Глава 12 - Системы ГТД

Продолжение таблицы 12.1.1.5.5_1

Программы упаравления ТРДД

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

12.1.1.5.6 - Расчет и анализ показателей надежности

Из номенклатуры показателей надежности можно выделить главные, определяющие структуру САУ (см. раздел 12.1.1.3) - ÒÎÏ, ÒÄÑÄ ,ÒÏÎ,

ÒÑ,ÒÝ×.

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, заключающееся в нарушении работоспособного состояния САУ.

Интенсивность отказов, приводящих к превышению предельных параметров двигателя или невозможности выключения двигателя.

Рассмотрим пример составления расчетной схемы для определения показателя ÒÎÏ [12.1.4.13, 12.1.4.14].

721

λÄÍÊÏÐ

ãäå λÏÐ

Глава 12 - Системы ГТД

Отказы САУ, приводящие к превышению предельных параметров двигателя или невозможности его выключения должны быть практически невероятными, т.е.

P = 10 -9 (Ò	ÎÏ	= 109	÷).	(12.1.1.5.6-1)

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 составляющих:

λ	ÎÏ	= λÏÐ + λÍÂ	(12.1.1.5.6-2)

ãäå λÏÐ - интенсивность отказов САУ, приводящих к превышению предельно допустимых параметров двигателя;

λÍ – интенсивность отказов САУ, приводящих к невыключению двигателя.

Интенсивность отказов вычисляется по следующей зависимости:

λ = 1 / Ò

(12.1.1.5.6-3)

ãäå Ò – наработка на данный вид отказа.

Âобщем случае λÏÐ САУ определяется интенсивностью неконтролируемых отказов элементов САУ, приводящих к превышению предельных параметров двигателя (в том числе и надсистемного ограничителя, если таковой предусмотрен в САУ).

Âоценке λÏÐ учитываются только неконтролируемые отказы, т.к. в случае контролируемого отказа превышения параметров двигателя не происходит.

λÏÐ = λÏÐ (λ ÍÊÏÐ + λ ÍÊÏÐ + λ ÍÊÏÐ)

ÎÃÐ Â× Ä È×(12.1.1.5.6-4)

ÎÃÐ - интенсивность отказов надсистемного ограничителя, приводящих к превышению предельных параметров;

λÂ×ÍÊÏÐ - интенсивность неконтролируемых отказов вычислительной части САУ, приводящих к превышению предельных параметров;

- интенсивность неконтролируемых отказов датчиков САУ, приводящих к превышению предельных параметров;

λÈ×ÍÊÏÐ - интенсивность неконтролируемых отказов исполнительной части САУ, приводящих к превышению предельных параметров.

Опасным для двигателя и самолета является нелокализованное разрушение узлов двигателя с возможностью повреждения фюзеляжа, крыла, оперения и систем самолета, обеспечивающих его безопасную эксплуатацию (система управления, топливная система, гидросистема, шасси, механизация крыла и оперения).

Для однодвигательного самолета к отказам с опасными последствиями должны быть отнесены также все отказы, приводящие к выключе- нию в полете (самопроизвольному, автоматическому или вынужденному ручному) и снижению тяги ниже минимально допустимой по критическим условиям полета (взлет, посадка с включе- нием реверса, полет с минимальной скоростью и предельно допустимыми углами атаки на левой границе области полетов).

Для двигателя и самолета опасно превышение следующих контролируемых параметров:

-частота вращения роторов компрессор-тур-

áèíà;

-частота вращения турбин (обрыв вала турбины);

-превышение температуры металла вращающихся деталей турбины;

-превышение давления воздуха в КС;

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

-выключение двигателя в полете (для однодвигательного самолета).

Отнесение тех или иных параметров двигателя к критическим (с точки зрения последствий их превышения) зависит от наличия в конструкции двигателя мероприятий, позволяющих не допустить его разрушения или повреждения жизненно важных систем и конструкций самолета. Например, двигатель проектируют так, чтобы при обрыве лопатки вентилятора, компрессора, турбин не пробивались корпуса. Однако, при этом корпуса не могут выдержать разлета фрагментов разрушенных дисков. Турбину проектируют таким образом, чтобы по запасам прочности при превышении частоты вращения вначале происходил обрыв рабочих лопаток. Это обеспечивает сброс мощности турбины и прекращение е¸ дальнейшей раскрутки и разрушения. Причиной раскрутки роторов из-за отказа САУ может быть подача топлива сверх ограничиваемого программного зна- чения или прикрытие ВНА сверх программного значения.

Причиной превышения температуры металла

âтурбине может быть подача топлива сверх ограничиваемого программного значения, отказ систе-

722

Глава 12 - Системы ГТД

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 вращения роторов компрессора (не выдерживается программа ограничения приведенной частоты вращения) или виброгорение в КС.

Для выявления критических отказов САУ должен быть проведен ситуационный анализ и математическое моделирование двигателя при отказных ситуациях САУ.

