Глава 12 - Системы ГТД

-для топливоподачи в КС;

-надсистемного ограничения частоты вращения ротора КВД и давления воздуха за КВД,

-подвода топлива высокого давления к гидроцилиндрам систем управления механизацией компрессора и отборами воздуха по сигналам, формируемым электронным регулятором.

В агрегат резервного регулятора входят пре- образователи-усилители сигналов основного регулятора в гидравлические, пневматические сигналы управления, которые далее поступают к исполнительным механизмам. При работе на резервной автоматике НР управляет режимом, механизацией двигателя и обеспечивает переходные режимы без забросов и колебаний параметров двигателя. Управление, как правило, осуществляется по упрощенным программам с пониженной точностью из условия обеспечения тяги для безаварийного полета.

НР устанавливается на коробке приводов двигателя.

Агрегат управления механизацией двигателя.

Агрегат управления механизацией двигателя, как правило, представляет собой гидромеханическое или гидропневмомеханическое устройство. Он может быть выполнен отдельным агрегатом или объединенным с агрегатом типа НР.

Агрегат управления механизацией управляет:

-направляющими аппаратами, в том числе

ÂÍÀ;

-клапанами перепуска воздуха из подпорных ступеней, из компрессора, за компрессором;

-подачей воздуха на охлаждение корпусов компрессора и турбины, а также охлаждение лопаток турбины.

Агрегаты управляющей и исполнительной частей, датчики положения, датчики двигательных параметров и наружного воздуха, регулирующие органы объединяются в систему управления механизацией двигателя. Программы управления механизацией двигателя могут быть реализованы в основном электронном регуляторе. В этом случае при отказе основного регулятора агрегат управления механизацией двигателя может управлять ею по упрощенным программам. Может быть реализовано смешанное управление, например, управление ВНА по аналоговой программе осуществляет электронный регулятор, а управление другими элементами механизации - резервный агрегат управления механизацией двигателя.

В варианте управления основным электронным регулятором, агрегат управления механизацией двигателя содержит преобразователи сигналов

от электронного регулятора в гидравлические (или пневматические) сигналы и гидравлические (или пневматические) усилители сигналов, направляемых в исполнительные механизмы системы управления механизацией двигателя.

Агрегат защиты от достижения предельных параметров двигателя.

Агрегат защиты двигателя от достижения предельных параметров, как правило, является надсистемным ограничителем, т.е. защищает двигатель в случае неисправностей основного или резервного каналов управления, приводящих к забросам параметров двигателя. Агрегат защиты двигателя от предельных параметров вместе с датчи- ками и исполнительной частью объединяют в систему защиты двигателя от достижения предельных параметров, например, система защиты турбины от раскрутки (СЗТР) или блок защиты двигателя от достижения предельных параметров.

Датчики резервного регулятора.

Датчики резервного регулятора, как правило, гидромеханические, пневмомеханические или механические аналоговые. Состав датчиков определяется выбранными программами управления резервного регулятора. В своем составе имеют преобразователь измеренной величины параметра в аналоговый гидравлический или пневматический сигнал.

Исполнительные механизмы.

Исполнительные механизмы предназначены для перемещения регулирующих органов в соответствии с полученным от основного или резервного регулятора сигналом управления. Исполнительные механизмы гидромеханические, пневмомеханические или электромеханические (гидропневмоцилиндры, гидропневмомоторы, электромоторы, сельсинмоторы и т.п.).

12.1.1.3 - Основные характеристики САУ

К основным характеристикам САУ относятся:

-программы управления;

-точность выполнения программ;

-масса, масса сухая;

-применяемое топливо;

-параметры топлива на входе;

-класс чистоты топлива, обводненность топлива;

-параметры электропитания;

-удельные характеристики;

708

Глава 12 - Системы ГТД

-стойкость, устойчивость к внешним воздействующим факторам;

-климатическое исполнение аппаратуры;

-срок службы, ресурс;

-показатели безотказности, надежности;

-ремонтопригодность;

-эксплуатационная технологичность;

-технико-экономические показатели;

-контролепригодность.

