книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 5 Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок

L1. Системы автоматического управления и контроля авиаиионных ГТД

принятии решения об облике и исполнении САУ необходимо предусмотреть запас на ее моральное старение. Возможна задержка получения комплек­ та агрегатов окончательного вида, поэтому для обеспечения первого этапа создания нового двига­ теля. необходимо предусмотреть промежуточный вариант, опирающийся на серийно выпускаемые дорабатываемые агрегаты. В то же время необхо­ димо и возможно отработать отдельные конструк­ тивные решения по САУ окончательного вида на серийных двигателях.

Направления совершенствования САУ и ее элементов

Основными направлениями совершенствования САУ и ее элементов являются:

-повышение надежности САУ и ее элементов;

-оптимизация программ управления;

-улучшение контролепригодности;

-повышение стойкости к воздействию внешних факторов и помехозащищенности;

-уменьшение стоимости САУ и жизненного цикла в целом;

-уменьшение трудоемкости обслуживания, улучшение эксплуатационной технологичности;

-уменьшение массы системы.

Выбор структурной схемы системы Структурная схема выбирается исходя из обес­

печения требований к функционированию и на­ дежности с учетом других требований.

Резервирование Одним из способов повышения надежности яв­

ляется применение резервирования. В электронных САУ применяется дублирование или троирование электронных элементов (устройств). Имеются си­ стемы с основным электронным регулятором и ре­ зервным (дублирующим) гидропневмомеханичес­ ким каналом управления.

В электронных агрегатах применяются оди­ наковые элементы, один из которых находится в контуре управления, другие - в так называемом «горячем» резерве, т.е. находятся в режиме фун­ кционирования, но при помощи селектора исклю­ чены из контура управления.

Для обеспечения работы схемы с резервирова­ нием в ней имеется устройство переключения - селектор. Управление селектором и выбор исправ­ ных резервных элементов осуществляет устрой­ ство автоматического определения исправности элементов - встроенная в электронный вычисли­ тель система самоконтроля (СВК). СВК осуществ­ ляет функциональный, параметрический, темпо­ вый контроль исправности.

В троированных системах применяется схема голосования, когда из сигналов трех каналов уп­ равления отбраковывают один значительно отли­ чающийся от остальных, а управление ведут одним

из каналов с исправными элементами или по осредненному сигналу с исправных каналов.

Системы с полной ответственностью, супервизорные системы

САУ, в которых сигнал от основного, как пра­ вило, гидро(пневмо)механического регулятора для повышения точности корректируется электрон­ ным устройством называются супервизорными. Системы, управляющие всеми регулирующими органами на всех режимах работы двигателя без ограничения, называются системами с полной от­ ветственностью.

Распределенные системы Для повышения помехозащищенности по лини­

ям связи и точности измерения и управления при­ меняют встроенные в датчики и исполнительные механизмы (преобразователи) микроЭВМ. Они нор­ мализуют и корректируют сигнал от преобразователя датчика, преобразуют сигнал в цифровой вид и по ин­ формационной шине передают в вычислитель.

От электронного агрегата управления сигнал в цифровом виде передается в микроЭВМ испол­ нительного механизма, где преобразуется в элект­ рический кодовый (импульсный) или аналоговый сигнал, воздействующий на силовые элементы ис­ полнительного механизма. Подобная схема приме­ няется при удаленном от регулятора расположении датчиков и исполнительных механизмов.

Объединение агрегатов Для уменьшения массы системы за счет умень­

шения количества коммуникаций и суммарной массы корпусных деталей применяется объедине­ ние в одном агрегате нескольких агрегатов. Напри­ мер, объединяют в один агрегат подкачивающий, ос­ новной насос, насос механизации компрессора, основной топливный фильтр и теплообменник или основной топливный фильтр и теплообменник или основной насос, регулятор, дозатор, агрегат рас­ пределения топлива.

Подбор и анализ комплектующих Подбор комплектующих ведется по техничес­

ким характеристикам агрегата, датчика. Инфор­ мацию получают из информационной карточки, из технической документации, получаемой от раз­ работчика агрегата, датчика. В случае, если выб­ ранный агрегат удовлетворяет всем или большин­ ству требований, то заказчик оформляет протокол согласования применения, в котором оговарива­ ются условия применения и функционирования.

Если не удалось подобрать готовый агрегат (дат­ чик) оформляется ТЗ на его разработку и согласо­ вывается с разработчиком агрегата (датчика).

Управление регулирующими органами Исполнительные механизмы привода регулиру­

ющих органов должны обеспечить необходимое усилие и быстродействие.

21

Глава L Системы автоматического управления и контроля

Должны быть рассмотрены следующие вариан­ ты управления исполнительными механизмами:

-пневмоуправление;

-гидроуправление;

-пневмогидроуправление;

-электрогидро(пневмо)управление. Оптимальным будет вариант, удовлетворяю­

щий требованиям технического задания и прин­ ципам выбора оптимального варианта САУ, см. разд. 1.1.5.3.

