Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ТОПЛИВА В ФОРСАЖНУЮ КАМЕРУ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к системам автоматического регулирования авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к способам управления подачей топлива в форсажную камеру ГТД, и может найти применение в авиадвигателестроении.

Известен способ управления подачей топлива в форсажную камеру газотурбинного двигателя, включающий формирование сигнала подключения форсажного коллектора, предварительное заполнение форсажного коллектора и перевод форсажного дозатора в положение, пропорциональное положению рычага управления двигателем (см. под ред. А.А.Шевякова «Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Управление ВРД», М., Машиностроение, 1976 г, с.115, рис.4.12).

Недостаток данного способа заключается в том, что предварительное заполнение форсажного коллектора в обеспечение минимизации времени включения коллектора производится гидропневматически, что не обеспечивает надежное безударное и за минимальное время подключение коллектора во всей области полета.

Наиболее близким к предложенному способу является способ управления подачей топлива в форсажную камеру газотурбинного двигателя, включающий формирование сигнала включения форсажного коллектора и перемещение дозатора в заданное положение после предварительного заполнения форсажного коллектора топливом, производимого путем перемещения дозатора, имеющего клапан постоянного перепада, в сторону увеличения расхода топлива в течение определенного заранее времени и перемещения дозатора в положение, соответствующее минимальному расходу топлива, по истечении данного времени (см. патент РФ №2258149, Кл. F02C 9/26, опубл. 10.08.2005).

Недостаток работы данного способа заключается в том, что при высоких скоростях перемещения дозатора, необходимых для обеспечения быстрого заполнения форсажного коллектора топливом, происходит запаздывание открытия исполнительного элемента клапана постоянного перепада дозатора, что приводит к большой динамической ошибке в дозировании топлива в процессе форсажной приемистости. В итоге, к окончанию процесса заполнения топливом форсажный коллектор оказывается «недозаполненным» до нужного перепада давления, т.е. еще не разжегся. В ходе последующего управления дозатором розжиг происходит с запаздыванием, что снижает надежность процесса форсажной приемистости, поскольку параллельно идут процессы, призванные увеличить запасы устойчивости двигателя и тесно увязанные во времени с процессом ускоренного заполнения топливом.

Технический результат - повышение надежности процесса ускоренного заполнения форсажного коллектора топливом.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления подачей топлива в форсажную камеру газотурбинного двигателя, включающем формирование сигнала включения форсажного коллектора и перемещение дозатора в заданное положение после предварительного заполнения форсажного коллектора топливом, причем предварительное заполнение форсажного коллектора топливом осуществляют путем перемещения дозатора в сторону увеличения расхода форсажного топлива с заданной скоростью в течение определенного заранее времени t₁ и перемещения дозатора с заданной скоростью в положение, соответствующее минимальному расходу топлива, по истечении данного времени t₁, согласно изобретению, при выполнении дозатора с клапаном постоянного перепада дополнительно определяют время τ перевода клапана постоянного перепада с режима поддержания максимального перепада давления на дозаторе в режим поддержания заданного перепада давления на дозаторе и время τ₁ перемещения дозатора в положение, соответствующее минимальному расходу, при этом с формированием сигнала включения форсажного коллектора клапан постоянного перепада дозатора переводят в режим поддержания максимального перепада давления на дозаторе и прекращают указанный перевод в момент времени Δτ, равный разности времен τ₁ и τ.

На фиг.1 представлена структурная схема системы управления подачей топлива в форсажную камеру газотурбинного двигателя;

на фиг.2 - график изменения расхода топлива в процессе заполнения форсажного коллектора.

Система управления содержит форсажный насос 1, форсажный регулятор 2, коллектор 3 форсажной камеры и электронный регулятор 4, связанный с датчиками внутридвигательных и режимных параметров двигателя, например с датчиком 5 температуры воздуха (T₁ ^*) на входе в двигатель, датчиком 6 давления (Р₂) воздуха за компрессором, датчиком 7 положения рычага управления двигателем (α_руд). Форсажный регулятор 2 содержит дозатор 8, положение которого измеряет датчик 9 положения, и исполнительный механизм 10 управления дозатором 8. Датчик 9 подключен к входу регулятора 4, который по сигналу датчика 9 вычисляет величину расхода топлива. Управляющий выход регулятора 4 подключен к исполнительному механизму 10. В состав форсажного регулятора 2 входит также клапан 11 постоянного перепада давлений на дозаторе 8, управляемый исполнительным механизмом 12.