При рассмотрении характеристик САУ необходимо иметь в виду, что, как правило, САУ рассматривается совместно с системой топливопитания. Поэтому некоторые характеристики относятся и к САУ, и к топливной системе.

Программы управления.

Программы управления обеспечивают функционирование двигателя на статических и переходных режимах и соответствие дроссельных, высот- но-скоростных и эксплуатационных характеристик техническим требованиям. Возможные программы управления приведены в разделе 12.1.1.5.

Точность выполнения программ.

Точность выполнения программ задается исходя из обеспечения поддержания заданной тяги и устойчивой работы компрессора и камер сгорания, обеспечения защиты от превышения предельно допустимых параметров.

Масса, масса сухая.

На всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) авиационного ГТД руководствуются следующими понятиями по массе САУ:

-масса сухая;

-масса в реальной компоновке;

-масса поставочная.

Масса сухая - масса САУ, без деталей, сбороч- ных единиц и агрегатов, предназначенных для его установки и эксплуатации на борту летательного аппарата (ЛА) для улучшения характеристик ЛА, а также без массы рабочих жидкостей.

Масса в реальной компоновке - масса САУ, соответствующая всем требованиям ТЗ, без массы деталей, сборочных единиц и агрегатов, предназначенных для обслуживания ЛА.

Масса поставочная – масса САУ в реальной компоновке, укомплектованной деталями, сбороч- ными единицами и агрегатами.

Массу сухую и массу в реальной компоновке рассчитывают с учетом вычета части массы, отнесенной к массе ЛА. Коэффициент пропорционального распределения массы блоков управления:

ÊÓÏÐ = ÏÓÏÐ / n

(12.1.1.3-1)

ãäå ÏÓÏÐ – количество функций, заведенных в блок для управления двигателем;

n – общее количество функций блока.

Применяемое топливо.

Номенклатура применяемого в авиационных двигателях топлива приведена в разделе 12.2.1.3. В этом же разделе приведены и другие характеристики, относящиеся к топливной системе.

Параметры электропитания.

Агрегаты САУ питаются от источников постоянного тока напряжением 27В по ГОСТ 19705-81. Агрегаты должны быть работоспособны при снижении напряжения до 18В. Отдельные датчики питаются от источников переменного тока частотой 400Гц напряжением 115В.

Электропитание осуществляется от бортсети генераторов самолета. Наиболее ответственные устройства дополнительно запитываются от аккумуляторной батареи.

В САУ дополнительно к бортовому может быть автономный источник питания - автономный генератор, как правило, переменного тока, работающий только на САУ и обеспечивающий бесперебойное электропитание при отказах в бортсети. В этом слу- чае в электронном регуляторе имеется преобразователь, обеспечивающий электропитанием устройства САУ с необходимыми для устройств автоматики параметрами тока.

Параметры топлива на входе.

Топливо подается на вход в топливную систему двигателя из топливной системы самолета. Топливо имеет определенные параметры:

-давление минимально допустимое и максимальное рабочее,

-давление минимальное при неисправной или выключенной самолетной системе подачи топлива;

-температура минимально и максимально возможная.

Удельные характеристики.

Удельные характеристики отражают совершенство конструктивного исполнения САУ. К удельным характеристикам относят удельную массу и массу функции САУ.

Удельная масса САУ - масса САУ, отнесенная к максимальному расходу топлива в двигатель. Масса функции – масса САУ, отнесенная к общему количеству функций, выполняемых системой.

709

Глава 12 - Системы ГТД

Стойкость, устойчивость к воздействию внешних факторов.

Система должна быть стойкой и устойчивой к внешним факторам.

Внешние воздействующие факторы задаются в ТЗ на двигатель и нормативных документах для различных вариантов применения двигателя.