1.1.5.5. Программы управления ГТД

Выбор регулируемых параметров ГТД призводят исходя из необходимости выполнения основ­ ной задачи регулирования - поддержание тяги на установившемся режиме:

-обеспечение заданной точности поддержания тяги;

-обеспечение необходимого изменения тяги при

изменении температуры и давления воздуха на вхо­ де в двигатель;

-обеспечение интегрированного управления двигателя и самолета.

В качестве регулируемого параметра, косвенно отражающего величину тяги двигателя, принимают:

-частоту вращения ротора вентилятора, КНД

(/2В, Инд ),

-частоту вращения ротора КВД ( ивд);

-степень повышения давления воздуха в компрессоре (я’1а= Р 'к / Г вх);

-степень повышения давления воздуха в дви­

гателе (л дВ —Р т / Р вх).

Параметр регулирования выбирают с учетом обеспечиваемой точности измерения параметра, теплонапряженности двигателя, возможного ухуд­ шения характеристик компрессора, турбины, камер сгорания [1.9, 1.10].

Программы управления на статических режи­ мах должны обеспечивать однозначное выдержи­ вание заданного режима с учетом температуры и давления воздуха на входе в двигатель. В совре­ менных САУ реализованы следующие программы управления:

лнд ~ f (а руд> Г ВХ9 Р вх)

nBjx ~ f (а руд> Г т Р вх)

^KI"”./*(0&руд)

Лдв —-А а руд> Г вх, Р вх» МП)

Режим работы двигателя может быть ограничен для исключения достижения предельных значений параметров двигателя или обеспечения устойчи­ вой работы двигателя.

В резервном регуляторе управление режимом выполняется по упрощенным программам. В ос­ новном электронном регуляторе также могут быть предусмотрены подобные программы как резерв­ ные на случай невозможности выполнения основ­ ных (отказ каналов измерения и преобразования параметров).

Упрощенные программы управления режимом:

«в ~f№pyjj)

ЛВД ~^(^руд)

GT=/( ° W )

GT / ■ Р * к = / ( « р у д ) -

В качестве резервных программ может быть программа регулирования определенной, выбран­ ной с точки зрения безопасности эксплуатации, ве­ личины параметра регулирования, например,

пт = const,

GT / Р \= const

Форсажный контур ГТД регулируется таким образом, чтобы линия рабочих режимов (ЛРР) на характеристике газогенератора сохранялась неиз­ менной и гарантировался необходимый запас ГДУ компрессора. Поэтому программа управления по­ дачей топлива в форсажный контур строится по па­ раметрам, характеризующим положение ЛРР на ха­ рактеристике турбокомпрессора ГТД. Управление расходом топлива в ФК выполняют по программе:

^ тф IР к- / ( а руд> Г*вх)-

При этом площадью критического сечения со­ пла управляют по программе:

^с= /(«РУД.

Сцелью обеспечения заданного режима рабо­ ты вентилятора управление критическим сечени­ ем реактивного сопла можно осуществлять по па­ раметрам, характеризующим расход воздуха (скорость потока) в наружном контуре (д(А,), к(Х)

ит.п.).

Управление двигателем на переходных режи­ мах

К современным двигателям предъявляют доволь­ но жесткие требования к обеспечению переходных процессов. САУ должна обеспечить переход за ми­ нимальное время (с максимально возможным тем­ пом) с исходного режима на новый, заданный пи­

22

/. 1. Системы автоматического управления и контроля авиационных ГТД

лотом перемещением РУД или другим органом за­ дания режима, без потери ГДУ компрессора, пога­ сания пламени в камерах сгорания, вибрационно­ го горения, заброса параметров сверх допустимых. Время приемистости от малого газа до максималь­ ного режима составляет у современного ТРДД 5.. .7 секунд, у ТРДДФ - 2...4 секунды. Различают следующие виды переходных процессов измене­ ния режима двигателя: приемистость, сброс, час­ тичные приемистость и сброс, встречная приеми­ стость (сброс-приемистость). На выбор программ управления на переходных режимах влияют харак­ теристики, конструктивная схема двигателя, кон­ структивное исполнение САУ [1.11,1.12].

Для обеспечения необходимого протекания ли­ нии рабочих режимов на характеристиках узлов двигателя применяют управление подачей топли­ ва и механизацией двигателя. Программы управ­ ления по внутридвигательным параметрам с уче­ том параметров воздуха на входе в двигатель обеспечивают наилучшее протекание переходных процессов.

Управление расходом топлива выполняют по следующим программам:

«ВД ” УХ^ВДПР»“^ВХ)

Кк ~ f f a ВДПР' ^вх)

GT / P \ = f ( n m)

GT I P \ = f i n m)

GT IP'K= f(n m i T*BX,P*BX).