Способ проиллюстрирован графиком, представленным на фиг.2. Заштрихованная площадь на графике изменения расхода топлива (G_т) по времени (t) пропорциональна объему топлива, который проходит через дозатор 8 в процессе заполнения форсажного коллектора 3. Данный объем должен быть равен объему заполняемого коллектора (Q_{заполн.}), который определяется на этапе его изготовления. Минимальный расход топлива, на который должен быть выведен дозатор в конце процесса заполнения коллектора - G_МИН, определяется на этапе доводки форсажной камеры, исходя из условия обеспечения устойчивого горения топлива при минимально возможном перепаде на форсунках. Заданная (максимальная контролируемая) скорость перемещения дозатора определяется только конструкцией форсажного регулятора. Таким образом, задавая указанные выше параметры, из решения геометрической задачи фиг.2 можно определить время (t₁) перемещения дозатора 8 в сторону увеличения расхода топлива

где - абсолютная величина заданной скорости изменения расхода топлива, а следовательно, перемещения дозатора 8.

Способ реализуется следующим образом.

Из форсажного насоса 1 топливо поступает в форсажный регулятор 2. Электронный регулятор 4 по сигналам датчиков 5, 6, 7 внутридвигательных и режимных параметров формирует расчетное (заданное) положение дозатора 8, которое обеспечивается исполнительным механизмом 10, т.е. такое положение дозатора 8, при котором обеспечивается потребный расход топлива. Для точной реализации такого замкнутого по расходу (G_т) топлива контура на дозаторе 8 поддерживается постоянный перепад клапаном 11. В рассматриваемом случае G_т=f(α_руд, Р₂, T₁ ^*).

При переводе рычага управления двигателем (РУД) в положение, соответствующее включению данного форсажного коллектора 3, формируется сигнал включения коллектора 3. Регулятор 4, получая сигнал от датчика положения 9, формирует управляющий сигнал на исполнительный механизм 10, обеспечивая в течение времени t₁ перемещение дозатора 8 с заданной скоростью в сторону увеличения расхода топлива. По истечении времени t₁ регулятор 4 меняет управляющий сигнал на обратный в обеспечение перевода дозатора 8 с заданной скоростью в положение, соответствующее минимальному расходу топлива. Предварительно на этапе доводки агрегатов двигателя определяют время τ перевода клапана 11 постоянного перепада давления с режима поддержания максимального перепада давления на дозаторе 8 в режим поддержания заданного перепада давления на дозаторе 8, и одновременно с формированием сигнала подключения коллектора регулятор 4 включает исполнительный механизм 12, что переводит клапан 11 постоянного перепада в положение поддержания максимального перепада давления на дозаторе 8.

Одновременно, зная расход, при котором регулятор 4 меняет управляющий сигнал на обратный в обеспечение перевода дозатора 8 с максимальной скоростью в положение, соответствующее минимальному расходу, определяют время τ₁ перемещения дозатора 8 в указанном направлении. Рассчитывают время Δτ как разность времен τ₁-τ.

При подходе дозатора 8 к положению, соответствующему минимальному расходу топлива, т.е. в момент времени, равный Δτ, формируется сигнал, по которому регулятор 4 отключает исполнительный механизм 12, что прекращает перевод клапана 11 постоянного перепада давления в положение поддержания максимального перепада давления на дозаторе.

На этом процедура предварительного заполнения форсажного коллектора 3 заканчивается и регулятор 4 формирует управляющий сигнал на исполнительный механизм 10 для перевода дозатора 8 со скоростью, соответствующей форсажной приемистости, в заданное (расчетное) положение.