ТЕМА № 13. «СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГТД»

ЗАНЯТИЕ №5. «Электронно-гидромеханическая система управления расходом топлива в основной камере сгорания».

Время: 2 часа (групповое занятие)

Цель занятия: Изучить общую характеристику электронно-гидромеханической системы управления расходом топлива в ОКС, регулятор Nвд max, ограничители Тт*пред и Nнд пред

Изучаемые вопросы:

1.Общая характеристика системы.

2.Регулятор максимальной частоты вращения ротора высокого давления (Nвд max).

3.Ограничитель температуры газа за турбиной (Тт*пред).

4.Ограничитель частоты вращения ротора низкого давления (Nнд пред).

1.Общая характеристика системы.

Электронная часть электронно-гидромеханической системы управления расходом топлива в ОКС обеспечивает:

– заданную программу регулирования максимальной частоты вращения РВД;

– заданную программу ограничения температуры газа за турбиной Т^*_Т;

– заданную программу ограничения частоты вращения РНД;

– переключение на резервную гидромеханическую систему при отказе устройств электронной части системы БПР или взаимодействующих с ней датчиков, или при снятии питания с БПР;

– выдачу дискретных команд по предельным значениям температуры газа Т^*_т и частот вращения n_ВД и n_НД.

Электронно-гидромеханическую систему управления расходом топлива в ОКС (САУ G_t) образуют: двигатель (с топливной системой) как объект управления, электронная часть САУ G_т и отдельные устройства гидромеханической части САУ G_т. (см. функциональную схему САУ РД-33).

Электронная часть электронно-гидромеханической САУ G_т. включает в себя каналы (рис. 1)

-регулирования n_{ВД MAX};

-ограничения Т*_{Т ПРЕД} ;

-ограничения n_{НД ПРЕД};

Гидромеханическая часть электронно-гидромеханической САУ G_т - включает (рис. 1) гидравлический селектор и отдельные устройства гидромеханического регулятора пвд (корректирующие и исполнительные устройства - на рис. 1 не показаны).

Связующим устройством электронной и гидромеханической части является электрогидромеханический усилитель ЭГУ₁ (рис. 1), преобразующий электрический сигнал, поступающий от электронной части (БПР), в гидравлический.

Каналы регулирования n_{ВД MAX}, ограничений Т^*_{Т ПРЕД} и n_{НД ПРЕД}. электронной части САУ G_т совместно с отдельными устройствами гидромеханической части САУ G_т и двигателем с его топливной системой образуют:

– систему управления максимальной частотой вращения РВ Д (Рег. n_{ВД MAX});

– систему ограничения температуры газа за ТНД (огр. Т^*_{Т ПРЕД});

– систему ограничения частоты вращения РНД (огр. n_{НД ПРЕД}).

Как видно из (рис. 1) гидромеханическая часть названных систем - общая, ее состав дан выше, а принципы построения, конструкция и работа гидромеханических устройств (гидравлического селектора, корректирующего и исполнительного устройств), функционирующих совместно с электронными частями (каналами) систем управления и ограничения, подробно рассматривались ранее.

Рассмотрим характеристики электронных частей (каналов) систем управления n_{ВД MAX} - и ограничений Т^*_{Т ПРЕД}. n_{НД ПРЕД}.

При этом более подробная характеристика электронных частей (каналов системы) дается не обособленно, а в рамках общей характеристики всей электронно-гидромеханической системы САУ Gx.

Общими чертами являются:

– системы управления n_{ВД MAX} и ограничений Т^*_{Т ПРЕД} n_{НД ПРЕД} - вступают в работу на максимальном и форсированных режимах;

– системы работают автономно, воздействуя на один и тот же регулирующий фактор-расход топлива в ОКС G_т, при этом за счет селектора канала управления обеспечивается воздействие на регулирующий фактор (G_т) только одной из систем (одного из каналов);

– системы содержат одинаковые по выполняемым функциям устройства: измерительное устройство, корректирующее устройство, усилительное устройство (электронные каналы n_{ВД MAX} и n_{НД MAX} усилительные устройства не содержат).