Таким образом, для анализа надежности должна 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

èпроизводства электронных и неэлектронных агрегатов САУ, позволяющее уменьшить количество дефектов по конструктивным и производственным причинам:

- внедрение САПР САУ; - внедрение специальных современных языков

èпрограммно-технических средств программирования электронных агрегатов;

- внедрение комплексных моделирующих стендов и стендов-имитаторов;

- внедрение комплектных испытательных стендов с полной имитацией внешних воздействующих факторов, методики ускоренных ресурсных испытаний;

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

- входной контроль комплектующих изделий; - приработка всех выпускаемых агрегатов на испытательных стендах с полной имитацией вне-

шних воздействующих факторов.

2)Оптимизация структуры САУ:

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

-оптимизация количества резервных, дублирующих 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 моделей двигателя и САУ;

-минимизация количества информационных линий связи элементов САУ;

-повышение устойчивости передачи информации по линиям связи элементов САУ;

-повышение контролепригодности САУ и ее элементов в эксплуатации.

3) Отработка стратегии эксплуатации для уменьшения съемов и ремонтов элементов САУ.

4) Повышение качества и надежности комплектующих изделий:

-применение комплектующих современной конструкции с гарантией надежности проверенного поставщика;

-полный входной контроль с проверкой работоспособности при воздействии внешних воздействующих факторов;

-приработка комплектующих изделий перед сборкой агрегата.

12.1.1.5.7 - Особенности САУ в связи 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 целом в широком диапазоне изменения условий полета. Система объединенного управления элементами СУ, режимом работы двигателя

èрежимом полета самолета называется интегральной. Цель интегрированного управления состоит в более глубоком использовании возможностей СУ методами и средствами автоматического управления для лучшей адаптации е¸ характеристик к задачам, решаемым в полете [12.1.4.2].

При управлении двигателем ВСУТ улучшается топливная эффективность, взлетно-посадоч- ные характеристики, экономится ресурс двигателя

èуменьшается нагрузку на пилотов.

Новые возможности открывает интегрированное управление СУ в соответствии с программами, оптимальными по показателям эффективности 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 осуществляется по мультиплексным каналам информационного обмена.

723

Глава 12 - Системы ГТД

Управление малоэмиссионной КС.

Для выполнения современных экологических требований к авиационным двигателям внедряют малоэмиссионные КС. В этих КС специальная организация горения позволяет уменьшить образование и выброс окислов азота и углерода. Задачей САУ является поддержание значения αÊÑ è ÒÊÑ (температуры газа в зоне горения) в узком диапазоне, при котором обеспечивается наименьшее образование вредных веществ в выхлопных газах. Такое регулирование, в основном, осуществляется в достаточ- но узком диапазоне рабочих режимов двигателя.

Одним из вариантов исполнения является двухзонная малоэмиссионная КС. Подача топлива в каждую из зон горения может осуществляться от отдельного дозатора или от одного дозатора с перераспределением 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 е¸ работы по режимам и внешним условиям возможно только с применением мощных электронных цифровых регуляторов, сложного математического обеспече- ния, сложных программ управления, выбранных по результатам расчетов.

Управление поворотным реактивным соплом.

В настоящее время для улучшения характеристик высокоманевренных самолетов наряду с управлением дополнительными аэродинамическими элементами применяют управление вектором тяги СУ. Изменение вектора тяги достигается применением выходных устройств с управляемым вектором тяги (ВУ УВТ).

Как правило, САУ и система управления ВУ интегрированы. Управление производится по командам от САУ самолета или при ручном управлении - по командам, задаваемым пилотом. Задачей САУ двигателя и системы управления ВУ является обеспечение точного позиционирования и обеспечение устойчивости ВУ УВТ (отсутствие колебательных процессов в системе).

Интеграция САУ и БСКД.

Ñцелью уменьшения суммарной массы САУ

èБСКД и повышения надежности двигателя в целом эти системы интегрируют:

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

- информация с датчиков БСКД обрабатывается в блоке электронного регулятора – исключа-

ется или значительно упрощается специальный блок, используемый для приема и нормализации измерительной информации БСКД;

- уменьшается количество линий связи.

12.1.1.6 - Особенности системы контроля и диагностики 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 затратах и трудоемкости обслуживания.

Âэтих условиях и при высокой стоимости авиационных двигателей эффективность их эксплуатации с одновременным выполнением требований безопасности полетов определяется не только их конструктивным совершенством, но и постоянным надежным и эффективным контролем и диагностированием технического состояния. Поэтому проблема разработки и применения в эксплуатации оптимальных средств и методов контроля, автоматизации процесса обработки информации о состоянии двигателя является одной из актуальных задач.

Âпоследние годы в нашей стране и за рубежом получили интенсивное развитие автоматизированные бортовые системы контроля ГТД на базе БЦВМ. Данные системы кроме функций “пассивных” систем контроля (систем индикации параметров экипажу и регистрации для обслуживающего персонала) обрабатывают информацию непосредственно в полете и выдают необходимые рекомендации экипажу.

