Вопросы по Военке и материал по планеру и КД (Тема 15 Занятие 2)

Посмотреть архив целиком

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет военного обучения

Экз. УТВЕРЖДАЮ:

Начальник кафедры 2

Полковник В. Фролов
« » 2000г.

МАТЕРИАЛЫ К ГРУППОВОМУ ЗАНЯТИЮ Курс Д-21 «Авиационные двигатели»

по теме 15

«Системы топливопитания и автоматического управления подачей

топлива в двигатели»

Занятие 2

для студентов 4 курсов, факультетов 1, 2, «Стрела», «Ухтомское»

Учебное время 2 часа

Составил: пол-к Фролов В.А. Редактировал: пол-к Луценко В.Н.

Тираж 5 экз.

Рассмотрено на заседании кафедры

Протокол от 2000г.

Москва 2000г.

ТЕМА 15:

Системы топливопитания и автоматического управления

подачей топлива в двигатели.

Цель: Изучить программы регулирования, эксплуатационные ограничения авиационных ГТД. Общую характеристику двигателя РД-33-2С, как объекта автоматического управления и программу управления двигателем РД-33-2С на режимах «М», «ПФ», «МФ», «РПТ», «МГ» и «Крейсерских режимах».

Занятие 2: Двигатель РД-33, как объект автоматического управления. Программа управления двигателем.

Время - 2 часа.

Цель: Изучить программу управления двигателем на режимах «Максимал», «ПФ», «МФ», «РПТ», а также на режимах «МГ» и «Крейсерском режиме».

Учебные вопросы:

  1. Общая характеристика двигателя, как объекта автоматического
    управления.

  2. Программа управления двигателем на режиме «Максимал».

  3. Программа управления двигателем на режиме «ПФ», «МФ», «РПТ».

  4. Программа управления двигателем на режиме «МГ» и «Крейсерских
    режимах».

1. Общая характеристика двигателя, как объекта автоматического

управления.

Задачей управления двигателя при изменении условий полёта является обеспечение его оптимальных данных по тяге и экономичности при достаточной газодинамической устойчивости процесса и надёжности конструкции.

Зависимость управляемых параметров (УП) рабочего процесса и управляющих факторов (УФ) от условий полёта при заданном положении РУД носит название программы (закона) управления двигателя.

Управление двигателем может осуществляться:

  • Изменением расхода топлива в ОКС GT - используется для
    регулирования частоты вращения nВД.

  • Изменением площади критического сечения сопла FKР - используется
    для регулирования частоты вращения nнд (или степени понижения
    давления газа в турбине π*Т).

  • Изменение площади выходного сечения FС - используется для
    регулирования давления газа на срезе реактивного сопла РС из
    условия обеспечения полного расширения газа в сопле.

Изменением углов установки лопаток Н.А. φΗА - используется для регулирования КВД из условия обеспечения необходимого запаса газодинамической устойчивости и эффективности компрессора (ΔКУ, η*К и т.д.).

Кроме того, на форсированных режимах изменение расхода топлива в ФКС GTФ используется для регулирования температуры газа в форсажной камере Т*ф.

Параметры GT, FКР, FС, φΗА и GTФ являются управляющими факторами двигателя.

Параметры nВД, nНД, РС, Т*ф и комплекс параметров компрессора (ΔКУ, η*К и т.д.) являются управляемыми параметрами двигателя.

Распределение УФ между УП можно представить следующим образом:

На двигателе предусмотрено автоматическое ограничение ряда неуправляемых параметров. Ограничиваются:

  • Предельное давление воздуха за компрессором Р*К пред (Р*к
    пред=3,84МПа=35,5кг/см2) по условиям прочности корпусов
    компрессора и камеры сгорания. Указанная величина достигается при
    полёте у земли с большой скоростью в условиях низких температур
    окружающей среды.

  • Предельная температура газа за турбиной T*Т пред. по условиям
    прочности
    элементов турбины

  • Минимальный расход топлива в ОКС GT мин в зависимости от
    давления воздуха Р*в по условиям устойчивости процесса сгорания. В
    земных условиях при Т*В273К, GTmин =335±20кг/ч.

