Системи автоматичного керування авіаційними силовими установками

1. СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ АВІАЦІЙНИМИ СИЛОВИМИ УСТАНОВКАМИ

Харківський національний університет Повітряних Сил
імені Івана Кожедуба
Кафедра
Конструкції та міцності літальних апаратів та двигунів
СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ
АВІАЦІЙНИМИ СИЛОВИМИ
УСТАНОВКАМИ
Лекція № 12
Харків - 2020

2.

Тема 7.
Системи автоматичного
регулювання
форсажними камерами
згоряння
(продовження)

3.

7.3. Задача стабілізації
режиму роботи ФК.

4.

Як і для основного контуру, задача стабілізації
форсованих режимів роботи полягає в стабілізації
відносної тяги, заданої РУД
PФ f ( РУД ),
РФ
PФ
.
РФ max
Режим роботи ФК змінюється від мінімального до
повного форсажу.
РМФ – "МФ" визначається зривом полум’я, пов’язаного з
погіршенням розбризкування палива.
РПФ – "ПФ" визначається стехіометричним складом
суміші в ФКЗ.
Тяга форсованого режиму визначається температурою в
форсажній камері згоряння. Однак пряме регулювання
температури надзвичайно складне через її високе
значення
(2000-2100К,
важко
виміряти).
Тому
застосовують непряме регулювання, шляхом дозування
палива за певним законом за допомогою спеціальної
САР GПФ.

5.

7.3.1. Стабілізація режиму
роботи ФК ТРДФ

6.

З рівняння енергії для ФКЗ
Т Т
*
Ф
*
Т
Ф HU GП Ф
с П GГ
Підставимо в цю формулу вираз для GГ:
Т Т
*
Ф
*
Т
сП m
Ф HU GП Ф
KC PK*
*
Г
T
FCA q( CA )
Так як на форсованих режимах TГ TГ max const , а TT
то
Т Т A
*
Ф
*
Т
GП Ф
PK
TГ ,

7.

Таким чином видно, що для стабілізації температури в ФКЗ
і, відповідно, режиму її роботи необхідно стабілізувати
відношення GПФ / РК* . На практиці це відношення програмується в залежності від положення РУД
GП Ф
Р
*
К
К f ( РУД )
Або, фізична витрата палива дозується за формулою
GПФ К РК* f ( РУД )
Часто замість GПФ використовують тиск палива перед
форсунками (РФ) або координату паливного насосу (mФ).
Функціональна схема такої САР GПФ матиме вид:
PK
ЗП
ГС
МнП
РУД
GПФЗАД
( PФЗАД )
ВП
СМ
mФ
ФН
GП Ф
f
i
ТРДФ
( PФ )
Т Ф

8.

7.3.2. Стабілізація режиму
роботи ФК ТРДДФ

9.

Рішення задачі стабілізації режиму роботи форсажної
камери згоряння ТРДДФ аналогічне ТРДФ. З рівняння енергії
для ФКЗ отримаємо:
ФGП Ф HU
*
*
ТФ Т СМ
,
сП (1 m)GГ
де
m
G B GK
GK
– степінь двоконтурності;
GП – витрата повітря через вентилятор;
GП – витрата повітря через компрессор.
Степінь двоконтурності залежить *від режиму польоту і
режиму роботи двигуна m m(nK ; TB ) . Але так як на форсованих режимах двигун працює на максималі nK nK max ,
то степінь двоконтурності однозначно визначається
температурою повітря на вході в двигун. Тому для ТРДДФ
дозування палива в ФК формується за законом:
GПФ К РК* (TB* ) f ( РУД ).

10.

САР GПФ ТРДДФ (приклад).
КППД1
від ГС РУД
ДК1
РН
TB*
ДК2-3
РВ*
РК*
РФ
nKпр
КПД
КППД2

11.

7.4. Регулювання форсажної
приймальності.

12.

