Studiul sistemelor electronice de control pe un banc de testare seminatural cu feedback

Înainte ca testele mecanice și climatice să fie efectuate pe un stand semi-natural într-o buclă închisă, partea electronică a sistemului de control este testată pentru funcționare completă. Verificarea software-ului împreună cu hardware-ul real pentru funcționarea corectă se realizează la simularea zgomotului, defecțiunilor, defecțiunilor de diferite tipuri și degradarea parametrilor sistemului.

Testarea în buclă închisă vă permite să identificați și să eliminați multe defecte ale sistemului în primele etape de proiectare, înainte de a intra în teste costisitoare de propulsie și zbor.

Un stand seminatural pentru testarea sistemelor electronice de control în buclă închisă conține simulatoare de semnale de la senzori și actuatoare, un computer personal cu software auxiliar care asigură funcționarea complexului în diferite moduri și un computer personal în care un model matematic de motorul și unitățile sale hidromecanice funcționând la scară în timp real. Sistemul electronic investigat este conectat la simulatoare de senzori și actuatoare.

Simulatoarele de semnale ale senzorilor convertesc semnalele digitale de intrare de la un computer personal cu un model matematic al motorului în semnale de ieșire identice în parametrii electrici cu semnalele de la senzori reali. Setul de simulatoare corespunde numărului și tipurilor de senzori instalați pe motor. De exemplu, un simulator cu termistor generează rezistența echivalentă a circuitului de semnal de ieșire atunci când o sursă de curent controlată este conectată la acest circuit cu un nivel proporțional cu codul de intrare. Simulatorul constă dintr-un registru, un convertor digital-analogic, un generator de curent, un driver de tensiune proporțional cu puterea curentului, un amplificator de însumare și un divizor ohmic.

Simulatoarele de dispozitive executive creează o sarcină electrică pentru circuitele de ieșire ale sistemului, echivalentă în parametri electrici cu sarcina reală și generează un semnal digital proporțional cu semnalul de control, care este alimentat la intrarea unui computer personal cu un model matematic. a motorului.

Software de suport

Simulatoarele fiecărui senzor și actuator sunt realizate ca plăci separate.

Software-ul suportului conține:

Modele în timp real ale unui motor cu turbină cu gaz și unităților sale hidromecanice;

Module software care asigură funcționarea dispozitivelor de intrare-ieșire, conversia și codificarea semnalelor;

Module de comunicație cu cronometru de sistem pentru organizarea modului în timp real;

Module pentru afișarea informațiilor sub formă de grafice și tabele în timp real;

Module care oferă o sarcină pentru emiterea și recepția semnalelor de testare în modul de execuție pas cu pas a programului;

Programe de control pentru dispozitive pe un stand semi-real, etc.

În cadrul testelor pe arborete semi-naturale, este investigată funcționarea în comun a hardware-ului și software-ului în moduri de funcționare tranzitorie și în regim stabil. Pentru a asigura stabilitatea și calitatea necesară a reglementării în întreaga gamă a condițiilor de zbor, se perfecționează setările de bază ale controlerelor digitale, se elaborează algoritmii de funcționare a sistemului de control încorporat și logica de parare. defecțiunile sunt verificate. În plus, se efectuează testarea integrată a hardware-ului și software-ului.

Studiul influenței influențelor electrice

Controlerele electronice ale GTE sunt influențate de diverse dispozitive electronice de la bord, linii de comunicație ramificate, surse puternice de energie electrică, precum și surse externe de interferență electromagnetică (stații radar, linii electrice de înaltă tensiune, lovituri de trăsnet etc.). În acest sens, este necesar să se investigheze cuprinzător imunitatea la zgomot a sistemelor în condiții de laborator înainte de testarea pe standuri de propulsie și laboratoare de zbor.

Pentru aceasta, sistemele sunt testate anumite tipuri impact: compatibilitate electromagnetică; efecte secundare ale descărcărilor de fulgere; instabilitatea rețelei electrice de bord etc. Situațiile critice în timpul zborului pot apărea sub influența complexă a mai multor factori. De exemplu, un fulger, în plus față de impactul direct asupra unității electronice și a liniilor de comunicație

poate duce la abateri semnificative în funcționarea rețelei de bord și, astfel, afectează suplimentar funcționarea regulatorului electronic.

Atunci când se efectuează astfel de teste ale sistemelor electronice de control ale motoarelor, este eficient să se utilizeze un complex automatizat constând din simulatoare ale efectelor secundare ale descărcării unui fulger, instabilitate a rețelei electrice de bord, mijloace de simulare a interferențelor și defecțiunilor și hardware. și software care permit simularea funcționării sistemelor electronice de control în buclă închisă.

Cercetarea compatibilităţii electromagnetice a sistemelor electronice de control al motoarelor. Testarea de compatibilitate electromagnetică a sistemelor electronice de control implică examinarea interferențelor electromagnetice generate de sistemul însuși și susceptibilitatea la interferențe electromagnetice de la alte sisteme de bord. Cerințele de compatibilitate electromagnetică a sistemelor electronice se stabilesc în funcție de consecințele cauzate de încălcările în funcționarea acestora.

1

Lucrarea ia în considerare sistemul control automat un motor cu turbină cu gaz (ACS GTE) pentru o aeronavă în mișcare și se efectuează o analiză a funcționării acesteia, ținând cont de influența reciprocă a dinamicii unității de măsurare a combustibilului și a dinamicii motorului. Sunt prezentate rezultatele modelării funcționării ACS GTE pentru un sistem ideal și pentru un sistem cu parametri experimentali. A dezvăluit și a fundamentat ideea de a împărți obiectul de control în două părți: o unitate de măsurare a combustibilului și un motor. Pe baza studiului, autorii propun să utilizeze modele matematice ale părților separate ale sistemului în structura ACS GTE, precum și o abordare inteligentă a introducerii unui bloc logic în structură pentru a îmbunătăți calitatea controlului. O astfel de abordare a designului ACS GTE va permite luarea în considerare a dinamicii părții executive separate a sistemului și a motorului în sine, precum și a influenței lor reciproce.

sistem de control automat

motor cu turbină cu gaz

aeronave mobile

mecanism de acţionare

unitate de dozare a combustibilului

model matematic

1. Contribuție științifică la crearea motoarelor de aeronave. În două cărți. Cartea 1 H34 / rola. autori; total an ed. V.A. Skibin și V.I. Corned beef. - M .: Inginerie mecanică, 2000. - 725 p .: ill.

2. Modelare și control fuzzy / A. Pegat; pe. din engleza - M .: BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2009. - 798 p .: ill. - (Sisteme adaptive și inteligente).

3. Brevet RF nr. 2013152562/06, 26.11.2013 / Nasibullaeva E.Sh., Darintsev O.V., Denisova E.V., Chernikova M.A., RU 237665 C1 Dispozitiv pentru dozarea combustibilului într-un motor cu turbină cu gaz al Rusiei Nr. // 2537665.2013. Bul. Numarul 1.

4. Probleme de proiectare și dezvoltare a sistemelor automate de control și monitorizare pentru motoarele cu turbine cu gaz / S.Т. Kusimov, B.G. Ilyasov și V.I. Vasiliev şi colab. - M .: Mashinostroenie, 1999. - 609 p.

5. Proiectarea sistemelor automate de control pentru motoare cu turbine cu gaz / ed. B.N. Petrov. - M .: Mashinostroenie, 1981 .-- 400 p.

Se știe că avantajul obiectelor mobile moderne zburătoare este că vitezele mari de manevră fac dificilă interceptarea vehiculului în mișcare. Există, de asemenea, posibilitatea utilizării diferitelor combinații de altitudini și viteze de zbor: partea principală a traiectoriei dispozitivului zboară la o altitudine mare cu rezistență aerodinamică scăzută, iar în fața țintei atinge o altitudine scăzută, cu maximul posibil. viteza de zbor, ceea ce îngreunează și interceptarea. Există posibilitatea de a folosi diverse manevre pe orice parte a traiectoriei.

Centrala electrică (SU) a unei aeronave complexe este un motor cu turbină cu gaz cu durată scurtă de viață și, în unele cazuri, un motor ramjet.

De regulă, următoarele cerințe sunt impuse sistemului de control automat (ACS) al obiectelor unor astfel de sisteme de control:

• precizie ridicată a menținerii parametrilor specificați;
• complexitatea minimă a execuției tehnice;
• capacitatea de a trece de la un mod la altul (la efectuarea unei manevre) fără a reduce calitatea controlului.

Pentru a îndeplini toate cerințele de mai sus, este necesar să se dezvolte o nouă abordare a alegerii structurii ACS, a sintezei algoritmilor de control și a implementării lor tehnice. Această afirmație se bazează pe o analiză a rezultatelor testelor de teren și pe studii teoretice anterioare.

Să explicăm cu un exemplu concret.

Luați în considerare cel mai simplu ACS cu un obiect de control din această clasă (Fig. 1, a).

Orez. 1. a - cel mai simplu ACS GTE (X 0 - valoarea specificată a parametrului, X - valoarea calculată a parametrului, ξ - eroarea sistemului, u - semnalul de control); b - structura propusă a ACS GTE cu un obiect de control împărțit în ADT și GTE

Conform conceptului dezvoltat anterior, actuatorul (IM) și motorul au fost considerate ca un întreg: o parte neschimbată a sistemului.

Această abordare s-a dovedit în sinteza algoritmilor de control pentru motoarele cu turbine cu gaz pentru civil aeronave sau pentru aviație de transport... Pentru astfel de obiecte de control, procesele dinamice din sistemul de alimentare decurg mult mai repede decât în ​​motor; prin urmare, influența lor asupra GTE a fost pur și simplu neglijată.

Situația este diferită cu GTE-urile de scurtă durată. În ele, procesele tranzitorii în unitatea de alimentare cu combustibil și motor au loc aproape simultan. Această afirmație a fost confirmată în mod repetat de rezultatele testelor pe teren.

Pe baza celor de mai sus, să evidențiem GTE și IM - unitatea de măsurare a combustibilului (FDU) ca legături separate (Fig. 1, b).

La efectuarea unui studiu simplu al funcționării ACS a unui motor cu turbină cu gaz (Fig. 1, b), care constă în diferite combinații de parametri pentru funcțiile de transfer pentru un motor cu turbină cu gaz și un motor cu turbină eoliană, s-a constatat că calitatea controlului (precizia, prezența depășirii, marjele de stabilitate) se schimbă brusc la trecerea de la un mod la altul ... Astfel, problemele analizei calității controlului și sintetizării algoritmilor de control pentru obiectele din această clasă devin foarte urgente.

Scopul lucrării este de a studia ACS-ul unui motor cu turbină cu gaz al unei aeronave complexe, ținând cont de dinamica parametrilor părții executive a sistemului și a motorului.

Formularea problemei

Luați în considerare ACS-ul GTE prezentat în Fig. 1, b. Sistemul constă dintr-un element de comparație (ES), un regulator, o turbină eoliană și un motor cu turbină cu gaz. Valoarea inițială a numărului de rotații n0 și valoarea rezultată a numărului de rotații n sunt recepționate la intrarea ES, nepotrivirea parametrilor de intrare se formează la ieșire și se formează eroarea de sistem - ξ. Eroarea ajunge la intrarea regulatorului, la ieșire se generează un semnal de control u, care este alimentat la intrarea turbinei eoliene, la ieșire se generează un semnal de consum de combustibil Gt, care este alimentat la intrarea lui motorul cu turbină cu gaz și, în consecință, un semnal n este generat la intrarea ES.

Funcțiile de transfer ale turbinei eoliene și ale GTE sunt legături inerțiale de ordinul întâi, unde constanta de timp este T = 0,7 s, câștigul este k = 1. Regulatorul este o legătură izodromă, a cărei funcție de transfer, cu câștigul k = 1, constanta de timp T = 0,7 sec.

Este necesar să se studieze sistemul de control automat al motorului cu turbină cu gaz și să se analizeze calitatea controlului, ținând cont de dinamica turbinei eoliene și a motorului cu turbină cu gaz.

Metoda de rezolvare

Având în vedere că în schema ACS GTE propusă obiectul de control a fost împărțit, este recomandabil să se introducă modele neliniare separat pentru turbina eoliană și GTE și să se simuleze funcționarea sistemului, ținând cont de dinamica funcționării elementelor acestuia.

Pentru a studia ACS GTE descris mai sus, se propune, de asemenea, introducerea modelelor matematice ale turbinei eoliene și GTE în structura sistemului pentru a îmbunătăți calitatea controlului întregului sistem în ansamblu. În fig. 2 prezintă o diagramă a unui astfel de ACS GTE.

Orez. 2. ACS GTE propus, care include un regulator, ADT, GTE, model ADT, model GTE și LB

În blocul logic (LU), analiza semnalelor de intrare se realizează după cum urmează: se construiește o bază de cunoștințe pe baza datelor experimentale și a concluziilor experților. Funcțiile accesoriilor pentru parametrii de intrare ai LU, precum și pentru semnalele de ieșire, sunt formate în raport cu acesta. Descrierea acestor abordări este binecunoscută. După ce a format modificarea necesară, LU trimite semnalele corespunzătoare la intrarea elementului de comparație, formând un semnal de control care merge la intrarea ADT-ului și a modelului său. LU primește două semnale: nepotrivirea modelelor de turbină eoliană și turbină cu gaz cu modelele de turbină eoliană și turbină cu gaz - eroarea modelelor (ξmodelei) și nepotrivirea turbinei eoliene cu modelul de turbină eoliană - vântul eroare turbină (ξ ADT). După cum arată practica, Eroare GTE este mic și nu este luat în considerare în timpul studiului.

Rezultatele simularii

Să realizăm un studiu al ACS GTE într-un mediu de simulare grafică Simulink.

Pentru a evalua calitatea controlului sistemului de control automat al motorului cu turbină cu gaz, introducem următoarele cerințe:

Marja de stabilitate a amplitudinii: nu mai puțin de 20 dB;

Marja de stabilitate a fazei: de la 35 la 80 °;

Depășire: nu mai mult de 5%;

Eroare statică: nu mai mult de ± 5% (± 0,05);

Timp de reglare: nu mai mult de 5 s.

La simularea sistemului (Fig. 1, b), s-a constatat că numai la valorile constantei de timp (T) pentru funcțiile de transfer ale turbinei eoliene și GTE T = 0,7 s, T = 0,5 s, T = 1 s și coeficientul de transfer k = 1 sistemul funcționează optim, îndeplinind cerințele pentru calitatea controlului și stabilitatea sistemului. Acest lucru sugerează că sistemul modifică parametrii atunci când funcționează în alte moduri, a căror calitate de control poate să nu îndeplinească cerințele.

Prin urmare, vom accepta pentru ACS GTE valoarea constantei de timp T = 0,7 s și câștigul k = 1 și vom considera sistemul ca fiind ideal, luat ca standard în studiul viitor.

Cu ajutorul datelor experimentale obținute pe parcursul diferitelor parcurgeri ale traseelor, au fost selectate punctele asociate cu modificarea altitudinii și vitezei de zbor: pe un timp de 50, 200, 500 s.

Conform formulelor cunoscute, folosind datele experimentale în punctele selectate, s-au obținut valorile constantei de timp și câștigul pentru turbina eoliană și GTE. La simularea în schema ACS GTE, modelele ADT și GTE au fost modificate alternativ cu parametrii experimentali obținuți ai ADT și GTE, ceea ce a făcut posibilă analizarea sistemului conform cerințelor descrise mai sus. În viitor, în această lucrare, vom folosi un timp de simulare de 50 s, deoarece va fi suficient pentru studiu.

Orez. 3. Rezultatele modelării ACS GTE în timpul simulării 50 s: a - proces tranzitoriu ACS GTE cu date experimentale (-), ACS GTE cu modele de ADT și GTE (- -); b - ideal ACS GTE; c - ACS GTE cu modele

Rezultatele simulării ACS GTE pentru un timp de 50 s sunt prezentate în Fig. 3. Modelarea sistemului a fost realizată în trei etape: pentru o schemă ideală, cu parametrii utilizați în proiectarea sistemului de control automat al unui motor cu turbină cu gaz, precum și pentru un sistem cu date experimentale și un sistem care utilizează abordarea descrisă mai sus cu modele matematice de turbine eoliene și motoare cu turbine cu gaz pentru a corecta funcționarea întregului sistem.

După cum se poate observa din figură, procesul tranzitoriu cu parametri ideali ai funcției de transfer pentru turbina eoliană și motorul cu turbină cu gaz se stabilește în timpul de reglare, care este de 5 s; sistemul cu valori experimentale este mai degrabă inerțial și nu îndeplinește cerințele de calitate a controlului și stabilității; pentru a ajusta ACS-ul motorului cu turbină cu gaz, au fost introduse modele matematice ale turbinei eoliene și ale motorului cu turbină cu gaz, ceea ce a redus timp de reglementare și a început să respecte cerințele.

După cum se vede din fig. 3, c, procesul tranzitoriu al ACS GTE propus este de calitate inferioară: valoarea nu ajunge la una. Astfel, pentru a crește acuratețea procesului tranzitoriu, se propune introducerea unui LU bazat pe logica fuzzy, a cărui bază de cunoștințe și funcții accesorii pentru parametrii de intrare și de ieșire vor corespunde graficului dependenței erorilor de semnalul de control (Fig. 4).

Pentru a asigura caracterul acceptabil al procesului de tranziție al ACS GTE propus, se propune introducerea unui alt regulator: o legătură integratoare. Simulările experimentale au arătat că pentru integrator, valoarea câștigului (k) de 150 a fost suficientă pentru a crește calitatea parametrilor de ieșire. În fig. 5 prezintă un astfel de proces tranzitoriu, precum și câteva puncte din grafic care caracterizează procesul ideal.

O astfel de modificare parametrică și structurală a făcut posibilă modificarea calitativă a parametrilor de ieșire ai sistemului cu date experimentale și abordarea parametrilor ideali selectați în articol. Ideea de a introduce modele matematice de turbine eoliene și motor cu turbină cu gaz în bucla de control este reflectată în brevet.

Orez. 4. Dependența erorilor de model și ADT (ξ modelei, ξ ADT) de semnalul de control u cu împărțire în zone: 1 - minim, 2 - mediu, 3 - maxim

Orez. 5. Procese tranzitorii ale ACS GTE cu modele și introducerea unui integrator în structură (-), ideal GTE (- -)

Rezultatele simulării ACS GTE investigate arată legitimitatea abordării propuse în vederea îmbunătățirii calității controlului. Împărțirea obiectului de control în turbină eoliană și motor cu turbină cu gaz permite luarea în considerare a dinamicii părții executive a sistemului și a motorului, devine posibilă utilizarea nepotrivirii între părți diagrama structurala ACS GTE, crescând astfel fiabilitatea și stabilitatea sistemului în diferite moduri. O abordare inteligentă a făcut posibilă formarea unui LU, care a îmbunătățit calitativ parametrii de ieșire ai sistemului și a făcut posibilă abordarea celui ideal cu un grad suficient de acuratețe.

Referință bibliografică

Denisova E.V., Chernikova M.A. SISTEM DE CONTROL AUTOMAT AL MOTORULUI TURBINĂ PE GAZ CU INTRODUCEREA MODELELOR MATEMATICE ÎN CIRCUITUL DE COMANDĂ // Cercetare fundamentală. - 2016. - Nr. 9-2. - S. 243-248;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40728 (data accesului: 24.10.2019). Vă aducem în atenție revistele publicate de „Academia de Științe Naturale”

Deținătorii brevetului RU 2446298:

Utilizare: în sistemele de control automat (ACS) ale motoarelor cu turbină cu gaz (GTE). EFECT: controlul adaptiv al diferitelor coordonate de ieșire GTE utilizând un selector de canal și o buclă de autoreglare a semnalului, ca urmare a eliminării depășirilor coordonatelor de ieșire a motorului, este asigurată o anumită calitate a proceselor tranzitorii ale canalului pornit ACS, care contribuie la creșterea resursei GTE. Sistemul conține în plus un selector de semnal maxim conectat în serie, un al treilea element de comparație, o unitate de potrivire, un comutator și un al doilea element de însumare, iar prima și a doua intrare a selectorului de semnal maxim sunt conectate, respectiv, la prima și a doua intrare a selectorul de semnal minim, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a celui de-al treilea element de comparație, ieșirea primului element de comparație este conectată la a doua intrare a celui de-al doilea element de însumare, a cărei ieșire este conectată la intrarea de regulatorul de turație a rotorului, ieșirea dispozitivului logic este conectată la a doua intrare a comutatorului, a cărei a doua ieșire este conectată la a doua intrare a primului element de însumare. 2 bolnavi.

Invenţia se referă la domeniul sistemelor de control automat (ACS) ale unui motor cu turbină cu gaz (GTE).

Cunoscut ACS GTE, în care pentru a elimina influența negativă a interacțiunii regulatoarelor asupra caracteristicilor sistemului de control cu ​​un factor de reglare conține contoare de viteză de rotație a rotorului GTE și temperatura gazului, regulatoare ale acestor parametri, selectorul de semnal minim , un actuator care afectează consumul de combustibil.

Dezavantajul acestei scheme este că interacțiunea canalelor de control rămâne în moduri tranzitorii. Acest ACS GTE are o precizie dinamică scăzută și o depășire a temperaturii în timpul selecției, ceea ce poate fi explicat după cum urmează.

GTE are caracteristici dinamice diferite pentru diferite coordonate de ieșire ale obiectului de control în ceea ce privește consumul de combustibil.