  • Предельная частота вращения РНД nНД пред· Ограничение nНД
    осуществляется в случае раскрутки РНД при отказе системы
    управления критическим сечением сопла FKР, когда частота вращения
    выходит
    из-под контроля регулятора nНД.

Ограничение параметров; Р*к пред, Т*т пред, nНД пред осуществляется воздействием на расход топлива в ОКС.

ОП: Р*к пред, Т*т пред, nНД пред GT-

2. Программа управления двигателем на режиме «Максимал».

На «М» режиме в качестве основной осуществляется программа nBД=f1(T*B), nНД=f2(T*B) с коррекцией по Рв.

Как видно из рис. 1 можно выделить три характерных участка программы, определяемых значением Т*в.

2.1 Участок программы при T*В288K.

При Т*в<288К реализуется такой закон изменения nBД и nНД по Т*в, при котором обеспечивается неизменность nBД=const и nНД=const. В результате двигатель на этом участке программы работает на подобных режимах, когда все его приведённые параметры (Т*Г пр=Т*Г(288/Т*в), тяга Рпр=Р(1,013*105/Р*в), удельный расход топлива сохраняются неизменными.

Применение такой программы объясняется следующими причинами.

Поэтому, для сохранения ΔКУ КНД на заданном уровне необходимо при Т*В снижение nНД, сохраняя неизменным nНД npeд=const. Аналогично, при nBД npeд=const обеспечивается и заданное значение ΔКУ КВД-Осуществление этого закона на данном участке программы (при FKР=const) происходит за счёт уменьшения GT в ОКС и соответственно снижения действительных значений nНД, nВД и Т*Г, что также позволяет уменьшить механические и тепловые нагрузки на элементы конструкций без снижения тяги двигателя (при P*B=const) и при улучшении его экономичности Суд (при Т*В). На рис.1 показано предусмотренное программой изменение по Т*В предельно допустимых значений Т*т пред и

Т*Г пред·

При Т*В288К это изменение соответствует закону Т*Т пр. пред1119Κ= const и Т*Г пр пред1630К= const. Указанное ограничение предельной температуры на 1-ом участке программы введено на случай отказа регулятора nBД с целью предотвращения чрезмерной раскрутки РВД и снижения в следствии этого ΔКУ КВД ниже допустимой величины. При этом одновременно ограничивается и дополнительное расходование ресурса двигателя, связанное с повышением Т*Г и nBД.

2.2 Участок программы при 288К < T*В< 335K.

В диапазоне 288К<Т*В<335К реализуется программа nBД=f1(Т*В), nНД=f2(Т*В). Обеспечивается требуемое Р тяги двигателя с ростом скорости полёта.

На этом участке программы величины nНД и nBД растут по мере Т*В. Рост nBД обеспечивается ростом GT в ОКС и соответствующим Т*Г. Чтобы nНД "затяжеляющегося" вентилятора (КНД), требуется существенное увеличение мощности ТНД. Это достигается путём раскрытия створок реактивного сопла (см. рис. 2), т.е. за счёт увеличения степени расширения газов в ТНД π*ТНД (при этом растёт и

π*Т= π*ТВДπ*ТНД)·

При такой программе управления обеспечение требуемой тяги с ростом скорости полёта (Т*В) сопровождается увеличением

механических (из-за nНД и nBД) и тепловых (из-за Т*Г и Т*ТВД ) нагрузок на элементы конструкции двигателя.

В тоже время с Т*В увеличивается и температура воздуха,
отбираемого от компрессора на охлаждение нагретых элементов
двигателя. Охлаждающие свойства этого воздуха ухудшаются, и
эффективность охлаждения снижается, что может привести к
недопустимому уменьшению длительности прочности конструкционных материалов (особенно лопаток турбин). Для обеспечения надёжной работы двигателя при высоких значениях Т*В введён участок программы с ограничением роста Т*Г и nBД и nНД .

2.3 Участок программы при T*В_ 335K.