Далее, на участке от электронного селектора канала управления и вплоть до регулирующего органа G_т (рис. 1) функциональные устройства как электронные, так и гидромеханические для всех трех систем являются общими;

– -системы являются замкнутыми (т. е. выполнеными на принципе по отклонению) благодаря наличию главных обратных связей по управляемому (n_ВД) или оканчиваемым (Т^*_Т, n_НД) параметрам;

– -в силу одинаковости принципов построения систем и наличия общих элементов существует очередность вступления в работу каждой из систем которая определяется селектором канала управления.

Управляется (или ограничивается) тот параметр двигателя, который наиболее приблизился к величине, определяемой программой управления системы. В свою очередь программы управления n_{ВД MAX} и ограничений Т^*_{Т ПРЕД}, n_{НД ПРЕД}. подобраны так, что при нормальной работе электронно-гидромеханической системы САУ G_т. на максимальном и форсажных режимах определяющей является система управления n_{ВД MAX}, а системы ограничений Т^*_{Т ПРЕД} и n_{НД ПРЕД} являются резервными, предназначенными для исключения повышенных забросов температуры Т^*_Т и частоты вращения n_НД.

Вот такие общие черты систем управления, образующих электронно-гидромеханическую САУ G_т. Рассмотрим особенности каждой из систем.

2. Регулятор максимальной частоты вращения ротора высокого давления (рег. n_{ВД MAX})

Регулятор n_{ВД MAX}.обеспечивает в соответствии с программой управления поддержание частоты вращения ротора РВД n_ВД. в зависимости от температуры и давления воздуха (T^*_B и Р^*_В) на максимальном и форсированных режимах. n_{ВД MAX} ⁼ f(T^*_B, Р^*_В). При повышении n_ВД над заданной программой. n_{ВД MAX} = f(T^*_B, Р^*_В) на величину 2^±0,2%система (электронная часть системы) выдает дискретный сигнал «n_{ВД ПРЕД}» в электросхему самолета для сигнализации и регистрации.

Рассмотрим состав системы и прохождение сигналов в ней, используя функциональную схему, представленную на (рис. 1).

Сигнал действительного значения частоты вращения ротора ВД n_ВД поступает в измерительное устройство системы управления n_{ВД MAX}. Здесь сигнал n_ВД, преобразованный в конечном счете в электрический сигнал Un_ВД, сравнивается с сигналом заданного значения (напряжения Un_{ВД З}) формируемым программным задающим устройством ПЗУ₁ системы n_{ВД MAX}. На выходе измерительного устройства действует электрический сигнал Δ Un_ВД, величина которого пропорциональна отклонению частоты вращения n_ВД от заданного значения n_{ВД З}, т. е. Δ n_ВД = n_ВД - n_{ВД З} .

Этот сигнал рассогласования поступает далее в корректирующее устройство (канал рег. n_{ВД MAX}), служащее для обеспечения (повышения запаса) устойчивости и получения требуемых динамических характеристик системы управления n_{ВД MAX}, а затем в селектор канала управления, который устраняет совместную работу каналов управления n_{ВД MAX} и ограничений Т^*_{Т ПРЕД}, n_{НД ПРЕД}.

Выходной сигнал селектора Uc преобразуется широтно-импульсным модулятором (ШИМ) в широтно-импульсный сигнал (импульсы напряжения) γ n_{ВД MAX.}

B дальнейшем сигнал усиливается в усилителе мощности (УМ) (на схеме не показан) и подается к электрогидравлическому усилителю ЭГУ (ИМ-1), размещенному в гидромеханической части системы управления n_{ВД МАХ}.