Considerați sistemul de control automat al unui motor cu turbină cu gaz ca un obiect bidimensional cu o singură acțiune de control, în care se utilizează un selector algebric de semnal minim. Primul canal al acestui ACS este un canal de control care determină modul de funcționare al obiectului în funcție de coordonatele de ieșire Y 1, valoarea sa specificată Y 10 depinde de timp. Al doilea canal este un canal de limitare, valoarea sa dată Y20 este constantă și determină modul maxim de funcționare al obiectului de-a lungul coordonatei Y2.

Funcții de transfer ale obiectului de control:

prin coordonata Y 1:

prin coordonata Y 2:

unde p este operatorul de transformare Laplace;

K 1, K 2 - coeficienți de transmisie;

A 1 (p), A 2 (p), B (p) sunt polinoame în funcție de tipul obiectului.

Să presupunem că ordinea lui A 1 (p) este mai mică decât ordinul lui B (p), iar ordinea lui A 2 (p) este egală cu ordinul lui B (p). O astfel de descriere matematică este tipică, de exemplu, pentru caracteristicile dinamice ale unui motor cu turbină cu gaz în ceea ce privește viteza rotorului și temperatura gazului atunci când se modifică consumul de combustibil în camera de ardere.

Funcția de transfer a regulatorului izodromic comun

Funcțiile de transfer ale controlerului primului - W 1 (p) și al doilea - W 2 (p) canale sunt selectate pe baza cerințelor specificate pentru caracteristicile dinamice ale fiecăruia dintre ele. Acest lucru se poate face după cum urmează. Solicităm ca funcțiile de transfer ale canalelor deschise individuale, fără a lua în considerare întârzierea contoarelor de coordonate, să satisfacă egalitățile:

unde W m1 (p) și W m2 (p) sunt funcțiile de transfer ale modelelor de referință

canale deschise. Atunci

Dacă funcțiile de transfer ale canalelor deschise individuale sunt alese în formular

atunci pentru a obține calitatea necesară de reglare a coordonatelor de ieșire, regulatoarele, conform (6) și (7), trebuie să aibă, de exemplu, următoarele funcții de transfer:

În același timp, inerția senzorului de temperatură trebuie corectată astfel încât contoarele de parametri să fie inerțiale.

După cum știți, de obicei se aplică principiul de selecție, conform căruia este reglat parametrul GTE, care este cel mai apropiat de valoarea determinată de programul de control. Prin urmare, pentru a obține calitatea necesară a reglementării, comutatorul de selectare ar trebui să apară în momentul egalității nepotrivirii dintre valorile curente ale coordonatelor de ieșire și valorile stabilite ale acestora, de exemplu. în momentul egalităţii semnalelor în faţa regulatorilor

Analiza arată că regulatorul de temperatură a gazului este inerțial față de regulatorul de viteză al rotorului GTE, prin urmare selectorul comută cu întârziere de la canalul de viteză al rotorului la canalul de temperatură a gazului. Ca urmare, are loc o depășire a temperaturii gazului.

Cel mai apropiat de rezultatul tehnic obținut, selectat pentru cel mai apropiat analog, este sistemul de control automat al motorului cu turbină cu gaz, care conține canale pentru reglarea vitezei rotorului și a temperaturii gazului, un selector de semnal minim, un actuator, două legături de corectare, două elemente de însumare, un dispozitiv logic (comparator) și o cheie.

În acest ACS, datorită includerii a două legături de corectare încrucișată cu funcții de transfer

efectul de setare al canalului deschis pentru limitarea schimbărilor de temperatură a gazului și a stării

când ACS este comutat pe canalul pentru limitarea temperaturii gazului când semnalele la intrările selectorului de semnal minim sunt egale

Acest lucru vă permite să obțineți calitatea cerută procesul de tranziție la temperatura gazului atunci când acest canal este pornit.

Dezavantajul unui astfel de ACS este că, la comutarea înapoi de la canalul de temperatură a gazului la canalul de viteză al rotorului, structura, parametrii legăturilor de corectare și locul în care este pornit semnalul de corectare trebuie să se schimbe, de exemplu. acest sistem nu este adaptabil la schimbările în structura sa în timpul selecției canalului și nu asigură în acest caz calitatea specificată a proceselor tranzitorii.

Sarcina care trebuie rezolvată prin invenția revendicată este de a îmbunătăți caracteristicile dinamice ale ACS prin eliminarea depășirilor și asigurarea calității specificate a tranzitorilor de-a lungul coordonatelor de ieșire ale motorului cu turbină cu gaz cu pornire directă și inversă de către selectorul diferitelor canale de sistemul, ceea ce duce la o îmbunătățire a calității sistemului de control și la o creștere a duratei de viață a motorului...

Soluția la această problemă se realizează prin faptul că sistemul de control automat al unui motor cu turbină cu gaz care conține un regulator de turație a rotorului conectat în serie, un selector de semnal minim, un regulator izodromic, un motor cu turbină cu gaz, un contor de turație a rotorului și primul element de comparație, un generator de viteză a rotorului, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a primului element de comparație, conectat în serie cu un contor de temperatură a gazului, un al doilea element de comparație, un prim element de însumare, un regulator de temperatură a gazului și o logică dispozitiv, un regulator de temperatură a gazului, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a celui de-al doilea element de comparație, iar ieșirea regulatorului de viteză a rotorului este conectată la a doua intrare a dispozitivului logic, ieșirea regulatorului de temperatură a gazului este conectată la a doua intrare a selectorului de semnal minim, iar a doua ieșire a motorului cu turbină cu gaz este conectată la intrarea contorului de temperatură a gazului, spre deosebire de prototipul suplimentar dar sunt introduse un selector de semnal maxim conectat în serie, un al treilea element de comparație, o unitate de potrivire, un comutator și un al doilea element de însumare, prima și a doua intrare a selectorului de semnal maxim sunt conectate, respectiv, la prima și a doua intrare a minimului. selector de semnal, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a celui de-al treilea element de comparație, ieșirea primului element de comparație este conectată la a doua intrare a celui de-al doilea element de însumare, a cărei ieșire este conectată la intrarea rotorului regulator de viteză, ieșirea dispozitivului logic este conectată la a doua intrare a comutatorului, a cărei a doua ieșire este conectată la a doua intrare a primului element de însumare.

Esența sistemului este ilustrată prin desene. Figura 1 prezintă o diagramă bloc a unui sistem de control automat pentru un motor cu turbină cu gaz; figura 2 - rezultatele simulării proceselor tranzitorii în sistemul de control automat al motorului cu turbină cu gaz cu comutare diferite canale prin selectorul de semnal minim:

a) de la canalul de turație a rotorului la canalul de temperatură a gazului, b) de la canalul de temperatură a gazului la canalul de turație a rotorului, cu și fără o buclă de adaptare, în timp ce coordonatele de ieșire GTE sunt prezentate în formă relativă

Sistemul de control automat al unui motor cu turbină cu gaz conține un regulator de viteză al rotorului conectat în serie 1, un selector de semnal minim 2, un regulator izodromic 3, un motor cu turbină cu gaz 4, un contor de viteză al rotorului 5 și un prim element de comparație 6, un rotor. setatorul de viteză 7, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare primul element de comparație 6, conectat în serie cu un contor de temperatură a gazului 8, un al doilea element de comparare 9, un prim element de însumare 10, un regulator de temperatură a gazului 11 și o logică dispozitivul 12, un regulator de temperatură a gazului 13, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a celui de-al doilea element de comparație 9, iar ieșirea controlerului viteza de rotație a rotorului 1 este conectată la a doua intrare a dispozitivului logic 12, ieșirea controlerului de temperatură a gazului 11 este conectată la a doua intrare a selectorului de semnal minim 2, iar a doua ieșire a motorului cu turbină cu gaz 4 este conectată la intrarea contorului de temperatură a gazului 8, în timp ce sistemul mai cuprinde selectorul de semnal maxim conectat în serie 14, al treilea element de comparație 15, unitatea de potrivire 16, comutatorul 17 și al doilea element de însumare 18, precum și prima și a doua intrare ale selectorului de semnal maxim 14 sunt conectate, respectiv, la prima și a doua intrare. a selectorului de semnal minim 2, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a celui de-al treilea element de comparare 15, ieșirea primului element de comparație 6 este conectată la a doua intrare a celui de-al doilea element de însumare 18, a cărui ieșire este conectată la intrarea regulatorului de viteză al rotorului 1, ieșirea dispozitivului logic 12 este conectată la a doua intrare a comutatorului 17, a cărei a doua ieșire este conectată la a doua intrare a primului element de însumare 10.

Sistemul de control automat al unui motor cu turbină cu gaz funcționează după cum urmează.

În canalul de control al vitezei rotorului GTE 4, semnalul de la contorul de viteză al rotorului 5, proporțional cu viteza rotorului, este transmis la primul element de comparare 6, unde este comparat cu semnalul de ieșire al punctului de referință al vitezei rotorului 7 și o ieșire. Se generează semnalul de eroare E1, care este proporțional cu abaterea vitezei rotorului de la valoarea setată. Acest semnal este transmis prin al doilea element de însumare 18 la intrarea regulatorului de viteză al rotorului 1, a cărui ieșire U1 este conectată la prima intrare a selectorului de semnal minim 2.

În canalul de control al temperaturii gazului al GTE 4, semnalul de la contorul de temperatură a gazului 8, proporțional cu temperatura gazului, este transmis celui de-al doilea element de comparare 9, unde este comparat cu semnalul de ieșire al regulatorului de temperatură a gazului 7 și se formează semnalul de ieșire al nepotrivirii E2, proporțional cu abaterea temperaturii gazului de la valoarea setată. Acest semnal este transmis prin primul element de însumare 10 la intrarea regulatorului de temperatură a gazului 11, a cărui ieșire U2 este conectată la a doua intrare a selectorului de semnal minim 2.

Ieșirea selectorului de semnal minim 2 trece de semnalul de ieșire

acel canal de control, care în momentul de față, conform condițiilor de funcționare a motorului cu turbină cu gaz, necesită un consum mai mic de combustibil. Semnalul de la selectorul semnalului minim 2 prin regulatorul izodromic 3, care îndeplinește și funcția actuatorului, modifică consumul de combustibil în camera de ardere a motorului cu turbină cu gaz 4.

Semnalele de ieșire ale regulatorului de viteză a rotorului 1 U 1 și ale regulatorului de temperatură a gazului 11 U 2 sunt alimentate la intrările selectorului de semnal maxim 14, la ieșirea căruia este generat un semnal

La ieșirea celui de-al treilea element de comparație 15, se determină diferența dintre semnalele de la ieșirea regulatoarelor.

unde U zam - semnal de ieșire al regulatorului de canal închis;

U times - semnalul de ieșire al regulatorului de canal deschis.

Semnalele de ieșire U1 și U2 sunt de asemenea alimentate la intrarea dispozitivului logic 12, la ieșirea căruia este generat un semnal logic L, care determină canalul închis al ACS.

Semnalul de ieșire ε al celui de-al treilea element de comparare 15 prin unitatea de potrivire 16 și comutatorul 17 este alimentat la intrarea regulatorului corespunzător al canalului deschis folosind primul element de însumare 10 sau al doilea 18, care este determinat de starea de comutatorul 17 în conformitate cu semnalul logic L al dispozitivului logic 12. Deoarece ε mai putin de zero, atunci acest semnal reduce efectul de antrenare al canalului deschis și, prin urmare, corectează momentul comutării canalului.

După cum s-a menționat mai sus, regulatoarele de viteză ale rotorului 1 și temperatura gazului 11 au caracteristici dinamice diferite, drept urmare condiția de comutare a selectorului semnalului minim 2

diferă de condiția de referință necesară pentru comutarea ACS - egalitatea nepotrivirilor între valorile curente ale coordonatelor de ieșire și influențele de setare a acestora

Prin urmare, este necesar să se convină asupra acestor condiții. După cum știți, coordonarea comportamentului canalelor individuale ale ACS este posibilă datorită buclei de control a mișcării lor relative. În acest caz, se asigură prin introducerea unei bucle de autoajustare a semnalului pe baza diferenței de semnale ε la ieșirea regulatoarelor cu impact asupra acțiunii de setare a canalului deschis al sistemului. Acest lucru face posibilă construirea unui ACS al unui motor cu turbină cu gaz, adaptabil la modificările structurii sale la schimbarea canalelor cu un selector.

Lăsați canalul de control al vitezei rotorului să fie închis, de exemplu. primul canal. Apoi, ieșirea buclei de autoreglare a semnalului este conectată prin intermediul primului element de însumare 10 la intrarea regulatorului de temperatură a gazului 11 al celui de-al doilea canal deschis.

Semnal la ieșirea regulatorului de turație a rotorului

Semnal la ieșirea regulatorului de temperatură a gazului

unde W c (p) este funcția de transfer a unității de potrivire 16.

Apoi diferența dintre semnalele de la ieșirea regulatoarelor

Pentru W c (p) egal cu K și K suficient de mare, obținem

ε → 0; U 2 → U 1,

unde m este o valoare destul de mică.

Astfel, datorită funcționării buclei de autoreglare a semnalului, momentul comutării selectorului de semnal minim 2

se apropie de starea comutării canalului prin erori de canal

Acest lucru, în consecință, face posibilă eliminarea depășirii și asigurarea calității necesare a procesului tranzitoriu atunci când regulatorul de temperatură a gazului 11 este închis și pornit. schimbarea stării canalului: primul canal devine deschis, iar al doilea canal - închis. Acest lucru schimbă, de asemenea, structura conturului de auto-ajustare.

Procese similare sunt tipice pentru ACS și atunci când selectorul este comutat de la un canal închis de temperatură a gazului la canalul de viteză al rotorului. În acest caz, semnalul de ieșire al buclei de autoajustare este pornit prin intermediul comutatorului 17 și al celui de-al doilea element de însumare 18 la intrarea regulatorului de viteză al rotorului 1, schimbând acțiunea de comandă a primului canal.

Deoarece ordinea numitorilor funcțiilor de transfer ale regulatoarelor individuale W 1 (p) și W 2 (p) ale unui GTE cu doi arbori nu este mai mare de doi, bucla de auto-ajustare oferă calitate bună procese tranzitorii la valori suficient de mari ale coeficientului de transfer K.

Rezultatele simulării ACS GTE considerat, prezentate în Fig. 2, cu influențele de setare ale canalelor

iar îndeplinirea condiției (8) arată că, odată cu comutarea canalului înainte și înapoi de către selector, calitatea proceselor tranzitorii ale canalului pornit este semnificativ îmbunătățită prin introducerea unei bucle de autoajustare. ACS menține calitatea specificată atunci când structura se modifică, de exemplu. este adaptativ.

Deci, invenția revendicată permite controlul adaptiv al diferitelor coordonate de ieșire GTE utilizând un selector de canal și o buclă de autoajustare a semnalului. Depășirile coordonatelor de ieșire ale motorului sunt eliminate, se asigură calitatea specificată a proceselor tranzitorii ale canalului de sistem care este pornit, ceea ce contribuie la creșterea resursei motorului cu turbină cu gaz.

Surse de literatură

1. Sisteme integrate de control automat al centralelor aeronavelor. / Ed. A.A. Shevyakova. - M .: Mashinostroenie, 1983 .-- 283 p., P. 126, fig. 3.26.

2. Sisteme integrate de control automat al centralelor aeronavelor. / Ed. A.A. Shevyakova. - M .: Inginerie mecanică, 1983 .-- 283 p., p. 110.

3. Certificat al Federației Ruse Nr. 2416 pentru un model util. IPC 6 F02C 9/28. Sistem de control automat pentru un motor cu turbină cu gaz. / V. I. Petunin, A. I. Frid, V. V. Vasiliev, F. A. Shaimardanov. Cerere nr. 95108046; declarat 18.05.95; publ. 16.07.96; Bul. nr. 7.

4. Miroshnik I.V. Managementul consecvent al sistemelor multicanal. - L .: Energoatomizdat, 1990 .-- 128 p., P. 21, fig. 1.8.

Sistem de control automat al unui motor cu turbină cu gaz, care conține un regulator de viteză a rotorului conectat în serie, un selector de semnal minim, un regulator izodromic, un motor cu turbină cu gaz, un contor de viteză a rotorului și un prim element de comparație, un generator de viteză a rotorului, ieșirea de care este conectat la a doua intrare a primului element de comparare, conectat în contor de temperatură a gazului în serie, al doilea element de comparație, primul element de însumare, controler de temperatură a gazului și dispozitiv logic, regulator de temperatură a gazului, a cărui ieșire este conectată la a doua intrare a al doilea element de comparație, iar ieșirea regulatorului de viteză a rotorului este conectată la a doua intrare a dispozitivului logic, ieșirea controlerului de temperatură a gazului este conectată la a doua intrare a selectorului de semnal minim, iar a doua ieșire a motorului cu turbină cu gaz este conectat la intrarea contorului de temperatură a gazului, caracterizat prin aceea că conține suplimentar un selector m conectat în serie a semnalului maxim, al treilea element de comparație, unitatea de potrivire, comutatorul și al doilea element de însumare, prima și a doua intrare a selectorului de semnal maxim sunt conectate, respectiv, la prima și a doua intrare a selectorului de semnal minim, ieșirea de care este conectată la a doua intrare a celui de-al treilea element de comparație, ieșirea primului element de comparație este conectată cu a doua intrare a celui de-al doilea element de însumare, a cărei ieșire este conectată la intrarea regulatorului de turație a rotorului, ieșirea de dispozitivul logic este conectat la a doua intrare a comutatorului, a cărei a doua ieșire este conectată la a doua intrare a primului element de însumare.

ABREVIERI CONDIȚIONATE

AC - sistem automat

AD - motor de avion

ВЗ - admisie de aer

VNA - paletă de ghidare de admisie

ВС - aeronava

HP - presiune înaltă

GDU - stabilitate dinamică a gazelor

GTE - motor cu turbină cu gaz

CI - ac de dozare

HPC - compresor de înaltă presiune

KND - compresor presiune scăzută

NA - dispozitiv de ghidare

ND - presiune joasă

RUD - maneta de control al motorului

ACS - sistem de control automat

SU - centrală electrică

TVD - motor turbopropulsor; turbină de înaltă presiune

LPT - turbină de joasă presiune

Motor turboreactor - motor turboreactor cu două circuite

TRDDF - motor turborreactor cu două circuite cu postcombustie

TO - întreținere

CPU - Unitate centrală de procesare

ACU - unitate de control al actuatorului

AFDX - format magistrală de date

ARINC 429 - format de date magistrală digitală

DEC / DECU - unitate de control electronică digitală - unitate de control digitală a motorului

EEC - control electronic motor - bloc al sistemului electronic de control al motorului; regulator electronic

EMU - unitate de monitorizare a motorului - unitate de control al motorului

EOSU - unitate electronică de protecție împotriva depășirii vitezei - unitate de protecție la supraviteză a motorului

ETRAS - sistem electromecanic de actionare inversor de tractiune

FADEC - control electronic digital cu autoritate deplină

FCU - unitate de control al combustibilului - regulator de alimentare cu combustibil

FMS - secțiune de măsurare a combustibilului - unitate de măsurare a combustibilului - unitate de măsurare a combustibilului

N1 - viteza rotorului de joasă presiune

N2 - viteza rotorului de înaltă presiune

ODMS - senzor magnetic pentru reziduuri de ulei - senzor pentru detectarea particulelor de metal din ulei

SAV - supapă de aer de pornire - supapă de pornire de aer

VMU - unitate de măsurare a vibrațiilor - unitate de măsurare a vibrațiilor

INTRODUCERE

Informații generale despre sistemele automate de control pentru motoarele cu turbină cu gaz aeronavelor

2 Probleme apărute în timpul funcționării sistemelor automate de control al motoarelor de tip FADEC

Scheme gazodinamice ale motoarelor cu turbine cu gaz

1 Caracteristicile gazodinamice ale motoarelor cu turbine cu gaz

2 Managementul motorului

Sisteme de control al combustibilului

1 Regulator principal debit de combustibil

2 Diagrama simplificată de gestionare a combustibilului

3 Sisteme hidropneumatice de management al combustibilului, HPT PT6

4 Sistem de management al combustibilului Bendix DP-L2

5 Sistem electronic de programare a livrării combustibilului

6 Gestionarea energiei și programarea combustibilului (CFM56-7B)

7 Sistem de management al combustibilului APU

8 Reglarea sistemului de management al combustibilului

Sistem de control automat

1 Partea principală

2 Descriere și funcționare

3 Sistem de management al combustibilului

4 Sistem de indicare a consumului de combustibil

Lista literaturii folosite

INTRODUCERE

Motoarele cu turbină cu gaz (GTE) timp de șaizeci de ani de dezvoltare au devenit principalul tip de motoare pentru aeronavele aviației civile moderne. Motoarele cu turbină cu gaz sunt un exemplu clasic de dispozitiv complex, ale cărui părți funcționează mult timp în condiții de temperaturi ridicate și solicitări mecanice. Funcționarea extrem de eficientă și fiabilă a centralelor de aviație cu turbine cu gaz ale aeronavelor moderne este imposibilă fără utilizarea sistemelor speciale de control automat (ACS). Este extrem de important să monitorizați și să controlați parametrii de funcționare ai motorului pentru a asigura o fiabilitate ridicată și o durată lungă de viață. În consecință, alegerea unui sistem automat de management al motorului joacă un rol imens.

