1. Тема 5
Системы и программы
автоматического регулирования
ГТД на установившихся режимах
Лекция 10
Системы и программы
автоматического регулирования
ГТД
2. Слайд 10.1
Назначение системы
автоматического регулирования
Управление ГТД заключается в
установлении
режимов
работы,
обеспечивающих изменение R в
соответствии с программой полёта ЛА.
Управление
ГТД
по
заданной
программе, называемой программой
регулирования, обеспечивает система
автоматического регулирования (САР)
ГТД.
3. Слайд 10.2
Основные функции САР
1 Управление ГТД, т.е.
установление
требуемого режима работы.
2 Сохранение режима работы, или его
изменение по заданной программе при
меняющихся условиях.
3 Исключение возможности выхода на опасные для
ГТД режимы работы, на которых недопустимо
снижаются запасы прочности деталей или же
может нарушиться устойчивость процессов в
компрессоре, КС или выходном устройстве.
4 Обеспечение быстрого и безопасного перехода
ГТД на другие режимы работы при управлении
ГТД при резком изменении внешних условий.
5 Обеспечение автоматического запуска ГТД с
выходом на режим МГ при всех заданных
эксплуатационных условиях.
4. Слайд 10.3
Регулирующие факторы и
регулируемые параметры
•
САР воздействует через управляющие
воздействия - регулирующие факторы
на
регулируемые
параметры.
Регулируемыми параметрами обычно
являются основные параметры рабочего
процесса ГТД. К регулирующим
факторам относится Gт и некоторые
геометрические характеристики ГТД
(Fрс, α РНА и α СА), за счёт изменения
которых достигается изменение или
сохранение регулируемого параметра.
5. Слайд 10.4
Основные типы САР ГТД
•
•
•
•
•
•
•
•
В настоящее время различают три типа САР:
а) гидромеханическую;
б) гидромеханическую с электронными
ограничителями параметров;
в) электронную.
В гидромеханической САР рабочим телом является
топливо.
Гидромеханическая
САР
с
электронными
ограничителями
параметров
является
комбинированной САР и содержит, помимо
гидромеханических
элементов,
электронные
логические элементы.
В комбинированной САР её гидромеханическая часть
обеспечивает запуск ГТД и работу его на режимах
ниже максимального, а
предельное управление
осуществляет электронная часть САР.
В
электронной
САР
основой
является
специализированный вычислитель, работающий в
реальном масштабе времени. Вычислитель сопряжён
с датчиками параметров и исполнительным
механизмом (ИМ).
6. Слайд 10.5
Термодинамические основы
автоматического регулирования
•
•
При неизменных внешних условиях регулируемый параметр при ГТД
неизменной геометрии ГТД однозначно определяет все другие параметры
рабочего процесса. Изменение режима работы ГТД производится изменением
подачи топлива в КС, которое является регулирующим фактором.
ГТД как объект регулирования обладает собственной устойчивостью, что видно
из рассмотрения статических моментных характеристик турбины и компрессора
ВД (рисунок 5.1). Каждая моментная характеристика Tг*= Const дважды
пересекает моментную характеристику компрессора, т.е. при некоторой Tг* ГТД
имеет два установившихся режима.
•
Рисунок 5.1 Статические моментные характеристики турбины и компрессора
•
Установившийся режим с меньшей n (точка 1 на рисунке 5.1)
является неустойчивым; случайное отклонение n в сторону
уменьшения приведёт к превышению Mкр компрессора над Mкр,
развиваемым турбиной, и дальнейшему уменьшению n и, наоборот.
случайное увеличение n приведёт к превышению Mкр турбины над
Mкр компрессора и увеличению n до точки 2. При этой n2 ГТД будет
устойчив, т.к. всякое случайное отклонение n будет приводить к
появлению разности Mкр турбины и Mкр компрессора,
обеспечивающей устранение этого случайного отклонения.
