6.7. Программы регулирования гтд

6.7.1. Совместная работа элементов гтд

Авиационные двигатели, входящие в силовую установку, работают на различных режимах, чтобы обеспечить потребную тягу на всех этапах полета.

При взлете воздушного судна двигатели должны развивать максимальную тягу, а в полете на эшелоне - потреблять минимальное количество топлива при требуемой тяге для обеспечения заданной скорости полета. При этом детали двигателя не должны подвергаться силовым и тепловым перегрузкам. Следовательно, одной из основных задач системы регулирования двигателя является обеспечение заданного режима двигателя для получения потребной величины тяги при сохранении параметров рабочего процесса в пределах, обеспечивающих установленный запас прочности. Кроме того, регулирование должно обеспечить быстрый и устойчивый переход с одного режима работы на другой.

В условиях эксплуатации в широких пределах изменяются параметры окружающего воздуха, что приводит при неизменной подаче топлива и постоянной форме проточной части к изменению параметров двигателя, к отклонению тяги от расчетного значения. Система автоматического регулирования компенсирует эти изменения для поддержания установленного режима работы.

Помимо рассмотренной задачи, система автоматического регулирования решает еще целый ряд других, во многом зависящих от типа и схемы двигателя, степени автоматизации управления силовой установкой. Однако независимо от конструктивного выполнения ГТД можно выделить общие для всех задачи:

- обеспечение автоматического запуска двигателя;

- дозировка топлива по заданным законам на переходных режимах;

- поддержание заданного режима работы двигателя;

- управление работой двигателя на режимах обратной тяги (при наличии реверса тяги);

- останов двигателя;

- предохранение двигателя от опасных режимов работы, то есть ограничение основных параметров (частота вращения ротора, температура и т.п.) из соображений прочности;

- управление работой отдельных агрегатов узлов силовой установки (стартер, клапаны перепуска воздуха, регулируемый направляющий аппарат и т.д.).

Система автоматического регулирования турбовинтовых двигателей выполняет ряд дополнительных функций:

- управление воздушным винтом изменяемого шага;

- ограничение мощности (крутящего момента);

- флюгирование воздушного винта.

Системы автоматического регулирования современных двигателей могут быть выполнены на различной элементной базе: гидромеханической, пневматической, электронной.

Так, система регулирования двигателя Д-36 самолета Як-42 обеспечивает поддержание заданных режимов работы в зависимости от внешних условий с помощью электронной системы регулирования.

Рассмотрим наиболее распространенные законы регулирования ТРД и ДТРД, устанавливаемых на самолетах гражданской авиации.

При одном управляющем факторе (расход топлива) можно осуществить регулирование лишь одного параметра, например, частоты вращения ротора (для ДТРД - это частота вращения ротора высокого давления). Тогда подача топлива на установившихся режимах обеспечивает поддержание заданного оператором режима работы двигателя.

В этом случае независимо от внешних условий (условий полета) при неизменном положении рычага управления двигателем система автоматического регулирования должна обеспечить постоянство частоты вращения ротора. Однако в связи с широким диапазоном изменения внешних условий такой закон регулирования выдерживается лишь в ограниченной области, так как возникает необходимость ограничения ряда неуправляемых величин. Практически используется более сложный комбинированный закон регулирования.

При законе регулирования, обеспечивающем зависимость частоты вращения от положения РУД, наиболее сильное влияние на все основные параметры, в том числе и тягу, оказывает изменение температуры наружного воздуха, так как оно сопровождается изменением эффективной работы цикла. При снижении температуры наружного воздуха для обеспечения рассматриваемого закона регулирования необходимо увеличивать подачу топлива. Рост удельной тяги (следствие увеличения работы цикла) и массы воздуха приводит к значительному увеличению суммарной тяги, а последнее обстоятельство - к увеличению нагрузки на все элементы двигателя.

Для ограничения роста тяги при низких температурах, начиная с некоторого значения температуры наружного воздуха, изменяют закон регулирования: при неизменном положении рычага управления двигателя независимо от температуры наружного воздуха сохраняется постоянный расход топлива (зона ограничения расхода топлива).

Тяга и удельный расход топлива в эксплуатации не замеряются, поэтому регулирование их возможно путем изменения одного или нескольких параметров процесса, определяющих режим работы двигателя. Эти параметры называются регулируемыми параметрами.

Регулирование параметров рабочего процесса двигателя осуществляет регулятор, совместно с двигателем образующий систему регулирования.

Работа ГТД характеризуется многими показателями, которые в процессе работы подвергаются контролю и регулированию. Получение того или иного режима работы двигателя требует определенного соотношения его показателей (параметров) работы. На газодинамические процессы в двигателе оказывают значительное влияние внешние атмосферные условия. При этом выбор режимов работы двигателя определяется обеспечением требуемой тяги (мощности) при заданной экономичности, устойчивости в работе, надежности в пределах заданного ресурса.

Двигатель при эксплуатации на самолете работает в широком диапазоне режимов. При этом изменяются как параметры рабочего процесса, так и режимы работы всех его элементов. Характер изменений во многом определяется условиями совместной работы элементов двигателя в силовой установке. Знание этих условий и умение определять режимы работы элементов двигателя, уровень потерь, запасы устойчивости, значения температур газа и запасы прочности элементов конструкции необходимы для грамотной эксплуатации двигателя.