În prezent, în lume sunt utilizate pe scară largă aeronave, pe care sunt instalate motoare din generația V, echipate cu cele mai noi sisteme automate de control precum FADEC (Full Authority Digital Electronic Control). Tunurile autopropulsate hidromecanice au fost instalate pe motoarele cu turbină cu gaz aeronavelor din primele generații.

Sistemele hidromecanice au parcurs un drum lung de dezvoltare și îmbunătățire, mergând de la cele mai simple, bazate pe controlul alimentării cu combustibil către camera de ardere (CC) prin deschiderea/închiderea unei supape de închidere (supapă), până la sistemele hidroelectronice moderne. , în care toate funcțiile principale de control sunt efectuate cu ajutorul dispozitivelor hidromecanice de numărare - decidetoare și numai pentru îndeplinirea unor funcții (limitarea temperaturii gazului, viteza de rotație a rotorului turbocompresorului etc.), se folosesc regulatoare electronice. Totuși, acest lucru nu este suficient acum. Pentru a îndeplini cerințele înalte de siguranță și eficiență a zborurilor, este necesar să se creeze sisteme complet electronice în care toate funcțiile de control să fie realizate prin intermediul tehnologiei electronice, iar organele executive pot fi hidromecanice sau pneumatice. Astfel de ACS sunt capabili nu numai să monitorizeze un număr mare de parametri ai motorului, ci și să urmărească tendințele acestora, să le controleze, astfel, conform programelor stabilite, să stabilească modurile de funcționare adecvate pentru motor, să interacționeze cu sistemele aeronavei. pentru a atinge eficienta maxima. ACS FADEC aparține unor astfel de sisteme.

Un studiu serios al structurii și funcționării sistemelor automate de control pentru motoarele cu turbine cu gaz de aviație este o condiție prealabilă pentru evaluarea corectă a stării tehnice (diagnosticare) a sistemelor de control și a elementelor individuale ale acestora, precum și pentru funcționarea în siguranță a sistemelor de control automate. a centralelor de aviație cu turbine cu gaz în ansamblu.

1. INFORMAȚII GENERALE DESPRE SISTEME DE CONTROL AUTOMAT ALE AVIATION GTE

1 Scopul sistemelor de control automat

controlul combustibilului motorului cu turbină cu gaz

ACS este proiectat pentru (Fig. 1):

controlul pornirii și opririi motorului;

controlul modului de funcționare al motorului;

asigurarea funcționării stabile a compresorului și a camerei de ardere (CC) a motorului în condiții staționare și tranzitorii;

prevenirea depășirii parametrilor motorului peste maximul admis;

asigurarea schimbului de informații cu sistemele aeronavei;

controlul integrat al motorului ca parte a centralei aeronavei prin comenzi din sistemul de control al aeronavei;

asigurarea controlului stării de sănătate a elementelor ACS;

controlul operațional și diagnosticarea stării motorului (cu un ACS combinat și un sistem de control);

pregătirea și livrarea informațiilor despre starea motorului către sistemul de înmatriculare.

Oferă controlul pornirii și opririi motorului. La lansare, ACS îndeplinește următoarele funcții:

controlează alimentarea cu combustibil către stația de compresor, paleta de direcție (HA), by-pass-ul de aer;

controlează dispozitivul de pornire și unitățile de aprindere;

protejează motorul împotriva supratensiunii, defecțiunilor compresorului și supraîncălzirii turbinei;

protejează dispozitivul de pornire împotriva depășirii vitezei maxime.

Orez. 1. Scopul sistemului de control automat al motorului

ACS asigură oprirea motorului din orice mod de funcționare la comanda pilotului sau automat la atingerea parametrilor limitatori, oprirea pe termen scurt a alimentării cu combustibil la stația principală de compresoare în cazul pierderii stabilității gaz-dinamice a compresorului (GDU) .

Controlul modului de funcționare al motorului. Controlul se efectuează conform comenzilor pilotului în conformitate cu programele de control stabilite. Influența de control este consumul de combustibil în stația de compresoare. În timpul controlului, parametrul de control setat este menținut ținând cont de parametrii aerului de la intrarea în motor și de parametrii interni ai motorului. În sistemele de control multiconectate, geometria căii de curgere poate fi, de asemenea, controlată pentru a implementa un control optim și adaptiv pentru a asigura eficiența maximă a complexului „SU - aeronava”.

Asigurarea funcționării stabile a compresorului, a stației de compresoare a motorului în regimuri staționare și tranzitorii. Pentru funcționarea stabilă a compresorului și a stației de compresor, controlul automat programat al alimentării cu combustibil a camerei de ardere în regimuri tranzitorii, controlul supapelor de bypass de aer de la compresor sau din spatele compresorului, controlul unghiului de instalare a paletelor rotative BHA și HA a compresorului este efectuată. Controlul asigură fluxul liniei de moduri de funcționare cu o marjă suficientă de stabilitate gaz-dinamică a compresorului (ventilator, trepte de reținere, LPC și HPC). Pentru a preveni depășirea parametrilor în caz de pierdere a GDU-ului compresorului, se folosește un sistem anti-surtens și anti-blocare.

Prevenirea depășirii parametrilor motorului peste maximul admis. Maximul admisibil este înțeles ca parametrii maximi posibili ai motorului, limitați de condițiile de performanță a clapetei de accelerație și a caracteristicilor altitudine-viteză. Funcționarea pe termen lung în moduri cu parametrii maximi admisi nu ar trebui să ducă la distrugerea pieselor motorului. În funcție de designul motorului, următoarele sunt limitate automat:

turația maximă admisă a rotoarelor motorului;

presiunea maximă admisă a aerului în spatele compresorului;

temperatura maximă a gazului în spatele turbinei;

temperatura maximă a materialului paletelor rotorului turbinei;

consumul minim și maxim de combustibil în stația de compresoare;

viteza maximă admisă a turbinei dispozitivului de pornire.

Dacă turbina se învârte, când arborele ei este rupt, motorul este oprit automat cu viteza maximă posibilă a supapei de oprire a combustibilului din stația de compresor. Se poate folosi un senzor electronic care detectează depășirea vitezei de prag, sau un dispozitiv mecanic care detectează deplasarea circumferențială reciprocă a arborilor compresorului și turbinei și determină momentul ruperii arborelui pentru a opri alimentarea cu combustibil. În acest caz, dispozitivele de control pot fi electronice, electromecanice sau mecanice.

Proiectarea ACS ar trebui să prevadă mijloace supersistem de protejare a motorului împotriva distrugerii atunci când parametrii limitatori sunt atinși în cazul defecțiunii principalelor canale de control ale ACS. Poate fi prevăzută o unitate separată care, la atingerea maximului pentru limitarea supersistemului a valorii oricăruia dintre parametrii cu viteza maximă, emite o comandă de întrerupere a combustibilului în stația de compresor.

Schimb de informații cu sistemele aeronavei. Schimbul de informații se realizează prin canale de schimb de informații în serie și paralele.

Emiterea de informații către echipamentele de control și verificare și reglementare. Pentru a determina starea bună a părții electronice a ACS, depanarea, reglarea operațională a ansamblurilor electronice, setul de accesorii pentru motor are un panou special de control, verificare și reglare. Telecomanda este folosită pentru lucrări la sol, în unele sisteme este instalată la bordul aeronavei. Între ACS și panoul de control, schimbul de informații se realizează prin intermediul liniilor de comunicație de cod printr-un cablu special conectat.

Control integrat al motorului în sistemul de control al aeronavei prin comenzi din sistemul de control al aeronavei. Pentru a maximiza eficiența motorului și a aeronavei în ansamblu, este integrat controlul motorului și al altor sisteme de control. Sistemele de control sunt integrate pe baza sistemelor de calcul digitale la bord integrate în sistemul complex de control de la bord. Controlul integrat se realizează prin reglarea programelor de control al motorului din sistemul de control al CS, emitând parametrii motorului pentru controlul admisiei de aer (VZ). La un semnal de la ACS VZ, sunt emise comenzi pentru a seta elementele de mecanizare a motorului în poziția de creștere a rezervelor unității de control de gaz a compresorului. Pentru a preveni întreruperi în admisia controlată a aerului la schimbarea modului de zbor, modul motor este corectat sau fixat în consecință.

Monitorizarea stării de sănătate a elementelor ACS. În partea electronică a ACS a motorului, funcționalitatea elementelor ACS este monitorizată automat. Dacă elementele ACS se defectează, informațiile despre defecțiuni sunt trimise la sistemul de control al sistemului de control al aeronavei. Reconfigurarea programelor de control și a structurii părții electronice a ACS este efectuată pentru a păstra operabilitatea acestuia.

Controlul operațional și diagnosticarea stării motorului. ACS, integrat cu sistemul de control, îndeplinește în plus următoarele funcții:

recepția semnalelor de la senzorii și dispozitivele de semnalizare ale motorului și aeronavei, filtrarea, procesarea și livrarea acestora către sistemele de afișare la bord, înregistrarea și alte sisteme de aeronave, conversia parametrilor analogi și discreti;

controlul tolerantei parametrilor masurati;

controlul parametrului de tracțiune a motorului în modul decolare;

controlul funcționării mecanizării compresorului;

controlul poziției elementelor dispozitivului de inversare pe împingere directă și inversă;

calcularea și stocarea informațiilor despre timpul de funcționare a motorului;

controlul consumului orar și al nivelului de ulei în timpul realimentării;

controlul timpului de pornire a motorului și de epuizare a rotoarelor LPC și HPC la oprire;

controlul sistemelor de purjare a aerului și sistemelor de răcire a turbinelor;

controlul vibrațiilor unităților motoare;

analiza tendințelor de modificare a parametrilor principali ai motorului la starea de echilibru.

În fig. 2 prezintă schematic compoziția unităților sistemului de control automat al motorului cu turboreacție.

Cu nivelul atins în prezent de parametri ai procesului de lucru al GTE-urilor de aviație, îmbunătățirea în continuare a caracteristicilor centralelor electrice este asociată cu căutarea de noi căi de control, cu integrarea ACS AM într-un singur sistem de control al aeronavei și al motorului. si controlul comun al acestora in functie de modul si faza zborului. Această abordare devine posibilă odată cu trecerea la sistemele electronice digitale de control al motorului, cum ar fi FADEC (Full Authority Digital Electronic Control), i.e. la sistemele în care electronica controlează motorul în toate etapele și modurile de zbor (sisteme cu responsabilitate deplină).

Avantajele unui sistem de control digital cu responsabilitate deplină față de un sistem de control hidromecanic sunt evidente:

sistemul FADEC are două canale de control independente, ceea ce îi mărește semnificativ fiabilitatea și elimină nevoia de redundanță multiplă și îi reduce greutatea;

Orez. 2. Compoziția unităților sistemului automat de control, monitorizare și alimentare cu combustibil a motorului turborreactor

sistemul FADEC efectuează pornirea automată, funcționarea în regimuri staționare, limitarea temperaturii gazului și a vitezei de rotație, pornind după stingerea camerei de ardere, protecție împotriva supratensiunii datorită scăderii pe termen scurt a alimentării cu combustibil, acesta funcționează pe baza diferitelor tipuri de date primite de la senzori;

sistemul FADEC este mai flexibil deoarece numarul si natura functiilor pe care le indeplineste pot fi marite si modificate prin introducerea unor noi sau ajustarea programelor de management existente;

FADEC reduce în mod semnificativ volumul de muncă al echipajului și permite utilizarea tehnicilor de control a aeronavelor fly-by-wire utilizate pe scară largă;

Funcțiile sistemului FADEC includ monitorizarea stării motorului, diagnosticarea defecțiunilor și informații privind întreținerea întregii centrale electrice. Vibrațiile, performanța, temperatura, comportamentul sistemelor de combustibil și ulei sunt câteva dintre numeroasele aspecte operaționale monitorizate pentru a asigura siguranța, controlul eficient al duratei de viață și costurile de întreținere mai mici;

Sistemul FADEC asigură înregistrarea timpului de funcționare a motorului și a deteriorării componentelor sale principale, autocontrol la sol și marș cu salvarea rezultatelor în memoria nevolatilă;

pentru sistemul FADEC, nu este nevoie de ajustări și verificări ale motorului după înlocuirea oricăreia dintre componentele acestuia.

De asemenea, sistemul FADEC:

controlează tracțiunea în două moduri: manual și automat;

controlează consumul de combustibil;

oferă moduri optime de funcționare controlând fluxul de aer de-a lungul traseului motorului și ajustând jocul din spatele palelor rotorului turbinei HP;

monitorizează temperatura uleiului a generatorului de acționare integrat;

asigură îndeplinirea restricţiilor privind funcţionarea sistemului de inversare a tracţiunii la sol.

În fig. 3 demonstrează în mod clar o gamă largă de funcții îndeplinite de FADEC ACS.

În Rusia, ACS de acest tip este dezvoltat pentru modificări ale motoarelor AL-31F, PS-90A și o serie de alte produse.

Orez. 3. Scopul unui sistem digital de management al motorului cu responsabilitate deplină

2 Probleme apărute în timpul funcționării sistemelor automate de control al motoarelor de tip FADEC

Trebuie remarcat faptul că, în legătură cu dezvoltarea mai dinamică a electronicii și a tehnologiilor informaționale în străinătate, o serie de firme implicate în fabricarea ACS AD au luat în considerare trecerea la sisteme de tip FADEC la mijlocul anilor '80. Unele aspecte ale acestei probleme și problemele asociate cu aceasta au fost prezentate în rapoartele NASA și într-o serie de periodice. Cu toate acestea, ele conțin doar prevederi generale, sunt indicate principalele avantaje ale ACS electronic-digital. Problemele apărute în timpul tranziției la sistemele electronice, modalitățile de rezolvare a acestora și problemele legate de asigurarea performanței necesare a ACS nu au fost publicate.

Astăzi, una dintre cele mai presante sarcini pentru ACS, construită pe baza sistemelor electronice digitale, este sarcina de a asigura nivelul necesar de fiabilitate. Acest lucru se datorează în primul rând experienței insuficiente în dezvoltarea și operarea unor astfel de sisteme.

Faptele despre defecțiunile FADEC ACS ale GTE-urilor aeronavelor de fabricație străină sunt cunoscute din motive similare. De exemplu, în ACS FADEC instalat pe motorul turborreactor Rolls-Royce AE3007A și AE3007C, au fost înregistrate defecțiuni ale tranzistorilor, care ar putea cauza defecțiuni în zbor ale acestor motoare utilizate pe aeronavele bimotoare.

Pentru motorul turborreactor AS900 a devenit necesară implementarea unui program care să asigure limitarea automată a parametrilor pentru a crește fiabilitatea sistemului FADEC, precum și prevenirea, detectarea și recuperarea. munca normala după valuri și blocaje. Motorul turborreactor AS900 a fost echipat și cu protecție la supraviteză, conexiuni duale pentru transmiterea datelor către senzori cu parametri critici folosind un bus și semnale discrete conform standardului ARINK 429.

Specialiștii implicați în dezvoltarea și implementarea FADEC ACS au găsit multe erori logice, a căror corectare a necesitat sume importante de bani. Totuși, aceștia au stabilit că în viitor, datorită îmbunătățirii sistemului FADEC, va fi posibilă prevederea resurselor tuturor componentelor motorului. Acest lucru va face posibilă monitorizarea flotei de aeronave de la distanță dintr-un punct central din orice regiune a lumii.

Implementarea acestor inovații va fi facilitată de trecerea de la controlul actuatoarelor folosind microprocesoare centrale la crearea unor mecanisme inteligente dotate cu procesoare de control proprii. Avantajul unui astfel de „sistem distribuit” ar fi reducerea greutății prin eliminarea liniilor de semnal și a echipamentelor asociate. Independent de aceasta, îmbunătățirea sistemelor individuale va continua.

Implementările promițătoare pentru GTE-urile fabricate în străinătate luate separat sunt:

îmbunătățirea sistemului de management al motorului, asigurarea pornirii automate și a modului de ralanti cu controlul sistemului de purjare a aerului și antigivrare, sincronizarea sistemelor motorului pentru a obține niveluri scăzute de zgomot și păstrarea automată a caracteristicilor, precum și controlul dispozitivului de marșarier;

Schimbarea principiului de funcționare al ACS FADEC pentru a controla motorul nu în funcție de semnalele senzorilor de presiune și temperatură, ci direct în funcție de viteza rotorului de înaltă presiune datorită faptului că acest parametru este mai ușor de măsurat decât semnalul din sistemul dual de senzori de temperatură-presiune, care se află în motoarele de funcționare trebuie convertite. Noul sistem va permite timpi de răspuns mai rapizi și mai puțină răspândire a buclei de control;

instalarea unui procesor mult mai puternic folosind cipuri industriale standard și oferind diagnosticare și predicție a stării (operabilității) motorului și a caracteristicilor acestuia, dezvoltarea FADEC ACS de tip PSC. PSC este un sistem în timp real care poate fi utilizat pentru a optimiza performanța motorului, supus mai multor constrângeri, de exemplu pentru a minimiza consumul specific de combustibil la tracțiune constantă;

includerea unui sistem de control integrat în ACS FADEC stare tehnica motor. Motorul este reglat în funcție de viteza redusă a ventilatorului, ținând cont de altitudinea de zbor, temperatura exterioară, forța și numărul M;

integrarea sistemului de monitorizare a motorului, EMU (Engine Monitoring Unit), cu FADEC, care va permite compararea în timp real a mai multor date și va asigura o mai mare siguranță atunci când motorul funcționează „aproape de limitele fizice”. Bazat pe un model termodinamic simplificat, în care factori precum temperatura și stresul sunt luați împreună ca măsură cumulativă a acumulării de oboseală, EMU permite, de asemenea, monitorizarea în timp a frecvenței de utilizare. Există, de asemenea, controlul unor situații precum sunetul „scârțâit”, scârțâit, vibrații crescute, pornire întreruptă, spargerea flăcării, supratensiunea motorului. Nou pentru sistemul FADEC este utilizarea unui senzor magnetic pentru detectarea particulelor metalice ODMS (Oil-debris Magnetic Sensor), care nu numai că permite determinarea dimensiunii și cantității de particule care conțin fier, dar și le îndepărtează cu 70 ... 80 % folosind o centrifugă. Dacă este detectată o creștere a numărului de particule, unitatea EMU vă permite să verificați prezența vibrațiilor și să identificați procesele periculoase, de exemplu, distrugerea iminentă a rulmentului (pentru TRDDF EJ200);

crearea de către General Electric a ACS FADEC digital cu două canale de a treia generație, al cărui timp de răspuns este mult mai scurt și capacitatea de memorie mai mare decât cea a precedentului FADEC ACS a motoarelor by-pass produse de această companie. Datorită acestui fapt, ACS are capacități de rezervă suplimentare pentru a crește fiabilitatea și forța motorului. FADEC ACS va avea, de asemenea, capacitatea viitoare de a filtra semnalele de vibrații pentru a identifica și diagnostica simptomele de defectare iminentă a componentelor / componentelor pe baza analizei spectrale a tipurilor cunoscute de defecțiuni și defecțiuni, de exemplu, defecțiunea rulmentului rulant. Datorită acestei identificări, se va primi un avertisment cu privire la necesitatea întreținerii la sfârșitul zborului. ACS FADEC va conține o placă electronică suplimentară numită „Personality Board”. Caracteristicile sale distinctive sunt magistrala de date în conformitate cu noul standard Airbus (AFDX) și noile funcții (controlul supravitezei, controlul tracțiunii etc.). În plus, noua placă va extinde comunicarea cu Unitatea de măsurare a vibrațiilor (VMU) și Sistemul de acționare electromecanică a inversorului de tracțiune (ETRAS).

2. DIAGRAMELE DINAMICE A GAZULUI ALE MOTORULUI CU TURBINE PE GAZ

Cerințele complexe impuse condițiilor de operare a aeronavelor supersonice multimodale sunt cel mai satisfăcute de motoarele cu turboreacție (TRD) și turboreacție bypass (TRDD). Ceea ce au în comun aceste motoare este natura formării energiei libere, diferența este în natura utilizării acesteia.

Într-un motor cu un singur circuit (Fig. 4), energia liberă, pe care fluidul de lucru o are în spatele turbinei, este direct transformată în energie cinetică a jetului de ieșire. Într-un motor cu două circuite, doar o parte din energia liberă este convertită în energia cinetică a jetului de ieșire. Restul energiei libere este folosită pentru a crește energia cinetică a masei de aer suplimentare. Transferul de energie către masa de aer suplimentară este realizat de o turbină și un ventilator.

Utilizarea unei părți din energia liberă pentru a accelera masa de aer suplimentară la anumite valori ale parametrilor procesului de lucru și, în consecință, la un anumit consum orar de combustibil, face posibilă creșterea forței motorului și reducerea specificului consum de combustibil.

Fie debitul de aer al motorului cu turboreacție și debitul de gaz. Într-un motor cu două circuite în circuitul intern, debitul de aer este același cu cel al unui motor cu un singur circuit și debitul de ieșire a gazului; în conturul exterior, respectiv, și (vezi Fig. 4).

Vom presupune că debitul de aer și debitul de gaz al unui motor cu o singură buclă, care caracterizează nivelul de energie liberă, au anumite valori la fiecare valoare a vitezei de zbor.

