В основной камере сгорания.
Тема № 15. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГТД.
ЗАНЯТИЕ № 5 ЭЛЕКТРОННО-ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА
В ОСНОВНОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ.
Цель: Изучить общую характеристику электронно-гидромеханической системы управления расходом топлива в ОКС, регулятор nВД MAX ,ограничители Т*Т ПРЕД и nНД ПРЕД.
Учебные вопросы:
1 .Общая характеристика системы.
2.Регулятор максимальной частоты вращения ротора высокого
давления (рег. nВД MAX )
3.Ограничитель температуры газа за турбиной ( огр. Т*Т ПРЕД )
4.Ограничитель частоты вращения ротора низкого давления ( огр. nНД ПРЕД)
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ.
Электронная часть электронно-гидромеханической системы управления расходом топлива в ОКС обеспечивает:
Ø -заданную программу регулирования максимальной частоты вращения РВД;
Ø -заданную программу ограничения температуры газа за турбиной Т*Т;
Ø -заданную программу ограничения частоты вращения РНД;
Ø -переключение на резервную гидромеханическую систему при отказе устройств электронной части системы БПР или взаимодействующих с ней датчиков, или при снятии питания с БПР;
Ø -выдачу дискретных команд по предельным значениям температуры газа Т*т и частот вращения nВД и nНД.,
Электронно-гидромеханическую систему управления расходом топлива в ОКС (САУ Gt ) образуют: двигатель (с топливной системой) как объект управления, электронная часть САУ Gт и отдельные устройства гидромеханической части САУ Gт. (см. функциональную схему САУ РД-33).
Электронная часть электронно-гидромеханической САУ Gт. включает в себя каналы (рис. 1)
-регулирования nВД MAX ;
-ограничения Т*Т ПРЕД ;
-ограничения nНД ПРЕД ;
Гидромеханическая часть электронно-гидромеханической САУ Gт -включает (рис. 1) гидравлический селектор и отдельные устройства гидромеханического регулятора пвд (корректирующие и исполнительные устройства-на рис. 1 не показаны).
Связующим устройством электронной и гидромеханической части является электрогидромеханический усилитель ЭГУ1 (рис. 1), преобразующий электрический сигнал, поступающий от электронной части (БПР), в гидравлический.
Каналы регулирования nВД MAX, ограничений Т*Т ПРЕД и nНД ПРЕД. электронной части САУ Gт совместно с отдельными устройствами гидромеханической части САУ Gт и двигателем с его топливной системой образуют:
-систему управления максимальной частотой вращения РВ Д (Рег. nВД MAX )
-систему ограничения температуры газа за ТНД ( огр. Т*Т ПРЕД);
-систему ограничения частоты вращения РНД (огр. nНД ПРЕД).
Как видно из (рис. 1) гидромеханическая часть названных систем-общая, ее состав дан выше, а принципы построения, конструкция и работа гидромеханических устройств (гидравлического селектора, корректирующего и исполнительного устройств), функционирующих совместно с электронными частями (каналами) систем управления и ограничения, подробно рассматривались ранее.
Рассмотрим характеристики электронных частей (каналов) систем управления nВД MAX - и ограничений Т*Т ПРЕД. nНД ПРЕД. При этом более подробная характеристика электронных частей (каналов системы) дается не обособленно, а в рамках общей характеристики всей электронно-гидромеханической системы САУ Gx .
Общими чертами являются:
· -системы управления nВД MAX и ограничений Т*Т ПРЕД nНД ПРЕД - вступают в работу на максимальном и форсированных режимах;
· -системы работают автономно, воздействуя на один и тот же регулирующий фактор-расход топлива в ОКС Gт, при этом за счет селектора канала управления обеспечивается воздействие на регулирующий фактор (Gт) только одной из систем(одного из каналов);
· -системы содержат одинаковые по выполняемым функциям устройства: измерительное устройство, корректирующее устройство, усилительное устройство (электронные каналы nВД MAX и nНД MAX усилительные устройства не содержат).
Далее, на участке от электронного селектора канала управления и вплоть до регулирующего органа Gт (рис. 1) функциональные устройства как электронные, так и гидромеханические для всех трех систем являются общими;
-системы являются замкнутыми (т. е. выполнеными на принципе по отклонению) благодаря наличию главных обратных связей по управляемому (nВД) или оканчиваемым (Т*Т ., nНД) параметрам;
-в силу одинаковости принципов построения систем и наличия общих элементов существует очередность вступления в работу каждой из систем которая определяется селектором канала управления.