Резервные упрощенные программы управления имеют вид:

«вд= /№

<?Т= /(Т )

GT= f( n \ )

GT= f ( P \ )

Gr= f ( x , P \ x)

GT= f ( P \ , P \ x)

Управление двигателем на режимах запуска Для управления расходом топлива на участке

разгона ротора применяются программы управле­ ния как по внутридвигательным параметрам (Р*к, гк, 77вд или их комбинации) с учетом параметров воздуха на входе, так и запуск по независимому

параметру - времени. Задачей САУ является обес­ печение требуемой подачи топлива в КС для рас­ крутки роторов за заданное время и без превыше­ ния допустимой температуры газа за турбиной.

Программы управления расходом топлива по внутридвигательным параметрам имеют вид:

<7Т / Р\= const

Gj ! Р к” / (ивдпр)

GT l F K= f(n Ba,T*K)

GjTlP ! Г к - /(Л д д п р )

GT / P \ x=f(AnBIl/At).

где А«вд/ At = /(л вд).

Программа управления расходом топлива по времени имеет вид

GT= / ( x ) или

dG^/dx = const или

dG^dx =/(лвд) или

"вд =/№•

Применение определенной программы обуслов­ лено пусковыми свойствами двигателя, запасами ГДУ компрессора на участке запуска, требования­ ми к длительности запуска, допустимой температу­ рой газа в турбине. Наилучшей программой для кон­ кретного типа двигателя будет та, которая учитывает изменение не только внешних условий и внутрен­ них параметров двигателя, но и изменение характе­ ристик двигателя в течение ресурса. Таким требо­ ваниям отвечает программа поддержания заданного ускорения, так как она автоматически обеспечива­ ет требуемые избытки топлива над статической ли­ нией.

Однако, в нерасчетных условиях (например, срыв компрессора из-за неравномерности на вхо­ де, резкое увеличение отбираемой мощности от ротора, отключение стартера и т.д.) происходит соответствующее увеличение потребного расхода топлива и увеличение температуры газа. В роли программы ограничения может выступать любая из приведенных программ поддержания расхода топлива по внешним или внутренним параметрам. Регулирование расхода топлива по времени обес­ печивает постоянную его добавку в течение задан­ ного времени. При определенной программе обес­ печивается запуск с минимальными избытками

23

Глава /. Системы автоматического управления и контроля

топлива над статической линией, при этом выби­ раются меньшие запасы ГДУ компрессора.

Влюбой комбинации основной и ограничитель­ ной программ в условиях эксплуатации могут иметь место случаи потери ГДУ компрессора («хлопки» и «бубнения»). Вследствие этого умень­ шается ускорение ротора компрессора и растет температура газов за турбиной. Таким образом, для обеспечения надежности запуска требуется защита двигателя от помпажа на самых ранних стадиях запуска и защита от перегрева лопаток турбины.

Известные методы определения помпажа ком­ прессора основаны на измерении амплитуды пуль­ сации давления воздуха за компрессором. Совре­ менный уровень развития системы измерения

ирегистрации параметров не позволяет достаточ­ но достоверно идентифицировать помпаж на низ­ кой частоте вращения компрессора. Поэтому при­ мерно до частоты вращения отключения стартера защита от помпажа компрессора реализуется по уровню температуры газа за турбиной. Для выве­ дения двигателя из срыва применяется алгоритм с кратковременной отсечкой топлива при достиже­ нии температурой газа за турбиной предельного значения, последующим розжигом КС и продолже­ нием запуска на пониженном расходе топлива. Одновременно выполняется и защита турбины от перегрева.

Для повышения запасов ГДУ и получения оп­ тимальных значений к.п.д. компрессора на участ­ ке запуска применяют дополнительный перепуск воздуха за КВД и поворот ВНА. При выходе дви­ гателя на режим при заданной частоте вращения КВД или степени повышения давления в КВД до­ полнительные клапаны перепуска закрываются, а ВНА устанавливаются в заданное программой положение.

Управление проточной частью двигателя

Всовременных двигателях управляют следую­ щими элементами проточной части двигателя:

- ВНА и НА компрессора; - перепуск воздуха из средних ступеней комп­

рессора; - перепуск воздуха после КВД;

- перепуск воздуха после КНД - между каска­ дами компрессора;

- площадь входа (выхода) канала наружного кон­ тура;

-площадь критического сечения и выходная площадь сопла;

-зазоры между рабочими лопатками и статором компрессора и турбины.

Теоретически проработано управление фронто­ вым устройством КС, сопловым аппаратом турби­ ны, смесителем двухконтурного двигателя.

