Система предупреждения и ликвидации помпажа

2.1 Общая характеристика и функциональная схема системы.

В условиях эксплуатации и боевого применения самолета на его двигатель(ли) воздействует ряд факторов, снижающих запас его газодинамической устойчивости, а в отдельных случаях приводящих к возникновению неустойчивой работы компрессора - срыву или помпажу.

К таким факторам можно отнести:

повышение уровня неравномерности и нестационарности потока перед компрессором при увеличении числа Μ полета, при изменении угла атаки и скольжения самолета, при возникновении неустойчивой работы воздухозабор- ника (помпажа или «зуда»);

– воздействие ударной волны от взрыва большой мощности;

– тепловые (температурные) возмущения на входе в двигатель, обусловленные попаданием в воздухозаборники самолета горячих продуктов сгорания ракетных двигателей или пороховых газов при применении бортового оружия.

Нарушение устойчивой работы двигателя может быть следствием и различных отказов в системе его управления (например, отказа ограничителя n_{НДпр пред}), ошибок при регулировках этой системы (например, неправильной отладки времени приемистости на переходных режимах), а также невыполнения летчиком установленных эксплуатационных ограничений.

Случайное нарушение устойчивой работы двигателя является, обычно, неожиданным для летчика и в этих условиях очень важно быстро ликвидировать срыв и восстановить исходный режим работы двигателя, чтобы предотвратить выход его из строя. В тех же случаях, когда применяется бортовое оружие, время начала воздействия на двигатель горячих газов, отсчитываемое от момента нажатия на боевую кнопку, приблизительно известно, и поэтому возникновение срыва в компрессоре можно предотвратить за счет предварительного кратковременного повышения запаса его устойчивости.

Для решения этих задач в систему автоматического управления двигателя включен канал антипомпажной защиты (АПЗ), который обеспечивает;

1. На дежурном режиме:

– раннее обнаружение срывного режима, случайно возникшего в компрессоре;

– ликвидацию неустойчивой работы и автоматическое восстановление исходного устойчивого режима работы двигателя или защиту его от перегрева при невыходе его из срыва (помпажа).

2.На специальном режиме (при применении бортового оружия):

– кратковременное повышение запаса газодинамической устойчивости двигателя, предваряющее воздействие на него струи горячих газов.

Раннее обнаружение потери газодинамической устойчивости двигателя основывается на фиксации уровня пульсаций давления воздуха за компрессором, характерного для режима его неустойчивой работы. С этой целью в потоке воздуха за компрессором высокого давления (диффузоре корпуса камеры сгорания) устанавливается Т- образный насадок (Рис. 16.9.1), являющийся приемником перепада давлений. Одно приемное отверстие насадка направлено навстречу потоку, а другое приемное отверстие - по потоку. По знаку разности перепада давлений в каналах за отверстиями можно судить о направлении потока. В случае нарушения устойчивой работы компрессора и образования вращающихся срывных зон их последовательное прохождение Т- образного насадка сопровождается периодическими изменениями знака и величины перепада давлений на нем (вследствие наличия обратных течений в срывных зонах).

При определенном уровне колебаний перепада давлений по частоте и амплитуде, характеризующем интенсивность развития срыва, в канале АПЗ формируются соответствующие команды для воздействия на исполнительные органы и для регистрации сигнала «Помпаж» бортовой системой «Тестер-УЗЛ».

Следует отметить, что и при устойчивой работе двигателя в потоке за компрессором имеет место пульсация давления, интенсивность которых растет по мере повышения режима работы двигателя. Чтобы исключить ложное срабатывание системы ликвидации помпажа, уровень амплитуды колебаний, при котором вырабатывается электрический сигнал о срыве в компрессоре, автоматически изменяется в зависимости от режима работы двигателя. Такая перенастройка чувствительности системы обнаружения неустойчивой работы двигателя производится по уровню среднего значения перепада давлений между отверстиями Т-образного насадка, пропорционального скоростному напору потока, а также по величине давления воздуха за компрессором P_K^*.

Признаком возникновения неустойчивой работы двигателя является также рост температуры газов перед и за турбиной. Поэтому в тех случаях, когда температура газов за турбиной Т_Т^*растет и превышает заданное программой управления ее значение Т^*_Тпред= f(Т_В^* ) на величину 50⁺¹⁰ К, в канал АПЗ поступает электрическая команда «Высокая температура» (ВТ). Одновременно эта команда поступает и в электросхему самолета для сигнализации летчику и регистрации в системе «Тестер-УЗЛ».