Управляется (или ограничивается) тот параметр двигателя, который наиболее приблизился к величине, определяемой программой управления системы. В свою очередь программы управления nВД MAX и ограничений Т*Т ПРЕД, nНД ПРЕД. подобраны так, что при нормальной работе электронно-гидромеханической системы САУ Gт. на максимальном и форсажных режимах определяющей является система управления nВД MAX, а системы ограничений
Т*Т ПРЕД и nНД ПРЕД являются резервными, предназначенными для исключения повышенных забросов температуры Т*Т и частоты вращения nНД. Вот такие общие черты систем управления, образующих электронно-гидромеханическую САУ Gт. Рассмотрим особенности каждой из систем.
2. РЕГУЛЯТОР МАКСИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (РЕГ. NВД MAX)
Регулятор nВД MAX.обеспечивает в соответствии с программой управления поддержание частоты вращения ротора РВД nВД. в зависимости от температуры и давления воздуха (T*B и Р*В) на максимальном и форсированных режимах . nВД MAX = f(T*B , Р*В) . При повышении nВД над заданной программой . nВД MAX = f(T*B , Р*В). на величину 2±0,2%система (электронная часть системы) выдает дискретный сигнал «nВД ПРЕД» в электросхему самолета для сигнализации и регистрации. Рассмотрим состав системы и прохождение сигналов в ней, используя функциональную схему, представленную на (рис. 1).
Сигнал действительного значения частоты вращения ротора ВД nВД поступает в измерительное устройство системы управления nВД MAX . Здесь сигнал nВД, преобразованный в конечном счете в электрический сигнал UnВД , сравнивается с сигналом заданного значения (напряжения UnВД З )формируемым программным задающим устройством ПЗУ1 системы nВД MAX. На выходе измерительного устройства действует электрический сигнал Δ UnВД, величина которого пропорциональна отклонению частоты вращения nВД от заданного значения nВД З, т. е. Δ nВД = nВД - nВД З .
Этот сигнал рассогласования поступает далее в корректирующее устройство (канал рег. nВД MAX), служащее для обеспечения (повышения запаса) устойчивости и получения требуемых динамических характеристик системы управления nВД MAX, а затем в селектор канала управления, который устраняет совместную работу каналов управления nВД MAX и ограничений Т*Т ПРЕД, nНД ПРЕД.
Выходной сигнал селектора Uc преобразуется широтно-импульсным модулятором (ШИМ) в широтно-импульсный сигнал (импульсы напряжения) γ nВД MAX.
B дальнейшем сигнал усиливается в усилителе мощности (УМ) (на схеме не показан) и подается к электрогидравлическому усилителю ЭГУ (ИМ-1), размещенному в гидромеханической части системы управления nВД МАХ .
Электрогидравлический усилитель ЭГУ (ИМ-1), преобразующий электрический импульсный сигнал в гидравлический (давление жидкости), является исполнительным механизмом электронной части системы управления nВД MAX - Этот исполнительный механизм (ИМ-1) оказывает воздействие через гидравлический селектор, отдельные устройства (корректирующие и исполнительные, на рис, 1 не показаны) гидромеханического регулятора частоты вращения Пвд на дозирующее устройство топливной системы (ДУ), а, следовательно, на расход топлива в основной камере сгорания Gт.
Если отклонение . Δ nВД = nВД - nВД З>0, что соответствует превышению действительного значения nВД над заданным nВД З, исполнительный механизм ИМ-1 через названные выше элементы гидромеханической части системы управления nВД MAX , перемещает дозирующее устройство (ДУ) топливной системы на уменьшение расхода топлива в основной камере сгорания (ОКС), тем самым частота вращения пвд снижается до заданного значения nВД З.
Если отклонение Δ nВД .< 0, процесс идет в обратном направлении.
Остановимся более подробно на характеристике устройств электронной части.
