Регулирование тяги и частоты вращения роторов
Простейшей системой управления является система управления частотой вращения ротора. Система сохраняет постоянной частоту вращения ротора, пока угол установки РУД не изменяется. Типичным авиационным ГТД, в котором реализована система, обеспечивающая постоянную частоту вращения ротора, является ВСУ (APU – Auxiliary Power Unit).
Если турбореактивный двигатель управляется системой, обеспечивающей постоянную частоту вращения ротора, тяга будет меняться с изменением плотности воздуха, и пилоту придется регулировать положение РУД для поддержания требуемой тяги.
Регулирование частоты вращения ротора высокого давления (N2)
В системе, обеспечивающей регулирование частоты вращения ротора, частота вращения является основным управляемым параметром. Гидромеханический регулятор подачи топлива (FCU – Fuel Control Unit) использует регулятор частоты вращения для настройки частоты вращения ротора в соответствии с требуемой, определяемой по входному сигналу положения РУД. Для расчета расхода топлива блок FCU реализует функцию требуемого расхода топлива соответствующего двигателя. На рис. 16 данная функция представлена в зависимости от частоты вращения ротора низкого давления (N2) для двигателя с двухкаскадным компрессором (двухвального двигателя).
Рис. 16. Зависимость расхода топлива в авиационном двухконтурном ГТД от числа оборотов ротора высокого давления (N2)
На рис. 16 представлена кривая расхода топлива при устойчивой работе на требуемой частоте вращения ротора высокого давления (N2) и две ограничительные линии: одна (верхняя) для ограничения по помпажу, другая (нижняя) – по срыву пламени в камере сгорания. Расход топлива при разгоне должен находиться в диапазоне между кривой устойчивой работы и линией ограничения по помпажу. При торможении расход топлива должен быть между кривой устойчивой работы и линией ограничения по срыву пламени.
Для корректировки расчетного расхода топлива по плотности потока воздуха на входе камеры сгорания, блоку FCU, кроме входных сигналов положения РУД и значения частоты (N2), необходимы сигналы температуры на входе в компрессор (CIT - Compressor Inlet Temperature или Т25) и давления на выходе из компрессора (CDP - Compressor Discharge Temperature или Ps3). С данными входными сигналами может работать простая система регулирования частоты вращения ротора. На рис. 17 представлены сигналы на входе FCU для системы регулирования частоты вращения.
 |
Рис. 17. Функциональные секции топливного регулятора (FCU) системы регулирования частоты вращения ротора высокого давления
Для того чтобы управлять работой двигателя, блок FCU должен обладать минимальным набором функций. Эти функции реализуются в функциональных подсекциях FCU. В качестве примера подробнее рассмотрим гидромеханический блок FCU. Для работы в качестве регулятора частоты вращения блоку FCU необходимы следующие функциональные подсекции:
- дозировки топлива;
- регулирования;
- обеспечения ограничений.
Секции регулирования и обеспечения ограничений вместе формируют вычислительную секцию регулятора. На рис. 17 схематично представлены секции блока FCU.
Дозирующим клапаном (ДК) управляет вычислительная секция при помощи контрольного давления. Для регулирования частоты вращения ротора секция регулирования использует центробежные грузы, которые получают сигнал ограничения частоты вращения от РУД. Они контролируют открытие или закрытие ДК для сохранения или достижения требуемой частоты. Управляющий сигнал от регулятора преобразуется секцией ограничения для ограничения диапазона открытия или закрытия ДК.