Задачами управления компрессором является обеспечение запасов ГДУ, напорности, расхода воздуха и к.п.д. каскадов, устранение срыва по­ тока при помпаже и согласование параметров компрессора с параметрами других элементов двигателя. Для улучшения характеристик по выб­ росу вредных веществ управляют площадью фронтового сечения КС. Изменяя соотношение площадей наружного и внутреннего контуров ка­ меры смешения можно воздействовать на поло­ жение рабочей точки в поле характеристик КНД. Управление может производиться по аналоговой или релейной программе. Аналоговое управление требует наличия обратной связи в контуре управ­ ления. Как правило, управление отборами возду­ ха и зазорами производится релейно, без обрат­ ной связи.

Управление ВНА выполняют по программам в зависимости от приведенной частоты вращения ротора компрессора (по температуре воздуха на входе в двигатель или компрессор), в зависимости от степени повышения давления воздуха в комп­ рессоре:

^НА““ f (ИВД ’ 7%х)

^НА“ f (^ВД 9^*кнд)

а НА ” f (^ВД 5 Л К1)

Управление перепусками воздуха выполняют по программам:

^кпв ” f (лвд » 7*вх)

^кпв f (”вд’ ^вх 9Р вх9а руд9”т)

^КПВ “ f fa Kl)

Для повышения к.п.д. компрессора и турби­ ны величину зазоров между рабочими лопатка­ ми и статором КВД и ТВД на крейсерских режи­ мах полета уменьшают до минимально возможных посредством обдува их корпусов воздухом из-за КНД или наружного контура ТРДД. Управление клапанами (заслонками) отбора воздуха произво­ дят по разомкнутой программе в зависимости от режима работы двигателя и параметров воздуха на входе в двигатель, которые косвенно отражают теплонапряженность деталей двигателя:

-^КПВ“ /(^ВД 9 Г ВХ 9 Р вх 9 а РУД 9 Ивд)

При установке датчиков радиальных зазоров возможно замкнутое управление обдувами корпу­ сов двигателя.

24

IЛ. Системы автоматического управления и контроля авиаииониых ГТД

В табл. 1.1 в качестве примера возможной реа­ лизации приведены программы управления ТРДД отечественной разработки для гражданского само­ лета.

1.1.5.6. Расчет и анализ показателей надежности

Из номенклатуры показателей надежности мож­ но выделить главные, определяющие структуру САУ (см. разд. 1.1.3) - TQn, Гпо, Тс, Тэц.

Под неисправностью понимается состояние САУ, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Под отказом понимается событие, заключаю­ щееся в нарушении работоспособного состояния САУ.

Интенсивность отказов, приводящих к превы­ шению предельных параметров двигателя или не­ возможности выключения двигателя.

Рассмотрим пример составления расчетной схе­ мы для определения показателя Гоп [1.13,1.14].

Отказы САУ, приводящие к превышению пре­ дельных параметров двигателя или невозможнос­ ти его выключения должны быть практически не­ вероятными, т.е.

Р = \0 9; Топ = 109ч.

(1.2)

В эту же категорию отказов входят нелокализуемые пожары. Однако вследствие крайней малой вероятности этого события их в данном случае не рассматриваем. Таким образом, можно выразить интенсивность отказов как сумму двух составля­ ющих:

+

(1.3)

где А,принтенсивность отказов САУ, приводящих к превышению предельно допустимых параметров двигателя;

А,нв - интенсивность отказов САУ, приводящих к невыключению двигателя.

Интенсивность отказов вычисляется по следу­ ющей зависимости:

А,= 1 /Т

(1.4)

где Т - наработка на данный вид отказа, ч.

В общем случае ХПРСАУ определяется интен­ сивностью неконтролируемых отказов элементов САУ, приводящих к превышению предельных пара­ метров двигателя (в том числе и надсистемного ог­ раничителя, если таковой предусмотрен в САУ).

В оценке ХПРучитываются только неконтроли­ руемые отказы, т.к. в случае контролируемого от­

каза превышения параметров двигателя не проис­ ходит.

ЬПР = ^ПРогД вчНКПР + V KnP + V KnP)

0 - 5 )

где АЛР0ГР - интенсивность отказов надсистем­ ного ограничителя, приводящих к пре­ вышению предельных параметров;

ЯВЧНКПР “ интенсивность неконтролируемых отказов вычислительной части САУ, приводящих к превышению предель­ ных параметров;

А,ДНКПР _ интенсивность неконтролируемых отказов датчиков САУ, приводящих к превышению предельных параметров;

ЛИЧНКПР “ интенсивность неконтролируемых отказов исполнительной части САУ, приводящих к превышению предель­ ных параметров.

Опасным для двигателя и самолета является нелокализованное разрушение узлов двигателя с воз­ можностью повреждения фюзеляжа, крыла, опере­ ния и систем самолета, обеспечивающих его безопасную эксплуатацию (система управления, топливная система, гидросистема, шасси, механи­ зация крыла и оперения).

