Основные эксплуатационные режимы работы авиационных ГТД

 

В соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к САУ (САР) должна обеспечить возможность работы двигателя на всех режимах его эксплуатации. Рассмотрим кратко перечень таких режимов и требования, которым должен удовлетворять двигатель на этих режимах.

Режим работы двигателя – это состояние работающего ГТД (в соответствии с ГОСТ 23851-79г.), характеризуемое совокупностью определенных значений тяги (мощности), а также параметров при принятом законе регулирования, определяющих происходящие в нем процессы, тепловую и динамическую напряженность его деталей

Режимы работы двигателя классифицируются по различным признакам:

- по назначению (рабочие или эксплуатационные, и нерабочие);

- близости к расчётному режиму (расчётные, нерасчётные, глубоко нерасчётные);

- характеру протекания во времени (установившиеся в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это режим работы ГТД, при котором его параметры не изменяются по времени; неустановившиеся в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это режим работы, при котором параметры ГТД изменяются по времени; переходные). Переходные режимы подразделяются на медленные и быстрые. При использовании пусковых устройств определенную группу переходных режимов составляют так называемые пусковые режимы;

- реверсированный режим (режим обратной тяги) в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это установившийся режим работы ГТД, при включенном реверсивном устройстве. Используется при наличии на двигателе реверсивного устройства.

Наибольшее значение имеют, как правило, рабочие (эксплуатационные) режимы работы двигателя. Их название обычно отражает какую-либо функцию, выполняемую двигателем на летательном аппарате, например взлётный, номинальный (режим набора высоты), крейсерский (один из основных полётных режимов), режим полётного малого газа (снижение и заход летательного аппарата на посадку), режим земного малого газа (рулежка летательного аппарата по аэродрому). В пределах каждой группы эксплуатационных режимов могут выделяться максимальные, минимальные и промежуточные режимы, как, например, минимальный, максимальный и промежуточные крейсерские режимы

Тяга, вырабатываемая двигателем, имеет диапазон от малого газа (МГ) до максимально сертифицированной тяги. В пределах этого диапазона создаются основные уровни тяги. Эти уровни тяги называют режимами работы двигателя. Уровень тяги задается пилотом с помощью положения РУД. А уровень тяги, устанавливаемый пилотом, находящийся между основными режимами, наз. установкой тяги (положение РУД).

 

Рассмотрим основные рабочие (эксплуатационные) установившиеся режимы, это:

§ Максимальный режим (MAX) { n_max=(101...102) %} в соответствии с ГОСТ 23851-79г.- установившийся режим работы ГТД, характеризуемый максимальной тягой (мощностью) на земле или в полетев течение ограниченного времени. Целью регулирования двигателя на максимальных режимах работы двигателя является получение максимальной в данных условиях тяги, что достигается при максимальных расходе воздуха (максимальной частоте вращения роторов - n_max) и температуре газа в камере сгорания (Т_г ^*_max). На этом режиме тепловые и механические нагрузки на конструкцию близки к предельным, в связи, с чем время работы двигателя ограничено и составляет (10…20)%. Режим (MAX) используется при:

- взлете самолета {t_доп = (5…10) мин, n_взл = (1, 0...0, 98) n_max};

- разгоне;

- маневрировании.

§ Номинальный режим (НОМ) {Рдв = (0, 85…0, 95) Рmax}.

На этом режиме двигатель имеет более низкую тягу и параметры рабочего процесса (ПРП) по сравнению с режимом (MAX). Режим используется, например, при наборе высоты;

§ Крейсерский режим (КР) {Ркр = (0, 5…0, 8) Рmax, n = (0, 7...0, 9) max}.