Электрогидравлический усилитель ЭГУ (ИМ-1), преобразующий электрический импульсный сигнал в гидравлический (давление жидкости), является исполнительным механизмом электронной части системы управления n_{ВД MAX} - Этот исполнительный механизм (ИМ-1) оказывает воздействие через гидравлический селектор, отдельные устройства (корректирующие и исполнительные, на рис, 1 не показаны) гидромеханического регулятора частоты вращения Пвд на дозирующее устройство топливной системы (ДУ), а, следовательно, на расход топлива в основной камере сгорания G_т.

Если отклонение. Δ n_ВД = n_ВД - n_{ВД З}>0, что соответствует превышению действительного значения n_ВД над заданным n_{ВД З}, исполнительный механизм ИМ-1 через названные выше элементы гидромеханической части системы управления n_{ВД MAX}, перемещает дозирующее устройство (ДУ) топливной системы на уменьшение расхода топлива в основной камере сгорания (ОКС), тем самым частота вращения пвд снижается до заданного значения n_{ВД З}.

Если отклонение Δ n_ВД .< 0, процесс идет в обратном направлении.

Остановимся более подробно на характеристике устройств электронной части.

Измерительное устройство per, n_{ВД MAX} включает:

– датчик частоты вращения n_ВД ДЧВ-2500 (размещен на коробке двигательных агрегатов) с преобразователем сигналов ПЧН. (размещен в БПР);

– программное задающее устройство ПЗУ1 n_{ВД MAX};

– элемент сравнения.

Датчик частоты вращения (ДЧВ-2500) преобразует частоту вращения ротора РВД n_ВД в импульсы переменного напряжения с частотой следования, пропорциональной частоте вращения.

Преобразователь ПЧН, представляющий из себя фильтрующую емкость, преобразует полученный от датчика сигнал в напряжение Un_ВД, среднее значение которого пропорционально частоте вращения ротора РВД.

Программное задающее устройство ПЗУ1 n_{ВД MAX} электронного типа вырабатывает опорное напряжение Un_{ВД З}, определяемое программой управления в зависимости от напряжений UT^*_B, UP^*b, значения которых пропорциональны температуре T^*_B и давлению Р^*_в на входе в двигатель.

Напряжения UT^*_B и UP^*b получаются в результате прохождения информации о температуре Т^*в и давлении Р^*_в через датчики (температуры П-97М и давления ДАТ-2,5А) и преобразователь сигналов.

Кроме того, значения спорного напряжения Un_{ВД З}, вырабатываемые ПЗУ1 n_{ВД MAX}, зависят от наличия разовых команд «СПП» (снижение предельных режимов) и АПЗ (антипомпажная защита), а также от положения винтов потенциометров «1 n_ВД », «2 n_ВД » (расположены на БПР-88), определяющих эксплуатационную регулировку программы.

Устройство сравнения обеспечивает встречное включение напряжения, поступающего от преобразователя сигналов Un_ВД, с опорным стабилизированным напряжением Un_{ВД З}, поступающим от программного задающего устройства ПЗУ n_{ВД MAX}.

Исполнительный механизм ИМ-1 представляет собой электромагнитный преобразователь (тип механизма МКТ-157-1) одностороннего действия, образующий вместе с соплом 1 и входным дросселем 2 (рис. 6) электрогидравлический усилитель ЭГУ с импульсным входным сигналом, у которого давление рабочей жидкости в полости между дросселем и соплом зависит от времени в течении которого заслонка (якорь ИМ-1) закрывает сопло 1, т.е. от величины γ n_{ВД MAX} - Рабочая жидкость к входному дросселю 2 подводится от регулятора постоянного давления (РПД).

Для исключения одновременной работы электронно-гидромеханической системы управления n_{ВД MAX} и гидромеханического регулятора n_ВД (размещен в насосе-регуляторе НР-59) электронный блок (БПР-88) выдает сигнал на запитывание исполнительного механизма ИМ-7 (размещен в НР-59), который обеспечивает перенастройку гидромеханического регулятора n_ВД на =3% выше заданной программы n_{ВД MAX} ⁼ f(T^*_B, Р^*в), реализуемой блоком БПР.