ФКЗ, як ОР, є практично ідеальною ланкою і не містить
елементів, які б обмежували темп форсажної приймальності
або скидання газу.
Швидкодія ж САР π*Т, яка вирішує задачу автономності
основного контуру, обмежена швидкістю перекладки стулок
сопла по міцності через дію значних інерційних сил.
На сталих режимах це протиріччя не проявляється і впливу
ФК на роботу ОК (осн. контур) нема. Але при швидкому
перенастроювані режиму вплив ФК може проявитися досить
суттєво, при тому, що ОК працює на максимальному режимі:
– при збільшенні форсованого режиму можливий закид
температури газів ОК вище гранично-допустимого значення
САР G
САР n
ПФ
РУД
GПФ ТФ* Т* рег. Т* ? n
GT Т Г*
– при зменшенні форсованого режиму можливий закид
обертів ротора ОК вище гранично-допустимого значення
САР GП Ф
РУД
GПФ ТФ* Т* рег. Т* ? n

13.

Тому, для узгодження темпу змінення форсажного палива з
швидкодією САР π*Т, в механізмі настроювання САР GПФ
передбачений гідросповільнювач.
Конструктивна схема (приклад).
ДП
в САР GПФ
Рnпр
від РУД
РКПД
ЕМК авар.вимик.
5
4
ЕМК розпал
В якості гідросповільнювача використовується пропорційний
гідравлічний підсилювач однобічної дії з жорстким зворотним зв'язком.
Швидкість переміщення ГС, а отже і швидкість змінення подачі палива в
ФКЗ, визначається пропускною спроможністю ДП, встановленого в
каналі живлення верхньої, керованої порожнини ГС.

14.

7.5. Запуск і вимикання
ФКЗ.

15.

Запуск і вимикання ФКЗ супроводжуються особливо різким і
значним зміненням Т*Ф і, відповідно, надзвичайно сильним
впливом на ОК.
Під час запуску виникають такі несприятливі фактори:
По-перше, витрата палива не може бути дуже малою, так як
існує обмеження по "бідному" зриву полум’я, а в умовах
висотного польоту, коли GПов мала, необхідне зниження GПФ
при запуску може призвести ще й до погіршення
розбризкування палива і навіть до його закипання в
колекторах;
По друге, випаровування палива в непрацюючій "холодній"
камері недостатньо активне, що призводить до деякого його
накопичення.
Результатом цих факторів є перезбагачення
паливоповітряної суміші, тому в момент її спалаху швидкодії САР FКР
може виявитися недостатньо, щоб парирувати настільки
потужний вплив і запуск буде супроводжуватися закиданням
температури газів
САP n
Т Ф* Т* n
GП Т Г*

16.

Для забезпечення безпечного запуску передбачають:
– утримування витрати палива на рівні GПФmin до
моменту загоряння незалежно від положення РУД;
– попереднє по відношенню до подачі палива
розкриття сопла, чим забезпечується початкове
зниження Р*Т , а значить зниження його абсолютного
закидання
при
спалаху
полум’я.
Однак
час
випередження розкриття сопла не повинен бути
надмірно великим, так як це призведе до провалу тяги
САP n
FKP Т* n
GП Т Г* Р.
Зауваження. На літаках з такими двигунами вводилися
обмеження
на
включення
форсажу.
Наприклад,
заборонялося включення форсажу при розбігу літака, при
польоті на малій висоті з малою швидкістю або при виході з
пікірування.

17.

Вимикання ФКЗ по впливу на ОК протилежне запуску. Різке
зниження GПФ і закриття форсажних кранів при відкритих
стулках сопла може призвести до надмірного збільшення
частоти обертання ротора двигуна і провалу тяги:
САP n
ТФ* Т* n
GП Т Г* Р
У 2-хроторних двигунів, крім відміченого, зменшується
ковзання роторів і знижується запас стійкості КНД.
Для запобігання цьому використовується автоматичне
блокування припинення подачі GПФ до тих пір, поки сопло не
прикриється до положення мінімального форсажного
режиму.
Крім цього, на сучасних двигунах, для зменшення
несприятливого впливу запуску та вимикання ФКЗ на ОК, в ФКЗ
встановлюють спеціальний контур форсунок. Витрата палива
через цей контур відповідає режиму "мінімальний форсаж",
залежить від зовнішніх умов і не залежить від положення РУД.
Такий підхід дозволяє оптимізувати конструкцію контуру
форсунок і забезпечити стійке горіння при мінімальній витраті
палива, яка складає 10-15% від режиму повний форсаж (на
форсованих двигунах II-III поколінь до 40%).

18.

Конструктивна схема (приклад).
ДП
в САР GПФ
Рnпр
від РУД
РКПД
5
ЕМК авар.вимик.
4
ЕМК розпал