Основным воздействием на двигатель для автоматического вывода компрессора из срывного режима по команде от сигнализатора помпажа или ВТ является прекращение (отсечка) подачи топлива в основную камеру сгорания (при этом система автоматического управления двигателя обеспечивает и выключение форсажа, если он был включен). Одновременно для облегчения вывода компрессора из срывного режима производится увеличение площади критического сечения сопла (для повышения ΔК_{у нд}), уменьшение углов установки (прикрытие) НА КВД (для повышения ΔК_{у вд}), а также выдвижение панелей сверхзвуковых воздухозаборников (для повышения их запаса устойчивости по помпажу при снижении частоты вращения роторов двигателя в процессе отсечки топлива на числах Μ полета, больших 1,5-1,6). Поскольку величина F_кр, является управляющим фактором, воздействующим на n_НД при реализации программы управления двигателем, то при включении в работу канала АПЗ увеличение F_кр осуществляется формированием сигнала на увеличение программной настройки n_НД по сравнению с исходным режимом на величину Δn_НД=5%.

Практика показывает, что этих мероприятий оказывается достаточно для ликвидации срыва (помпажа) и перевода компрессора на устойчивый режим работы (на правую ветвь его характеристики).

Восстановление исходного режима работы двигателя происходит в результате возобновления подачи топлива в основную, а затем и в форсажную камеры сгорания при работающих агрегатах запуска двигателей в воздухе. Эти агрегаты включаются заранее уже в момент отсечки подачи топлива (по тем же командам от сигнализатора помпажа и ВТ).

Необходимо отметить, автоматическая отсечка топлива, реализуемая каналом АПЗ при возникновении срыва (помпажа) в компрессоре на дежурном режиме, сопровождается снижением тяги двигателя, которое может оказаться неожиданным для летчика и опасным при полетах на малой высоте и малой скорости. Поэтому в целях обеспечения безопасности полетов работа канала АПЗ в дежурном режиме допускается лишь при Μ > 1,15 или Η > 3 км, т.е. на режимах полета, где имеется достаточный запас скорости и высоты для принятия летчиком решения (в случае невыхода двигателя на устойчивый режим) о его выключении с последующим запуском в воздухе, посадке с выключенным двигателем или катапультировании.

Указанное условие обеспечивается введением соответствующих блокировок в канал АПЗ. На тех режимах полета, где работа канала АПЗ исключается, летчик должен действовать самостоятельно в соответствии с инструкцией.

Кратковременное предварительное повышение запаса устойчивости двигателя на специальном режиме (при применении бортового оружия) производится при нажатии на боевую кнопку путем увеличения F_кр (для повышения ΔК _{у нд}) и выдвижение панелей сверхзвуковых воздухозаборников (для повышения их запасов устойчивости по помпажу на числах Μ полета, превышающих 1,5-1,6).

При применении бортового оружия, в результате воздействия на двигатель струи горячих газов, может произойти выключение (погасание) камеры сгорания, иногда даже не связанное с нарушением устойчивости работы двигателя, особенно характерное для больших высот полета. Чтобы обеспечить в этом случае автоматическое восстановление исходного режима работы двигателя после окончания воздействия газовой струи, при нажатии на боевую кнопку, помимо увеличения F_кр и выдвижения панелей воздухозаборников, производится также включение агрегатов запуска в воздухе. Как следует из вышеизложенного, при работе канала АПЗ в специальном режиме отсечка топлива и поворот НА КВД не используются, чтобы избежать снижения тяги двигателя. Это позволяет применять специальный режим во всем разрешенном для самолета диапазоне высот и скоростей полета (в том числе и при Μ полета <1,15 и Н<3 км).

Если мероприятий по предварительному повышению запасов устойчивости компрессора и воздухозаборников (на дежурном режиме) все же оказывается недостаточно и возникает неустойчивая работа двигателя, то по командам от сигнализатора помпажа или ВТ вступает в действие система ликвидации помпажа (дополнительно производится отсечка топлива и прикрытие НА КВД).

Рассмотрим теперь последовательность и продолжительность работы канала АПЗ на различных режимах.

На рис. 16.9,2 показана функциональная схема канала АПЗ и области его использования, а на рис. 16.9.3 и 16.9.4 изображены циклограммы его работы соответственно на дежурном и специальном режимах.

В дежурном режиме канал АПЗ работает при отсутствии сигнала БК (нажатие на боевую кнопку) и наличии сигналов Ml (Мн > 1,5) или H1 (Η >= 3 км).