Для однодвигательного самолета к отказам с опас­ ными последствиями должны быть отнесены также все отказы, приводящие к выключению в полете (са­ мопроизвольному, автоматическому или вынуж­ денному ручному) и снижению тяги ниже мини­ мально допустимой по критическим условиям полета (взлет, посадка с включением реверса, по­ лет с минимальной скоростью и предельно допус­ тимыми углами атаки на левой границе области по­ летов).

Для двигателя и самолета опасно превышение следующих контролируемых параметров:

-частота вращения роторов компрессор-тур­ бина;

-частота вращения турбин (обрыв вала тур­ бины);

-превышение температуры металла вращаю­ щихся деталей турбины;

-превышение давления воздуха в КС;

-превышение вибронапряжений во вращаю­ щихся элементах компрессора и турбины (если есть сигнал в САУ о величине вибронапряжений);

-выключение двигателя в полете (для однодви­ гательного самолета).

Отнесение тех или иных параметров двигате­ ля к критическим (с точки зрения последствий их превышения) зависит от наличия в конструкции двигателя мероприятий, позволяющих не допус­ тить его разрушения или повреждения жизненно важных систем и конструкций самолета. Напри­

25

Глава L Системы автоматического управления и контроля

мер, двигатель проектируют так, чтобы при об­ рыве лопатки вентилятора, компрессора, турбин не пробивались корпуса. Однако, при этом корпу­ са не могут выдержать разлета фрагментов раз­ рушенных дисков. Турбину проектируют таким образом, чтобы по запасам прочности при превы­ шении частоты вращения вначале происходил обрыв рабочих лопаток. Это обеспечивает сброс мощности турбины и прекращение ее дальнейшей раскрутки и разруш ения. Причиной раскрутки роторов из-за отказа САУ может быть подача топ­ лива сверх ограничиваемого программного зна­ чения или прикрытие ВНА сверх программного значения.

Причиной превышения температуры металла в турбине может быть подача топлива сверх огра­ ничиваемого программного значения, отказ систе­ мы охлаждения турбины, прикрытие ВНА сверх программного значения, помпаж компрессора (без срабатывания противопомпажной системы).

Причиной превышения давления воздуха в КС может быть превышение приведенной частоты вра­ щения роторов компрессора (не выдерживается программа ограничения приведенной частоты вра­ щения) или виброгорение в КС.

Для выявления критических отказов САУ дол­ жен быть проведен ситуационный анализ и мате­ матическое моделирование двигателя при отказных ситуациях САУ.

Таким образом, для анализа надежности долж­ на быть определена структура САУ, технические характеристики элементов САУ, характеристики узлов двигателя. Эти данные можно получить как из предварительного эскизного проектирования, так и по прототипам с учетом отличий, изменений конструкции.

Основные пути повышения надежности САУ отечественной разработки

1)Совершенствование процесса разработки

ипроизводства электронных и неэлектронных аг­ регатов САУ, позволяющее уменьшить количество дефектов по конструктивным и производствен­ ным причинам:

-внедрение САПР САУ;

-внедрение специальных современных языков

ипрограммно-технических средств программиро­ вания электронных агрегатов;

-внедрение комплексных моделирующих стен­ дов и стендов-имитаторов;

-внедрение комплектных испытательных стен­ дов с полной имитацией внешних воздействующих факторов, методики ускоренных ресурсных испы­ таний;

-внедрение аттестованной системы контроля, обеспечения и управления качеством выпускаемой продукции;

-входной контроль комплектующих изделий;

-приработка всех выпускаемых агрегатов на ис­ пытательных стендах с полной имитацией вне­ шних воздействующих факторов.

2)Оптимизация структуры САУ:

-разработка структуры, позволяющей практи­ чески исключить возможность выключения двига­ теля по вине САУ, в т.ч. из-за превышения предель­ ных параметров двигателя;

-оптимизация количества резервных, дублиру­ ющих устройств и их взаимодействия с целью уменьшения количества случаев потери функций САУ и ухудшения качества управления;

-диагностическая система и реконфигурация САУ на основе встроенных математических моде­ лей двигателя и САУ;

Т а б л и ц а 1.1

Программы управления ТРДЦ

Вид программы управления, информация о выполняемой

функции

Функции, выполняемые САУ

ОА

РА

1.Запуск двигателя

1.1.Формирование команд на управление агрегатами запуска

1^.Регулирование подачи топлива в камеру сгорания на розжиге 1 ^Регулирование подачи топлива в КС на

участке разгона 1 АОграничение расхода топлива в КС на запуске

1.5.Защита от высокой температуры газа за турбиной на запуске

Выполняется Выполняется

G j = f ( Т ъх , Р вх )	G T = const
Явд ” f ( п вд *^ в х *S )	GT = f ( r )
G, = / ( пвд, >Твх ,РВХ)	Не выполняется
т;0тр = / ( т ; х )	Не выполняется