При отказе БПР вышеуказанная перенастройка (3%) автоматически снимается путем обесточивания ИМ-7 и поддержание пвд осуществляется гидромеханическим регулятором n_ВД по программе n_ВД = f(T^*_B).

В случае отказа БПР обесточивается также исполнительный механизм ИМ-1, а в систему бортового контроля выдаются сигналы «отказ Т^*т, n_ВД» и «резервная система».

3. Ограничитель температуры газа за ТНД (огр. Т^*_{Т ПРЕД})

Система автоматического ограничения температуры газа за турбиной (ТНД) обеспечивает в соответствии с программой ограничение температуры газа Т^*_Т по предельному ее значению Т^*_{Т ПРЕД} в зависимости от температуры T^*_B и давления воздуха Р^*_В на максимальном и форсированных режимах.

При повышении температуры Т^*_Т над заданной программой Т^*_{Т ПРЕД} = f(T^*_B) на величину 50^±10К система (электронная часть системы) выдаетдискретный сигнал и команду «ВТ» (высокая температура) в электросхему самолета для сигнализации и регистрации, а также в канал антипомпажной защиты АПЗ.

Так как функциональный состав, принцип построения и работа системы ограничения Т^*_{Т ПРЕД} (как отмечалось выше) такие же, как и системы управления n_{ВД MAX}, ниже рассмотрим только особенности этой системы в плане состава и формирования сигналов.

Измерительное устройство системы включает в себя:

-датчик температуры газа в виде коллектора КТ из двенадцати параллельно соединенных хромель-алюмелевых термопар (Т-99), размещенных за турбиной НД на наружном корпусе смесителя;

– устройство сравнения, обеспечивающее встречное включение электродвижущей силы термопар с опорным стабилизированным напряжением;

– программное задающее устройство ПЗУ₂ Т^*_{Т ПРЕД}, вырабатывающее опорное стабилизированное напряжение UT^*_ТЗ определяемое программой управления в зависимости от напряжения UT^*_В, значения которого пропорциональны температуре воздуха на входе в двигатель Т^*в.

Кроме того, значения опорного напряжения UТ^*_ТЗ, вырабатываемые ПЗУ₂ Т^*_{Т ПРЕД}, зависят от наличия разовых команд:

«СПП» (снижения предельных режимов), «НЗ», «Контроль Т^*_Т», а также от положения винтов потенциометров «Т^*_Т» (расположены на БПР), определяющих эксплуатационную регулировку программы.

При подаче команды «СПП» (при включении тумблера «Предельные режимы» для работы двигателя на пониженных режимах «М» и «Ф») П участок программы Т^*_{Т ПРЕД} = f (Т^*_в) эквидистантно перестраивается на минус 50^±5К от фактической настройки.

При подаче команды «НЗ» от высокого сигнализатора (на высотах полета Н>14500м.) с целью исключения перегрева на больших высотах Ш участок программы Т^*_{Т ПРЕД} перестраивается на минус 30+5К от фактической настройки.

При включении режима «Контроль Т^*_т» (на пульте наземного контроля ПНК-88) вся программа Т^*_{Т ПРЕД} - перестраивается на минус 180⁺²⁰ К от фактической настройки.

Корректирующее устройство (электрический контур) представляет из себя (так же как и системы n_{ВД MAX}) реальное форсирующее устройство.

Введение в систему ограничения Т^*_{Т ПРЕД} такого корректирующего устройства позволяет компенсировать тепловую инерционность термопар и, тем самым, повысить динамическую точность ограничения температуры газа, которая, в свою очередь, исключает недопустимые превышения значения температуры Т^*_{Т ПРЕД}.

4. Ограничитель частоты вращения РНД (огр. n_{НД ПРЕД}).