Учитывают следующие факторы:

-температура рабочая и предельная минимальная и максимальная окружающей среды;

-давление максимальное и минимальное окружающей среды;

-вибрация;

-óäàð;

-песок;

-влажность;

-плесневые грибы, микроорганизмы; электромагнитные импульсы, радиационное

излучение.

Климатическое исполнение аппаратуры.

САУ и ее элементы предназначают для эксплуатации в одном или нескольких макроклимати- ческих районах и изготавливают в требуемом климатическом исполнении. Тип климатического исполнения задается разработчиком летательного аппарата и обеспечивается разработчиком САУ посредством выбора соответствующих материалов для изготовления элементов САУ и комплектующих. Климатическое исполнение подтверждается испытаниями при воздействии внешних климатических факторов - температура, давление, влажность воздуха, солнечная радиация, песок, коррозионно-активные агенты в атмосферном воздухе).

Номенклатура типов и характеристика макроклиматических районов, климатических исполнений и жесткости климатических воздействующих факторов приведена в ГОСТ 15150-69.

Материал корпусов агрегатов.

Корпуса агрегатов изготавливаются из легких сплавов. Нагруженные корпуса, находящиеся под большим давлением топлива, изготавливаются из стали.

Ведутся исследовательские работы по применению неметаллических и композитных материалов, которые позволят уменьшить массу агрегатов.

Срок службы, ресурс агрегатов.

Срок службы агрегатов устанавливается 8…12 лет и задается в ТЗ на агрегаты. При проектировании агрегаты рассчитываются на этот ресурс. С учетом ресурса и срока службы выбирают-

ся комплектующие (электромагнитные клапаны, исполнительные механизмы, датчики и пр.).

Как правило, срок службы и ресурс агрегатов устанавливается такой же, как и у двигателя. Однако, в отдельных случаях допускается иметь ресурс меньший и кратный ресурсу двигателя. В этом слу- чае при ремонте двигателя производится замена агрегатов, выработавших ресурс. В настоящее время с развитием средств диагностики стал возможен переход на эксплуатацию двигателя и его агрегатов по их техническому состоянию, а не по назначенному ресурсу.

Показатели безотказности, надежности САУ.

К основным показателям безотказности относятся:

-ÒÄÑÄ – наработка на отказ, приводящий к досрочному съему двигателя. Учитываются отказы САУ, приводящие к превышению предельно допустимых параметров или помпажу двигателя, повлекшие съем двигателя.

-ÒÎÏ – наработка на отказ, приводящий к выключению двигателя в полете. Учитываются также отказы САУ, приводящие к ложному выключению двигателя.

-ÒÑ – наработка на неисправность, выявленную в полете и на земле. Учитываются неисправности САУ, приводящие к необходимости досроч- ного съема агрегатов САУ или проведения ремонтных работ на агрегатах САУ или проведения монтажных работ на линиях связи.

-ÒÝ× – наработка на отказ электронной части САУ, приводящий к переходу на резервную автоматику

-ÒÏÎ - наработка на отказ, приводящий к опасным последствиям.

Ремонтопригодность САУ.

При создании САУ могут быть заданы следующие виды выполнения ремонта: ремонт в условиях мастерской, в полевых условиях, на заводе изготовителе или агрегаты неремонтопригодные и в случае отказа подлежат съему с эксплуатации. Для обеспечения ремонтопригодности САУ при работе агрегата и в условиях испытательного стенда выполняется его диагностика глубиной до сменного блока, агрегата.

Эксплуатационная технологичность.

Показателями эксплуатационной технологич- ности САУ являются:

-трудоемкость и длительность демонтажа

èмонтажа агрегатов;

-трудоемкость и длительность отыскания

710

Глава 12 - Системы ГТД

èустранения неисправности;

-трудоемкость и длительность проведения регламентного ТО;

-трудоемкость и длительность регулировок агрегатов.

Технико-экономические показатели.