При Т*В335К реализуется программа:Т*Т пред=const (что соответствует заданному закону изменения Т*Г пред=f3(Т*В) и nHД= f2(T*B))·

В качестве УФ, обеспечивающего Т*т пред=const, используется изменение подачи топлива GT в ОКС. Очевидно, что для ограничения роста Т*Г с T*B>335K, необходимо GT (в сравнении с программой на II участке), а это приводит к некоторому nBД. Одновременно с ограничением Т*Г замедляется рост Т*ТВД перед ТНД. При этом, чтобы исключить опасный рост Т*Г (и Т*ТВД) при отказе ограничителя Т*т npeд; уровень программной настройки nBД на Ill-ем участке программы устанавливается примерно на 2% выше значений nBД=f1(T*B), обеспечиваемых при Т*т=Т*т пред.

Однако, как видно из рис.1 до Т*В=346К программой предусмотрено дальнейшее nНД по тому же закону, что и на II участке. Это обусловлено необходимостью обеспечить заданную тягу на режиме полёта, соответствующем Н=0, Мн=1.

Поскольку при этом рост Т*ТВД замедлен, указанное увеличение обеспечивается за счёт более энергичного π*ТНД (а значит, и π*Т) путём FKР (см. рис.2). При дальнейшем Т*В>346К закон изменения nНД=f2(Т*В) подобран таким образом, чтобы каждому значению nBД соответствовало оптимальное (с точки зрения получения наибольшей тяги) значение nНД

При условии T*Tnpед=соnst.

3. Программа управления двигателем на режимах «ПФ», «МФ», «РПТ».

3.1 Программа управления двигателем на режиме «ПФ».

Этот режим характеризуется наибольшими значениями тяги двигателя, развиваемой в данных условиях полёта.

С целью получения наибольшей тяги при наименьшем расходе форсажного топлива (GT.Ф) включение любого форсированного режима и работы на нём двигателя производится при максимальном режиме

работы турбокомпрессора, т.е. при значениях nНД =mах и nBД=mах, Т*Г=mах.

Это объясняется тем, что чем выше давление газов, при котором подводится тепло в ФК, тем больше, соответственно, и степень расширения газов в выходном сопле πС=Р*с/Рн и выше скорость их истечения из сопла, а, следовательно, и тяга двигателя.

По этой причине программа управления турбокомпрессорной частью двигателя на режиме «ПФ» полностью соответствует программе «М» режима.

nBД=f1(Т*В) с коррекцией по РВ; nНД=f2(T*B) или T*T npед=const; nНД=f2(T*B).

Подача топлива в ФК на этом режиме производятся по закону GТФ./Ρ*K=f4(Т*В), обеспечивающему практически неизменное значение температуры газов в ФК (T*Ф=const).

Так при включении режима «ПФ» температура газов перед соплом T*Ф становится намного выше, чем Т*СМ на «М» режиме (Т*ф=2050К), а соответственно, уменьшается и плотность этих газов. При неизменной FKР рост Т*ф будет сопровождаться ростом Р*Ф и в следствии этого - Р*Т

Это приведёт к π*ТНД и →↓nНД. Для восстановления π*ТНД (и nНД) необходимо раскрыть створки сопла FKР. Поэтому на форсированных режимах двигателя заданный закон изменения nНД=f2(T*B) обеспечивается практически при тех же значениях π*ТНД, но при увеличенных в сравнении с «М» режимом величинах FKР.

Рассмотрим, как осуществляется подача форсажного топлива GTФ на «ПФ» режиме на различных участках программы.

3.1.1 Участок программы при Т*В <288К.

При Τ в <288К реализуется программа nНД np=const, nВДпр=const, GТФ./Ρ*K=f4(Т*В), причём с Т*В величина GТФ./Ρ*K растёт. Это объясняется следующими причинами.

При работе двигателя на подобных режимах сохраняются неизменными (m=const) и приведённые значения

Т*Г ПР= Т*Г(288/T*B)=const; Т*К пр= Т*К (288/ T*B)=const.

Поэтому в рассматриваемом диапазоне изменения Τ в значения Т*Г и Т*К будут меняться пропорционально Т*Β: Т*Г=const ·Τ*Β и T*K=const Т*Β. Но тогда и количество тепла, подводимого в ОКС к каждому килограмму расходуемого через первый контур воздуха, также будет изменяться пропорционально T*B:Q=Сп(Т*Г-Т*К)=const Т*Β

где Сп - условная теплоёмкость процесса подвода тепла в КС.