26

1.1. Системы автоматического управления и контроля авиационных ГТД

	П р о д о л ж е н и е т а б л . 1.1
Программы управления ТРДЦ
Вид программы управления, информация о выполняемой
Функции, выполняемые САУ	функции
ОА	РА

1 .б.Защита от «срыва» на запуске и выделение сигнала «срыв» 1.7.Блокировка включения (невключение) СтВ по пвд = 2000 об/мин 2. Управление двигателем на

установившихся режимах на прямой и обратной тяге 3. Ограничение режима работы двигателя

3.1.Надсистемное ограничение максимальной величины расхода топлива

3.2.Ограничение максимальной величины давления воздуха КВД

3.4.Ограничение температуры газа за ТНД

3.5.Ограничение частоты вращения вентилятора

3.6.Ограничение максимальной температуры рабочих лопаток первой

ступени турбины

3.7.Ограничение минимального расхода топлива в КС

4.Приемистость и сброс режима

4.1.Управление подачей топлива из условий

4.2.Ограничение расхода топлива на приемистости и сбросе

5.Управление положением лопаток ВНА КВД

6.Управление положением клапанов перепуска воздуха КПВ КВД

7. Управление положением	клапанов
перепуска воздуха КПВ КНД

8. Управление радиальными зазорами по тракту турбины и КВД

9.Управление охлаждением РЛ турбины

1 Отправление заслонкой ВМТ ГП

11.Управление перепуском масла двигателя

13.Распределение подачи топлива по контурам форсунок

14.Выполнение чрезвычайного режима

15.Блокировка максимального режима на взлете

Выполняется

Выполняется

пвц. f (а ?уд»Твх,Рвх,С0ТБ )

GT = f ( p ; )

Рх = const

^тогр = f ( T BX )

«нд = const

^РЛОГР = const

^ТМИН = f ( РВХ )

^ВД —f ( nBR>PBX>S)

6 т = / К ц Л х Л х >

а ВНА = f ( nBJX>Тщ )

^кпв = f ( nBj\>ТВХ )

Птв = f ( nвд»Твх,а руд, Лвд )

G* ~ f ( nw »^вх»^вх руд )

GB ~ / ( пъп.* ^вх -Рвх, «руд ) Пвж - f ( nm>TBX)

Лпм ~ / ( пвд>Твх,Тт,Тм )

GTIK>GT2K = f ( РТ]К )

Выполняется

Выполняется

Не выполняется

Не выполняется

пвх ~ f ( a pyjy J BX )

G j = f ( p ; >

Рх = const

Не выполняется

Не выполняется

Не выполняется

^тмин = const

GT = f ( г)

Не выполняется

^ вна ~ f ( nBj\.TBX )

■^кпв “ f ( явд .Твх )

Полностью открыты

Минимально необходимое охлаждение

Полное охлаждение

Полное охлаждение

Не выполняется

^TIK ' ^Т2К ~ f ( Tj\K)

Не выполняется

Не выполняется

27

Глава 1. Системы автоматического управления и контроля

О к о н ч а н и е т а б л . 1.1

Программы управления ТРДЦ

Вид программы управления, информация о выполняемой

функции

Функции, выполняемые САУ

ОА

РА

	16.	Выделение сигнала «помпаж» и защита	Выполняется
	двигателя при помпаже
	17.	Защита от раскрутки ротора ТНД	Выполняется
	18.	Взаимодействие (обмен	Выполняется
	информационными и управляющими
	сигналами
	19.	Формирование сигнала превышения пвд	Выполняется
	20. Формирование сигнала превышения		Выполняется
	Ттнд
	21.	Формирование сигнала превышения	Выполняется
	Трл
	22.	Выдача информации в КИСС	Выполняется
	23. Выдача информации в МСРП		Выполняется
	24.	Выдача информации в АСШУ	Выполняется
	25.	Выдача информации в КПА и КЗА	Выполняется
	26.	Контроль исправности электронной
	части САУ и ТП встроенной системой		Выполняется
	самоконтроля
	27.	Проверка срабатывания блокирующих и
	защитных функций имитацией по		Выполняется
	стимулирующему сигналу и ППС
	28. Выдача сигнала на разгрузку		Выполняется
	гидронасосов
	29. Выдача сигнала в систему отключения		Выполняется
	генератора
	30. Проверка электронной части САУ по		Выполняется
	сигналу с кнопки «Проверка РЭД»
	31. Выполнение функций по приему,
	преобразованию и обработке сигналов с
	датчиков и сигнализаторов для контроля и		Выполняется
	диагностики состояния двигателя с
	последующей передачей БСКД

Не выполняется

Выполняется

Обмен по МКИО не выполняется

Не выполняется

Не выполняется

Не выполняется

Не выполняется Не выполняется Не выполняется

Выполняется

Не выполняется

Не выполняется

Выполняется

Выполняется

Не выполняется

Не выполняется

-минимизация количества информационных линий связи элементов САУ;

-повышение устойчивости передачи информа­ ции по линиям связи элементов САУ;

-повышение контролепригодности САУ и ее элементов в эксплуатации.