7. Слайд 10.6
Определение программы
регулирования
• Под программой регулирования ГТД
понимают
принятую
зависимость
изменения
основных
параметров
рабочего процесса ГТД от условий
полёта и режима работы ГТД
(положения
РУД),
определяемую
положением органов управления. При
использовании
нескольких
регулируемых параметров может быть и
несколько законов
регулирования,
каждый из которых соответствует
определённому сочетанию внешних
условий.
8. Слайд 10.7
Основные агрегаты САР ТРДД НК-86
САР ТРДД НК-86 представляет собой комбинированную
САР, включающую гидромеханическую систему с
электронными
ограничителями
параметров.
Гидромеханическая часть САР включает следующие
агрегаты:
1) агрегат дозировки топлива – АДТ;
2) агрегат управления клапанами перепуска воздуха
(КПВ) –
АУП-25 (КПВ);
3) агрегат управления положением лопаток РНА – АУП25(РНА);
4) ограничитель степени сжатия вентилятора – ОСС;
5) агрегат управления реверсом тяги - АУР;
6) командный агрегат управления охлаждением статора
турбины – КАУ.
Электронные ограничители параметров объединены в
электронную систему управления двигателем (ЭСУД). В
ЭСУД входят следующие агрегаты:
1) электронный регулятор оборотов – ЭРО;
2) регулятор средней температуры – РСТ.
9. Слайд 10.8
Агрегат дозировки топлива АДТ
АДТ является одним из основных
регуляторов гидромеханической системы и
выполняет следующие функции:
а) поддержание заданной nвд
на всех
режимах работы ТРДД: МГ, 0,4МП ...
взлётном и на режимах R обр ;
б) ограничение Gт на указанных в пункте "а"
режимах;
в) поддержание заданного времени полной и
частичной приёмистости,
г) запуск ТРДД,
д) поддержание заданного Gт на участке
воспламенения топлива.
При выполнении функций по пунктам "а" и
"б"
АДТ одновременно ограничивает
максимальную nвд max, а также максимальный
и минимальный расход топливаа Gт max и Gт
min.
10. Слайд 10.9
Поддержание заданной nвд по режимам
•
Поддержание заданной nвд по режимам
осуществляется центробежным регулятором nвд
(ЦБР), входящим в состав АДТ, по
регулируемой характеристике ЦБР nвд = f(α РУД)
(рисунок 5.2).
Рисунок 5.2 Характеристика ЦБР nвд = f(α РУД )
11. Слайд 10.10
Ограничение Gт по режимам работы
•
Ограничение
Gт
по
режимам
работы
реализуется кулачком расхода топлива АДТ по
характеристике Gт = f(α РУД) (рисунок 5.3).
•
Gт
Рисунок 5.3 Характеристика кулачка расхода топлива Gт = f(α РУД )
12. Слайд 10.11
Агрегат управления клапанами
перепуска воздуха (КПВ) –АУП25(КПВ).
Агрегат АУП-25 (КПВ) управляет
закрытием КПВ при увеличении
режима и открытием КПВ при
снижении режима работы ТРДД.
Закрытие и открытие КПВ происходит
при nНДпр = 2800 ± 75 об/мин.
13. Слайд 10.12
Агрегат управления положением
лопаток РНА–АУП-25(РНА)
Агрегат АУП-25 (РНА)– управляет
перекладкой лопаток РНА из
пускового положения в рабочее и
обратно. Перекладка лопаток РНА
происходит при nНДпр=2150±75 об/мин.
14. Слайд 10.13
Ограничитель степени сжатия
вентилятора – ОСС
• Агрегат
ОСС
ограничивает
максимальную степень сжатия воздуха
в вентиляторе πв* max.
15. Слайд 10.14
Агрегат управления реверсом - АУР
Агрегат АУР управляет перекладкой
створок реверса из положения
"прямая тяга" в положение "обратная
тяга" и обратно. Перекладка створок
реверса в положение "обратная тяга"
происходит при α РУД = 21±1 град.
АУР осуществляет также блокировку
увеличения режима работы ТРДД
при перекладке створок реверса в
положение
"обратная
тяга".
Регулировка блокировки увеличения
режима
осуществляется
ограничением перемещения РУД в
сторону уменьшения упором валика
обратной связи АУР.