Основной задачей регулирования двигателя на этом режиме является достижение наилучшей экономичности, т.е. выполнение условия (Суд→ min). Время работы на таком режиме обычно не ограничивается, так как он является щадящим по величинам нагрузок на конструкцию. Основное назначение этого режима – использование в длительном полете;

§ Режим малого газа (МГ) {tдоп=(10…15)мин, nмг=(0, 2...0, 4) nвзл, Рмг≤ (3…5)% Рвзл}:

- режим земного (минимального) малого газа (ЗМГ) {Р_змг=(0, 03…0, 05) Р_max} в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это установившийся режим работы ГТД на земле при минимальной частоте вращения и тяги (мощности) при которых обеспечивается его устойчивая работа и заданная приемистость. К режиму, являющемуся минимально устойчивым режимом работы двигателя на земле, предъявляется требование получения минимальной тяги при параметрах режима работы двигателя, обеспечивающих заданное время приемистости при необходимых запасах газодинамической устойчивости компрессора и камеры сгорания. Требования к величине тяги на режиме (ЗМГ) вытекают из условий руления самолета на аэродроме, где повышенная тяга приводит к более интенсивному износу тормозных устройств, протекторов колес. Время работы на таком режиме может быть ограничено по условиям сохранения требуемого теплового состояния узлов двигателя в связи с ухудшением охлаждения;

- режим полетного (высокого) малого газа (ПМГ) в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это установившийся режим работы ГТД при минимально допустимой частоте вращения ротора, обеспечивающей требуемую приемистость и величину тяги при заходе на посадку. Это минимальный по тяге режим работы двигателя в полете. Величина тяги на режимах (ПМГ) должна обеспечивать необходимую маневренность и посадочные характеристики самолета. В том числе и время приемистости. Она зависит от типа и характеристик самолета, и, например, для сверхзвуковых самолетов параметры режима (ПМГ) должны выбираться с учетом необходимости сохранения газодинамической устойчивости воздухозаборника, когда ограничение хода регулирующих органов воздухозаборника сокращает диапазон дросселирования двигателя.

P.S. В основном величина частоты вращения на малом газе не является постоянной. Она увеличивается с уменьшением плотности воздуха. У двигателей с системой FADEC минимальная частота на МГ обычно является фиксированной величиной в широком диапазоне температур наружного воздуха.

Переключение между ПМГ и ЗМГ осуществляется благодаря логике системы «воздух – земля».

§ Полный форсированный режим (ПФ).

На этом режиме достигается наибольшая тяга двигателя, имеющего форсажную камеру сгорания. Здесь расход топлива в форсажной камере является максимальным, как и температура газа в ней. На режиме (ПФ) поддерживается и максимальный режим работы газогенератора (Тг*=Тг*max, n=nmax), в связи, с чем время использования такого режима ограничено. Он применяется на таких участках полета, как взлет, разгон, маневрирование.

§ Частичный форсированный режим (ЧФ).

Отличается от режима (ПФ) меньшей величиной тяги. Он может быть реализован как при максимальном, так и при пониженном режиме работы газогенератора. Область использования режима (ЧФ) – длительный сверхзвуковой полет, маневрирование. Допустимая длительность работы на этом режиме зависит от используемого режима работы газогенератора.

§ Режим минимального форсирования (МФ).

Выбирается так, чтобы устойчивая работа форсажной камеры обеспечивалась при минимально возможном отличии тяги на режиме (МФ) от тяги на режиме (MAX). Это позволяет приблизить к монотонной зависимости тяги от положения рычага управления двигателем (РУД), что облегчает процесс управления полетом.

§ Чрезвычайный режим (ЧР).

На этом режиме путем кратковременного увеличения значений параметров рабочего процесса (ПРП) достигают соответствующего увеличения тяги. Здесь: Р > Рmax, (или Р > Рпф), Тг* > Тmax*. Применение такого режима может быть связано с необходимостью решения задач полета в экстремальных ситуациях, например, при отказе одного двигателя.

Рассмотрим переходные режимы работы двигателя, это режимы:

- запуска (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это неустановившийся режим работы ГТД, характеризуемый процессом раскрутки его ротора (роторов) от неподвижного состояния или режима вращения авторотации до выхода двигателя на режим МГ или минимально устойчивый режим работы для двигателей, не имеющих режим малого газа);

- приемистости (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это процесс быстрого увеличения тяги (мощности) ГТД за счет увеличения подачи топлива при резком перемещении РУД);

- сброса газа (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это процесс быстрого уменьшения тяги (мощности) ГТД вследствие уменьшения подачи топлива при резком перемещении РУД);

- дросселирование ГТД (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это процесс быстрого уменьшения тяги (мощности) ГТД вследствие уменьшения подачи топлива при медленном и плавном перемещении РУД);

- включения и выключения форсажа.

 

Показатели качества переходных режимов определяют динамические свойства двигателя, характеризующие его возможности по времени изменения тяги в заданном диапазоне, а также влияют на его ресурс.

Режим приемистости (в соответствии с ГОСТ 23851-79г.) является процессом быстрого увеличения тяги (мощности) ГТД за счет повышения расхода топлива при быстром перемещении РУД (время перемещения не более 0, 5 с). В качестве основной характеристики этого режима рассматривается его длительность, определяемая временем достижении 95% величины тяги, соответствующей новому установившемуся режиму (или 98…99% величин частот вращения роторов). Как правило, нормируется время приемистости в трех диапазонах изменения тяги: от режима (МГ) до режима (MAX), от режима (MAX) до режима (ПФ) и от режима (МГ) до режима (ПФ).

Режим сброса газа является характеристикой способности двигателя уменьшать тягу.

Регулируемые параметры (РП) и регулирующие факторы (РФ) авиационных газотурбинных двигателей. Требования к регулируемым параметрам (РП)

Регулируемыми параметрами (РП) наз. ПРП двигателя, подвергающиеся регулированию (РП – это тот параметр режима двигателя, постоянство или определенное изменение которого должен поддерживать автоматический регулятор). И еще одно определение РП (это ПРП, изменяя которые, можно наиболее эффективно воздействовать на (Р_дв и С_уд), т.е. осуществлять регулирование двигателя).

Из всего возможного количества ПРП:

- n₁ - частота вращения ротора (вала)ТК;

- n₂ - частота вращения ротора (вала) вентилятора;

- Т₃^*(Т₄^*) – температура газов за КС (температура газов за турбиной);

- Т_ф (температура газов в ФК);

- π _т^* (степень понижения полного давления газа в турбине);

- σ (коэффициент восстановления полного давления воздух в ВЗ);

- G_в (расход воздуха через компрессор);

- α _кс (коэффициент избытка воздуха в камере сгорания);

- С_в (скорость воздуха);

- С_г (скорость газа);

- π _к^* (степень повышения полного давления воздуха в компрессоре);

- η _к (КПД компрессора);

- η _т (мощностной КПД турбины);

- π _с (степень понижения давления газа в реактивном сопле);

мы выбираем основные и это, как правило:

- n₂ (частота вращения ротора (вала) вентилятора) –однозначно определяет (π _к^*) и (G_в);

- Т₃^*(Т₄^*) – температура газов за КС (температура газов за турбиной).

Т.к. (n) и (Т_г^*) определяют одновременно как (Р_дв) и (С_уд) ТРД, так и запасы прочности в его деталях, то поэтому они взяты в качестве РП.

P.S. Почему (Р_дв) и (С_уд) не могут быть взяты в качестве РП? Эти величины не определяют запасы прочности в деталях ТРД, а, следовательно, не полностью характеризуют режим работы двигателя. Кроме того, они не поддаются точному и надежному замеру в полете.

Применение (π _к^*) в качестве (РП) нерационально, т.к. эта величина также не характеризует полностью напряженности деталей двигателя.

 

При автоматическом регулировании изменять (РП) или поддерживать постоянными в соответствии с выбранным законом регулирования можно только с помощью регулирующих факторов (РФ).

 

Регулирующие факторы – это физические величины, при помощи которых в процессе регулирования оказывается влияние на РП.

РФ могут быть:

- G_т (расход топлива в основной камере сгорания);

- G_тф1 (расход топлива в форсажной камере сгорания 1-го контура);

- G_тф2 (расход топлива в форсажной камере сгорания 2-го контура);

- положение конуса ВЗ;

- углы установки лопаток НАК (φ ) и вентилятора (φ ₁ и φ ₂);

- F₁ и F₂ (площадь сечения сопла 1-го 2-го, соответственно, контуров);

- F_{кр сопла} (площадь критического сечения сопла) – для ТРД и ТРДД;

- Φ (угол установки лопастей) – для ТВД;

- α _са (угол установки лопаток соплового аппарата турбины);

- величина радиальных зазоров в турбине.

Так для регулируемых параметров (РП): (n₂ и Т₄^*) регулирующими факторами (РФ) является: (G_т) и (F_{кр сопла}) соответственно. На каждый (РП) необходим свой (РФ) и соответственно свой регулятор.

P.S. В настоящее время регулирование только (n) и (Т_г*) посредством изменения (Gт) и Fкр сопла) соответственно, оказывается иногда недостаточным для обеспечения экономичной и устойчивой работы двигателя на нерасчетных режимах (запуск, разгон и сброс газа и т.д.). Возникает необходимость регулирования ряда дополнительных параметров, например: скоростей и углов натекания потока воздуха на лопаточные аппараты компрессора. В этих случаях при регулировании двигателя применяются дополнительные (РФ): изменение углов установки лопаток НАК (φ ) и вентилятора (φ ₁ и φ ₂); перепуск воздуха из компрессора и т. д.

 

В процессе регулирования двигателя, часть нерегулируемых параметров рабочего процесса могут достигать значений, недопустимых по условиям механической прочности конструкции и устойчивости работы элементов двигателя. В связи с этим возникает необходимость в ограничении этих значений, которое осуществляется воздействием на регулирующие факторы (РФ) с помощью автоматических ограничителей или вручную.

 

К числу ограничиваемых ПРП относятся:

- Т_г^*_max (определяет тепловые нагрузки на детали турбины);

- n_max (из условия механической прочности деталей двигателя);

- p_к^*_max(из условия прочности оболочек компрессора, камеры сгорании я, турбины);

- ∆ К_{у min} (расположение рабочей точки на ЛРР от ГГУ компрессора);

- α _max и α _min (при разгоне и сбросе газа из условий устойчивости процесса горения);

- N_max (М_кр – крутящий момент) на выводном валу турбовальных ГТД и ТВД (из условия прочности редуктора и деталей трансмиссии).

 

Требования, предъявляемые к регулируемым параметрам (РП):

1). Величина, которая наиболее полно определяет (Р_дв и С_уд) – режим работы двигателя.

2). Возможность измерения величины РП простыми средствами с высокой точностью.

3). Которые определяют запасы прочности в деталях ГТД, т.е. напряженность конструкции двигателя.

4). Монотонность и непрерывность изменения величины РП при дросселировании двигателя.

5). Монотонность и непрерывность изменения величины РП в зависимости от внешних условий.

 

Программы регулирования одновального ТРД, двухвального ТРД, двухконтурного ТРД (ТРДД), ТВД и турбовального ГТД (ТВаД)

 

Под программой автоматического регулирования понимается определенная зависимость изменения (РП) от других параметров режима работы двигателя (или от времени), которая должна осуществляться автоматическим регулятором (или определенный закон изменения или поддержания неизменным значения (РП) в зависимости от режима работы двигателя, определяемого условиями эксплуатации и положением РУД).

P.S. Как правило, программа регулирования предусматривает возможность работы двигателя при максимальных значениях (Т_г^*_max) и (n_max) при одновременном обеспечении надежной работы по условиям ГДУ, механической прочности и теплостойкости его деталей.

Выбор наивыгоднейших программ регулирования производится на основании высотноскоростных и дроссельных характеристик ТРД (известно из курса ТАД), представляющих собой графические зависимости (Р_дв) и (С_уд) от (Н и V) полета, а также от величины (РП) – (n) и (Т_г*).

Использование того или иного закона управления (программы регулирования) ГТД устанавливается условиями эксплуатации самолета.

 

Программы регулирования турбореактивного одноконтурного двигателя (ТРД)

 

Например (одновальная схема):

- для получения максимальной Р_дв(N_дв), необходимой для взлета самолета рекомендуется следующая программа регулирования (это программа для основных эксплуатационных (H иV) полета на MAX режиме):

 

Регулируемый параметр	n = nmax = const	Регулирующий Фактор (РФ)	Gт
Тг = Тг* max = const	Fкр с
Тф = Тф* max = const	Gтф

 

Эти значения (РП) задаются максимальными и при данных условиях обеспечивают максимально возможную (Р_дв) и приемлемый (С_уд), при этом облегчается контроль за MAX режимом работы двигателя – САР может быть сравнительно простой.

nпр = n ⁄ √ Тн*

P.S. На малых (H иV) полета на эту программу накладываются ограничения по прочности (по p_к^*_max) или по приведенному числу оборотов:

 

Максимальный режим работы ГТД обычно не обеспечивает дальнего и продолжительного полета самолета. Значения (РП) на этом режиме, назначаемые из условий получения [Р_дв (N_дв) = max], не обеспечивают, как правило, (С_уд = min) и длительной надежной работы.

P.S. Основными эксплуатационными режимами являются номинальный и крейсерский (примерно до 90% до выработки ресурса двигатель работает на этих режимах).

- при наборе высоты самолета на номинальном режиме согласно Руководства по ЛЭ (РЛЭ) для двигателя рекомендуется следующий закон регулирования:

Регулируемый параметр	n = nnom = const	Регулирующий Фактор (РФ)	Gт
Тг = Тг* nom = const	Fкр с
Тф = Тф*nom = const	Gтф

 

- на крейсерской скорости полета (на эшелоне Н_кр и V_кр) управление ГТД осуществляется по закону, который обеспечивает такое сочетание параметров (n) и (Т_г^*), чтобы достигнуть наилучшей экономичности (С_{уд кр}=min), необходимой для максимальной продолжительности.

P.S. Максимальная тяга двигателя (Р_{дв max}) получается при наибольшем расходе воздуха (G_в). У двигателя с небольшой механизацией осевого компрессора, например: перепуск воздуха – расход воздуха (G_в) связан лишь с частотой вращения (n) ротора. Если же у осевого компрессора несколько первых и последних ступеней имеют поворотные НА, то их следует использовать для регулирования расхода воздуха и обеспечения необходимого запаса устойчивости (∆ К_у).

Что дает механизация компрессора?:

§ перепуск воздуха в свою очередь следует рассматривать как средство обеспечения устойчивости на режимах глубокого дросселирования. Использование перепуска воздуха на > > М_н, при (n = const) возможно, но не желательно из-за ухудшения экономичности;

§ НА с поворотными лопатками обеспечивают более благоприятное протекание рабочего процесса в осевом компрессоре. Диапазон его устойчивой работы расширяется без заметного изменения ПРП, характеристика осевого компрессора становится более пологой.

Т.о. механизацию компрессора следует рассматривать как дополнительный (РФ)

Например (двухвальная схема):

Двухроторные (двухвальные) ГТД могут выполняться с нерегулируемым и регулируемым соплом:

- у двухвального одноконтурного двигателя с нерегулируемым соплом единственным РФ является (G_т) в ОКС, определяющий все ПРП. При этом, в качестве РП может быть (n_н) или (n_в). Соответственно, для поддержания заданного режима работы

двигателя чаще всего используются три программы регулирования:

nн = const

или

nв = const

или

Тг* = const

 

 

При выборе (РП) учитывается диапазон изменения (Н и V) полета самолета для которого предназначен данный ТРД, а также влияние полетных условий на протекание характеристик двигателя при выбранной программе регулирования. Наиболее существенным фактором, определяющим выбор программы регулирования является диапазон изменения скоростей полета (числа М). Так с ↑ М (Т_вх^*) происходит:

- ″ затяжеление″ ротора КНД;

- ″ облегчение″ ротора КВД.

Это связано (соответственно):

1).С ↑ α на рабочих лопатках ротора КНД, следовательно, с ↑ L_кнд;

2). С ↓ α на рабочих лопатках ротора КВД, следовательно, с ↓ L_квд.

На графике комбинированная программа регулирования будет иметь следующий вид:

 

Тг*

Тг* max=const

nн max=const

nн

 

nв max=const

nв

1, 0

1, 7

М

 

Такие комбинированные программы регулирования, обеспечивающие наиболее благоприятное протекание эксплуатационных характеристик двигателя, обычно применяется на СУ, предназначенных для ЛА с широким диапазоном скоростей полета.

На дозвуковых скоростях полета самолета реализуется программа (n_{н max}=const), в соответствии с которой (Т_г*), (n_в) и (Р_дв) с ↑ М непрерывно растут.

При достижении скорости полета (М=1), (Т_г*) достигает максимального значения с этого момента САР переходит на программу регулирования (Т_г* _max=const). При этом (n_в) и (Р_дв) при увеличении скорости полета продолжают расти (вследствие ″ облегчение″ ротора КВД). Одновременно с этим (n_н) начинает снижаться, т.к. работа ТНД становится недостаточной для вращения с постоянной скоростью ″ затяжеленного″ ротора КНД.

При достижении М=1, 7 частота вращения (n_в) достигает максимального значения, что вызывает необходимость перехода на программу регулирования (nв max=const). При этом (Т_г*) начинает снижаться, что вызывает ↓ ↓ (n_н) и соответственно ↓ ↓ (Р_дв);

- у двухвального одноконтурного двигателя с регулируемым соплом можно независимо управлять двумя РП:

§ (n_н) за счет изменения (F_{кр с});

§ (Т_г*) или (n_в) за счет изменения (G_т).

nн = const Тг* = const

Для поддержания заданного режима обычно используется программа

 

 

Программы регулирования турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД)

 

В силовых установках самолетов различного назначения нашли широкое применение два типа двухконтурных двигателей:

- без смешения потоков;

- со смешением потоков.

ТРДД без смешения со степенью двухконтурности (m = 3…6) занимают промежуточное положение между ТРД и ТВД. Они обладают высокой экономичностью и используются в СУ транспортных и пассажирских самолетов.

ТРДД со смешением потоков:

§ форсированные;

§ нефорсированные.

Выполняемые со степенью двухконтурности (m = 0, 4…1, 5) являются двигателями маневренных скоростных самолетов (Миг-29, Су-27).

P.S. Нерегулируемый параметр (m) изменяется по режимам полета. Так с ↑ V_п и ↓ (n_{н пр} и n_{в пр}) → ↑ (m), т.к. производительность компрессора (К) снижается более интенсивно, чем производительность вентилятора (В). Эффект скольжения роторов усиливает это изменение. Однако сейчас возникла необходимость управлять (m). Для оптимизации характеристик самолетов требуются двигатели с (m), изменяемой в достаточно широких пределах, что можно достигнуть за счет развитой системы перепусков и изменяемых углов установки НА компрессора.

Двухконтурные ТРД с точки зрения регулирования имеют много общего с одноконтурными ТРД, и также могут выполняться с нерегулируемым и регулируемым соплом:

- ТРДД с нерегулируемым соплом единственным РФ является (G_т) в ОКС, определяющий все ПРП. При этом, в качестве РП может быть (Т_г^*), (n_н) или (n_в). Чаще всего в качестве (РП) используется (n_в). Для ротора НД частота вращения которого с изменением (Т_вх^*) не будет постоянной предусматривается ограничение (n_н).

- ТРДД с регулируемым соплом:

Регулируемый параметр	nн max =const	Регулирующий Фактор (РФ)	Gт
Тг* max = const	Fкр с 1

P.S. Изменяя площадь критического сечения сопла первого (основного) контура (F_{кр с 1}) можно обеспечить поддержание желаемого закона изменения запаса устойчивости (∆ К_у) при изменении Т_н^*(Т₁^*), т.е. обеспечить программу регулирования (n_{н max} =const).

 

Программы регулирования турбовинтовых двигателей (ТВД)

Регулирующими факторами (РФ) являются:

§ G_т (расход топлива в камеру сгорания);

§ φ в [ угол установки (шаг) винта].

А в качестве основного (РП) выбирается (n_винта), т.к. в основном тяга ТВД образуется за счет тяги воздушного винта – примерно 95%, поэтому основная задача регулирования газогенератора ТВД сводится к обеспечению оптимального режима работы воздушного винта. Для этого, на всех режимах работы двигателя и при любых полетных условиях достаточно поддерживать определенную частоту вращения, подобранную для данного винта, тогда программа регулирования будет выглядеть так: - (n_винта=const).

Выбор второго (РП) определяется схемой ТВД:

- Одновальный (в основном отечественные двигатели).

Постоянство частоты вращения винта (n_винта=const) при одновальной схеме обеспечивается за счет поддержания постоянства частоты вращения ТК контура (n_тк=const), поэтому (n_тк) выбирается в качестве основного (РП). А в качестве второго (РП) выбирается (Т_г^*). Тогда программа регулирования будет иметь вид:

nтк=const Тг*=const

 

 

При этом (РФ) могут быть как (G_т и φ _в), так (φ _в и G_т) соответственно, причем последний вариант, когда (РФ) для (n_тк) является (φ _в), а для (Т_г^*) → (G_т) является более предпочтительный. Например (замкнутая САР): при ↑ (Т_г^*) → регулятор(n) → ↓ (G_т), соответственно, ↓ (n_тк), в тоже время регулятор(φ _в) → ↓ (φ _в) тем самым ↑ ( n_тк), до тех пор, пока (n_тк=n_{тк зад}).

P.S. Работа обоих регуляторов координируется механизмом объединенного управления (МОУ). Но, технически осуществить такую САР замкнутой сложно. Наиболее распространенная схема САР – разомкнутая. Используется (АДТ), при этом регулятор(n) поддерживает (n_тк=const) на всех режимах, а отклонения (Т_г^*) компенсируется изменением подачи топлива (G_т).

nтк max =const Тг* max = const

На максимальном режиме программа регулирования будет иметь вид, соответственно:

 

 

При реализации такой программы регулирования мощность винта (N_в) будет зависеть от условий полета, т.е. от (p₁^* и Т₁^*), так, при ↑ (V_п) и ↓ (Н_п) → располагаемая (N_в)↑ и может достигнуть предельной по условиям прочности редуктора. В связи с этим у так называемых высотных ТВД (предназначенных для средних и больших высот полета - Н_п> 6км) выполняется программа регулирования (N_{в max}=const). Ограничение (N_{в max}) осуществляется снижением (Т_г^*) за счет ↓ (G_т), при (n_тк=const). Путем ↓ (φ _в), облегчается (ВВ), предотвращая тем самым ↓ (n_тк) при ↓ (G_т).

Поэтому для высотных ТВД программа регулирования зависит от (Н_п) и в зависимости от высоты полета будет иметь вид:

nтк max =const Тг* max = const

- при (Н< Н_расч) программа:

 

 

Nв max = const nтк max =const

- при (Н> Н_расч) программа (на всех отечественных ТВД: НК-12, АИ-20, АИ-24):

Оптимальная программа дросселирования в общем случае требует снижения как (n_тк), так и (Т_г^*) в зависимости от перемещения РУД. Это достигается за счет уменьшения подачи топлива (G_т) при одновременном уменьшении угла установки (шага) винта (φ _в). Однако, на большинстве ТВД для упрощения схемы регулирования следующая программа регулирования при дросселировании:

nтк max =const

 

 

При ↓ (N_дв) за счет ↓ (G_т) и, соответственно, ↓ (Т_г^*), частота вращения ТК (n_{тк max}) остается постоянной путем ↓ (φ _в), вплоть до (φ _в=min). Подобная программа дросселирования обеспечивает большой запас устойчивости компрессора (∆ К_у) на пониженных режимах, что может быть использовано для улучшения приемистости ТВД (т.к. ↑ (N_дв) осуществляется без раскрутки ротора и поэтому время приемистости (τ _прием) определяется только скоростью поворота лопастей винта и быстродействием топливной аппаратуры;

- Двухвальные ТВД (зарубежные).

При двухкаскадной (так еще называют эти двигатели в соответствии с ГОСТом) схеме компрессора винт приводится во вращение от (ТНД), так называемой ″ свободной турбины″. Такие ТВД могут иметь изменяемую и неизменяемую геометрию ГВТ, при этом механизация компрессора имеет такое же назначение, что и у ТРД. В качестве (РП) выбираются (n_тк) и (n_винта), соответственно, (РФ) → (G_т) и (φ _в), а (Т_г^*) – ограничиваемая величина.

На максимальном режиме программа регулирования имеет вид:

nтк max =const nвинта max =const

 

 

При этом, (Т_г^*) ограничивается (Т_г^*< Т_г^* _max), а изменение углов установки НА (α _на), также как в ТРД, используется для обеспечения необходимого запаса устойчивости компрессора (∆ К_у).

Если ТВД высотный, то у него, как и одновального ТВД предусматривается ограничение (N_дв) на Н_п< Н_{п расч} → (n_тк)↓ за счет уменьшения подачи топлива (G_т), при этом (n_винта=const).

При дросселировании, снижение мощности двигателя(N_дв) достигается одновременным уменьшением (n_винта) и (Т_г^*). Но, на практике чаще реализуется более простая программа дросселирования, при которой ↓ (Т_г^*) достигается за счет ↓ (G_т), а поддержание постоянным частоты вращения винта (n_винта=const) за счет изменения шага винта (φ _в). Т.е, ограничение (N_дв) при сохранении (n_винта=const) удобно тем, что (М_кр) на валу будет пропорционален (N_дв). А (М_кр) может быть непосредственно измерен. Устройства, служащие для этой цели называют (ИКМ) – измерители крутящего момента. И регулирование по величине (М_кр) является ограничительным регулированием. При достижении предельно допустимого значения крутящего момента (М_кр) сигнал от (ИКМ) вызывает уменьшение подачи топлива (G_т).

Вывод: Особенностью двухвального ТВД является практическая независимость режима работы ТК, определяемого параметрами (n_тк) и (Т_г^*) от скорости вращения винта (n_винта), что позволяет при неизменном режиме работы ТК изменять режим работы винта. Это делает весьма выгодным применение двухвального ТВД для вертолетов, для которых необходимо обеспечить возможность сколь угодно быстрого изменения угла установки (шага) винта (φ _в).

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. DSM-IV-TR: Основные характеристики.
2. I. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ НАПИСАНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
3. I.1. Основные предпосылки и механизмы развития речевой деятельности
4. II. Основные задачи управления персоналом.
5. II. Основные принципы создания ИС и ИТ управления.
6. III. Основные идеологические течения в истории гражданского права. Идеализм и позитивизм
7. III. Основные учебники, учебные пособия, словари и хрестоматии.
8. IV. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ.
9. IV. Основные условия культуры
10. XIV. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ.
11. А. Основные отличия вирусов от других живых организмов.
12. Активный счет 01 «Основные средства»