4) Повышение качества и надежности комплек­ тующих изделий:

-применение комплектующих современной конструкции с гарантией надежности проверенно­ го поставщика;

-полный входной контроль с проверкой рабо­

3)Отработка стратегии эксплуатации для умень­ тоспособности при воздействии внешних воздей­

шения съемов и ремонтов элементов САУ.

ствующих факторов;

28

/. /. Системы автоматического управления и контроля авиационных ГТД

- приработка комплектующих изделий перед сборкой агрегата.

1.1.5.7. Особенности САУ

всвязи с усложнением схем двигателей и форсированием их параметров

Интегрированное управление СУ

Для получения высоких выходных параметров самолета необходимо учитывать характеристики не только двигательной установки, но и самолета в це­ лом в широком диапазоне изменения условий по­ лета. Система объединенного управления элемен­ тами СУ, режимом работы двигателя и режимом полета самолета называется интегральной. Цель интегрированного управления состоит в более глу­ боком использовании возможностей СУ методами

исредствами автоматического управления для луч­ шей адаптации ее характеристик к задачам, реша­ емым в полете [1.2].

При управлении двигателем ВСУТ улучшает­ ся топливная эффективность, взлетно-посадочные характеристики, экономится ресурс двигателя

иуменьшается нагрузку на пилотов.

Новые возможности открывает интегрирован­ ное управление СУ в соответствии с программа­ ми, оптимальными по показателям эффективнос­ ти решения задач на каждом данном этапе или фазе полета. Перспективные интегрированные САУ выполняют на базе бортовых цифровых вы­ числительных систем (БЦВС). Информационный обмен между подсистемами БЦВС осуществля­ ется по мультиплексным каналам информацион­ ного обмена.

Управление малоэмиссионной КС

Для выполнения современных экологических требований к авиационным двигателям внедряют малоэмиссионные КС. В этих КС специальная орга­ низация горения позволяет уменьшить образование и выброс окислов азота и углерода. Задачей САУ является поддержание значения а кс и Ткс (темпе­ ратуры газа в зоне горения) в узком диапазоне, при котором обеспечивается наименьшее образование вредных веществ в выхлопных газах. Такое регу­ лирование, в основном, осуществляется в достаточ­ но узком диапазоне рабочих режимов двигателя.

Одним из вариантов исполнения является двухзонная малоэмиссионная КС. Подача топли­ ва в каждую из зон горения может осуществляться от отдельного дозатора или от одного дозатора с пе­ рераспределением подачи топлива в зоны горения переключением электромагнитного клапана.

Дополнительно возможно управление клапаном перепуска воздуха на входе в одну из зон горения топлива. Обеспечение работы малоэмиссионной КС и расширение диапазона ее работы по режи­ мам и внешним условиям возможно только с при­

менением мощных электронных цифровых регу­ ляторов, сложного математического обеспечения, сложных программ управления, выбранных по ре­ зультатам расчетов.

Управление поворотным реактивным со­ плом

В настоящее время для улучшения характерис­ тик высокоманевренных самолетов наряду с управ­ лением дополнительными аэродинамическими эле­ ментами применяют управление вектором тяги СУ. Изменение вектора тяги достигается применени­ ем выходных устройств с управляемым вектором тяги (ВУ УВТ).

Как правило, САУ и система управления ВУ интегрированы. Управление производится по ко­ мандам от САУ самолета или при ручном управле­ нии - по командам, задаваемым пилотом. Задачей САУ двигателя и системы управления ВУ являет­ ся обеспечение точного позиционирования и обес­ печение устойчивости ВУ УВТ (отсутствие коле­ бательных процессов в системе).

Интеграция САУ и БСКД

Сцелью уменьшения суммарной массы САУ

иБСКД и повышения надежности двигателя в це­ лом эти системы интегрируют:

-информация от одних и тех же датчиков ис­ пользуется как в САУ,так и в БСКД - сокращается общее количество датчиков;

-информация с датчиков БСКД обрабатывает­ ся в блоке электронного регулятора - исключается или значительно упрощается специальный блок, используемый для приема и нормализации изме­ рительной информации БСКД;

-уменьшается количество линий связи.

1.1.6.Особенности системы контроля

идиагностики авиационного двигателя

Характерными особенностями современных авиационных ГТД являются сложность конструкции, широкое применение электроавтоматки, развитой механизации и сложных законов управления для достижения требуемых характеристик. При этом к современным двигателям предъявляются высокие требования по ресурсу, надежности, безопасности полетов и экономичности при минимальных затра­ тах и трудоемкости обслуживания.