Система автоматического ограничения частоты вращения ротора НД обеспечивает в соответствии с программой ограничение частоты вращения n_НД по предельному значению n_{НД ПРЕД} в зависимости от температуры воздуха Т^*_В на максимальном и форсированных режимах.

Система ограничения n_{НД ПРЕД} исключает раскрутку ротора НД в случае отказа системы автоматического управления площадью критического сечения сопла (CAУ F_kp).

Настройка программы n_{НД ПРЕД} превышает настройку программы n_{НД MAX} на величину 2,6^±0,25%.

При превышении n_НД над заданной программой n_{НД ПРЕД} на величину 2^±0,2%. система (электронная часть системы) выдает дискретный сигнал «n_{НД ПРЕД}» в электросхему самолета для сигнализации и регистрации.

Так как функциональный состав, принцип построения и работа системы ограничения n_{НД ПРЕД} (как отмечалось выше) такие же как и системы управления n_{ВД MAX}, ниже рассмотрим только особенности этой системы в плане состава и формирования сигналов.

Измерительное устройство системы ограничения n_{НД ПРЕД} включает в себя:

– датчик частоты вращения ротора компрессора низкого давления ДЧВ-2500 (размещен в коке) с преобразователем сигналов (преобразователь ПЧН-частоты n_НД в напряжение Un_НД -размещен в БПР);

– устройство сравнения, обеспечивающее встречное включение напряжения, поступающего от преобразователя сигналов (Un_НД), с опорным стабилизированным напряжением;

– -програмное задающее устройство ПЗУз n_{НД ПРЕД} > вырабатывающее опорное стабилизированное напряжение U n_{НД ПРЕД З}, определяемое программой управления в зависимости от напряжения UT^*_В, значения которого пропорциональны температуре воздуха на входе в двигатель.

Кроме того, значения опорного напряжения U n_{НД ПРЕД З}, вырабатываемые ПЗУз n_{НД ПРЕД}, зависят от наличия разовой команды «СПП» (снижение предельных режимов).

При подаче команды «СПП» (при включении тумблера «Предельные режимы» для работы двигателя на пониженных режимах «М» и «Ф») III участок программы n_{НД ПРЕД} =f(Т^*_В) эквидистантно перестраивается на минус 4^+0,4%. В этом случае ограничение n_НД (на пониженных режимах «М» и «Ф») осуществляется по программе n_{НД ПРЕД} I участка, частично II участка и сниженного III участка.

Корректирующее устройство аналогично корректирующему устройству системы n_{ВД MAX} •

ТЕМА № 13. «СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГТД».

ЗАНЯТИЕ №6. «Система управления расходом топлива в форсажной камере сгорания».

Время: 2 часа (практическое занятие)

Цель занятия: Изучить общую характеристику, регулятор расхода топлива, элементы системы формирования управляющих сигналов, работу системы управления расходом топлива в форсажной камере сгорания

Изучаемые вопросы:

1.Общая характеристика системы.

2.Регулятор расхода топлива в форсажную камеру сгорания (GтФ).

3.Элементы системы формирования управляющих сигналов.

4. Работа системы управления расходом топлива в форсажной камере сгорания.

1.Общая характеристика системы.

1.1.Назначение, принцип работы системы.

Система автоматического управления расходом топлива в форсажную камеру сгорания (САУ G_ТФ) обеспечивает:

– запуск форсажной камеры;

– вывод двигателя на режим "минимальный форсаж" (совместно с регулятором выходного устройства) независимо от положения РУД в диапазоне форсажных режимов;

– вывод двигателя на заданный форсажный режим;

– программное управление расходом топлива в ФК в условиях полёта при фиксированном положении РУД в зависимости от величин Р^*_к и Т^*_в;

– изменение расхода топлива в форсажную камеру сгорания при управлении форсажными режимами в зависимости от положения РУД;

– выключение форсажной камеры.