Измерительное устройство per, nВД MAX включает:
ü -датчик частоты вращения nВД ДЧВ-2500 (размещен на коробке двигательных агрегатов) с преобразователем сигналов ПЧН. (размещен в БПР);
ü -программное задающее устройство ПЗУ1 nВД MAX -;
ü -элемент сравнения.
Датчик частоты вращения (ДЧВ-2500) преобразует частоту вращения ротора РВД nВД в импульсы переменного напряжения с частотой следования, пропорциональной частоте вращения.
Преобразователь ПЧН, представляющий из себя фильтрующую емкость, преобразует полученный от датчика сигнал в напряжение UnВД, среднее значение которого пропорционально частоте вращения ротора РВД.
Программное задающее устройство ПЗУ1 nВД MAX электронного типа вырабатывает опорное напряжение UnВД З, определяемое программой управления в зависимости от напряжений UT*B, UP*b , значения которых пропорциональны температуре T*B и давлению Р*в на входе в двигатель.
Напряжения UT*B и UP*b получаются в результате прохождения информации о температуре Т*в и давлении Р*в через датчики (температуры П-97М и давления ДАТ-2,5А) и преобразователь сигналов.
Кроме того, значения спорного напряжения UnВД З , вырабатываемые ПЗУ1 nВД MAX, зависят от наличия разовых команд «СПП» (снижение предельных режимов) и АПЗ (антипомпажная защита), а также от положения винтов потенциометров «1 nВД » , «2 nВД » (расположены на БПР-88), определяющих эксплуатационную регулировку программы.
Устройство сравнения обеспечивает встречное включение напряжения, поступающего от преобразователя сигналов UnВД , с опорным стабилизированным напряжением UnВД З , поступающим от программного задающего устройства ПЗУ nВД MAX -
Исполнительный механизм ИМ-1 представляет собой электромагнитный преобразователь (тип механизма МКТ-157-1) одностороннего действия, образующий вместе с соплом 1 и входным дросселем 2 (рис. 6) электрогидравлический усилитель ЭГУ с импульсным входным сигналом, у . которого давление рабочей жидкости в полости между дросселем и соплом зависит от времени в течении которого заслонка (якорь ИМ-1) закрывает сопло 1, т. е. от величины γ nВД MAX - Рабочая жидкость к входному дросселю 2 подводится от регулятора постоянного давления (РПД).
Для исключения одновременной работы электронно-гидромеханической системы управления nВД MAX и гидромеханического регулятора nВД (размещен в насосе-регуляторе НР-59) электронный блок (БПР-88) выдает сигнал на запитывание исполнительного механизма ИМ-7 (размещен в НР-59), который обеспечивает перенастройку гидромеханического регулятора nВД на =3% выше заданной программы nВД MAX = f(T*B, Р*в), реализуемой блоком БПР.
При отказе БПР вышеуказанная перенастройка (3%) автоматически снимается путем обесточивания ИМ-7 и поддержание пвд осуществляется гидромеханическим регулятором nВД по программе nВД = f(T*B).
В случае отказа БПР обесточивается также исполнительный механизм ИМ-1, а в систему бортового контроля выдаются сигналы «отказ Т*т, nВД» и «резервная система».
3. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА ЗА ТНД (ОГР. Т*Т ПРЕД)
Система автоматического ограничения температуры газа за турбиной (ТНД) обеспечивает в соответствии с программой ограничение температуры газа Т*Т по предельному ее значению Т*Т ПРЕД в зависимости от температуры T*B и давления воздуха Р*В на максимальном и форсированных режимах.
При повышении температуры Т*Т над заданной программой Т*Т ПРЕД = f(T*B) на величину 50±10К система (электронная часть системы) выдает дискретный сигнал и команду «ВТ» (высокая температура) в электросхему самолета для сигнализации и регистрации, а также в канал антипомпажной защиты АПЗ.
Так как функциональный состав, принцип построения и работа системы ограничения Т*Т ПРЕД (как отмечалось выше) такие же, как и системы управления nВД MAX, ниже рассмотрим только особенности этой системы в плане состава и формирования сигналов.