В этих условиях и при высокой стоимости авиа­ ционных двигателей эффективность их эксплуатации с одновременным выполнением требований безопас­ ности полетов определяется не только их конструк­ тивным совершенством, но и постоянным надежным

иэффективным контролем и диагностированием тех­ нического состояния. Поэтому проблема разработки

иприменения в эксплуатации оптимальных средств

иметодов контроля, автоматизации процесса обра­

29

Глава 1. Системы автоматического управления и контроля

ботки информации о состоянии двигателя являет­ ся одной из актуальных задач.

В последние годы в нашей стране и за рубежом получили интенсивное развитие автоматизирован­ ные бортовые системы контроля ГТД на базе БЦВМ. Данные системы кроме функций «пассив­ ных» систем контроля (систем индикации парамет­ ров экипажу и регистрации для обслуживающего персонала) обрабатывают информацию непосред­ ственно в полете и выдают необходимые рекомен­ дации экипажу.

Структурно бортовые системы контроля могут выполняться в двух вариантах: в виде автономной системы с собственным комплектом датчиков и бло­ ков преобразования (см. рис. 1.10) и объединен­ ной с САУ двигателя с дополнительными канала­ ми измерения и контроля (см. рис. 1.11).

Обозначения рис. 1.10 и 1.11:

АСК - автоматизированныя система контроля; ВСУТ - вычислительная система управления тягой; ВСС - вычислительная система самолетовождения; СУИТ - система управления измерением топлива; МСРП - многоканальная система регистрации па­ раметров; АСШУ - автоматическая система штурвального управления;

КИСС - комплексная информационная система сигнализации; САС - система автономной сигнализации;

ДЦН - двигательный центробежный насос; HP - насос-регулятор;

БК - блок коммутации; ЦВМ - цифровая вычислительная машина;

УПС - устройство подгрузки сигнализатора; БЭ - блок электронный измерения вибраций;

БППДЗ - блок преобразования параметров двига­ теля резервный; ДКТ - датчик-компенсатор температуры;

ИСИД - информационная система измерения дав­ лений; РЭД - регулятор электронный двигателя;

БЭ-М2 - блок электронный из комплекта датчика отношения давлений; ЭРД - электронный регулятор двигателя;

БППД2 - блок преобразования параметров двига­ теля основной; ИЦС - индикатор цифровой световой уровня зап­ равки масла.

Более перспективным направлением является объединение функций управления и контроля дви­ гателя в одном агрегате, что позволяет значитель­ но сократить количество блоков и датчиков, обес­ печить снижение веса, повысить надежность и эксплуатационную технологичность. Подобная система называется системой автоматического уп­ равления и контроля.

Вариант автономной бортовой системы контро­ ля (БСКД) включает БППД2 и БППДЗ, ЦВМ, блок следящего анализа вибраций БЭ-45, УПС, датчи­ ки и сигнализаторы контроля параметров. БСКД выполнена по принципу автономного мотокомп­ лекта (один двигатель - одна система). Основной блок преобразования параметров двигателя уста­ навливается на корпусе двигателя, остальные бло­ ки - в техническом отсеке самолета.

На самолете для выполнения функций контроля

идиагностики кроме БСКД применены следующие средства, на которые на всех этапах полета выдает­ ся обработанная в бортовой ЦВМ информация:

-КИСС; -САС;

-резервные приборы контроля;

-МСРП;

-речевой извещатель и центральный сигналь­ ный огонь (ЦСО).

КИСС, созданная на базе цветных электронно­ лучевых трубок (дисплеев) предназначена для вы­ дачи экипажу обобщенной информации о парамет­ рах двигателя и сигналов об отклонениях от норм данных параметров, отказах в различных системах

иузлах двигателя, режимах работы и срабатывания механизации двигателя в предварительно обрабо­ танном и удобном для восприятия виде (шкальном, цифро-буквенном, символьном) с учетом цвета

ис необходимыми рекомендациями. На экранах КИСС информация отображается следующим об­ разом:

1)автоматически по поступлению (сигнальная информация);

2)автоматически по программе (наиболее важ­ ные основные параметры, необходимые экипажу на соответствующих этапах полета);

3)по вызову с пультов управления (диагности­ ческая информация, не требующая немедленных действий экипажа).

Несмотря на общее увеличение объема инфор­ мации, выдаваемой экипажу, КИСС снижает пси­ хофизиологические нагрузки на экипаж за счет уменьшения объема одновременно выдаваемой информации и индикации ее по приоритету, выда­ чи обобщенных параметров двигателя, выдачи ре­ комендаций по действию пилотам, применению интегральных сигнальных табло. Кроме того, ис­ пользование БЦВМ позволяет выводить информа­ цию экипажу в предварительно обработанном

иудобном для восприятия виде, т.е.:

1)информация на экране дисплея группирует­ ся в цифро-буквенном, текстовом, профильно­ шкальном виде, а также в виде мнемосимволов;

2)информация разной важности изображает­ ся разным цветом, цвет информации может изме­ няться;

30