Condițiile de echilibrare a fluxurilor de putere în motorul turboreactor și motorul turboreactor în absența pierderilor în elementele conductei gaz-aer, asigurând o creștere a energiei cinetice a masei de aer suplimentare, pot fi reprezentate prin expresiile

Orez. 4. Motoare cu dublu circuit și cu un singur circuit cu un singur circuit de turbocompresor

(1)

Pentru a clarifica ultima expresie, observăm că o parte din energia liberă transferată în bucla exterioară crește energia de curgere de la nivelul deținut de fluxul de intrare la nivel.

Echivalând părțile din dreapta ale expresiilor (1) și (2), ținând cont de notație, obținem

, , . (3)

Tracțiunea unui motor cu două circuite este determinată de expresie

Dacă expresia (3) este rezolvată în raport cu și rezultatul este substituit în expresia (4), atunci obținem

Tracțiunea maximă a motorului la valorile date și m este atinsă la, ceea ce decurge din soluția ecuației.

Expresia (5) la ia forma

Cea mai simplă expresie pentru tracțiunea motorului devine at

Această expresie arată că o creștere a raportului de bypass duce la o creștere monotonă a forței motorului. Și, în special, se poate observa că trecerea de la un motor cu un singur circuit (m = 0) la un motor cu două circuite cu m = 3 este însoțită de o creștere de două ori a tracțiunii. Și din moment ce consumul de combustibil în generatorul de gaz rămâne neschimbat, consumul specific de combustibil se reduce și el la jumătate. Dar forța specifică a unui motor cu două circuite este mai mică decât cea a unui motor cu un singur circuit. La V = 0, împingerea specifică este determinată de expresie

ceea ce indică faptul că odată cu creșterea t, împingerea specifică scade.

Unul dintre semnele diferenței dintre circuitele motoarelor bypass este natura interacțiunii fluxurilor circuitelor interioare și exterioare.

Un motor cu două circuite în care fluxul de gaz din bucla interioară este amestecat cu fluxul de aer din spatele ventilatorului - debitul din bucla exterioară - se numește motor mixt cu două circuite.

Un motor cu două circuite, în care aceste fluxuri ies din motor separat, se numește motor cu două circuite cu circuite separate.

1 Caracteristicile gazodinamice ale motoarelor cu turbine cu gaz

Parametrii de ieșire ai motorului - tracțiunea P, tracțiunea specifică P batai și consumul specific de combustibil C bătăi - sunt în întregime determinați de parametrii procesului său de funcționare, care pentru fiecare tip de motor sunt într-o anumită dependență de condițiile de zbor și de parametru. care determină modul de funcționare al motorului.

Parametrii procesului de lucru sunt: ​​temperatura aerului la admisia motorului T în *, gradul de creștere a presiunii totale a aerului în compresor, gradul de bypass t, temperatura gazului în fața turbinei, debitul în secțiunile caracteristice ale conductei gaz-aer, eficiența elementelor sale individuale etc. ...

Condițiile de zbor sunt caracterizate de temperatura și presiunea fluxului neperturbat T n și P n, precum și de viteza V (sau viteza superficială λ n, sau numărul M) a zborului.

Parametrii T n și V (M sau λ n), care caracterizează condițiile de zbor, determină și parametrul procesului de lucru al motorului T în *.

Forța necesară a unui motor instalat pe o aeronavă este determinată de caracteristicile corpului aeronavei, de condițiile și de natura zborului. Deci, în zborul constant orizontal, forța motorului ar trebui să fie exact egală cu rezistența aerodinamică a aeronavei P = Q; la accelerarea atat in plan orizontal cat si la urcare, impingerea trebuie sa depaseasca rezistenta

iar cu cât valorile necesare ale accelerației și unghiul de urcare sunt mai mari, cu atât valoarea necesară a împingerii este mai mare. De asemenea, forța necesară crește odată cu creșterea suprasarcinii (sau a unghiului de înclinare) atunci când se face o curbă.

Valorile limită de tracțiune sunt furnizate de turația maximă a motorului. Impingerea și consumul specific de combustibil în acest mod depind de altitudine și viteza de zbor și corespund, de obicei, valorilor limită de rezistență ale unor parametri ai procesului de lucru, cum ar fi temperatura gazului în fața turbinei, turația rotorului motorului și temperatura gazului în post-ardere.

Modurile de funcționare a motorului la care tracțiunea este mai mică decât maximă se numesc moduri de accelerație. Reglajul motorului - tracțiunea este redusă prin reducerea aportului de căldură.

Caracteristicile gazodinamice ale unui motor cu turbină cu gaz sunt determinate de valorile parametrilor de proiectare, de caracteristicile elementelor și de programul de control al motorului.

Prin parametrii calculați ai motorului înțelegem principalii parametri ai procesului de lucru la regimuri maxime la temperatura aerului la admisia motorului definită pentru un motor dat =.

Elementele principale ale căii gaz-aer ale diferitelor scheme de motoare sunt un compresor, o cameră de ardere, o turbină și o duză de evacuare.

Se determină caracteristicile compresorului (treptele compresorului) (Fig. 5).

Orez. 5. Caracteristicile compresorului: a-a - limita de stabilitate; în - în - linia de blocare la ieșirea compresorului; c-c - linia modurilor de operare

dependența gradului de creștere a presiunii totale a aerului din compresor de densitatea relativă de curent la admisia compresorului și turația redusă a rotorului compresorului, precum și dependența eficienței de gradul de creștere a presiunii totale a aerului și frecvența redusă a rotorului compresorului:

Debitul de aer redus este legat de densitatea relativă de curent q (λ in) prin expresie

(8)

unde este aria căii de curgere a secțiunii de admisie a compresorului, este debitul de aer în condiții atmosferice standard pe sol = 288 K, = 101325 N / m 2. Cel mai mare. pr consumul de aer la valori cunoscute ale presiunii totale și ale temperaturii de frânare T* se calculează prin formula

(9)

O secvență de puncte de funcționare, determinată de condițiile de funcționare în comun a elementelor motorului în diferite moduri de funcționare în regim de echilibru, formează o linie de moduri de funcționare. O caracteristică importantă de performanță a motorului este marja de stabilitate a compresorului în punctele liniei de moduri de funcționare, care este determinată de expresia

(10)

Indicele „gr” corespunde parametrilor limitei de funcționare stabilă a compresorului la aceeași valoare a lui n pr ca în punctul liniei modurilor de funcționare.

Camera de ardere va fi caracterizată prin randamentul arderii combustibilului și raportul de presiune totală.

Presiunea totală a gazului în camera de ardere scade din cauza prezenței pierderilor hidraulice, caracterizate prin coeficientul de presiune total r, și pierderilor cauzate de furnizarea de căldură. Acestea din urmă sunt caracterizate de un coeficient. Pierderea totală de presiune este determinată de produs

Atât pierderile hidraulice, cât și pierderile datorate aportului de căldură cresc odată cu creșterea debitului la intrarea în camera de ardere. Pierderea totală de presiune pe debit cauzată de aportul de căldură crește, de asemenea, odată cu creșterea gradului de încălzire a gazului, care este determinată de raportul dintre valorile temperaturii pe tur la ieșirea din camera de ardere și la intrarea în aceasta.

O creștere a gradului de încălzire și a debitului la intrarea în camera de ardere este însoțită de o creștere a vitezei gazului la capătul camerei de ardere, iar când viteza gazului se apropie de viteza sunetului, dinamica gazului. are loc „închiderea” canalului. Odată cu „blocarea” gaz-dinamică a canalului, o creștere suplimentară a temperaturii gazului fără o scădere a vitezei la intrarea în camera de ardere devine imposibilă.

Caracteristicile turbinei sunt determinate de dependențele densității relative de curent în secțiunea critică a duzei primei trepte q (λ cu a) și de eficiența turbinei de gradul de scădere a presiunii totale a gazului în turbină, viteza de rotație redusă a rotorului turbinei și zona secțiunii critice a duzei din prima etapă:

O duză cu jet este caracterizată printr-o serie de modificări în zonele secțiunilor transversale critice și de evacuare și un coeficient de viteză.

Performanța admisiei de aer, care este un element al centralei electrice a aeronavei, are, de asemenea, un efect semnificativ asupra parametrilor de ieșire ai motorului. Caracteristica prizei de aer este reprezentată de coeficientul de presiune totală

unde este presiunea totală a fluxului de aer neperturbat; - presiunea totală a debitului de aer la admisia compresorului.

Astfel, fiecare tip de motor are anumite dimensiuni ale secțiunilor caracteristice și caracteristicile elementelor sale. În plus, motorul are un anumit număr de factori de control și restricții asupra valorilor parametrilor procesului său de lucru. Dacă numărul de factori de conducere este mai mare de unul, atunci unele condiții de zbor și condiții de operare, în principiu, pot corespunde unui interval limitat de valori ale parametrilor procesului de lucru. Din toată această gamă de valori posibile ale parametrilor procesului de lucru, o singură combinație de parametri va fi oportună: la modul maxim, combinația care asigură tracțiunea maximă și în modul accelerație, care asigură combustibilul minim. consumul la valoarea împingerii care determină acest mod. Trebuie avut în vedere faptul că numărul de parametri controlați independent ai procesului de lucru - parametri, pe baza indicatorilor cantitativi ai căror proces de lucru al motorului este controlat (sau, pe scurt, controlul motorului), este egal cu numărul de motor factori de control. Și anumite valori ale acestor parametri corespund anumitor valori ale parametrilor rămași.

Dependența parametrilor controlați de condițiile de zbor și de modul de funcționare a motorului este determinată de programul de control al motorului și este asigurată de sistemul de control automat (ACS).

Condițiile de zbor care influențează funcționarea motorului sunt pe deplin caracterizate de un parametru, care este, de asemenea, un parametru al procesului de lucru al motorului. Prin urmare, programul de control al motorului este înțeles ca dependența parametrilor controlați ai procesului de lucru sau a stării elementelor controlate ale motorului de temperatura de stagnare a aerului la admisia motorului și unul dintre parametrii care determină modul de funcționare. - temperatura gazului în fața turbinei, turația rotorului uneia dintre trepte sau tracțiunea motorului R.

2 Managementul motorului

Motorul cu geometrie constantă are un singur factor de control - cantitatea de căldură introdusă.

Orez. 6. Linia modurilor de funcționare pe caracteristica compresorului

Parametrii fie sau pot fi utilizați ca parametru controlabil, determinat direct de cantitatea de căldură introdusă. Dar, deoarece parametrul este independent, atunci ca parametru controlat pot fi asociate și parametri si viteza redusa

(12)

Mai mult, în diferite game de valori, diverși parametri pot fi utilizați ca parametru controlat.

Diferența dintre programele posibile de control pentru un motor cu geometrie fixă ​​se datorează diferenței dintre valorile parametrilor permise și la modurile maxime.

Dacă, atunci când temperatura aerului la admisia motorului se modifică, se cere ca temperatura gazului din fața turbinei să nu se modifice la regimurile maxime, atunci vom avea un program de control. În acest caz, temperatura relativă se va modifica în conformitate cu expresia.

În fig. 6 arată că fiecare valoare de-a lungul liniei modurilor de funcționare corespunde anumitor valori ale parametrilor și. (În Fig. 6) se mai arată că pt< 1, а это может быть в случае < ; величина приведенной частоты вращения превосходит единицу. При увеличении свыше единицы КПД компрессора существенно снижается, поэтому работа в этой области значений обычно не допускается, для чего вводится ограничение ≤ 1. В таком случае при< независимо управляемым параметром является . На максимальных режимах программа управления определяется условием = 1.

Pentru a asigura funcționarea la = 1, este necesar ca valoarea temperaturii relative să fie = 1, care, în conformitate cu expresia

este echivalentă cu condiția ... Prin urmare, atunci când scade sub, valoarea ar trebui să scadă. Pe baza expresiei (12), viteza de rotație va scădea și ea. În acest caz, parametrii vor corespunde valorilor calculate.

În regiunea sub condiția = const, valoarea parametrului se poate schimba în moduri diferite odată cu creșterea - poate crește și scădea și rămâne neschimbată, ceea ce depinde de puterea calculată

creșterea presiunii totale a aerului din compresor și a naturii controlului compresorului. Când programul = const duce la o creștere pe măsură ce crește, iar în funcție de condițiile de rezistență, o creștere a vitezei de rotație este inacceptabilă, se folosește programul Temperatura gazului din fața turbinei va scădea în mod natural în aceste cazuri.

Ham-urile acestor parametri servesc ca semnal de control în sistemul automat de control al motorului la furnizarea programelor. La furnizarea programului = const, semnalul de control poate fi o valoare sau o valoare mai mică, care la = const și = const conform expresiei

determină în mod unic valoarea Utilizarea unei valori ca semnal de control se poate datora unei limitări temperatura de lucru elementele sensibile ale termocuplului.

Pentru a furniza un program de control = const, puteți utiliza și controlul programat printr-un parametru, a cărui valoare va fi funcție de (Fig. 7).

Programele de control considerate sunt în general combinate. Când motorul funcționează în moduri similare, în care toți parametrii sunt determinați valori relative sunt neschimbate. Acestea sunt valorile debitului redus în toate secțiunile căii de curgere a motorului cu turbină cu gaz, temperatura redusă, gradul de creștere a presiunii totale a aerului în compresor. Valoarea care corespunde valorilor calculate și care separă cele două condiții ale programului de control, în multe cazuri corespunde condițiilor atmosferice standard la sol = 288 K. Dar, în funcție de scopul motorului, valoarea poate fie mai puțin, fie mai mult.

Pentru motoarele aeronavelor subsonice de mare altitudine, poate fi recomandabil să se atribuie< 288 К. Так, для того чтобы обеспечить работу двигателя в условиях М = 0,8; Н ≥ 11 км при =, необходимо = 244 К. Тогда при = 288 К относительная
temperatura va fi = 1,18 iar motorul la turatie maxima va fi
lucrez la< 1. Расход воздуха на взлете у такого двигателя ниже

(curba 1, Fig. 7) decât pentru motorul c (curba 0).

Pentru un motor destinat unei aeronave de mare viteză la altitudine mare, poate fi recomandabil să se atribuie (curba 2). Consumul de aer si gradul de crestere a presiunii totale a aerului in compresor pentru un astfel de motor la > 288 K sunt mai mari decat pentru un motor cu = 288 K Dar temperatura gazului inainte

Orez. 7. Dependența parametrilor principali ai procesului de lucru al motorului :a - cu geometrie neschimbată din temperatura aerului la admisia compresorului, b - cu geometrie neschimbată din temperatura aerului calculată

turbina atinge valoarea maximă în acest caz la valori mai mari și, în consecință, la numere de zbor mai mari M. Deci, pentru un motor cu = 288 K, temperatura maximă admisă a gazului în fața turbinei la sol poate fi la M ≥ 0, iar la altitudini H ≥ 11 km - la M ≥ 1,286. Dacă motorul funcționează în moduri similare, de exemplu, până la = 328 K, atunci temperatura maximă a gazului în fața turbinei lângă sol va fi la M ≥ 0,8, iar la altitudini H ≥ 11 km - la M ≥ 1,6; în modul decolare, temperatura gazului va fi = 288/328

Pentru a funcționa la până la = 328 K, viteza de rotație în comparație cu viteza de decolare trebuie mărită de = 1,07 ori.

Alegerea> 288 K se poate datora și necesității de a menține forța de decolare necesară la temperaturi ridicate ale aerului.

Astfel, o creștere a debitului de aer la> prin creștere este asigurată prin creșterea turației rotorului motorului și reducerea forței specifice în modul decolare datorită scăderii.

După cum puteți vedea, valoarea are un efect semnificativ asupra parametrilor procesului de lucru ai motorului și asupra parametrilor acestuia de ieșire și, împreună cu, este, astfel, parametrul calculat al motorului.

3. SISTEME DE CONTROL AL COMBUSTIBILULUI

1 Regulator principal de debit de combustibil și regulatoare electronice

1.1 Regulator principal de consum de combustibil

Regulatorul principal al debitului de combustibil este o unitate acționată de motor care este controlată mecanic, hidraulic, electric sau pneumatic în diferite combinații. Scopul sistemului de management al combustibilului este de a menține raportul aer-combustibil necesar în sistemele de combustibil-aer în funcție de greutate în zona de ardere la aproximativ 15: 1. Acest raport reprezintă raportul dintre greutatea aerului primar care intră în camera de ardere și greutatea combustibilului. Uneori se folosește un raport combustibil-aer de 0,067: 1. Toți combustibilii necesită o anumită cantitate de aer pentru arderea completă, de ex. un amestec bogat sau sărac va arde, dar nu complet. Proporție ideală pentru aer și combustibil de avion este 15: 1 și se numește amestec stoichiometric (correct din punct de vedere chimic). Este foarte frecvent să găsiți un raport aer-combustibil de 60: 1. Când se întâmplă acest lucru, autorul prezintă raportul aer-combustibil în termeni de debit total de aer, mai degrabă decât debitul de aer primar care intră în camera de ardere. Dacă debitul primar este de 25% din debitul total de aer, atunci raportul 15: 1 este 25% din raportul 60: 1. În motoarele cu turbină cu gaz de aviație, există o tranziție de la un amestec bogat la un amestec slab cu rapoarte de 10: 1 în timpul accelerației și 22: 1 în timpul decelerației. Daca motorul consuma 25% din debitul total de aer in zona de ardere, rapoartele vor fi urmatoarele: 48:1 in timpul accelerarii si 80:1 in timpul decelerarii.

Când pilotul deplasează maneta de accelerație înainte, consumul de combustibil crește. O creștere a consumului de combustibil duce la o creștere a consumului de gaz în camera de ardere, care, la rândul său, crește nivelul de putere a motorului. La motoarele cu turboreacție și turboventilator (turbo-ventilator), acest lucru determină o creștere a tracțiunii. La motoarele HPT și turboax, aceasta va crește puterea de ieșire a arborelui de antrenare. Viteza de rotație a elicei fie va crește, fie va rămâne neschimbată odată cu creșterea pasului elicei (unghiul de instalare al palelor sale). În fig. 8. prezintă diagrama raportului dintre componentele sistemelor combustibil-aer pentru un GTE tipic de aviație. Diagrama arată raportul aer-combustibil și viteza rotorului de înaltă presiune, așa cum este percepută de dispozitivul de control al greutății centrifugal, regulatorul de viteză a rotorului de înaltă presiune.

Orez. 8. Schema de lucru combustibil-aer

În modul inactiv, 20 de părți de aer din amestec se află pe linia stării statice (staționare), iar 15 părți sunt în intervalul de la 90 la 100% din viteza rotorului de înaltă presiune.

Pe măsură ce motorul se epuizează, raportul aer-combustibil de 15: 1 se va modifica pe măsură ce eficiența procesului de comprimare a aerului scade (se deteriorează). Dar este important pentru motor ca creșterea presiunii necesară să rămână și să nu apară blocări. Când raportul de creștere a presiunii începe să scadă din cauza epuizării resurselor motorului, a poluării sau a deteriorării pentru a restabili valoarea normală necesară, modul de funcționare, consumul de combustibil și turația arborelui compresorului sunt crescute. Rezultatul este un amestec mai bogat în camera de ardere. Ulterior, personalul de întreținere poate efectua curățarea necesară, repararea, înlocuirea compresorului sau turbinei dacă temperatura se apropie de limită (toate motoarele au propriile limite de temperatură).

La motoarele cu compresor cu o singură treaptă, regulatorul principal al debitului de combustibil este antrenat de la rotorul compresorului printr-o cutie de antrenare. La motoarele cu două și trei trepte, regulatorul principal de consum de combustibil este acționat de un compresor de înaltă presiune.

1.2 Controlere electronice

Multe semnale sunt trimise către sistemul de management al motorului pentru a controla automat raportul aer-combustibil. Numărul acestor semnale depinde de tipul motorului și de prezența sistemelor electronice de control în proiectarea acestuia. Motoarele din ultimele generații au regulatoare electronice care simt un număr mult mai mare de parametri ai motorului și aeronavei decât dispozitivele hidromecanice ale generațiilor anterioare de motoare.

Mai jos este o listă cu cele mai frecvente semnale trimise către sistemul de control hidromecanic al motorului:

Turația rotorului motorului (N c) - este transmisă sistemului de control al motorului direct din cutia de viteze printr-un regulator centrifugal de combustibil; utilizat pentru măsurarea combustibilului, atât în ​​condițiile de funcționare a motorului în regim de echilibru, cât și în timpul accelerației/decelerației (timpul de accelerare al majorității motoarelor cu turbină cu gaz aeronavelor de la modul ralanti la modul maxim este de 5 ... 10 s);

Presiunea de admisie a motorului (p t 2) este semnalul de presiune total transmis burdufului de control al combustibilului de la un senzor instalat la admisia motorului. Acest parametru este utilizat pentru a transmite informații despre viteza și altitudinea aeronavei atunci când condițiile se schimbă. mediu inconjurator la intrarea în motor;

Presiunea de ieșire a compresorului (p s 4) - presiunea statică transmisă burdufului sistemului hidromecanic; utilizat pentru a ține cont de debitul masic de aer la ieșirea din compresor;

Presiunea din camera de ardere (p b) este un semnal de presiune statică pentru sistemul de control al consumului de combustibil, folosind o relație direct proporțională între presiunea din camera de ardere și greutatea consumului de aer într-un punct dat al motorului. Dacă presiunea din camera de ardere crește cu 10%, debitul de aer în masă crește cu 10% și burduful din camera de ardere se va programa pentru a crește consumul de combustibil cu 10% pentru a menține raportul corect. "âîçäóõ - òîïëèâî ". Áûñòðîå ðåàãèðîâàíèå íà ýòîò ñèãíàë ïîçâîëÿåò èçáåæàòü ñðûâîâ ïîòîêà, ïëàìåíè è çàáðîñà òåìïåðàòóðû;

Temperatura admisiei (t t 2) - semnal al temperaturii totale la admisia motorului pentru sistemul de management al combustibilului. Senzorul de temperatură este conectat la sistemul de management al combustibilului folosind tuburi care se extind și se contractă în funcție de temperatura aerului care intră în motor. Acest semnal oferă sistemului de management al motorului informații despre valoarea densității aerului, pe baza cărora poate fi setat programul de dozare a combustibilului.