16. Слайд 10.15
Командный агрегат управления
охлаждением статора турбины – КАУ
• Агрегат КАУ осуществляет включение
и отключение охлаждения статора
турбины на заданном режиме работы
ТРДД, а также блокировку включения
охлаждения статора турбины при
отсутствии сигнала на высоте H=3 км.
17. Слайд 10.16
Электронный регулятор оборотов –
ЭРО
ЭРО выполняет следующие функции (рисунок 5.4):
1) поддерживает постоянную nНДпр на взлётном режиме;
2) ограничивает максимальную nНДmax;
3) ограничивает максимальную nНДвыс в высотных условиях (H ≥
3км).
nНДпрH=0 на взлётном режиме (земная настройка ЭРО), nНДвыс, ..(nНДпр
(высотная настройка
ЭРО) и nНДmax регулируются
H=3)
соответствующими винтами.
В ЭРО предусмотрена контрольная настройка n контр, жёстко
связанная с уровнем nНДmax зависимостью nконтр= f(nНДmax -А), где А –
постоянная величина разности между значениями nНДmax и nконтр.
Рисунок 5.4 Характеристика регулятора частоты вращения ЭРО
18. Слайд 10.17
Регулятор средней температуры – РСТ
РСТ имеет три уровня настройки по
ограничению Tт* и выполняет следующие
функции:
1) ограничивает Tт* на запуске;
2) ограничивает Tт* на МП режиме;
3) ограничивает Tт* на взлётном режиме;
4) ограничивает Tт* на режиме R обр max.
Максимальные Tт* при запуске Тзап, на МП
режиме (номинальная настройка Тном) и на
взлётном режиме (взлётная настройка Твзл)
регулируются соответствующими винтами.
19. Слайд 10.18
Программа регулирования ТРДД на
взлётном режиме
– Программа регулирования ТРДД на взлётном режиме
обеспечивает:
– - близкое к постоянному значение R в диапазоне T1* = 233 - 303 К;
– - снижение R при T1* = 303 К не более 2 %
относительно её значения при САУ,
– - ограничение из условий прочности предельных
значений nНД, nВД, Tг*.
– Для обеспечения R = const на взлётном режиме при T1*
=- 233- 303К поддерживается постоянное значение nНДпр
(nНДпр=Const). При T1* ≥ 303 К взлётный режим
ограничивается nвдmax или Tт*max, ограничивающего
предельное значение nвд и Tг* соответственно.
Дополнительно, в случае отказа или завышенной
настройки регуляторов nвд max или Tт*max, ограничен Gт max.
На высокогорном аэродроме «раскрутка» ТРДД
(увеличение nНД из-за уменьшения плотности воздуха)
ограничивается π в*max и nНД max.
Указанную программу регулирования реализуют регуляторы ЭРО
(nНДпр = Const, nНД max ), ЦБР АДТ (nвд max = Const), РСТ (Tт*max =Const),
АДТ (Gт max = Const), ОСС (π в* max).
21. Слайд 10.20
Программа регулирования ТРДД на
режимах 0,4МП…МП и на режиме
максимальной обратной тяги
– На режимах 0,4МП…МП и на режимах R обр max
поддерживается
– nвд = Const (рисунок 5.5), причём каждому
режиму соответствует своё значение nвд,
определяемое
положением
РУД
на
характеристике nвд=f(α РУД). Однако из-за
значительного увеличения R при низких Т1*,
приводящих к увеличению осевых усилий в
ТРДД, режим ограничивается при Т1* < 278
К постоянным значением Gт (Gт = Const)
для каждого режима, которое определяется
положением РУД на характеристике Gт
=f(α РУД).
Указанную программу регулирования
реализуют регуляторы ЦБР АДТ (nвд =
Const) и АДТ (Gт = Const).
22. Слайд 10.21
Программа регулирования на режиме
малого газа
– На режиме МГ поддерживается nвд = Const.
Режим ограничивается Gтmin = Const (рисунок
5.6). Указанную программу регулирования
реализуют регуляторы ЦБР (nвд = Const) и
АДТ (Gт = Const).