Таким образом, с T*B<288K→↓Q, т.е. увеличивается количество неиспользованного кислорода в газах, поступающих из ОКС в ФКС. Если при этом поддерживать GТФ./Ρ*K =const, то топливно-воздушная смесь в ФКС будет обедняться (αΣ).

Такое обеднение смеси ухудшает условия сгорания форсажного топлива, в результате чего уменьшается полнота сгорания, а это приведёт к Т*Ф и ухудшению тяговых и экономических характеристик двигателя.

Для обеспечения необходимого состава топливно-воздушной смеси в ФКС и поддержания Т*Ф const и производится указанное увеличение GТФ/Р*К по мере Т*В (см. рис. 2).

3.1.2 Участок программы при 288К<Т*В<335К.

В диапазоне 288К<Т*В<335К реализуется программа nВД=f1(Т*В), nНД=f2(T*B), GТФ/Р*К= const.

На этом участке Т*Г и Т*К меняются таким образом, что величина Q несколько возрастает с Т*В.

Однако с Т*В→↑m, поэтому увеличение продуктов сгорания в газах, поступающих в ФКС из 1-ого контура, компенсируется увеличением количества чистого воздуха, поступающего из II-ого контура. В этих условиях подача форсажного топлива по закону GТФ/Р*К=const обеспечивает значение αΣ = const (см. рис. 2).

3.1.3 Участок программы при Т*В>335К.

При Т*В>335К реализуется программа nНД=f2(Т*В), T*T npeд=const, GТФ/Р*К=f4(T*B), причём ГВ соответствует GТФ/Р*К·

Это объясняется тем, что с ростом Т*В→↑Т*К, а величина Т*Г ограничивается значением Т*Г пред. В результате количество тепла, подведённого к воздуху в ОКС Q= Сп (Т*Г пред - Т*К), снижается и соответственно увеличивается количество неиспользованного кислорода в газах, поступающих в ФКС из 1-ого контура. Одновременно увеличивается и количество воздуха, поступающего из II-ого контура (из-за m), поэтому топливно-воздушная смесь в ФКС обедняется. Чтобы поддержать необходимое значение αΣ, требуется GТФ/Р*К, что и осуществляется программой. При этом обеспечивается некоторое Т*Ф с Т*В , чтобы получить требуемую тягу двигателя на предельных скоростях полёта.

3.2 Программа управления двигателем на режиме «МФ».

Этот режим характеризуется наименьшим значением тяги на форсированных режимах (за счёт Т*Ф примерно до 1050К). На двигателе РД-33 на этом режиме тяга всего на 10...12% превышает тягу на «М» режиме. Программа управления соответствует программе на «ПФ» режиме

nВД=f1(Т*В) с коррекцией на РВ

nНД=f2(Т*В) или Т*Т пред=const GТФ/Р*К=f4(Т*В),

с той лишь разницей, что меньшим значениям Т*Ф соответствуют меньшие значения GТФ/Р*К, FKР и большие значения αΣ.

3.3 Режим повышенной температуры (РПТ).

С целью улучшения разгонных и маневренных характеристик самолёта в области больших чисел Μ полёта, предусмотрена возможность дополнительного форсирования двигателя на режиме «ПФ» путём перехода на режим повышенной температуры. При переходе на этот режим уровень настройки горизонтального участка Τ* Т npeд=f(Т*В) устанавливается на 25К выше, чем на режиме «ПФ» (соответственно возрастает и значение Т*Г пред), причём программная настройка nBД=f1(T*B), nΗД=f2(Τ*Β), GТФ/Р*К=f4(Τ*Β) на всех трёх участках программы остаётся без изменений.

Однако на Ill-ем участке программы (участке ограничения Т*Т пред) действительное значение nBД вследствие более высокого уровня Т*Г пред увеличивается приблизительно на 2%. Поскольку в этом случае рост Т*Г сопровождается и ростом Т*ТВД, то для сохранения заданного закона изменения nΗД=f2(T*B) производится уменьшением (в сравнении в с режимом «ПФ») FKР с целью π*ТНД. Одновременно снижается и π*Т.

Чтобы обеспечить возможность перехода на РПТ, необходимо перед полётом включить выключатель РПТ (в нише левой стойки шасси). В этом случае переход на РПТ в полёте осуществляется автоматически при переводе РУД на упор «ПФ».

4. Программа управления двигателем на режимах «МГ» и

«Крейсерских режимах».

    1. Программа управления двигателем на режиме «МГ».

На этом режиме реализуется программа управления

nBД=f5(T*B), nНД МГ пр=f5(nBДМГ пр,T*B).

Заданный закон изменения по T*B величины nBДМГ обеспечивается за счёт изменения подачи топлива GT в ОКС, а зависимость nНД МГ пр от nBДМГ при различных значениях T*B за счёт изменения FKР (т.е. величины π*Т).

Можно выделить три характерных участка программы, определяемых значением Т*В:

При Т*В<335К nBД мг.пр =67,5%= const;

nНД мг.пр =43,5%= const

В диапазоне 335К < Т*В < 378К nBД мг= f5(T*B),

nНД МГ пр=f6(nВД МГ пр, T*B)·

Как видно, программа управления обеспечивает непрерывный рост nBД мг по мере Т*В до 378К.

Это позволяет:

  • Обеспечить улучшенную приемистость двигателя в полёте (с ростом Мн автоматически происходит переход на режим полётного МГ с повышенными значениями nBД и nНД).

  • Автоматически исключить возможность дросселирования двигателя ниже «М» режима (независимо от перемещения РУД) на сверхзвуковых скоростях полёта (при больших Т*В), и тем самым, предотвратить возможность возникновения помпажа воздухозаборника и компрессора.

4.2 «Крейсерские режимы».

На этих режимах реализуется программа управления

nBД=f7(αРУД, Т*В), nНД пр=f6(nBД пр, Т*В).

Значение nBД определяется положением РУД, т.е. величиной подачи топлива GT в ОКС, и корректируется по Т*В таким образом, чтобы по мере перемещения РУД обеспечить постепенный переход от программы на режиме «МГ» к программе режима «М».

Программа изменения nНД пр по nВД пр для Т*В 335К определена из условия получения наилучшей экономичности двигателя. Введение коррекции данного закона по Т*В, при которой значение nНД пр с Т*В увеличивается (см. рис. 3), обусловлено необходимостью исключить возможное скачкообразное изменение настройки nНД при переходе с форсированного или максимального режима на крейсерские режимы на больших числах Μ полёта. Это связано с тем, что на форсированных и максимальном режимах при Т*В выше 335К с ростом Мн величина nВД пр= nВД (288/T*B)' быстро снижается (Т*В растёт, а nВД на III участке программы падает). В этом случае в соответствии с программой крейсерского режима nНД пр =f(nВД пр) при отсутствии коррекции (для Т*В<335К) происходило бы ещё более быстрое снижение заданного действительного значения nНД и оно оказалось бы существенно меньше, чем nНД на форсированных или максимальном режимах при тех же значениях Т*В. Переход в этих условиях с режимов «Форсаж» или «Максимал» на крейсерские режимы привёл бы к резкому прикрытию створок сопла (FKР) с целью обеспечить пониженное значение nНД. Это привело бы к скачкообразному снижению тяги двигателя. Кроме того, при этом произошло бы резкое повышение давления в наружном контуре и соответствующее смещение режима работы КНД к границе устойчивости работы, что в определённых условиях могло бы привести к помпажу двигателя.

Введение же указанной коррекции при увеличении Т*В свыше 335К, повышая до необходимого уровня заданное значение nНД на крейсерских режимах, обеспечивает плавное изменение тяги двигателя и требуемый запас устойчивости КНД при переходе на эти режимы на больших скоростях полёта, а также последующее постепенное снижение nНД по мере торможения самолёта.















Случайные файлы

Файл
61819.rtf
127776.doc
64260.rtf
32637.rtf
dz1-2009.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.