Измерительное устройство системы включает в себя:
ü -датчик температуры газа в виде коллектора КТ из двенадцати параллельно соединенных хромель-алюмелевых термопар (Т-99), размещенных за турбиной НД на наружном корпусе смесителя;
ü -устройство сравнения, обеспечивающее встречное включение электродвижущей силы термопар с опорным стабилизированным напряжением;
ü -программное задающее устройство ПЗУ2 Т*Т ПРЕД, вырабатывающее опорное стабилизированное напряжение UT*ТЗ определяемое программой управления в зависимости от напряжения UT*В , значения которого пропорциональны температуре воздуха на входе в двигатель Т*в .
Кроме того, значения опорного напряжения UТ*ТЗ, вырабатываемые ПЗУ2 Т*Т ПРЕД, зависят от наличия разовых команд:
«СПП» (снижения предельных режимов), «НЗ», «Контроль Т*Т », а также от положения винтов потенциометров «Т*Т » (расположены на БПР), определяющих эксплуатационную регулировку программы.
При подаче команды «СПП» (при включении тумблера «Предельные режимы» для работы двигателя на пониженных режимах «М» и «Ф») П участок программы Т*Т ПРЕД = f (Т*в) эквидистантно перестраивается на минус 50±5К от фактической настройки.
При подаче команды «НЗ» от высокого сигнализатора (на высотах полета Н>14500м.) с целью исключения перегрева на больших высотах Ш участок программы Т*Т ПРЕД перестраивается на минус 30+5К от фактической настройки.
При включении режима «Контроль Т*т » (на пульте наземного контроля ПНК-88) вся программа Т*Т ПРЕД - перестраивается на минус 180+20К от фактической настройки.
Корректирующее устройство (электрический контур) представляет из себя (так же как и системы nВД MAX) реальное форсирующее устройство.
Введение в систему ограничения Т*Т ПРЕД такого корректирующего устройства позволяет компенсировать тепловую инерционность термопар и, тем самым, повысить динамическую точность ограничения температуры газа, которая, в свою очередь, исключает недопустимые превышения значения температуры Т*Т ПРЕД .
4. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РНД (ОГР. NНД ПРЕД)
Система автоматического ограничения частоты вращения ротора НД обеспечивает в соответствии с программой ограничение частоты вращения nНД по предельному значению nНД ПРЕД в зависимости от температуры воздуха Т*В на максимальном и форсированных режимах.
Система ограничения nНД ПРЕД исключает раскрутку ротора НД в случае отказа системы автоматического управления площадью критического сечения сопла (CAУ Fkp).
Настройка программы nНД ПРЕД превышает настройку программы nНД MAX на величину 2,6±0,25% .
При превышении nНД над заданной программой nНД ПРЕД на величину 2±0,2%. система (электронная часть системы) выдает дискретный сигнал «nНД ПРЕД » в электросхему самолета для сигнализации и регистрации.
Так как функциональный состав, принцип построения и работа системы ограничения nНД ПРЕД (как отмечалось выше) такие же как и системы управления nВД MAX, ниже рассмотрим только особенности этой системы в плане состава и формирования сигналов.
Измерительное устройство системы ограничения nНД ПРЕД включает в себя:
ü -датчик частоты вращения ротора компрессора низкого давления ДЧВ-2500 (размещен в коке) с преобразователем сигналов (преобразователь ПЧН-частоты nНД в напряжение UnНД -размещен в БПР);
ü -устройство сравнения, обеспечивающее встречное включение напряжения, поступающего от преобразователя сигналов (UnНД) , с опорным стабилизированным напряжением;
ü -програмное задающее устройство ПЗУз nНД ПРЕД > вырабатывающее опорное стабилизированное напряжение U nНД ПРЕД З , определяемое программой управления в зависимости от напряжения UT*В, значения которого пропорциональны температуре воздуха на входе в двигатель.
Кроме того, значения опорного напряжения U nНД ПРЕД З, вырабатываемые ПЗУз nНД ПРЕД, зависят от наличия разовой команды «СПП» (снижение предельных режимов).
При подаче команды «СПП» (при включении тумблера «Предельные режимы» для работы двигателя на пониженных режимах «М» и «Ф» ) III участок программы nНД ПРЕД =f(Т*В) эквидистантно перестраивается на минус 4+0,4%. В этом случае ограничение nНД (на пониженных режимах «М» и «Ф») осуществляется по программе nНД ПРЕД I участка, частично II участка и сниженного III участка.
Корректирующее устройство аналогично корректирующему устройству
системы nВД MAX •