К технико-экономическим показателям относятся:

-стоимость ЖЦ САУ;

-стоимость разработки САУ;

-стоимость комплекта САУ и отдельных агрегатов и датчиков;

-сроки создания САУ.

Здесь же могут быть рассмотрены также возможные капитальные затраты на подготовку производства комплектующих САУ.

Контролепригодность САУ.

Контролепригодность САУ и агрегатов задается разработчиком двигателя. Контролепригодность обеспечивается:

-наличием специальных встроенных сигнализаторов исправного состояния;

-системой самоконтроля с заданной глубиной контроля, выдающей информацию об отказах в кон- трольно–проверочную и информационно–сигналь- ные системы и регистраторы информации;

-системой тестирования состояния элементов САУ бортовой или технологической наземной аппаратурой.

12.1.1.4 - Работа САУ Работа на режимах запуска

САУ обеспечивает следующие виды запуска и вспомогательные режимы, необходимые при эксплуатации двигателя:

-запуск двигателя на земле;

-запуск двигателя в полете с подкруткой и без подкрутки ротора компрессора двигателя;

-встречный запуск;

-холодная прокрутка;

-ложный запуск.

Подробно описание пусковой системы, работы САУ и других систем, агрегатов и устройств на режимах запуска приведены в разделе 12.4.

Работа на режимах останова.

Подача топлива выключается по команде пилота или автоматически при срабатывании защиты от предельных параметров.

Агрегаты топливной системы (дозатор топлива или распределитель топлива по коллекторам

форсунок основной КС) имеют устройство выклю- чения подачи топлива в КС. Устройство выключе- ния управляется из кабины пилота специальной ручкой с механическим приводом (тросовая проводка или тяга) или электроприводом. Устройство выключения подачи топлива может иметь электромагнитный клапан, установленный дополнительно к механическому (электромеханическому) приводу или вместо него. Электромагнитный клапан управляется по электрическому сигналу из кабины пилота или от САУ.

Работа на основных режимах.

Управление двигателем на статических и переходных режимах выполняется по заданным программам в зависимости от:

-положения РУД,

-сигналов бортовой САУ

-внутридвигательных параметров,

-параметров воздуха на входе в двигатель,

-сигналов от взаимодействующих и управляемых систем двигателя.

Электронный регулятор принимает указанные сигналы от датчиков, вырабатывает управляющие сигналы и выдает их на преобразователи исполнительных механизмов САУ. Исполнительные механизмы приводят регулирующие органы двигателя.

Включение и выключение форсажного контура.

При переводе рычага управления двигателем (РУД) в сектор форсажных режимов включается форсажный насос и топливо от регулятора (дозатора) расхода топлива поступает в пусковой коллектор ФК. При этом расход топлива несколько превышает требуемую по программе величину для ускорения заполнения коллектора. Одновременно включается устройство розжига ФК – пусковые воспламенители. После розжига, фиксируемого датчиком наличия пламени, устройство розжига отключается и разрешается дальнейшее увеличе- ние форсажного режима.

Для повышения устойчивости компрессора и КС при включении ФК применяют ускоренное заполнение коллекторов (для уменьшения заброса давления топлива) и предварительное раскрытие сопла на величину, достаточную для компенсации броска топлива в ФК из коллектора после его заполнения. При увеличении форсажного режима в момент включения коллекторов ФК подача топлива также неравномерна. Для компенсации этой неравномерности в темпе приемистости и для увеличения запасов ГДУ компрессора регулируемое сопло открывается на несколько большую величи-

711

Глава 12 - Системы ГТД

ну, чем на статическом режиме при данном программном расходе топлива. При уменьшении форсажного режима расход топлива в ФК уменьшается и по заданной программе управления отключается подача топлива в коллекторы. При переводе РУД

âсектор бесфорсажных режимов выключается форсажный насос и закрываются запорные клапаны в коллекторах ФК.

Для аварийного выключения ФК синхронно

âускоренном темпе отключается подача топлива

âколлекторы и закрывается сопло. При аварийном принудительном закрытии сопла ускоренно выключается подача топлива в ФК. Синхронное ускоренное управление отсечкой топлива и закрытием сопла необходимо для исключения раскрутки роторов компрессора или потери ГДУ компрессора.

Работа противопомпажной и противосрывной систем.

Датчики помпажных или срывных явлений фиксируют предпомпажное состояние или начальную стадию развития помпажа (срыва потока воздуха) и выдают сигнал в блок противопомпажной системы (ППС) САУ. В электронных САУ функция блока ППС реализована в электронном регуляторе. Помпажный срыв может быть также выявлен электронным регулятором обработкой сигнала со штатного датчика измерения давления в тракте компрессора. При фиксировании помпажа или предпомпажного состояния САУ по каналам расхода топлива управляет механизацией компрессора для повышения запасов ГДУ и уменьшения нагрузок и температурного воздействия на элементы конструкции двигателя, которые возникают при возмущениях в газовоздушном тракте.

Работа на режимах обратной тяги .

Как правило, устанавливается два режима обратной тяги:

-минимальная обратная тяга;

-максимальная обратная тяга.

Управление статическими и переходными режимами осуществляется по тем же программам, что и на режимах прямой тяги. Управление механизацией газовоздушного тракта, обдувами корпусов, зазорами проточной части осуществляется по упрощенным программам при условии обеспече- ния работоспособности узлов, ГДУ и заданного значения обратной тяги.

Для того, чтобы исключить нерасчетную нагрузку на элементы реверсивного устройства до его перекладки в положение обратной тяги автомати- чески блокируется (запрещается) увеличение ре-

жима сверх установленного для минимальной обратной тяги. При переходе с режима максимальной обратной тяги на режимы прямой тяги также блокируется перекладка реверсивного устройства в положение прямой тяги, пока режим работы двигателя не уменьшится до минимального (как правило - малый газ).

Совместная работа с системами управления самолета.

Управление двигателями от всережимной системы управления тягой (ВСУТ) осуществляется посредством одновременного перемещения РУД всех двигателей в кабине самолета от одного исполнительного механизма, входящего в состав ВСУТ. Одновременно из ВСУТ в электронный регулятор каждого двигателя выдаются в цифровом коде корректирующие сигналы ∆nÂÄÊÎÐÐ. Сигналы формируются по разности между заданным ВСУТ (nÂÄÇÀÄ) и программным (nÂÄÏÐÎÃ) значениями частоты вращения ротора КВД каждого двигателя. По корректирующему сигналу электронного регулятора каждого двигателя формирует программное зна- чение на управление режимом своего двигателя:

nÂÄÏÐÎà = f (αÐÓÄ, ∆nÂÄÊÎÐÐ,Ò*ÂÕ, Ð*ÂÕ)

Из ВСУТ в электронный регулятор каждого двигателя для расчета максимально допустимых

значений (nÂÄ maxÄÎÏ) выдается информация об этапе полета самолета: взлет; уход на второй круг, на-

бор высоты, крейсерский режим, продолжительная максимальная тяга. В режиме взаимодействия электронный регулятор начинает работать со ВСУТ по приходу от нее сигнала о включении автоматического режима работы.

Электронный регулятор в свою очередь выдает во ВСУТ следующие параметры:

-текущее значение nÂÄÏÐÎÃ;

-программное значение nÂÄÏÐÎÃ;

-максимально-допустимое значение для данного этапа полета nÂÄ maxÄÎÏ;

-текущее значение nÂ.

Работа САУ на остановленном двигателе и проверках самолетных и двигательных систем.

Для проведения регламентных работ, исследования неисправного состояния, проверки исправности электронной части САУ, взаимодействия ее с системами самолета и двигателя в САУ (на неработающем двигателе) подается напряжение питания и тестовые воздействия. Возможно проведение режимов холодной прокрутки и ложного запуска двигателя. Тестовые воздействия подаются из ка-

712