2 Diagrama simplificată a controlului consumului de combustibil (dispozitiv hidromecanic)

În fig. 9 prezintă o diagramă simplificată a sistemului de control GTE al aeronavei. Dozează combustibilul după următorul principiu:

Piesa de masurare :deplasarea manetei de întrerupere a combustibilului (10) înainte de pornirea ciclului deschide supapa de închidere și permite pătrunderea combustibilului în motor (fig. 9.). Este necesară o pârghie de închidere deoarece limitatorul de debit minim (11) împiedică închiderea completă a supapei de control principal. Acest design este necesar în cazul în care arcul de reglare a regulatorului se rupe sau opritorul de mers în gol este reglat incorect. Poziția completă a accelerației spate corespunde poziției MG de lângă opritorul MG. Acest lucru împiedică accelerația să acționeze ca o pârghie de oprire. După cum se arată în ilustrație, maneta de oprire asigură, de asemenea, că presiunea de funcționare a sistemului de management al combustibilului crește corect în timpul ciclului de pornire. Acest lucru este necesar pentru ca combustibilul grosier să nu intre în motor mai devreme decât timpul estimat.

Combustibilul de la sistemul de alimentare cu presiune al pompei principale de combustibil (8) este direcționat către supapa de accelerație (ac de dozare) (4). Pe măsură ce combustibilul curge prin orificiul creat de conul supapei, presiunea începe să scadă. Combustibilul pe drumul de la supapa de accelerație la injectoare este considerat măsurat. În acest caz, combustibilul este dozat în funcție de greutate, nu de volum. puterea calorică (puterea calorică în masă) a unei unități de masă de combustibil este constantă în ciuda temperaturii combustibilului, în timp ce puterea calorică pe unitatea de volum nu este constantă. Combustibilul intră acum în camera de ardere la doza corectă.

Principiul dozării combustibilului în funcție de greutate este fundamentat matematic după cum urmează:

Orez. 9. Schema regulatorului hidromecanic de combustibil

. (13)

unde: - greutatea combustibilului consumat, kg/s;

Coeficient de consum de combustibil;

Aria secțiunii transversale a supapei principale de control;

Presiune diferențială pe orificiu.

Cu condiția ca un singur motor să fie necesar și un alezament al supapei de control este suficient, nu va exista nicio modificare a formulei, deoarece căderea de presiune rămâne constantă. Dar motoarele de aeronave trebuie să schimbe modurile de funcționare.

Cu un consum de combustibil în continuă schimbare, scăderea de presiune pe acul de dozare rămâne neschimbată, indiferent de dimensiunea zonei de curgere. Prin direcționarea combustibilului dozat pe arcul cu diafragmă al supapei de șoc controlat hidraulic, presiunea diferențială revine întotdeauna la valoarea tensiunii arcului. Deoarece valoarea de strângere a arcului este constantă, căderea de presiune în zona de curgere va fi, de asemenea, constantă.

Pentru a înțelege mai pe deplin acest concept, să presupunem că pompa de combustibil livrează întotdeauna excesul de combustibil către sistem și supapa de reducere a presiunii returnează continuu excesul de combustibil la admisia pompei.

EXEMPLU: Presiunea combustibilului necontorizat este de 350 kg/cm2; presiunea combustibilului dozat este de 295 kg/cm2; valoarea de strângere a arcului este de 56 kg/cm2. În acest caz, presiunea pe ambele părți ale diafragmei supapei de reducere a presiunii este de 350 kg / cm 2. Supapa de accelerație va fi în echilibru și va ocoli excesul de combustibil la admisia pompei.

Dacă pilotul mută clapeta de accelerație înainte, orificiul clapetei va crește, la fel și debitul de combustibil dozat. Să ne imaginăm că presiunea combustibilului dozat a crescut la 300 kg/cm2. Aceasta a determinat o creștere generală a presiunii până la 360 kg/cm2; pe ambele părți ale diafragmei supapei, forțând supapa să se închidă. Cantitatea scăzută de combustibil ocolit va atrage după sine o creștere a presiunii combustibilului necontorizat pentru noua zonă de curgere de 56 kg/cm2; nu va fi reinstalat. Acest lucru se va întâmpla deoarece viteza crescută va duce la o creștere a consumului de combustibil prin pompă. După cum sa menționat mai devreme, presiunea diferențială ∆P va corespunde întotdeauna tensiunii din arcul supapei de reducere a presiunii atunci când sistemul se echilibrează.

Partea de calcul. Când motorul funcționează, mișcarea clapetei de accelerație (1) face ca capacul arcului de alunecare să se miște în jos de-a lungul tijei supapei servo și comprimă arcul de reglare. Procedând astfel, baza arcului forțează greutățile centrifuge să converge, ca și cum turația rotorului turbocompresorului ar fi scăzută. Funcția servovalvei este de a preveni mișcarea bruscă a acului de dozare atunci când lichidul din interiorul acestuia este deplasat de jos în sus. Să presupunem că legătura de multiplicare (3) rămâne staționară în acest moment, apoi glisorul se va deplasa în jos pe planul înclinat și spre stânga. Deplasându-se spre stânga, glisorul apasă pe supapa de control împotriva forței de strângere a arcului său, crescând consumul de combustibil al motorului. Odată cu creșterea consumului de combustibil, turația rotorului motorului crește, crescând turația acționării regulatorului (5). Noua forță de rotație a greutăților centrifuge va intra în echilibru cu forța arcului de reglare atunci când greutățile centrifuge sunt în poziție verticală. Greutățile sunt acum într-o poziție pregătită pentru a schimba viteza.

Greutățile centrifugale revin întotdeauna în poziția verticală pentru a fi pregătite pentru următoarele modificări de sarcină:

a) Condiții de supraviteză:

sarcina asupra motorului scade și crește viteza;

greutățile centrifuge diferă, blocând furnizarea unei anumite cantități de combustibil;

b) Condiții pentru subviteză:

sarcina motorului crește, iar viteza începe să scadă;

greutățile centrifuge converg, crescând consumul de combustibil;

motorul revine la viteza de proiectare. Când greutățile centrifuge sunt în poziție verticală, forța acțiunii lor asupra arcului este echilibrată de cantitatea de strângere a arcului.

c) Mișcarea accelerației (înainte):

arcul de reglare este comprimat și greutățile centrifuge converg în condiții de fals subviteză;

consumul de combustibil crește, iar greutățile încep să diverge, asumând o poziție de echilibru cu o nouă forță de strângere a arcului.

Notă: Greutățile centrifugale nu vor reveni la poziția inițială până când clapeta de accelerație nu este reglată, deoarece arcul de reglare strânge acum mai multă forță. Aceasta se numește eroare de regulator static și este determinată de o mică pierdere de viteză din cauza mecanismelor regulatorului.

La multe motoare, presiunea statică în camera de ardere este un indicator util al debitului masei de aer. Dacă debitul masic de aer este cunoscut, raportul aer-combustibil poate fi controlat mai precis. Odată cu creșterea presiunii în camera de ardere (p b), burduful, care îl percepe, se extinde spre dreapta. Mișcarea excesivă este limitată de un limitator de presiune în camera de ardere (6). Presupunând că împingerea servovalvei rămâne staționară, legătura multiplicatorului va deplasa cursorul spre stânga, deschizând supapa de control pentru un debit mai mare de combustibil în conformitate cu debitul de aer în masă crescut. Acest lucru se poate întâmpla în timpul unei scufundări, ceea ce va determina o creștere a vitezei, a vitezei capului și a fluxului de aer în masă.

O creștere a presiunii de admisie va determina dilatarea burdufului (7), care primește această presiune, legătura multiplicatorului se va deplasa spre stânga și supapa de control se va deschide mai mult.

Când motorul este oprit, arcul de reglare se extinde în două direcții, forțând capacul glisant să se ridice spre oprirea la ralanti și împingând supapa de control principală departe de limitatorul de debit minim de combustibil. Data viitoare când motorul este pornit și aproape de ralanti, greutățile centrifuge ale regulatorului susțin capacul glisant pe opritorul de ralanti și, de asemenea, deplasează supapa de control către limitatorul de debit minim.

3.3 Sisteme de gestionare a combustibilului hidropneumatic, HPT PT6 (sistem de combustibil Bendix)

Sistemul de combustibil de bază constă dintr-o pompă acționată de motor, regulator hidromecanic de combustibil, unitate de control al lansării, galerie de combustibil dublă cu 14 injectoare de combustibil unidirecționale (un singur port). Două supape de golire situate în carcasa generatorului de gaz asigură drenarea combustibilului rezidual după oprirea motorului (Fig. 10).

3.1 Pompa de combustibil

Pompa de combustibil 1 este o pompă volumetrică acţionată de cutie de viteze. Combustibilul de la pompa de rapel intră în pompa de combustibil prin filtrul de admisie de 74 de microni 2 (200 de găuri) și apoi în camera de lucru. De acolo, combustibilul de înaltă presiune este direcționat către regulatorul hidromecanic de alimentare cu combustibil prin filtrul de ieșire al pompei 3 pentru 10 microni. Dacă filtrul se înfundă, presiunea diferențială crescută va depăși forța de strângere a arcului, va ridica supapa de siguranță de pe locul său și va permite combustibilului nefiltrat să treacă. supapa de siguranță 4 și canalul central al pompei trec combustibilul de înaltă presiune nefiltrat de la angrenajele pompei către regulatorul de combustibil atunci când filtrul de evacuare este blocat. Pasajul intern 5, originar din unitatea de control al combustibilului, returnează combustibilul bypass de la unitatea de control al combustibilului la admisia pompei, ocolind filtrul de admisie.

3.2 Sistem de management al combustibilului

Sistemul de management al combustibilului constă din trei părți separate cu funcții independente: un regulator hidromecanic de alimentare cu combustibil (6), care determină programul de alimentare cu combustibil a motorului la starea de echilibru și în timpul accelerației; o unitate de control al debitului de pornire care acționează ca un distribuitor de debit care direcționează combustibilul măsurat de la ieșirea regulatorului hidromecanic către galeria principală de combustibil sau către galeriile primare și secundare, după cum este necesar. Elicea de tracțiune înainte și înapoi este controlată de blocul regulator, care constă dintr-o secțiune normală de reglare a elicei (în Fig. 10.) și un limitator de viteză maximă a turbinei de înaltă presiune. Turbina de înaltă presiune protejează turbina împotriva supra-vitezei în timpul funcționării normale. În timpul inversării forței, regulatorul elicei nu funcționează, iar viteza turbinei este controlată de regulatorul turbinei de înaltă presiune.

3.3 Regulator hidromecanic de combustibil

Regulatorul hidromecanic de combustibil este instalat pe pompa antrenată de motor și se rotește cu o viteză proporțională cu viteza de rotație a rotorului de joasă presiune. Regulatorul hidromecanic de combustibil determină programul de livrare a combustibilului către motor pentru a crea puterea necesară și pentru a controla turația rotorului de joasă presiune. Puterea motorului este direct legată de viteza rotorului de joasă presiune. Un regulator hidromecanic controlează această frecvență și astfel puterea motorului. Viteza rotorului de joasă presiune este controlată prin ajustarea cantității de combustibil furnizată în camera de ardere.

Piesa de masurare. Combustibilul intră în regulatorul hidromecanic sub presiunea p 1 generată de pompă. Consumul de combustibil este reglat de supapa principală de accelerație (9) și acul de dozare (10). Combustibilul necontorizat sub presiunea p 1 de la pompă este alimentat la admisia supapei de control. Presiunea combustibilului imediat după supapa de control se numește presiunea combustibilului măsurată (p 2). Supapa de accelerație menține o presiune diferențială constantă (p 1 - p 2) pe valva de control. Zona de curgere a acului de dozare va varia pentru a îndeplini cerințele specifice ale motorului. Excesul de combustibil în raport cu aceste cerințe de la ieșirea pompei de combustibil va fi evacuat prin orificiile din interiorul regulatorului hidromecanic și pompa la intrarea filtrului de admisie (5). Acul de dozare este format dintr-o bobină care funcționează într-un manșon gol. Supapa este acționată de o diafragmă și un arc. În timpul funcționării, forța arcului este echilibrată de diferența de presiune (p 1 -p 2) pe diafragmă. Supapa de bypass va fi întotdeauna în măsură să mențină presiunea diferențială (p 1 -p 2) și să ocolească excesul de combustibil.

Supapa de siguranță este instalată paralel cu supapa de bypass pentru a preveni creșterea presiunii în exces p 1 în regulatorul hidromecanic. Supapa este încărcată cu arc pentru a se închide și rămâne închisă până când presiunea combustibilului p 1 la admisie depășește forța de strângere a arcului și deschide supapa. Supapa se va închide imediat ce presiunea de admisie scade.

Supapa de accelerație 9 constă dintr-un ac profilat care lucrează într-un manșon. Supapa de accelerație reglează consumul de combustibil prin modificarea zonei de curgere. Consumul de combustibil este doar o funcție de poziția acului de dozare, deoarece supapa de accelerație menține o presiune diferențială constantă în zona de curgere, indiferent de diferența de presiune a combustibilului la intrare și la ieșire.

Compensarea modificărilor greutății specifice datorate modificărilor temperaturii combustibilului este realizată de o placă bimetală sub arcul supapei de accelerație.

Piesa de calcul pneumatica. Accelerația este cuplată la o cameră software care slăbește forța internă pe măsură ce puterea crește. Pârghia regulatorului se rotește în jurul axei și un capăt al acesteia este situat vizavi de orificiu, formând supapa regulatorului 13. Pârghia de îmbogățire 14 se rotește pe aceeași axă cu pârghia regulatorului și are două prelungiri care acoperă o parte a pârghiei regulatorului în așa fel încât un mod în care, după o mișcare, decalajul dintre ele se închide și ambele pârghii se mișcă împreună. Pârghia de îmbogățire antrenează un știft canelat care lucrează împotriva supapei de îmbogățire. Un alt arc mai mic conectează brațul de îmbogățire de brațul regulator.

Cama de viteză programată direcționează forța de întindere a arcului de reglare 15 prin pârghia intermediară, care la rândul său transmite forța de închidere a supapei de reglare. Arcul de îmbogățire 16, care este situat între pârghiile de îmbogățire și de reglare, creează o forță pentru deschiderea supapei de îmbogățire.

În timpul rotației arborelui de antrenare, ansamblul pe care sunt montate greutățile centrifuge ale regulatorului se rotește. Micile pârghii din interiorul greutăților sunt în contact cu glisa regulatorului. Pe măsură ce viteza rotorului de joasă presiune crește, forța centrifugă forțează greutățile să exercite o sarcină mai mare asupra bobinei. Acest lucru face ca bobina să se deplaseze spre exterior de-a lungul arborelui, acționând asupra pârghiei de îmbogățire. Forța de la greutățile centrifuge depășește etanșeitatea arcului, supapa de reglare se deschide și supapa de îmbogățire se închide.

Supapa de îmbogățire începe să se închidă la orice creștere a vitezei rotorului de joasă presiune suficientă pentru a depăși forța de strângere a arcului mai mic de către greutățile centrifuge. Dacă turația rotorului de joasă presiune continuă să crească, pârghia de îmbogățire va continua să se miște până când atinge pârghia regulatorului, moment în care supapa de îmbogățire va fi complet închisă. Supapa de reglare se va deschide dacă viteza rotorului de joasă presiune crește suficient pentru ca gravitația să depășească forța de strângere a arcului mai mare. În acest caz, supapa regulatorului va fi deschisă, iar supapa bogată va fi închisă. Supapa de îmbogățire se închide cu creșterea vitezei pentru a menține constantă presiunea aerului de lucru.

Muget. Ansamblu burduf, fig. 11 constă dintr-un burduf de vid (18) și un burduf de reglare (19), conectate printr-o tijă comună. Burduful de vid asigură măsurarea completă a presiunii Burduful regulatorului este găzduit în ansamblul burduf și îndeplinește aceeași funcție ca și diafragma. Mișcarea burdufului este transmisă supapei de control 9 printr-un arbore transversal și pârghiile corespunzătoare 20.

Tubul este fixat în corpul turnat de la capătul opus prin intermediul unui manșon de reglare. Prin urmare, orice mișcare de rotație a arborelui transversal va determina o creștere sau scădere a forței în bara de torsiune (piesa tubulară cu rezistență mare la torsiune). Bara de torsiune formează o etanșare între secțiunile de aer și combustibil ale sistemului. O bară de torsiune este amplasată de-a lungul ansamblului burduf pentru a transmite forța de închidere a supapei de control. Burduful acţionează împotriva acestei forţe pentru a deschide supapa de control. Presiunea p y este furnizată extern la burduful regulatorului. Presiunea p x este furnizată din interior către burduful regulatorului și din exteriorul burdufului de vid.

Pentru claritatea scopului funcțional al burdufului regulatorului, este indicat în Fig. 11 ca diafragmă. Presiunea p y este furnizată dintr-o parte a diafragmei și p x din cealaltă parte. Presiunea p x se aplică și unui burduf de vid atașat de diafragmă. Sarcina de presiune p x care acționează opus burdufului de vid se stinge prin aplicarea unei presiuni egale pe aceeași zonă a diafragmei, dar cu direcția opusă.

Toate sarcinile de presiune care acționează asupra unei părți a burdufului pot fi reduse la forțe care acționează numai asupra diafragmei. Aceste forte sunt:

presiunea P y care acționează pe întreaga suprafață a părții superioare;

presiunea internă a burdufului de vid care acționează pe suprafața inferioară (în interiorul zonei de amortizare a presiunii);

presiunea p x care acţionează asupra restului suprafeţei.

Orice modificare a presiunii p y va produce un efect mai mare asupra diafragmei decât aceeași modificare a presiunii p x datorită diferenței în zonele de acțiune.

Presiunile p x și p y se modifică odată cu schimbarea condițiilor de funcționare ale motoarelor. Când ambele presiuni cresc în același timp, de exemplu în timpul accelerației, mișcarea în jos a burdufului va determina deplasarea supapei direcționale spre stânga, în sensul de deschidere. Când p y descarcă supapa regulatorului, la atingerea frecvenței dorite

rotația rotorului de joasă presiune (pentru reglarea după accelerare), burduful se va deplasa în sus pentru a reduce zona de curgere a supapei de control.

Când ambele presiuni scad în același timp, burduful se mișcă în sus, reducând zona de curgere a supapei de control, deoarece burduful de vid acționează apoi ca un arc. Acest lucru se întâmplă în timpul decelerației, când presiunea p y descarcă supapa de reglare și presiunea p x descarcă supapa de îmbogățire, forțând supapa direcțională să se deplaseze spre limitatorul de debit minim.

Orez. 10. Sistem hidropneumatic de control al combustibilului TVD RT6

Orez. 11. Diafragma funcțională a unității de burduf

Regulator de turbină de înaltă presiune (N 2). Blocul de reglare a vitezei rotorului de înaltă presiune N 2 face parte din regulatorul de viteză al elicei. Sesizează presiunea p y prin conducta pneumatică internă 21, care merge de la corpul unității de control al combustibilului la regulator. În cazul unei depășiri a turbinei de înaltă presiune sub acțiunea greutăților centrifuge, se va deschide un orificiu de derivație a aerului (22) în blocul regulatorului (N 2) pentru a elibera presiunea р у prin regulator. Când se întâmplă acest lucru, presiunea py acționează prin burduful de control al combustibilului de pe supapa de control, astfel încât acesta începe să se închidă, reducând consumul de combustibil. Reducerea consumului de combustibil reduce viteza de rotație a rotoarelor de joasă și înaltă presiune. Viteza cu care se deschide bypass-ul depinde de setările manetei de comandă a regulatorului cu șurub (22) și ale manetei de retur de înaltă presiune 24. Viteza turbinei de înaltă presiune și viteza elicei sunt limitate de regulatorul N 2.

Lansați unitatea de control. Unitatea de control al lansării (7) (Fig. 12) constă dintr-un corp care conține un piston gol (25), care funcționează în interiorul unei semicorpi. Mișcarea de rotație a culbutorului tijei de comandă 26 este transformată în mișcare liniară a pistonului folosind un mecanism cu cremalieră și pinion. Fantele de reglare asigură poziții de lucru de 45 ° și 72 °. Una dintre aceste poziții, în funcție de instalație, este utilizată pentru a configura sistemul de pârghii din cabină.

Supapa de presiune minimă (27), situată la intrarea unității de control al lansării, menține o presiune minimă în unitate pentru a asigura dozajul calculat de combustibil. Distribuitoarele duble, care sunt conectate intern prin supapa de bypass (28), au două conexiuni. Această supapă permite colectorului primar # 1 să se umple inițial pentru pornire și dacă presiunea din bloc crește, supapa de bypass se va deschide permițând combustibilului să curgă în galeria secundară # 2.