Структурно бортовые системы контроля могут выполняться в двух вариантах: в виде автономной системы с собственным комплектом датчиков

èблоков преобразования (см. Рис. 12.1.1.6_1)

èобъединенной с САУ двигателя с дополнительными каналами измерения и контроля (см. Рис. 12.1.1.6_2).

Обозначения Рис. 12.1.1.6_1 и 12.1.1.6_2: АСК - автоматизированныя система контро-

ля; ВСУТ - вычислительная система управления тягой; ВСС - вычислительная система самолетовождения; СУИТ - система управления измерением топлива; МСРП - многоканальная система регистрации параметров; АСШУ - автоматическая система штурвального управления; КИСС - комп-

724

Глава 12 - Системы ГТД

Рисунок 12.1.1.6_1Структура бортовой интегрированной системы контроля двигателя

725

Глава 12 - Системы ГТД

Рисунок 12.1.1.6_2 - Структура бортовой системы контроля двигателя

726

Глава 12 - Системы ГТД

лексная информационная система сигнализации; САС - система автономной сигнализации; ДЦН - двигательный центробежный насос; НР - насосрегулятор; БК - блок коммутации; ЦВМ - цифровая вычислительная машина; УПС - устройство подгрузки сигнализатора; БЭ - блок электронный измерения вибраций; БППД3 - блок преобразования параметров двигателя резервный; ДКТ - дат- чик-компенсатор температуры; ИСИД - информационная система измерения давлений; РЭД - регулятор электронный двигателя; БЭ-М2 - блок электронный из комплекта датчика отношения давлений; ЭРД - электронный регулятор двигателя; БППД2 - блок преобразования параметров двигателя основной; ИЦС - индикатор цифровой световой уровня заправки масла.

Более перспективным направлением является объединение функций управления и контроля двигателя в одном агрегате, что позволяет значи- тельно сократить количество блоков и датчиков, обеспечить снижение веса, повысить надежность и эксплуатационную технологичность. Подобная система называется системой автоматического управления и контроля.

Вариант автономной бортовой системы контроля (БСКД) включает БППД2 и БППД3, ЦВМ, блок следящего анализа вибраций БЭ-45, УПС, дат- чики и сигнализаторы контроля параметров. БСКД выполнена по принципу автономного мотокомплекта (один двигатель – одна система). Основной блок преобразования параметров двигателя устанавливается на корпусе двигателя, остальные блоки – в техническом отсеке самолета.

На самолете для выполнения функций контроля и диагностики кроме БСКД применены следующие средства, на которые на всех этапах полета выдается обработанная в бортовой ЦВМ информация:

-ÊÈÑÑ;

-ÑÀÑ;

-резервные приборы контроля;

-ÌÑÐÏ;

-речевой извещатель и центральный сигнальный огонь (ЦСО).

КИСС, созданная на базе цветных электрон- но-лучевых трубок (дисплеев) предназначена для выдачи экипажу обобщенной информации о параметрах двигателя и сигналов об отклонениях от норм данных параметров, отказах в различных системах и узлах двигателя, режимах работы и срабатывания механизации двигателя в предварительно обработанном и удобном для восприятия виде (шкальном, цифро-буквенном, символьном) с уче- том цвета и с необходимыми рекомендациями. На

экранах КИСС информация отображается следующим образом:

1)автоматически по поступлению (сигнальная информация);

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

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

Несмотря на общее увеличение объема информации, выдаваемой экипажу, КИСС снижает психофизиологические нагрузки на экипаж за счет уменьшения объема одновременно выдаваемой информации и индикации ее по приоритету, выдачи обобщенных параметров двигателя, выдачи рекомендаций по действию пилотам, применению интегральных сигнальных табло. Кроме того, использование БЦВМ позволяет выводить информацию экипажу в предварительно обработанном

èудобном для восприятия виде, т.е.:

1)информация на экране дисплея группируется в цифро-буквенном, текстовом, профильношкальном виде, а также в виде мнемосимволов;

2)информация разной важности изображается разным цветом, цвет информации может изменяться;

3)контролируемых параметров отображаются с индикацией рабочих зон и предельно-допус- тимых значений, что особенно важно - из-за сложности законов регулирования двигателя эти величины являются переменными в зависимости от окружающих условий.

Для регистрации основных параметров и сигналов различных самолетных систем используется МСРП, которая включает в себя два легкосъемных кассетных бортовых накопителя (КБН) (двигательный и самолетный), защищенный бортовой накопитель (ЗБН) и алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ). Информация о параметрах двигателя, записанная на КБН, предназначена для обработки с помощью наземной автоматизированной системы диагностики в базовом аэропорту по специальным программам с целью анализа тенденций изменения контролируемых параметров, диагностики и прогнозирования состояния двигателя, локализации неисправностей, углубленного контроля выработки ресурса отдельных деталей двигателя.

Информация, необходимая при расследовании виационных происшествий, записывается на ЗБН.

На АЦПУ информация выводится только в случае выхода контролируемых параметров за предельные значения или поступления сигналов

727