Система управления расходом топлива в форсажную камеру - гидромеханическая, программная. Реализация предусмотренной программы управления обеспечивает в условиях полета при фиксированном положении РУД в диапазоне форсажных режимов поддержание неизменной величины температуры газа в форсажной камере, т.е. Т^*_Фi = const. Поэтому эту систему можно также назвать системой автоматического управления температурой газа в форсажной камере, или сокращенно САУ Т^*_Ф.

Систему автоматического управления расходом топлива в форсажной камере удобно рассматривать как состоящую из системы топливопитания, с объектом управления - двигателем и регулятора.

Система топливопитания включает в себя:

– форсажный топливный насос (ФТН);

– топливомасляный радиатор (ТМР);

– дозирующий кран I коллектора (ДКф_Ф1) с регулятором постоянного перепада давления (РППД ₁);

– дозирующий кран II и III коллекторов (ДК_Ф2,3) с регулятором постоянного перепада давления (РППД _2,3);

– распределитель форсажного топлива по коллекторам (РТФ);

– топливоподводящие трубопроводы, запорные клапаны, коллекторы и форсунки.

Функциональная схема системы топливопитания представлена на рис. 1.

Из центробежного форсажного топливного насоса топливо поступает к дозирующим кранам и через них к форсажному распределителю топлива и по коллекторам I, II и III через форсунки в форсажную камеру.

На каждом из дозирующих кранов поддерживается постоянный перепад давления. Поэтому расход топлива через каждый дозирующий кран зависит от площади окна проходного сечения. На дозирующем кране I коллектора площадь проходного сечения однозначно определяется продольным перемещением внутреннего золотника крана относительно корпуса (m_дк1), а на дозирующем кране II, III коллекторов - продольным перемещением m_дк2,3 и поворотом φ_дк2,3 золотника.

Таким образом, расход топлива через I коллектор определяется продольным перемещением золотника m_ДК1, а через II и III коллекторы - как продольным перемещением (m_дк2,3), так и поворотом (φ_дк2,3) золотника крана.

Продольные перемещения m_дк1, m_дк2,3 и поворот φ_дк2,3 золотников дозирующих кранов, а следовательно, и расход Gтф определяется регулятором, функциональная схема которого представлена на рис. 2.

При перемещении РУД в диапазоне форсажных режимов управляющее воздействие h через гидрозамедлитель передается к программному задающему устройству (ПЗУ), в котором формируется сигнал, определяющий заданное значение угла поворота золотника дозирующего крана II и III форсажных коллекторов, а, следовательно, и расход топлива по углу поворота РУД.

Гидропривод дозирующего крана, выполненный по следящей схеме, обеспечивает поворот золотника дозирующего крана (φ_дк2,3) в соответствии с заданным значением, следовательно и изменение расхода топлива во II и Ш коллекторы в соответствии с заданной программой.

Продольное перемещение дозирующего крана обеспечивается гидроприводом в соответствии с заданным программным задающим устройством значением m_дк2,3 в зависимости от величины Р_К^* и Т_В^*.

Продольные перемещения m_дк2,3 через рычаг (усилитель) передаются с соответствующим усилением на дозирующий кран первого коллектора. Таким образом, расход топлива в I коллекторе также является функцией Р_К^* и Т_В^*.

При α_{РУД пф} = const программное изменение расхода топлива в форсажную камеру в зависимости от величины Р_К^* с учетом коррекции по Т_В^* обеспечивает в условиях полета сохранение примерно постоянной величины температуры газа в форсажной камере Т_ф^*_макс= const.

При другом положении РУД в диапазоне форсажных режимов поворот золотника дозирующего крана во II и III коллекторы обеспечит ступенчатое изменение расхода топлива, и в условиях полёта системой, обеспечивающей продольное перемещение m_дк2,3 будет поддерживаться постоянным другое значение Т_Фi^*= const.

Поиск по сайту: