Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).

Известен способ управления запуском ГТД с гидромеханической САУ, Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., с.178, заключающийся в том, что в процессе запуска двигателя бортмеханик по показаниям прибора в кабине вертолета контролирует значение температуры газов за турбиной и, если температура становится выше заданного предела, выключает двигатель.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления запуском ГТД заключающийся в том, что включают воздушный стартер и начинают раскрутку ротора двигателя, измеряют частоту вращения ротора двигателя, давление и температуру воздуха на входе в двигатель, в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель определяют расход топлива, необходимый для розжига камеры сгорания (КС) двигателя, и при достижении частотой наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе ПСИ двигателя, подают расход розжига в КС, Черкасов Б.А., «Автоматика и регулирование ВРД», М., «Машиностроение», 1988 г., с.324-326.

Недостатком этого способа является следующее.

Располагаемая мощность воздушного стартера (ВС) зависит от давления и температуры подаваемого на него воздуха.

Потребная мощность, необходимая для раскрутки ротора двигателя до частоты вращения, при которой начинается подача топлива в коллектора и розжиг КС, зависит от характеристик конкретного двигателя и может изменяться в процессе выработки ресурса двигателя при его эксплуатации.

Таким образом, может возникнуть ситуация, когда из-за сочетания внешних (температура и давление воздуха на входе в ВС) и внутренних («легкий» ротор двигателя) факторов при запуске двигателя с многоколлекторной КС (например, ПД-14 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, имеющего трехколлекторную КС) частота вращения ротора двигателя уже достигнет точки розжига КС, САУ включит агрегат зажигания, а объем подводящих трубопроводов и объем самих коллекторов не успеет заполниться пусковым расходом топлива. В этом случае розжиг КС начнется на частоте вращения ротора двигателя выше расчетной. Это приведет к тому, что расход воздуха через КС будет выше расчетного, пусковая смесь будет «беднее» расчетной, розжиг КС может не получиться, что приведет к невозможности запуска двигателя.

Это снижает надежность работы двигателя и может привести к невыполнению полетного задания самолета.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ ГТД и, как следствие, повышение надежности запуска ГТД.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления запуском ГТД заключающемся в том, что включают воздушный стартер (ВС) и начинают раскрутку ротора двигателя, измеряют частоту вращения ротора двигателя, давление и температуру воздуха на входе в двигатель, в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель определяют расход топлива, необходимый для розжига камеры сгорания (КС) двигателя, и при достижении частотой наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе ПСИ двигателя, подают расход розжига в КС, дополнительно для регулирования мощности ВС измеряют давление и температуру воздуха перед ВС и регулируют давление воздуха перед ВС с помощью воздушной заслонки таким образом, чтобы частота вращения ротора двигателя от момента начала подачи пускового топлива в КС до момента розжига КС, фиксируемого по скачкообразному росту температуры газов за турбиной, оставалась постоянной.

На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), блок 3 исполнительных элементов (ИЭ), выходы которого подключены к дозатору 4 расхода топлива в КС, заслонке 5 ВС (на фигуре не показан) и агрегату 6 зажигания (АЗ).

Устройство работает следующим образом.

По команде из кабины пилота «Запуск» ЭР 2 выдает команды в блок 3, по которым открывается входная заслонка 5 ВС - включается ВС и начинается раскрутка ротора двигателя.

С помощью БД 1 в ЭР 2 измеряют частоту вращения ротора двигателя, давление и температуру воздуха на входе в двигатель, в зависимости от температуры и давления воздуха на входе в двигатель определяют расход топлива, необходимый для розжига КС двигателя.

Так, например, для двигателя ПС-90А2 разработки ОАО «Авиадвигатель» это делают следующим образом:

где Gт роз. - расход топлива, необходимый для розжига КС;

k - коэффициент коррекции расхода розжига по тепловому состоянию двигателя (зависит от температуры воздуха за компрессором, может меняться от 0,8 до 1,2, номинал равен 1,0);

Рвх. - давление воздуха на входе в двигатель;

Твх. - температура воздуха на входе в двигатель..

При достижении частотой вращения ротора двигателя наперед заданного значения, определяемого для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем и уточняемого в процессе ПСИ двигателя (для двигателя ПС-90А2 это значение равно 1200 об/мин) по команде ЭР 2 с помощью блока 3 и дозатора 4 подают расход розжига к форсункам КС (на фигуре не показаны), включают АЗ 6.

Кроме этого, для регулирования мощности ВС в ЭР 2 с помощью БД 1 измеряют давление и температуру воздуха перед ВС и регулируют по командам ЭР 2 давление воздуха перед ВС с помощью заслонки 5 ВС таким образом, чтобы частота вращения ротора двигателя от момента начала подачи пускового топлива в КС до момента розжига КС, фиксируемого ЭР 2 по скачкообразному росту температуры газов за турбиной (измеряется с помощью БД 1), оставалась постоянной.

Так, например, для двигателя ПД-14 с электронным регулятором РЭД-14 разработки ОАО «СТАР», г.Пермь это реализуется следующим образом.

1. В зависимости от температуры воздуха перед ВС и высоты аэродрома определяется минимально допустимое давление воздуха на входе в стартер СтВ-14. Конкретные данные приведены ниже в таблице 1.

2. Минимально допустимое давление воздуха перед ВС, определенное по алгоритму п.1, сравнивают с измеренным давлением воздуха перед ВС. По величине рассогласования формируют управляющее воздействие на привод заслонки ВС. Одновременно с этим измеряют частоту вращения ротора двигателя и корректируют управляющее воздействие на привод заслонки ВС (а, значит, располагаемую мощность ВС) таким образом, чтобы от момента начала подачи пускового топлива в КС до момента розжига КС частота вращения ротора двигателя оставалась постоянной, для ПД-14 это 1400 об/мин.

3. Момент розжига КС определяют по скачкообразному росту температуры газов за турбиной высокого давления, для ПД-14 это 140 К за 0,02 с.

Таким образом, за счет повышения качества работы САУ на розжиге КС двигателя обеспечивается оптимальное соотношение между расходом топлива и расходом воздуха, что повышает надежность розжига КС и, следовательно, надежность запуска двигателя.