Când maneta este în poziția oprit și descărcare (0º) (Fig. 13, a), alimentarea cu combustibil a ambelor colectoare este blocată. În acest moment, orificiile de scurgere (prin orificiul din piston) se aliniază cu orificiul de „relief” și eliberează combustibilul rămas în colectoare în exterior. Acest lucru previne fierberea combustibilului și cocsificarea sistemului atunci când absoarbe căldură. Combustibilul care intră în carter atunci când motorul este oprit este direcționat prin bypass către admisia pompei de combustibil.

Când pârghia este în poziția de lucru (Fig. 13, b), ieșirea colectorului # 1 este deschisă și bypass-ul este blocat. În timpul accelerării motorului, consumul de combustibil și presiunea în galerie vor crește până când supapa de bypass se deschide și galeria # 2 se umple. Când galeria # 2 este plină, consumul total de combustibil a crescut cu cantitatea de combustibil transferată către sistemul # 2, iar motorul continuă să accelereze până la ralanti. Când maneta este deplasată dincolo de poziția de lucru (45 ° sau 72 °) până la oprirea maximă (90 °), unitatea de comandă de pornire nu mai afectează doza de combustibil în motor.

Funcționarea sistemului de management al combustibilului pentru o instalație tipică. Funcționarea sistemului de management al combustibilului este împărțită în :

1. Pornirea motorului. Ciclul de pornire a motorului este inițiat prin deplasarea clapetei de accelerație în poziția de ralanti și a manetei de comandă a pornirii în poziția oprit. Contactul și demarorul sunt pornite și, când este atinsă turația necesară a rotorului LP, pârghia de comandă a pornirii se deplasează în poziția de funcționare. Aprinderea cu succes în condiții normale se realizează în aproximativ 10 secunde. După aprindere cu succes, motorul accelerează până la ralanti.

În timpul secvenței de pornire, supapa de control al managementului combustibilului este în poziția debit scăzut. În timpul accelerației, presiunea la ieșirea compresorului (P 3) crește. P x și P y în timpul accelerației cresc simultan (P x = P y). Creșterea presiunii este sesizată de burduful 18, care forțează supapa de control să se deschidă mai mult. Când rotorul LP atinge turația de mers în gol, forța de la greutățile centrifuge începe să depășească forța de strângere a arcului regulatorului și deschide supapa regulatorului 13. Aceasta creează o presiune diferențială (P y - P x), care forțează supapa de control. să se închidă până la consumul de combustibil gazos necesar.

Orice abateri ale turației rotorului motorului față de cea selectată (frecvența de mers în gol) vor fi percepute de greutățile centrifuge ale regulatorului, ca urmare, forța care acționează din partea greutăților fie va crește, fie va scădea. Modificările forței de greutate centrifuge vor determina mișcarea supapei regulatorului, ceea ce va duce ulterior la o modificare a consumului de combustibil pentru a restabili turația precisă.

Orez. 12. Porniți unitatea de comandă

Overclockare. Când clapeta de accelerație 12 este deplasată dincolo de poziția de ralanti, forța de strângere a arcului regulatorului crește. Această forță învinge forța de rezistență a greutăților centrifuge și mișcă pârghia, închizând supapa regulatorului și deschizând supapa de îmbogățire. Presiunile P x ​​și P y cresc imediat și determină mișcarea supapei de control în direcția de deschidere. Accelerația este în continuare o funcție a creșterii (P x = P y).

Pe măsură ce consumul de combustibil crește, rotorul de joasă presiune va accelera. Când atinge punctul de viteză de proiectare (aproximativ 70 până la 75%), forța de la greutățile centrifuge învinge rezistența arcului supapei de îmbogățire, iar supapa începe să se închidă. Când supapa de îmbogățire începe să se închidă, presiunile P x ​​și P y cresc, determinând creșterea vitezei burdufului regulatorului și a supapei de control, permițând creșterea vitezei în conformitate cu programul de accelerare a combustibilului.

Odată cu o creștere a vitezei de rotație a rotoarelor LP și HP, regulatorul elicei crește pasul elicei pentru a controla funcționarea rotorului HP la frecvența selectată și pentru a accepta puterea crescută ca forță suplimentară. Accelerația se termină atunci când forța de la greutățile centrifuge depășește din nou strângerea arcului regulatorului și deschide supapa regulatorului.

Ajustare. După terminarea ciclului de accelerare, orice abatere a turației rotorului motorului față de cea selectată va fi percepută prin greutăți centrifuge și se va exprima printr-o creștere sau scădere a forței de acțiune din partea greutăților. Această modificare va forța supapa regulatorului să se deschidă sau să se închidă și apoi se va traduce printr-o ajustare a consumului de combustibil necesară pentru a restabili turația exactă. În timpul procesului de reglare, supapa va fi menținută în poziția de reglare sau „plutitoare”.

Compensarea altitudinii. În acest sistem de management al combustibilului, compensarea altitudinii este automată deoarece burduful de vid 18 asigură o presiune absolută de referință. Presiunea de ieșire a compresorului P 3 este o măsură a turației motorului și a densității aerului. P x este proporțională cu presiunea la ieșirea din compresor, aceasta va scădea odată cu scăderea densității aerului. Presiunea este sesizată de un burduf de vid, care lucrează pentru a reduce consumul de combustibil.

Limitarea puterii turbinei. Blocul regulator al rotorului HP, care face parte din regulatorul elicei, detectează presiunea P y de-a lungul liniei de la unitatea de control al combustibilului. Dacă există o depășire a turbinei HP, deschiderea de bypass a blocului regulatorului se deschide pentru a elibera presiunea P y prin regulatorul cu șurub. O scădere a presiunii P y va face ca unitatea de control al combustibilului să se deplaseze spre direcția de închis a supapei de control, reducând consumul de combustibil și viteza generatorului de gaz.

Oprirea motorului. Motorul se oprește când maneta de comandă a manivelei este mutată în poziția oprită. Această acțiune mută berbecul acționat manual în poziția oprit și descărcat, oprind complet consumul de combustibil și descarcând combustibilul rezidual din galeria duală.

4 Sistem de control al consumului de combustibil Bendix DP-L2 (dispozitiv hidropneumatic)

Acest regulator hidropneumatic de combustibil este instalat pe motorul turboventilator JT15D (Fig. 13).

Combustibilul este furnizat regulatorului de la o pompă de presiune (P 1) la intrarea supapei de dozare. Pentru a seta debitul de combustibil este necesară o supapă de dozare combinată cu o supapă de bypass. Combustibilul în aval imediat după supapa de control are o presiune P 2. Supapa de preaplin menține o presiune diferențială constantă (P 1 -P 2).

Elemente/funcții:

combustibil de intrare - provine din rezervorul de combustibil;

filtru - are o plasă grosieră, cu golire automată;

pompa cu viteze - furnizeaza combustibil cu presiunea P 1;

Filtru - are o plasă cu pas mic (filtru fin);

supapa de siguranta - previne cresterea presiunii P 1 a combustibilului in exces la iesirea din pompa si ajuta regulatorul de presiune diferentiala in timpul decelerarii rapide;

regulator de presiune diferențială - un mecanism hidraulic care ocolește excesul de combustibil (P 0) și menține o presiune diferențială constantă (P 1 - P 2) în jurul supapei de control.

discuri bimetalice de temperatură a combustibilului - compensează automat modificările de greutate specifică prin modificarea temperaturii combustibilului; poate fi reglat manual pentru diferite densitate specifică a combustibilului sau utilizarea altor tipuri de combustibil;

Supapa de dozare - distribuie combustibil cu presiunea Р 2 în injectoarele de combustibil; pozitionat cu o bara de torsiune care leaga burduful de acul de dozare;

Limitator de debit minim - previne închiderea completă a supapei de control în timpul decelerarii;

Limitator de debit maxim - seteaza viteza maxima a rotorului in functie de valoarea limita a motorului;

Unitatea cu burduf dublu - burduful regulatorului detectează presiunile P x ​​și P y, poziționează transmisia mecanică, modifică programul de alimentare cu combustibil și turația motorului. Burduful de decelerație se extinde până la oprire când presiunea P y scade pentru a reduce turația motorului;

senzor de temperatură - discurile bimetalice detectează temperatura la intrarea în motor T 2 pentru a controla presiunea burdufului P x;

supapă de îmbogățire - preia presiunea compresorului P c și controlează presiunea unității dublu burduf P x și P y; se inchide cu viteza crescanda pentru a mentine aproximativ aceeasi presiune de lucru;

Regulator rotor HP - greutățile centrifuge sunt stoarse de forța centrifugă atunci când viteza rotorului crește; aceasta modifică presiunea P y;

Accelerație - creează o sarcină pentru poziționarea regulatorului.

Funcția de control :

Pompa de combustibil furnizează combustibil subcontorizat cu presiunea P 1 către regulatorul de alimentare.

Presiunea P scade în jurul orificiului supapei de control în același mod ca cel descris mai devreme în diagrama simplificată a regulatorului hidromecanic de alimentare cu combustibil (Fig. 9). Presiunea P1 este transformată în P2, care este furnizată motorului și afectează funcționarea supapei de reducere a presiunii, care este numită aici regulatorul de presiune diferențială.

Combustibilul care este ocolit înapoi la admisia pompei este marcat ca P 0. Jetul menține presiunea P 0 mai mare decât presiunea combustibilului la admisia pompei.

Orez. 13. Regulator hidropneumatic de combustibil Bendix DP-L montat pe un motor turbofan Pratt & Whitney of Canada JT-15

Combustibilul care este ocolit înapoi la admisia pompei este marcat ca P 0. Jetul menține presiunea P 0 mai mare decât presiunea combustibilului la admisia pompei.

Secțiunea pneumatică este alimentată cu presiune de la ieșirea compresorului P c. După schimbare, aceasta se transformă în presiuni P x și P y, care poziționează supapa principală de control.

Când clapeta de accelerație este deplasată înainte:

a) greutățile centrifuge converg, iar forța de strângere a arcului de reglare se dovedește a fi mai mare decât rezistența greutăților;

b) supapa regulatorului oprește ocolirea lui R y;

c) supapa de îmbogățire începe să se închidă, scăzând P s (când robinetul de bypass P y este închis, nu este nevoie de multă presiune);

d) P x și P y sunt echilibrate pe suprafețele regulatorului;

e) P y presiunea devine predominantă (Fig. 11), burduful de vid și împingerea burdufului regulatorului sunt deplasate în jos; diafragma permite o astfel de mișcare;

f) Transmisia mecanică se rotește în sens invers acelor de ceasornic și se deschide supapa principală de control;

g) odată cu creșterea turației motorului, greutățile centrifuge diverg, iar supapa de reglare se deschide pentru a ocoli Р у;

g) Supapa de îmbogățire se deschide din nou și presiunea P x crește la valoarea presiunii P y;

h) O scădere a presiunii P y favorizează deplasarea în sens opus burdufului regulatorului și tirajului;

i) bara de torsiune se rotește în sensul acelor de ceasornic pentru a reduce consumul de combustibil și pentru a stabiliza turația rotorului motorului.

Când accelerația este frânată la oprirea la ralanti:

a) greutățile centrifuge sunt stoarse, din cauza vitezei mari de rotație, forța de la greutăți este mai mare decât strângerea arcului de reglare;

b) Supapa de reglare, în deschidere, eliberează presiunea Р у, supapa de siguranță este de asemenea comprimată pentru a elibera presiunea suplimentară Р у;

c) Vana de îmbogățire se deschide, lasând să intre aer cu o presiune crescută P x;

d) Presiunea P x favorizează extinderea regulatorului și burduful de decelerare până la oprire, împingerea regulatorului crește și ea, iar supapa de control principală începe să se închidă;

e) presiunea P x scade odată cu scăderea turației rotorului motorului, dar burduful de vid menține împingerea regulatorului în poziția superioară;

f) Când viteza scade, greutăţile centrifuge converg, închizând bypass-ul de aer cu presiunea P y şi supapa de siguranţă;

g) Începe și robinetul de îmbogățire să se închidă, presiunea P y crește în raport cu P x;

g) burduful de decelerare se deplasează în jos, supapa de control se deschide ușor, turația rotorului se stabilizează.

Când temperatura aerului exterior crește în orice poziție fixă ​​a clapetei de accelerație:

a) Senzorul T 12 se extinde pentru a reduce bypass-ul aerului cu presiunea P x ​​și a-l stabiliza la presiune scăzută P c, menținând în același timp poziția burdufului de vid și menținând un program de accelerație prestabilit; atunci. timpul de accelerare de la ralanti până la decolare rămâne același atât la temperaturi exterioare ridicate, cât și la temperaturi scăzute.

5 Sistem electronic de programare a livrării combustibilului

Sistemele de măsurare a combustibilului cu funcții electronice nu au fost utilizate la fel de larg în trecut precum cele hidromecanice și hidropneumatice. În ultimii ani, majoritatea noilor motoare dezvoltate pentru aviația comercială și de afaceri au fost echipate cu regulatoare electronice. Un regulator electronic este un dispozitiv hidromecanic cu pornire suplimentară a senzorilor electronici. Circuitele electronice sunt alimentate de la magistrala aeronavei sau de la propriul alternator dedicat și analizează parametrii de funcționare ai motorului, cum ar fi temperatura gazelor de eșapament, presiunea de-a lungul traseului, turația motorului. În conformitate cu acești parametri, partea electronică a sistemului calculează cu exactitate consumul de combustibil necesar.

5.1 Exemplu de sistem (Rolls Royce RB-211)

RB-211 este un motor turboreactor mare în trei trepte. Are un regulator electronic de control inclus în sistemul hidromecanic de programare a livrării combustibilului. Amplificatorul unității de reglare electronică protejează motorul de depășirea temperaturii atunci când motorul funcționează în modul de decolare. În orice alte condiții de funcționare, regulatorul de combustibil funcționează numai pentru sistemul hidromecanic.

Analiza Fig. 14 se poate observa că amplificatorul regulator primește semnale la intrare de la LPT și două viteze de rotație ale compresoarelor LP și HP.

Regulatorul funcționează conform programului hidromecanic de alimentare cu combustibil până când puterea motorului este aproape de maxim, apoi amplificatorul regulatorului electronic începe să funcționeze ca limitator de alimentare cu combustibil.

Orez. 14. Sistem de alimentare cu un regulator electronic care controlează programul de livrare a combustibilului

Regulatorul de presiune diferențială din acest sistem acționează ca o supapă de reducere a presiunii în schema simplificată a regulatorului hidromecanic de alimentare cu combustibil din Fig. 10, Când puterea motorului se apropie de maximul și temperatura prestabilită a gazului din turbină este atinsă și viteza de rotație a arborelui compresorului, regulatorul de presiune diferențială reduce consumul de combustibil la injectoarele de combustibil, combustibilul la admisia pompei. Regulatorul de alimentare cu combustibil din acest sistem acționează ca un dispozitiv hidromecanic, primind semnale despre viteza rotorului HPC, presiunea de-a lungul traseului (P 1, P 2, P 3) și poziția clapetei de accelerație.

După cum rezultă din Fig. 14, regulatorul de combustibil primește următoarele semnale de la motor pentru a crea un program de livrare a combustibilului:

unghiul de instalare al clapetei de accelerație;

p 1 - presiunea totală la admisia compresorului (ventilator);

p 3 - presiunea totala la iesirea din compresorul treptei a doua (compresor intermediar);

p 4 - presiunea totală la ieșirea pompei de creștere a presiunii;

N 3 - RPM al rotorului HPC;

N 1 - viteza de rotație a rotorului LPC (ventilator);

N 2 - turația rotorului compresorului intermediar;

temperatura gazului în turbină (la ieșirea LPT);

comenzi pentru blocarea funcțiilor amplificatorului regulator;

îmbogățire - amplificatorul de alimentare cu combustibil este utilizat pentru a porni motorul atunci când temperatura exterioară este sub 0 °.

3.5.2 Exemplu de sistem (Garrett TFE-731Și ATF-3) TFE-731 și ATF-3 sunt motoare turboventilatoare de următoarea generație pentru aviația de afaceri. Sunt echipate cu blocuri de sistem electronic de control care controlează complet programul de alimentare cu combustibil.

Conform diagramei din fig. 15 calculatorul electronic primește următoarele semnale de intrare:

N 1 - viteza ventilatorului;

N 2 - viteza de rotație a rotorului compresorului intermediar:

N 3 - viteza rotorului compresorului de înaltă presiune;

Тt 2 - temperatura totală la admisia motorului;

Тt 8 - temperatura la intrarea HPP;

рt 2 - presiunea totală de intrare;

putere de intrare - 28 VDC;

alternator cu magnet permanent;

unghiul de instalare al clapetei de accelerație;

Poziția VNA;

Ps 6 - presiune statică la ieșirea HPP.

Orez. 15. Regulator electronic al sistemului de alimentare cu combustibil cu control total al programului de livrare a combustibilului

Partea electronică a regulatorului de combustibil analizează datele de intrare și trimite comenzi către unitatea BHA și programează alimentarea cu combustibil de către partea hidromecanică a regulatorului de combustibil.

Producătorii susțin că acest sistem controlează complet și mai precis programul de livrare a combustibilului decât un sistem hidromecanic comparabil. De asemenea, protejează motorul de la pornire până la decolare împotriva depășirii temperaturii și rpm, blocând în timpul unei accelerații bruște prin monitorizarea constantă a temperaturii la admisia HPT și a altor parametri importanți ai motorului.

5.3 Exemplu de sistem (G.E./Snecma CFM56-7B)

Motorul CFM56-7B (Fig. 16) funcționează folosind un sistem cunoscut sub numele de FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Ea exercită control complet asupra sistemelor motoarelor ca răspuns la comenzile de intrare de la sistemele aeronavei. FADEC oferă, de asemenea, informații sistemelor aeronavei pentru afișarea cabinei, monitorizarea motorului, raportarea întreținerii și depanarea.

Sistemul FADEC îndeplinește următoarele funcții:

efectuează programarea alimentării cu combustibil și protecția împotriva depășirii parametrilor limitatori de către rotoarele LP și HP;

monitorizează parametrii motorului în timpul ciclului de pornire și previne depășirea temperaturii maxime a gazului din turbină;

controlează tracțiunea în conformitate cu două moduri: manual și automat;

asigură performanțe optime ale motorului prin controlul debitului compresorului și a jocurilor turbinei;

controlează doi electromagneți de blocare a accelerației.

Elemente ale sistemului FADEC. Sistemul FADEC este format din:

un regulator electronic, care include două calculatoare identice numite canale A și B. Regulatorul electronic efectuează calcule de control și monitorizează starea motorului;

o unitate hidromecanică care convertește semnalele electrice de la un regulator electronic în presiune asupra acționărilor supapelor și a actuatoarelor motorului;

componente periferice, cum ar fi supape, actuatoare și senzori pentru control și monitorizare.

Interfață avion / regulator electronic (fig. 16). Sistemele de aeronave oferă guvernatorului electronic informații despre tracțiunea motorului, comenzile de control și starea și condițiile zborului aeronavei, după cum este descris mai jos:

Informațiile despre poziția clapetei de accelerație sunt transmise regulatorului electronic sub forma unui semnal electric al unghiului de dezaliniere. Un traductor dublu este conectat mecanic la comenzile clapetei de accelerație din cockpit.

Informațiile de zbor, comenzile motorului țintă și datele sunt transmise fiecărui motor de la unitatea de afișare electronică a aeronavei prin intermediul magistralei ARINC-429.

Semnalele discrete selective ale aeronavei și semnalele de informații sunt transmise prin cablare la controlerul electronic.

Semnalele despre poziția inversă a motorului sunt transmise prin fire către regulatorul electronic.

Regulatorul electronic folosește informații discrete de purjare a aerului și configurație de zbor (poziție la sol/zbor și clapeta) de la aeronavă pentru a compensa modul de operare și ca bază pentru programarea livrării de combustibil în timpul accelerației.

Interfețe FADEC Sistemul FADEC este un sistem cu echipament de testare încorporat. Aceasta înseamnă că este capabil să-și detecteze propria defecțiune internă sau externă. Pentru a-și îndeplini toate funcțiile, sistemul FADEC este conectat la computerele aeronavei printr-un controler electronic.

Regulatorul electronic primește comenzi de la unitatea de afișare a aeronavei a sistemului general de afișare, care este interfața dintre regulatorul electronic și sistemele aeronavei. Ambele unități ale sistemului de afișare furnizează următoarele date din sistemul de generare a semnalelor despre presiunea totală și statică în zbor și computerul de control al zborului:

Parametrii aerului (altitudine, temperatura totală a aerului, presiunea totală și M) pentru calcularea forței;

Poziția unghiului accelerației.

Orez. 16. Schema sistemului de combustibil al motorului G.E./Snecma CFM56-7

Design FADEC. Sistemul FADEC este complet redundant, construit pe un controler electronic cu două canale. Supapele și actuatoarele sunt echipate cu senzori duali pentru a oferi feedback regulatorului. Toate semnalele de intrare monitorizate sunt bidirecționale, dar unii parametri utilizați pentru monitorizare și indicare sunt unidirecționale.

Pentru a îmbunătăți fiabilitatea sistemului, toate semnalele de intrare pentru un canal sunt transferate către celălalt printr-o legătură încrucișată de date. Acest lucru asigură că ambele canale rămân funcționale chiar dacă semnalele importante de intrare pentru unul dintre canale sunt deteriorate.

Ambele canale A și B sunt identice și funcționează în mod constant, dar independent unul de celălalt. Ambele canale primesc întotdeauna semnale de intrare și le procesează, dar doar un canal, numit control activ, generează semnale de control. Celălalt canal este redundant.

Atunci când regulatorul electronic este aplicat tensiune în timpul funcționării, sunt selectate canalele active și de rezervă. Sistemul de echipamente de testare încorporat identifică și izolează defecțiunile sau combinațiile de defecțiuni pentru a menține sănătatea conexiunii și pentru a comunica datele de întreținere sistemelor aeronavei. Alegerea canalelor active și de rezervă se bazează pe starea de sănătate a canalelor, fiecare canal își stabilește propria stare de sănătate. Cel mai util este selectat ca activ.

Când ambele canale au aceeași stare de sănătate, selectarea canalului activ și de rezervă se alternează de fiecare dată când motorul este pornit, când turația rotorului de joasă presiune depășește 10.990 rpm. Dacă legătura este deteriorată și legătura activă nu poate îndeplini funcțiile de control al motorului, sistemul intră în modul de siguranță pentru a proteja motorul.

Funcționarea regulatorului de feedback. Regulatorul electronic folosește control în buclă închisă pentru a controla complet diferitele sisteme ale motorului. Regulatorul calculează o poziție pentru elementele sistemului, numită comandă. Apoi regulatorul efectuează o operație de comparare a comenzii cu poziția reală a elementului, numită feedback, și calculează diferența, numită cerere.

Regulatorul electronic trimite semnale elementelor (supape, actionari de putere) prin servovalva electro-hidraulica a dispozitivului hidromecanic, determinand miscarea acestora. Când supapa sau actuatorul sistemului este deplasat, regulatorul electronic primește un semnal despre poziția elementului prin feedback. Procesul se va repeta până când se oprește schimbarea poziției elementelor.

Parametrii de intrare. Toți senzorii sunt duali, cu excepția T 49,5 (temperatura gazelor de eșapament), T 5 (temperatura la ieșirea turbinei LP), Ps 15 (presiune statică la ieșirea ventilatorului), P 25 (temperatura totală la intrarea HPC) și WF (combustibil). consum). Senzorii T 5, Ps 15 și P 25 sunt opționali și nu sunt instalați pe fiecare motor.

Pentru a efectua calculul, fiecare canal al controlerului electronic primește valorile propriilor parametri și valorile parametrilor celuilalt canal prin secțiunea transversală a transmisiei de date. Ambele grupuri de valori sunt verificate pentru plauzibilitate de către programul de testare în fiecare canal. Valoarea corectă este selectată pentru utilizare, în funcție de scorul de încredere la fiecare citire, sau este utilizată media ambelor valori.

În cazul unei defecțiuni a senzorului dublu, se selectează valoarea cantității calculate din ceilalți parametri disponibili. Acest lucru se aplică următorilor parametri:

×àٌٍîٍà âًàù هيè ے ًîٍîًà يèçêî مî نàâë هيè ے (N1);

×àٌٍîٍà âًàù هيè ے ًîٍîًà âûٌîêî مî نàâë هيè ے (N2);

رٍ à ٍ ي ي à نه (P s 3);

زهىï هًàًٍَà يà âُî نه â êî ىïً هٌٌîً âûٌîêî مî نàâë هيè ے (T 25);

د وهي è ٍ ي î م î ن ن هم î ي ي à (FMV);

د وهي è َ î م klapa ي à ï ê à voz نَُ à (VBV);

دîëî وهيè ه ïîâîًîٍ يî مî يàïًàâë ے Ù هم î àappa ً à ٍ à (VSV).

ؤë ے âٌ هُ نًَمèُ ïàًà ىهًٍîâ, â ٌëَ÷à ه , هٌëè َ ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَë ےٍîًà يهٍ âîç ىî ويîٌٍè âû لًàٍü نهéٌٍâèٍ هëü يûé ïàًà ىهًٍ , لَنهٍ âû لًà ي àâàًèé يûé ïàًà ىهًٍ .

ذàٌïîëî وهيè ه ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَ ë î à (ً è 17). ف ë ه ê ًٍ î يي ûé ًهمَë ےٍîً نâَُêà يàëü يûé êî ىïü‏ٍ هً , ïî ىهù هييûé â àë‏ ىè يè هâûé لëîê, êîٍîًûé çàêً هïë هي يà ïًàâîé ٌٍ يه × هٍ û ً ه ٌٍَ à ي nou ي û ُ ل ol ٍ à ٌ نهىïô هًà ىè î لهٌï ه ÷èâà‏ٍ çàùèٍَ îٍ َنàًîâ è âè لًàِèè.

ؤë ے لهçîّè لî÷ يîé ًà لîٍû ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَë ےٍîًà ًٍهلَهٌٍے îُëà ونهيè ه نë ے ٌîًُà يهيè ے â يًٍَهييهé ٍهىï هًàًٍَû â نîïٌٍَè ىûُ ïً هنهëàُ. خêًَ وà‏ùèé âîç نَُ îٍ لèًà هٌٍے ٌ ïî ىîùü‏ âîç نَُîçà لîً يèêà, ًàٌïîëî وهييî مî ٌ ïًàâîé ٌٍîًî يû î لٍهêàٍ هë ے â هيٍèë ےٍîًà. فٍîٍ îُëà ونà‏ùèé âîç نَُ يàïًàâë ےهٌٍے âî â يًٍَهيي ‏‏ êà ىهًَ ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَë ےٍîًà âîêًَ م îٍ نهë هيè ے êà يàëîâ ہ è آ è, çàٍ هى , âûâî نèٌٍ ے ÷ هًهç âûُî نيî ه îٍâ هًٌٍè ه îُëà ونà‏ù همî âîç نَُà.

ذ è. 17. ف ë ه ê ًٍ î يي ûé ًهمَ ë ےٍ î ً ن âè م à ٍ ه ë ے G.E./Snecma CFM56-7B

دهًهïًî مًà ىىèًîâà يè ه ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَë ےٍîًà. تà ونûé ‎ë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً ىî وهٍ لûٍü ï هًهïًî مًà ىىèًîâà ي ٌ ïî ىîùü‏ ï هًهيîٌ يî مî çà مًَç÷èêà نà ييûُ. خي ٌî هنè يےهٌٍے ٌ ‎ë هêًٍî ييû ى ًهمَë ےٍîًî ى ÷ هًهç ًٍè ِèëè ينًè÷ هٌêèُ ‎ë هêًٍè÷ هٌêèُ ًàçْ هىà, çàٍ هى î لà à مًهمàٍà çàïèٍûâà‏ٌٍ ے , ÷ٍî لû çà مًَçèٍü ïîٌë هنيهه ïًî مًà ىىيî ه î لهٌï ه ÷ هيè ه . دîٌë ه çà مًَçêè يà نèٌïë هه ï هًهيîٌ يî مî çà مًَç÷èêà نà ييûُ ىî وهٍ ïî ےâèٍüٌ ے î نيî èç ٌë هنَ ‏ùèُ ٌîî لù هيèé: « اà مًَçêà âûïîë يهيà» èëè « خّè لêà ïًè ï هًهنà÷ ه ».

اà مëَّêà ُàًàêٍ هًèٌٍèêè نâè مàٍ هë ے (ً è p. 18). ا à م ë َّ êà ًàٌïîç يàâà يè ے يî ىè يàëü يîé ُàًàêٍ هًèٌٍèêè نâè مàٍ هë ے î لهٌï ه ÷èâà هٍ ‎ë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً è يôîً ىàِè هé î êî يôè مًَàِèè نâè مàٍ هë ے نë ے همî ïًàâèëü يîé ًà لîٍû. فٍà çà مëَّêà, çàêً هïë هييà ے يà êîًïٌَ ه â هيٍèë ےٍîًà ٌ ïî ىîùü‏ ىهٍàëëè÷ هٌêîé ïëà يêè, âٌٍàâë ےهٌٍے â î نè ي èç ًàçْ هىîâ يà êîًïٌَ ه ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَë ےٍîًà. اà مëَّêà îٌٍà هٌٍے ٌ نâè مàٍ هë هى نà وه â ٌëَ÷à ه çà ىهيû ‎ë هêًٍî ييî مî ًهمَë ےٍîًà. اà مëَّêà âêë‏÷à هٍ â ٌهلے êî نèًَ هىَ ‏ ٌُهىَ , ïًèïà ےييَ ‏ ê يهىَ , êîٍîًَ‏ âîٌïًè يè ىà هٍ è èٌïîëüçَ هٍ ‎ë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً نë ے îïً هنهë هيè ے â هëè÷è يû ٍےمè, êîٍîًَ‏ ٌىî وهٍ î لهٌï ه ÷èٍü نâè مàٍ هëü.

فë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً â ٌâî هى داس ًُà يèٍ ïًî مًà ىىû نë ے âٌ هُ نîٌٍَï يûُ êî يôè مًَàِèé نâè مàٍ هë ے . آî âً هىے ïî نمîٍîâêè ê ًà لîٍ ه , î ي ٌيè ىà هٍ è يôîً ىàِè‏ ٌ çà مëَّêè, ٌ÷èٍûâà ے يàïً ےوهيè ه ٌ يهٌêîëüêèُ ï هًهىû÷ هê. آ çàâèٌè ىîٌٍè îٍ ًàٌïîëî وهيè ے è يàëè÷è ے يàïً ےوهيè ے يà ٌï هِèàëü يûُ ï هًهىû÷êàُ, ‎ë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً âû لèًà هٍ îٌî لَ ‏ ïًî مًà ىىَ . آ ٌëَ÷à ه îٌٌٍٍٍَâè ے èëè يهنîٌٍîâ هًيîٌٍè è نهيٍèôèêàِèî ييîé çà مëَّêè, ‎ë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً èٌïîëüçَ هٍ ïàًà ىهًٍû, ٌîًُà يهييû ه â داس ïًè ïًîّëîé êî يôè مًَàِèè.

بنهيٍèôèêàِèî ييà ے çà مëَّêà ٌيà لوهيà ïëàâêè ىè è نâٍَُàêٍ يû ىè ï هًهىû÷êà ىè. دëàâêè ه ï هًهىû÷êè î لهٌï ه ÷èâà‏ٍ ‎ë هêًٍî ييûé ًهمَë ےٍîً è يôîً ىàِè هé î ٍےمه نâè مàٍ هë ے ïًè çàïٌَê ه . خيè ٌنهëà يû ٌ ïî ىîùü‏ ىهٍàëëèçàِèè î لëàٌٍè ىهونَ نâَ ىے êî يٍàêٍà ىè çà مëَّêè. فٍè ï هًهىû÷êè ىî مٍَ لûٍü ًàçî ىê يٍَû ٍîëüêî ïًî مîً هâ, ٍàêè ى î لًàçî ى , èُ ï هًهيàًٌٍîéêà يهâîç ىî ويà.

دًè ٌ roz ن à ي èè â ٌ ه ن âè م à ٍ ه ن è م à ٍ sau CFM 56-7B è ىه ‏ٍ âçë هٍيَ ‏ ٍےمَ, ًàâ يَ 27.300 ô َ يٍ à ى

• Specialitatea VAK RF05.13.01
• Numar de pagini 87

1. Caracteristicile generale ale muncii

3. Concluzii și rezultate

1. MODEL LINEAR DINAMIC GTE. MODELE DE SENZORI ȘI MECANISME EXECUTIVE

1.1. Sisteme de aproximare liniară

1.2. Precizie zero și de ordinul întâi

1.3. LDM construit pe baza sistemelor de aproximare liniară cunoscute în două puncte de echilibru

1.4. Construcția LDM din n sisteme cunoscute de aproximare liniară. Teorema celui mai apropiat punct de echilibru

1.5. Modele de actuatoare și senzori

1.6. Model de canale pentru măsurarea frecvenței de rotație

1.7. Model de senzor pentru măsurarea temperaturii gazelor (termocupluri)

1.8. Modele cu senzori de presiune și temperatură

1.9. Modele de mecanisme executive"

1.10. Complex de testare software

2. SISTEM DE CONTROL GTE BAZAT PE LDM

2.1. Cerințe de bază pentru sistemele moderne de control automat GTE

2.2. Structura ACS bazată pe LDM

2.3. Descrierea circuitului pentru menținerea vitezei de rotație necesare a rotorului turbocompresorului și a derivatului

2.4. Circuite limitatoare ale vitezei de rotație reduse și fizice a rotorului turbocompresorului, circuit de rezervă

2.5. Bucle de menținere a puterii și a cuplului

2.6. Circuitul de limitare a vitezei turbinei liber

2.7. Circuit de limitare a temperaturii gazului

2.8. Circuitul de menținere a consumului de combustibil necesar

2.9. Model de motor simplificat încorporat în ACS

2.10. Controlul toleranței la gradient

2.11. Cerințe pentru partea electronică a ACS

2.12. concluzii

3. DESCRIEREA ACS DE VEDERE TRADIȚIONALĂ. COMPARATIV

3.1. Remarci generale

3.2. Structura unui ACS tradițional

3.3. Bucla de control al vitezei rotorului turbocompresorului

3.4. Circuitul de limitare derivată a vitezei rotorului turbocompresorului 71 3.5 Alte circuite de limitare și control 73 3.6. Analiza comparativă a ACS clasic și ACS bazat pe LDM

Lista recomandată de disertații

• Modele Markov ierarhice neclare ale proceselor de dezvoltare ale defecțiunilor sistemelor automate de control, control și diagnosticare a motoarelor cu turbine cu gaz 2011, candidat la științe tehnice Abdulnagimov, Ansaf Irekovich

• Tehnologia cercetării semi-naturale complexe a sistemelor automate de control pentru ventilatoarele coaxiale ale turbopropatoarelor 2018, candidat la științe tehnice Ivanov, Artem Viktorovich

• Sisteme de informare si masurare pentru testarea pe banc a produselor auto 1999, doctor în științe tehnice Vasilchuk, Alexander Vasilievich

• Crearea unei noi generații de complexe automate de control și testare pentru a asigura siguranța aterizării transportului aerian 2013, doctor în științe tehnice Sheludko, Viktor Nikolaevich

• Dezvoltare și cercetare de actuatoare cu motoare DC fără contact și senzori digitali ai parametrilor de rotație pentru sisteme de control automat 1983, candidat la științe tehnice Kurchanov, Vladimir Nikolaevici

Introducerea disertației (parte a rezumatului) pe tema „Analiza sistemelor automate de control pentru motoarele cu turbine cu gaz”

Urgența problemei. Motoarele cu turbină cu gaz sunt acum utilizate pe scară largă în aviația militară și civilă, precum și ca propulsoare pentru stațiile de pompare cu gaz și centralele electrice de dimensiuni mici utilizate în transportul energetic și maritim.

Dezvoltarea motoarelor din generațiile IV și V necesită un progres corespunzător în domeniul managementului acestora. De la mijlocul anilor '70, trecerea la controlul centralelor electrice care utilizează controlere electronice digitale a devenit relevantă. Acest lucru a fost facilitat atât de complicarea sarcinilor de control, care a necesitat utilizarea unor algoritmi de control mai avansați și mai complexi, cât și de dezvoltarea tehnologiilor electronice, în urma cărora a devenit posibilă asigurarea operabilității controlerelor electronice în condiții tipice pentru funcționare. pe un motor.

Institutul Central al Motoarelor de Aviație (Centrul de Cercetare de Stat al Federației Ruse, TsIAM numit după NIBaranov) a formulat propuneri privind structura și metodele specifice de construcție software și algoritmică a unui sistem inteligent de control automat adaptiv (ACS), care, pe lângă cele tradiționale, ar trebui să îndeplinească următoarele funcții de control:

Recunoașterea stării motorului (deteriorarea unităților caracteristice, apariția defecțiunilor, funcționarea în regim stabil sau tranzitoriu etc.);

Formarea țintei de control în conformitate cu rezultatele recunoașterii stării motorului;

Alegerea unei metode de control al motorului care să asigure atingerea unui obiectiv dat (selectarea unui set de programe de control optime pentru condițiile date de funcționare a motorului);

Formarea și selectarea parametrilor algoritmilor de control pentru a asigura calitatea specificată a controlului la utilizarea programelor selectate.

Un important problema de matematica, fără soluția căreia crearea unui bloc digital fiabil și eficient de control și monitorizare automată în conditii moderne practic imposibilă, este dezvoltarea modelelor matematice ale motorului, senzorilor și actuatoarelor, adaptarea acestora la condiții practice specifice de utilizare. Este în general acceptat că întregul ciclu de dezvoltare al unui ACS poate fi asigurat prin utilizarea unui complex de mai multe tipuri de modele cu diferite niveluri de complexitate. Complexul în ansamblu trebuie să îndeplinească o serie de cerințe, dintre care principalele sunt:

Capacitatea de a simula moduri de funcționare în regim stabil și tranzitoriu în condiții de zbor în schimbare în întreaga gamă de modificări ale modurilor de funcționare a centralei electrice;

Dobândirea acurateței modelării în regim staționar și tranzitoriu, suficientă pentru rezolvarea problemelor de control;

Timp de calcul acceptabil;

Capacitatea de a efectua calcule în timp real (real) și accelerat pentru modelele destinate utilizării pe standuri semi-naturale.

Cu toate acestea, astăzi, în condiții de concurență acerbă, cu o întârziere semnificativă în urma liderilor producători străini și cu o încălcare a legăturilor economice stabilite, factorul timp are o influență tot mai mare asupra procesului de dezvoltare a ACS. Din păcate, nu toate cerințele de mai sus pot fi îndeplinite într-un timp scurt, mai ales în prezența unui deficit acut de specialiști cu experiență. Pe de altă parte, problema recunoașterii defecțiunilor, diagnosticarea deteriorării performanței componentelor și ansamblurilor individuale implică utilizarea unui model de motor. senzori și actuatori încorporați în unitatea automată de control și monitorizare. Acest model are cele mai stricte cerințe de performanță, iar calitatea diagnosticului și probabilitatea detectării defecțiunilor depind direct de acuratețea acestuia.

Utilizarea modelelor care sunt diferite ca structură și conținut în diferite etape de proiectare necesită cheltuieli suplimentare mari de timp. Lucrarea investighează posibilitatea utilizării unor modele dinamice liniare (LDM) destul de simple pentru a rezolva un complex de probleme care decurg din 1; acestea în cursul dezvoltării unui ACS eficient.

O reducere semnificativă a timpului de dezvoltare poate fi realizată prin optimizarea algoritmilor de verificare pentru software-ul încorporat în ACS. Rolul principal în acest sens îl joacă modelul sistemului studiat. Principala problemă aici este crearea unui complex software de testare special care combină un model de motor, senzori, actuatoare, canale de măsurare și control ale ACS în loc de un banc de testare semi-natural costisitor. Un banc de testare semi-natural este un sistem care simulează funcționarea unui motor, a senzorilor și a actuatoarelor instalate pe acesta. O calitate importantă a unui suport semi-natural este că verifică ACS-ul electronic în ansamblu, și nu doar software-ul sau hardware-ul. Complexul de testare software rezolvă eficient doar problema verificării software-ului ACS-ului digital și a algoritmilor încorporați în acesta. În acest caz, caracteristicile implementării hardware sunt luate în considerare nu direct, ca pe standurile semi-naturale, ci indirect - prin modelele de canale de măsurare și control. În acest caz, verificarea necesară a hardware-ului ACS poate fi atribuită panoului de testare, cu ajutorul căruia sunt simulate semnalele de intrare și sunt controlate acțiunile de control.

Un stand semi-natural este un instrument de verificare mai eficient decât un panou de testare sau un complex de testare software, cu toate acestea, complexitatea creării sale este proporțională cu crearea ACS-ului în sine și, în unele cazuri, chiar o depășește. În condițiile în care condițiile sunt stabilite în așa fel încât ACS să fie creat „ieri”, nici măcar nu se pune problema creării unui stand seminatural.

Dezvoltarea de noi și adaptarea metodelor matematice existente în procesul de creare a ACS pentru motoarele cu turbină cu gaz în cel mai scurt timp posibil și cu cheltuieli minime de materiale și resurse de inginerie este o sarcină urgentă. Este complex și se reduce în diferite etape la rezolvarea diferitelor probleme de matematică și de inginerie. Nu este posibil să se rezolve problema setului fără implicarea unui computer și utilizarea atentă a modelelor matematice. Principalele tipuri de modele utilizate în studiul funcționării unui motor cu turbină cu gaz, componentele hidromecanice și electronice ale sistemului său de control, senzorii și actuatoarele.

Modele articol cu ​​articol. În astfel de modele, caracteristicile structurale ale sistemului sunt considerate direct ca parametri. Dezvoltarea modelelor element cu element necesită o investiție semnificativă de timp, totuși, în acest caz, diverși factori pot fi corectați corect, cum ar fi frecarea în elementele structurale, forțele asupra actuatoarelor, modificarea formei secțiunilor de curgere a găurilor din dispozitive hidromecanice, uzura nodurilor, întârziere în emiterea deciziilor etc...

Modele neliniare aproximative. Ele reproduc munca în întreaga gamă de moduri, descriu într-un mod simplificat proprietățile dinamice și caracteristicile statice ale unui obiect. Modelele sunt concepute pentru cercetare „în mare” și vă permit să faceți calcule în timp real (real). (Trebuie remarcat faptul că capacitatea de a efectua calcule în timp real este determinată și de puterea computerului, limbajul de programare selectat, sistem de operare, calitatea programării și nivelul de optimizare a calculelor).

Modele liniarizate. Ele reproduc comportamentul sistemului în vecinătatea unui set limitat de puncte ale caracteristicii statice. Este permisă utilizarea elementelor neliniare echivalente tipice. Astfel de modele sunt de obicei folosite pentru a investiga „mici”, de exemplu, stabilitatea reglementării. Este posibil să înlocuiți modelul neliniar aproximativ cu unul liniarizat. Una dintre opțiunile pentru o astfel de înlocuire este descrisă în. Avantajele și dezavantajele acestei abordări sunt discutate în detaliu în primul capitol al acestei lucrări.

Modelele element cu element în rezolvarea problemelor legate de crearea unui sistem de control pentru un motor cu turbină cu gaz sunt cel mai adesea folosite pentru a descrie ansamblurile și agregatele hidromecanice ale unui sistem de control automat. Modelele neliniare aproximative sunt utilizate pentru a descrie funcționarea unui motor cu turbină cu gaz în întreaga gamă de moduri de funcționare. Modelele liniarizate ale motoarelor cu turbină cu gaz sunt considerate adecvate pentru a fi utilizate atunci când se studiază stabilitatea sistemelor de control.

În ultimii ani, problema modernizării tehnologiei aviației a devenit relevantă, inclusiv prin modernizarea motoarelor și a ACS-urilor acestora. Sarcina este de a obține efectul maxim cu costuri materiale minime. În special, păstrând aceleași funcții, costul ACS poate fi redus prin utilizarea unei baze de elemente moderne, mai ieftine și prin reducerea numărului de unități electronice implicate în ACS. Odată cu aceasta, devine posibilă îmbunătățirea calității funcționării ACS prin îmbunătățirea și complicarea algoritmilor de control, îmbunătățirea sistemului de diagnosticare și introducerea contabilității pentru timpul de funcționare și starea tehnică a motorului.

O situație unică a apărut atunci când au coincis o serie de factori importanți care au influențat dezvoltarea ACS pentru motoarele de aeronave, și anume:

Dezvoltarea revoluționară a dispozitivelor electronice de calcul care permit rezolvarea problemelor de control și diagnosticare a motoarelor cu turbine cu gaz la un nou nivel cu implicarea unor mijloace anterior inaccesibile;

Necesitatea urgentă a modernizării ACS existente pentru a le reduce costul și a crește fiabilitatea muncii;

Întârzierea introducerii pe scară largă a ACS digital modern, asociată cu criza din ultimii ani și, în legătură cu aceasta, decalajul crescut între rezultatele cercetării teoretice și aparatura matematică a dispozitivelor efectiv utilizate.

Ca rezultat, sarcina de a dezvolta o nouă structură originală a ACS, în mod eficient sarcină crucială controlul motorului turbinei cu gaz, ținând cont de noile posibilități ale sistemelor electronice digitale. În același timp, a devenit posibilă rafinarea unui număr de algoritmi utilizați anterior cu succes pentru a îmbunătăți calitatea și fiabilitatea muncii lor.

Scopul tezei este de a dezvolta un motor ACS digital eficient, construit pe principii moderne de control. Pentru a atinge acest obiectiv, au fost stabilite și rezolvate următoarele sarcini:

1. A fost dezvoltată structura originală a ACS, care permite rezolvarea eficientă a sarcinilor de control al motorului cu turbină cu gaz;

2. Modelul dinamic liniar al motorului cu turbină cu gaz a fost îmbunătățit pentru a crește acuratețea calculului;

3. Dezvoltarea unor algoritmi originali de procesare a semnalelor de la senzorii de temperatură a gazului și vitezele de rotație pentru a reduce influența zgomotului în canalele de măsurare;

4. A fost creat un pachet software care permite testarea algoritmilor ca parte a software-ului încorporat în ACS împreună cu modelul motorului, senzorilor și actuatoarelor.

Lucrarea descrie rezultatele construirii unui ACS, modelare și analiză de sistem, pe baza experienței acumulate în dezvoltarea ACS BARK-65 (Unitate de control și monitorizare automată) a motorului TV7-117S utilizat pe aeronavele IL-114. BARK-65 a trecut cu succes de etapa de teste pe banc, în timpul căreia a demonstrat capacitatea de a controla eficient motorul.

Centrala electrică a aeronavei este formată din două motoare interschimbabile TV7-117S situate în nacelele de pe aripa aeronavei. Fiecare motor antrenează o elice reversibilă cu șase pale SV-34.

Sistemul de control al motorului TV7-117S constă dintr-o unitate de control digitală BARK-65 și rezerva sa hidromecanică. BARK-65 este un sistem digital modern de control al motorului cu un singur canal. Pentru a asigura o rezervă hidromecanică în buclele de control al consumului de combustibil și paletele de ghidare ale turbocompresorului, se folosesc actuatoare hidromecanice. Pentru a crește fiabilitatea sistemului, toți senzorii, circuitele de măsurare, circuitele electrice de control care formează și implementează principalele programe de control și restricții sunt multicanal.

Prima experiență necesară în crearea ACS de motoare de aeronave a fost obținută în procesul de dezvoltare a ACS BARK-78, care limitează parametrii limitatori de funcționare ultima modificare motoare TVZ-117, cunoscut sub numele de marcă VK-2500. BARK-78 îndeplinește funcțiile unităților electronice utilizate anterior ERD (controler electronic de motor) și RT (controler de temperatură), este în esență un dispozitiv destul de simplu, descrierea sa nu este dată în această lucrare, cu toate acestea, o serie de soluții software și hardware utilizate în BARK-78 au fost folosite la crearea ACS BARK-65. Acestea includ sistemul de control al toleranței la gradient al semnalelor analogice de intrare și un compensator al inerției termocuplurilor descris în al doilea capitol.

Primul capitol descrie un algoritm pentru construirea unui model dinamic liniar al unui motor cu turbină cu gaz. Se bazează pe metoda propusă în, diferența constă în metoda de găsire a celui mai apropiat punct de echilibru. Mai jos sunt descrieri ale modelelor de canale de măsurare și canale executive incluse cu modelul de motor în complexul de testare software.

În al doilea capitol, pe baza materialelor prezentate în capitolul anterior, este construit sistemul de control GTE. Sunt descrise metode de construire a controlerelor optime. Se are în vedere dependența calității și a complexității software a algoritmilor de control de nivelul la care se realizează selecția diferitelor programe de control și restricții. Sunt formulate cerințe pentru testarea ACS-ului obținut pe model și pe obiect. Se ia în considerare problema completității testelor efectuate. Sunt prezentate opțiunile pentru implementarea unui model simplificat al motorului, bazat pe structura obținută a ACS, sunt formulate cerințele finale pentru acesta și precizia acestuia. A fost construit un algoritm complex pentru detectarea defecțiunilor și defecțiunilor. Cerințele pentru partea electronică a ACS sunt în curs de finalizare. Situația este investigată când, din anumite motive, cerințele pentru ACS sunt impracticabile. Se face o comparație a materialelor obținute în timpul modelării și testării BARK-65 pe motor.

În al treilea capitol se realizează sinteza și analiza ACS, construită pe principii clasice. În cursul dezvoltării sale, s-au folosit materiale (structură ACS, legături tipice de control), (sinteza unui compensator de inerție de termocuplu, sinteza unui limitator de temperatură), precum și,, etc. În continuare este o comparație a eficienței ACS și ACS „clasice”, construite în al treilea capitol... Rezultatele utilizării diferitelor ACS au fost analizate folosind complexul de testare software descris în primul capitol, care include LDM-ul motorului, modele element cu element de actuatoare și modele de circuite de măsurare. ACS „clasic”, câștigând în simplitatea implementării, pierde în ceea ce privește acuratețea menținerii și limitării parametrilor dați.

3. Concluzii și rezultate

În timpul procesului de dezvoltare, au fost aplicate următoarele metode și rezultate. Și anume:

Model de motor bazat pe model dinamic liniar;

Modele de elemente ale actuatoarelor hidromecanice ACS;

Cerințele pentru electronică sunt formulate;

A fost creat un model simplificat al motorului, pe baza căruia, dacă anumiți senzori eșuează, este posibil să se calculeze parametrii corespunzători ai motorului (variabile care determină starea motorului);

Pe baza modelului de sistem, a fost efectuată depanarea complexă și verificarea programului inclus în BARK-65;

A fost creat un sistem de diagnosticare original care combină analiza rezultatelor controlului toleranței gradientului, informațiile care vin prin diferite canale de măsurare și informațiile furnizate de un model de motor simplificat;

Principalul rezultat al lucrării este crearea unui ACS eficient pentru un motor cu turbină cu gaz care îndeplinește cerințele moderne. Are o structură originală care reunește principalele bucle de control și constrângeri. Rezultatele lucrării sunt de natură universală și pot și au fost utilizate în mod eficient în dezvoltarea ACS pentru alte GTE-uri cu două arbori. ACS cu o structură similară pentru motoarele TV7-117V (modificare elicopter TV7-117S) și VK-1500 (se presupune a fi utilizat pe aeronava AN-3), se află în prezent în faza de teste pe banc. Se are în vedere opțiunea de instalare a motoarelor modificate din seria TV7-117 pe bărci de mare viteză cu o deplasare de aproximativ 20 de tone, capabile să atingă viteze de până la 120 km/h.

Teze similare la specialitatea „Analiză de sistem, management și prelucrare a informațiilor (pe industrie)”, 05.13.01 cod VAK

• Asigurarea compatibilității electrice a echipamentelor electrice de transport cu alimentare de înaltă tensiune 2004, doctor în științe tehnice Reznikov, Stanislav Borisovici

• Dezvoltarea și cercetarea unui antrenament electric bazat pe un motor inductor cu excitație independentă 2002, candidat la științe tehnice Postnikov, Serghei Gennadievich

• Identificarea modelelor dinamice ale ACS GTE și a elementelor acestora prin metode statistice 2002, doctor în științe tehnice Arkov, Valentin Yulievici

• Structuri și algoritmi ai unei acționări electrice controlate de urmărire cu o precizie dinamică dată 2011, candidat la științe tehnice Pankrats, Yuri Vitalievich

• Dezvoltarea de metode și mijloace de îmbunătățire a eficienței motoarelor diesel în moduri dinamice 2010, doctor în științe tehnice Kuznetsov, Alexander Gavriilovici

Concluzia tezei pe tema „Analiza sistemului, managementul și prelucrarea informațiilor (pe industrie)”, Sumachev, Sergey Alexandrovich

concluzii privind MUNCĂ ÎN GENERAL

Lucrarea demonstrează o metodă pentru construirea unui ACS universal pentru motoarele cu turbină cu gaz cu doi arbori. La rezolvarea problemei principale - sinteza unui ACS bazat pe LDM, au fost rezolvate o serie de probleme auxiliare, și anume:

Precizia determinării celui mai apropiat punct de echilibru al LDM a fost îmbunătățită;

A fost dezvoltat un compensator original pentru inerția termocuplurilor;

S-a efectuat analiza diferitelor metode de măsurare a frecvenței de rotație a rotoarelor;

A fost creat un complex de testare software pentru a testa funcționarea software-ului și a algoritmilor încorporați într-un ACS digital;

Un ACS a fost dezvoltat pe baza abordărilor tradiționale și produs analiza comparativa două SPG-uri diferite: un SPG bazat pe LDM și un SPG tradițional.

Rezultatele prezentate în lucrare au fost testate în timpul testelor pe banc ale motorului BARK-65 ACS și TV7-117S. În timpul testelor s-a confirmat eficiența ridicată a ACS în menținerea și limitarea parametrilor specificați. Un set de măsuri menite să îmbunătățească fiabilitatea funcționării ACS a făcut posibilă cu o probabilitate mare identificarea defecțiunilor canalelor de măsurare și control; folosind un set limitat de parametri, a fost posibilă duplicarea datelor primite de la senzori cu valorile calculate din model. Anexa conține câteva oscilograme interesante înregistrate în timpul testelor pe banc, precum și un act privind implementarea algoritmilor descriși în lucrare.

O abordare complexăîn rezolvarea problemei, când s-a efectuat revizuirea abordărilor și metodelor clasice, a făcut posibilă implementarea creării unui ACS la un înalt nivel modern.

Structura ACS, bazată pe LDM, permite modernizarea acestuia pentru a îmbunătăți calitatea controlului, a crește marja de stabilitate și fiabilitatea muncii.

Rezultatele prezentate în lucrare sunt universale, structura descrisă a ACS a fost aplicată la crearea unităților de control digital pentru alte modificări ale motorului TV7-P7S și motorului VK-1500.

PRINCIPALE PUBLICAȚII PE TEMA TEZEI DE DISERTAȚIE

1. Sumachev S.A. Construirea unui model de compensator dinamic pentru inerția unui termocuplu. // Procese de control și stabilitate: Proceedings XXX conferinta stiintifica Facultatea de PM-PU. - Sankt Petersburg: OOP Research Institute of Chemistry, St. Petersburg State University, 1999. - S. 193-196.

2. Sumachev S.A., Kormacheva I.V. Compensator dinamic al inerției termocuplului: o aplicație pentru limitarea temperaturii unui motor cu turbină cu gaz // Procese de control și stabilitate: Lucrările XXXI conferințe științifice a Facultății de PM-PU. - Sankt Petersburg: OOP Research Institute of Chemistry, St. Petersburg State University, 2000. - S. 257-260.

3. Sumachev S. A. Modelul matematic al unui motor cu turbină cu gaz cu doi arbori și ACS-ul său. // Procese de management și sustenabilitate: Lucrările celei de-a XXXII-a conferințe științifice a Facultății de PM-PU. - Sankt Petersburg: OOP Research Institute of Chemistry, St. Petersburg State University, 2001. - S. 93-103.

4. Sarkisov A.A., Golovin M.G., Dushits-Kogan T.D., Kochkin A.A., Sumachev S.A. Experiență în dezvoltarea unui sistem integrat de control și monitorizare pentru motorul RD-33 și modificările acestuia. // Rezumate. raport Conferința științifică internațională „Motoarele secolului XXI” 1 oră. Moscova, 2000 -S. 344.

5. Golovin M.G., Dushits-Kogan T.D., Sumachev S.A. Nou în rezolvarea problemei limitării temperaturii gazului în fața turbinei de putere GTE. // Rezumate. raport Conferința științifică internațională „Motoarele secolului XXI” 1 h. Moscova, 2000 - P. 362.

Lista literaturii de cercetare pentru disertație Candidat la științe tehnice Sumachev, Sergey Alexandrovich, 2002

1. Antonchik B.C. Metode de stabilizare a mișcărilor programului. SPb .: Editura. SPbSU, 1998.

2. Belkin Yu.S., Boev B.V., Gurevich O.S. și alte sisteme integrale pentru controlul automat al centralelor aeronavelor. Moscova: Inginerie mecanică, 1983.

3. Berezlev V.F. și alte Sisteme pentru controlul automat al vitezei de rotație a rotoarelor motoarelor cu turbine cu gaz. Kiev: CARTE, 1985.

4. Bodner V.A. Sisteme de control automat al motoarelor de aeronave. -M .: Inginerie mecanică, 1973.

5. Vanyurikhin G.I., Ivanov V.M. Sinteza sistemelor de control al mișcării pentru obiecte nestaționare. -M .: Inginerie mecanică, 1988.

6. Gantmakher F.R. Teoria matricelor. M. Știință, 1966.

7. Gardner M.F., Burns J.L. Procese tranzitorii în sisteme liniare cu constante concentrate. Editura de stat de literatură fizică și matematică. Moscova: 1961.

8. Gimadiev A.G., Shakhmatov E.V., Shorin V.P. Sisteme de control automate pentru motoare cu turbine cu gaz de aviație. Kuibyshev: KuAI, 1990.

9. Golberg F.D., Vatenin A.B. Modele matematice ale motoarelor cu turbine cu gaz ca obiecte de control. Moscova: Editura MAI, 1999.

10. Iu. Gurevici O.e., Bliznyukov L.G., Trofimov A.C. Sisteme automate de control pentru centralele electrice de avioane. // Conversie în inginerie mecanică. M. „Informconversion”, 2000. -Nr 5 (42) .- P.50.

11. GDemidovich B.P. Prelegeri despre teoria matematică a stabilității. Moscova: Nauka, 1967.

12. Dobriansky G.V., Martyanova T.S. Dinamica motoarelor cu turbine cu gaz aeronavelor. Moscova: Inginerie mecanică, 1989.

13. Zhabko A.n., Kharitonov V.L. Metode de algebră liniară în probleme de control. SPb .: Editura. SPbSU, 1993.

14. Ivanov V.A. și alte fundamente matematice ale teoriei controlului automat. Manual. manual pentru universități. Ed. B.K. Chemodanova. -M., facultate, 1971.

15. Mistreți CA. Managementul sistemelor bazat pe modele predictive. -SPb: Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 1997.

16. Kvartsev A.P. Dezvoltarea software și automatizarea testării. Samara: Universitatea Aerospațială de Stat din Samara, 1999.

17. Klyuev A.S., Glazov B.V., Mindin M.B. Tehnica de citire a circuitelor de control automat si control tehnologic. M., „Energie”, 1977.

18. Maksimov N.V. Regulatoare de temperatură a gazului pentru motoarele de aeronave cu turbine cu gaz. Riga: RKIIGA, 1982.

19. Modelarea matematică a sistemelor discrete. / Editat de M.K. Chirkov. SPb., editura SPbSU, 1995.

20. Metode de optimizare a încercărilor și modelării sistemelor de control ale motoarelor cu turbine cu gaz / Editat de V.T. Dedesha. M .: Inginerie mecanică, 1990.

21. Modelarea și selectarea parametrilor regulatoarelor automate ale motoarelor de aeronave: manual / P.A. Sunarchin și colab.-UFA: Ufa State. Aviaţie tehnologie. unit-t., 1994.

22. MYSHKIS AD Ecuații diferențiale liniare cu argument retardat. Moscova: 1972.

23. Nelepin P.A., Kamachkin A.M., Turkin I.I., Shamberov V.N. Sinteza algoritmică a sistemelor de control neliniar. L.: Editura Universității de Stat din Leningrad, 1990.

24. Yu.N. Nechaev Legile de control și caracteristicile centralelor electrice aeronavelor. -M .: Inginerie mecanică, 1995.

25. Panteleev A.B., Yakimova A.C. Teoria funcțiilor unei variabile complexe și calcul operațional în exemple și probleme / Tutorial... M.: Liceu, 2001.

26. Prasol OB A.B. Metode analitice și numerice pentru studiul proceselor dinamice. SPb .: Editura. SPbSU, 1995.

27. Sinyakov A.N. Sisteme de control automat pentru aeronave și centralele lor electrice. -M .: Inginerie mecanică, 1991.

28. Sirotin S.A., Sokolov V.I., Sharov A.D. Control automat al motoarelor de aeronave. -M .: Inginerie mecanică, 1991.

29. Skibin V.A., Pavlov Yu.I., Dobrovolsky V.I. și alte metode de măsurare, instrumente și echipamente utilizate în testele pe banc a motoarelor de aeronave. M .: NITs TsIAM: MGATU, 1996.

30. Soloviev E.V., Gladkova V.N., Akopova T.P. Investigarea proprietăților dinamice ale sistemelor de control automat sistem de propulsie... M .: Editura MAI, 1990.

31. Solntsev V.N. Suport matematic al sistemelor integrate adaptative optime pentru controlul automat al complexului de avioane manevrabile „aeronave centrale”. - M .: Radio și comunicare, 1999.

32. Teoria controlului automat al centralelor electrice ale aeronavelor. Editat de A. A. Shevyakov. Moscova: Inginerie mecanică, 1976.

33. Teoria și aplicațiile sistemelor discrete. / Editat de M.K. Chirkov, candidat la Științe Inginerie S.P. Maslova. SPb., editura SPbSU, 1995.

34. Dispozitivul și funcționarea centralelor electrice ale aeronavelor IL-96-300, Tu-204, IL-114 / Editat de doctor în științe tehnice BA Solovyov. -M .: Transport, 1993.

35. Yugov O.K. Control optim al centralei electrice a aeronavei. -M. Inginerie mecanică, 1978.

36. N.H. Jo, J. H. Seo. Abordarea liniarizării de intrare a ieșirii a proiectării observatorului de stat pentru sisteme neliniare // Tranzacții IEEE pe control automat. Vol.45. N. 12. 2000. P. 2388-2393.

37. Hassan K. Khalil. Controlere universale integrale pentru sistem neliniar cu fază minimă // Tranzacții IEEE privind controlul automat. Vol.45. N. 3. 2000. P. 490-494.

38. G. Kulikov, V. Arkov, T. Breikin. Modelarea în timp real a turbinelor cu gaz cu netezire optimă // preprinturi ale 11 * IF AC Workshop Control Aplicații de optimizare. Vol. 1. St-Petersburg, 2000, pp. 212-217.

39. Thomas J. Rodling. Sisteme integrate de control al zborului // IEEE Aerospace and Electronic Systems. Vol.16. N. 5. 2001. P. 17-22.

Vă rugăm să rețineți că textele științifice de mai sus sunt postate pentru informare și obținute prin recunoașterea textelor originale ale disertațiilor (OCR). În acest sens, ele pot conține erori asociate cu imperfecțiunea algoritmilor de recunoaștere. Nu există astfel de erori în fișierele PDF ale disertațiilor și rezumatelor pe care le livrăm.