На этом режиме после поступления сигнала о возникновении неустойчивой работы от сигнализатора помпажа СПТ-88 канал АПЗ формирует команду К1 на срабатывание следующих исполнительных агрегатов (см. рис. 16.9.2 и 16.9.3):

– ИМ-12 (отсечка G_T);

– регулятора n_НД (увеличение программной настройки значения n_НД);

– ИМ-2 (уменьшение углов установки поворотных направляющих аппаратов КВД

– автомата панели запуска АПД-88 (включение агрегатов запуска в воздухе).

Одновременно подается команда в электросхему самолета для выдача сигнала в системы автоматического регулирования воздухозаборников АРВ-29 на выдвижение панелей (увеличение β кл) и для регистрация на "Тестере УЗЛ" сигнала "Помпаж". Команда К1 вырабатывается в течение всего времени поступления сигнала от сигнализатора помпажа СПТ-88, а после прекращения этого сигнала сохраняется еще 0,5с (см. рис. 16.9.3). Однако максимальная продолжительность выдачи команды ΚΙ ограничивается временем 2,4с, после чего блок предельных регуляторов БПР-88 формирует команду "Отказ АПЗ", так как превышение указанного времени свидетельствует о ложном срабатывания СПТ-88.

Исполнительные агрегаты работают в течение всего временя прохождения сигнала К1, Исключение составляют лишь агрегаты запуска в воздухе, которые включаются на 8с от момента поступления сигнала К1, независимо от его длительности (см.рис. 16.9.3).

Диалогичным образом работает канал АПЗ на дежурном режиме и по команде К2 (ВТ). Однако воздействие команды К2 на исполнительные агрегаты допускается лишь после прохождения сигнала К1, в течение 8с после этого про-хождения (см.рис. 16.9.3). Делается это, чтобы исключюъ случайное вступле-ние в работу канала АПЗ при устойчивой работе двигателя (например, рост Т_Т^*, приводящий к выработке сигнала К2, может быть просто следствием отказа в системе управления двигателя).

Максимальная продолжительность выдачи команды К2 ограничивается временем 8 с, после чего СТ-88 (как и в случае превышения длительности команды К1) формирует команду "отказ АПЗ" и выключает канал АПЗ из работы.

Все исполнительные агрегаты работают в течение всего времени прохождения команды К2 непрерывно, за исключением ЖД-12, который работает при этом циклически: через каждые 2,4 с отсечки подачи топлива G_Т на 0,12с производится его восстановление. Паузы длительностью ОД 2с необходимыми для взведения гидроблокировки клапана сброса и останова КСО-59 (она служит для отключения ИМ-12 через 2,4 с при его работе по команде К1). Таким образом, если при возникновения срыва (помпажа) двигатель не будет выведен на устойчивый режим работы в результате прохождения команды К1, а затем и команды К2, то отсечка подачи топлива (работа ИМ-12) в течение 8 с позволит защитить двигатель от перегрева и дать необходимое время летчику на принятие решения о выключении двигателя с последующим его запуском в воздухе или о катапультирования.

Восстановление исходного положения исполнительных агрегатов производится через 0,5 с после прекращения сигналов К1 и К2. но не позже временя, равного максимальной продолжительности этих сигналов (см. рис.16.9.3) и лишь агрегаты запуска в воздухе всегда отключаются через 8 с от момента поступления команд К1 и К2. Как показывает опыт, восстановление устойчивого режима работа двигателя происходит обычно через 0,5... 0,7с после поступле-ния сигнала от СПТ-88.

На специальный режим канал АПЗ переходит при поступлении команды Ж я работает на нем во всем диапазоне Η и Мн, то есть в областях I и II (см.рис.16.9.2).

По управляющему сигналу БК в течение 8 с снимается воздействие сигналов HI и Ml я выдаются команды на срабатывание следующих исполнительных агрегатов (см.рисЛ6.9.2 и 16.9.4):

– регулятора n_НД (на увеличение n_НД по сравнению о программной настройкой);

– АПД-88 (на включение агрегатов запуска в воздухе);

– АРВ-29 (на увеличение βкл).

Если на специальном режиме, несмотря на указанное предварительное повышение запаса газодинамической устойчивости двигателя, все же возникает срыв или помпаж, канал АПЗ будет работать так же, как на дежурном режиме (см. пунктирную линию на рис. 16.9.4), но уже независимо от значений Η и Мн (воздействие сигналов Ш и М1) отменяется), так как в этом случае нарушение устойчивой работы силовой установки уже не будет неожиданным для летчика.

Кроме того, при этом воздействие сигнала К2 (ВТ) на исполнительные агрегаты обеспечивается независимо от предварительного прохождения команды К1 (в отличие от дежурного режима), поскольку в этих условиях вероятность случайного повышения температуры газов при устойчивой работе двигателя очень мала.

Поиск по сайту: