ГТД при отказе РЭД 1 или ЭГП 7, в ограничителе 8:
- по сигналу с датчика 9 в зависимости от давления воздуха на входе в двигатель (Рвх.) формируют максимально допустимый для данного Рвх. расход топлива;
- сравнивают максимально допустимый расход с текущим;
- в случае, если текущий расход топлива становится больше максимально допустимого, формируют управляющий сигнал на ДТ 5 и снижают текущий расход топлива независимо от сигнала ЭГП 7.
Ограничитель 8 является гидромеханическим устройством рычажно-кулачкового типа, гидравлически связанным с управляемой полостью гидропривода ДТ 5 (на фигуре не показана). Пример такого устройства приведен, например, в техническом обзоре ЦИАМ «Структурные схемы систем и законы регулирования подачи топлива при запуске и разгоне ГТД», №23, 1975 г., с.9, 20, 21.
Конструктивно ТН 4 установлен в отдельном корпусе 10 и максимальном при данных габаритах устройства расстоянии от коробки приводов ГТД что обеспечивает возможность его быстрой замены в случае отказа на исправный.
ЭГП 7 установлен на минимально возможном расстоянии от коробки приводов ГТД, что минимизирует уровень вибронагрузки на ЭГП 7 в процессе эксплуатации.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности работы ГТД.