Программы управдения одновальных ГГ и одновальных трд

 

Управление режимами работы одновальных ТРД при = const может осуществляться посредством изменения расхода топлива G _т. Это характерно для одновальных ГГ двухконтурных, турбовальных и турбовинтовых двигателей, что будет играть важную роль при изучении их характеристик.

При = const одновальный ТРД представляет собой объект управления с одной степенью свободы. Поэтому он имеет только один независимый управляемый параметр. Это может быть: частота вращения ротора n; температура газа перед турбиной ; приведенная частота вращения ротора n _пр и др.

Управление тем или иным выбранным управляемым параметром обеспечивается единственным управляющим фактором – расходом топлива G _т. За счет изменения G _т осуществляется управляющее воздействие на двигатель. Кроме расхода топлива на режим работы двигателя и его ГГ могут влиять внешние условия – скорость и высота полета, а также параметры окружающей атмосферы. Внешние условия, как указывалось, воздействуют через изменение температуры воздуха на входе в двигатель. Поэтому программы управления ГТД принято изображать в виде зависимостей управляемых параметров от температуры заторможенного потока воздуха на входе в двигатель  (или на входе в ГГ – ) при заданном положении РУД.

Если задать закон изменения какого-либо одного из указанных управляемых параметров от температуры , то изменение остальных параметров определится однозначно и может быть найдено по обобщенным характеристикам ГГ. Это вытекает из того, что задание температуры  и любого из перечисленных управляемых параметров однозначно определяет режим работы ГГ (через , либо через ). Тогда все его остальные безразмерные параметры находятся по характеристике ГГ (рис. 2.7).

Простейшими программами управления одновального ТРД являются такие, при которых один из управляемых параметров в определенном диапазоне изменения температуры  () поддерживается постоянным (стабилизируется). Рассмотрим основные из них.

Программа управленияn = const сопровождается изменением n _пр; ; D К _у и др. величин в зависимости от температуры , а характер их изменения зависит, в

первую очередь, от . С ростом температуры  при n = const уменьшается n _пр. Рабочая точка на характеристике компрессора перемещается по рабочей линии вниз. Каждому значению  при заданной величине  по характеристике ГГ может быть найдена величина =  и соответствующее ей значение температуры . Полученные таким способом зависимости  в функции  и  при n = const приведены на рис. 2.9.

 

Рис. 2.9. Зависимость   Одновального ГГ от  при n= const	Рис. 2.10. Зависимость  одновального ГГ от  при = const

 

Как видно, при низких значениях  температура  уменьшается при увеличении  (это объясняется «облегчением» компрессора). При высоких значениях  температура  увеличивается при повышении  (компрессор «затяжеляется»).

Рассмотренные зависимости позволяют установить области режимов (по температурам  и соответствующим им условиям полета), где температура  может превысить максимально допустимые значения  – в целях введения ограничения по ≤ .

Программа управления = const сопровождается изменением n и n _пр. Характер изменения  от  при = const для ТРД с нерегулируемыми компрессорами показан на рис. 2.10 сплошными линиями.

При низких значениях  в данном случае  увеличивается с ростом , что объясняется «облегчением» компрессора в указанных условиях и раскруткой ротора ГГ. При высоких значениях  компрессор «затяжеляется», а его частота вращения уменьшается с ростом . «Затяжеление» у нерегулируемых компрессоров наблюдается при > 6…7. Но если осуществляется регулирование компрессора поворотом лопаток НА группы первых ступеней – степень их «затяжеления» снижается (штриховые линии на рис. 2.10).

Может возникнуть необходимость ограничения максимально допустимой величины n по условиям прочности. Как видно, при малых значениях  это ограничение достигается в области высоких , т.е при больших скоростях полета.

Программа управления n _пр =const соответствует условию подобия режимов работы ТРД. При этом в области n _пр = const обеспечивается постоянство всех безразмерных параметров ГГ. Температура  и частота вращения n при увеличении температуры  возрастают и находятся исходя из условий: = const ; n = const . Запас устойчивости компрессора сохраняется неизменным, поэтому программа управления n _пр = const применяется для предотвращения снижения D К _у ниже D К _у.min при низких значениях температур .

Программы управления одновального ГГ с учетом эксплуатационных ограничений по условиям прочности (n ≤ n _max или ≤ ) и газодинамической устойчивости (D К _у ≥ D К _у.min) определяются по характеристикам ГГ при известных значениях ограничиваемых величин n_max ,  и D К_{у. min}, найденных из предварительных прочностных и газодинамических расчетов.

Характерные программы управления одновального ГГ для случая = const, полученные с учетом эксплуатационных ограничений для «затяжеляющегося» (а) и «облегчающегося» (б) компрессоров, представлены на рис. 2.11. Случай а здесь соответствует = 10 (он характерен для ГГ ТРДД). Случай б соответствует = 4 (он характерен для ГГ высокого давления двухвальных ТРД). Основной диапазон режимов работы ГГ на рис. 2.11 соответствует области II.

 

Рис. 2.11. Комбинированная программ управления одновального ГГ при «затяжеляющемся» (а) и «облегчающемся» (б) компрессорах

 

 

При = 10 в области II принята программа управления n = n _max = const. Поскольку компрессор при = 10 является «затяжеляющимся», температура  при увеличении  повышается. При  она достигает  и далее в области III поддерживается программа управления = const. При уменьшении температуры  приведенная частота вращения повышается и при  наступает ограничение по n _пр.max. В области I, где < , поддерживается условие n _пр = const. Здесь вследствие подобия режимов работы ГГ = const ; n = const  и D К _у = D К _у.min = const. Следовательно, при рассмотренной комбинированной программе управления двигатель все время работает на предельных режимах: в области I – с минимально допустимым запасом устойчивости; в области II – при n = n _max = const; в области III – при = = const. При величине = 4, характерной для КВД двухвальных ГГ

(рис. 2.11 б), в области II принята программа управления = const. При «облегчающемся» компрессоре здесь с увеличением температуры  на входе в ГГ ВД происходит «раскрутка» ротора ГГ. При  достигается ограничение по n _ВД = n _ВД.max, а при  – по n _{ВД.пр.max}.

Аналогичные программы управления на предельных режимах имели бы ТРД, если бы у них соблюдалось условие F _кр = const, т.е. при однопараметрическом управлении.

 

 

Глава 3