Спосіб керування газотурбінним двигуном

Реферат: Винахід належить до області авіаційного двигунобудування й може бути використаний в електронно-гідромеханічних системах автоматичного керування (САК) газотурбінними двигунами (ГТД). Суть винаходу полягає в тім, що розрахункове значення параметра двигуна по каналу виміру параметра, що відмовив, формують із використанням показань справних каналів виміру по залежностях, визначуваних експериментально для кожного двигуна й типу датчика. Технічний результат винаходу - підвищення якості роботи САК й, як наслідок, підвищення надійності ГТД і безпеки літального апарата. UA 102944 C2 (12) UA 102944 C2 UA 102944 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області авіаційного двигунобудування й може бути використаний в електронно-гідромеханічних системах автоматичного керування (САК) газотурбінними двигунами (ГТД). Відомий спосіб керування ГТД, реалізований, наприклад, в електронно-гідромеханічній САК двигуна ТВ7-117, що входить у силову установку (СУ) літака Іл-114 (див. Посібник з експлуатації двигуна ТВ7-117с. ЛНПО ім. В.Я. Климова, Ленінград, 1988 p.). САК містить двоканальний електронний регулятор (ЕР), резервний гідромеханічний регулятор (ГМР), селектор і блок виконавчих елементів (BE). Відомий спосіб полягає в тім, що контролюють показання однойменних датчиків на припустимий діапазон, у випадку, якщо показання однойменних датчиків перебувають усередині припустимого діапазону, порівнюють показання однойменних датчиків між собою, якщо показання однойменних датчиків відрізняються більше, ніж на наперед задану величину, визначувану експериментально для кожного типу датчиків і двигуна, формують сигнал "Відмова виміру параметра", відключають електронний регулятор і переводять керування ГТД на ГМР. Недоліком відомого способу є його низька ефективність, тому що при переході на ГМР знижується якість керування, губляться функції захисту двигуна від перегріву й помпажу. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що заявляється, є спосіб керування ГТД (див. патент Російської Федерації №2387855, опубл. 27.04.2010г.), який полягає в тому, що контролюють показання однойменних датчиків на припустимий діапазон, у випадку, якщо показання однойменних датчиків перебувають усередині припустимого діапазону, порівнюють показання однойменних датчиків між собою, якщо показання однойменних датчиків відрізняються більше, ніж на наперед задану величину, обумовлену експериментально для кожного типу датчиків і двигуна, формують сигнал "Відмова виміру параметра", відключають електронний регулятор і переводять керування ГТД на ГМР, додатково формують контрольне значення параметра по каналі, що відмовив, виміру: для параметрів, що характеризують роботу ГТД формують розрахункове значення параметра по відомих залежностях з використанням показань справних каналів виміру, для параметрів повітряного потоку на вході у двигун використовують виміри, що надійшли з літакової системи виміру, порівнюють контрольне й обмірюване значення параметра, для того датчика, у якого різниця між контрольним і обмірюваним значеннями більше, формують сигнал "Відмова першого датчика", знімають сигнал "Відмова виміру параметра", переводять керування двигуном на електронний регулятор і продовжують керування двигуном з використанням показань другого датчика. Даний спосіб вибраний прототипом. Прототип і спосіб, що заявляється, мають такі спільні ознаки: 1. Контролюють показання однойменних датчиків на припустимий діапазон. 2. Порівнюють показання однойменних датчиків між собою. 3. Формують сигнал "Відмова виміру параметра", якщо показання однойменних датчиків відрізняються більше, ніж на наперед задану величину, обумовлену експериментально для кожного типу датчиків і двигуна. 4. Відключають електронний регулятор і переводять керування ГТД на ГМР. 5. Формують розрахункове значення параметра з використанням показань справних каналів виміру. 6. Порівнюють контрольне й обмірюване значення параметра. 7. Для того датчика, у якого різниця між контрольним і обмірюваним значеннями більше, формують сигнал "Відмова першого датчика", знімають сигнал "Відмова виміру параметра". 8. Переводять керування двигуном на електронний регулятор і продовжують керування двигуном з використанням показань другого датчика. Недоліком цього способу є наступне. Дійсно, відмови САК мають різний вплив на можливість керування двигуном за допомогою ЕР. Наприклад, відмова ЕР або електромеханічного перетворювача, що входить у блок BE, унеможливлює керування двигуном від ЕР. Переклад керування на ГМР у зазначених ситуаціях неминучий. У відомому способі додатково парируються відмови тільки датчиків параметрів повітряного потоку на вході у двигун, які заміщаються, відповідно до відомого способу, даними вимірів літакової системи. При цьому зберігається можливість виконувати програми регулювання по відомих залежностях [2 Шляхтенко И.М. Теорія двоконтурних ТРД. - М.: Машинобудування, 1979 р.], у які входять параметри повітряного потоку на вході у двигун формули приведення. Однак відмова датчика обертів газогенератора (ГТ) унеможливлює розрахунок відхилення дійсної частоти ГГ від її заданого (або обмежуваного) значення (1) n  nзад  n 1 UA 102944 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 і, як наслідок, унеможливлює розрахунок заданої витрати палива на двигун. При цьому зберігається можливість керування двигуном від ЕР, тому що вхідні й вихідні перетворювачі й компоненти ЕР справні, блок ЕМП BE справний. Але керування двигуном переводиться на ГМР (така логіка реалізована в електронному регуляторі РДЦ-450, що входить до складу САК двигуна АІ-450), що знижує якість керування, тому що: - у ГМР реалізовані спрощені програми регулювання з меншою кількістю датчиків; - точність керування двигуном ГМР гірше, ніж від ЕР; - номенклатура захисних функцій у ГМР менше, ніж в ЕР; Це приводить до зниження надійності роботи ГТД, і, як наслідок, зниженню безпеки польоту ЛА. Задачею винаходу є підвищення якості роботи САК й, як наслідок, підвищення надійності роботи ГТД і безпеки ЛА. Поставлена задача вирішується в способі керування ГТД, який полягає в тім, що контролюють показання однойменних датчиків на припустимий діапазон, у випадку, якщо показання однойменних датчиків перебувають усередині припустимого діапазону, порівнюють показання однойменних датчиків між собою, якщо показання однойменних датчиків відрізняються більше, ніж на наперед задану величину, обумовлену експериментально для кожного типу датчиків і двигуна, формують сигнал "Відмова виміру параметра", відключають електронний регулятор і переводять керування ГТД на ГМР, додатково формують контрольне значення параметра по каналу виміру, що відмовив: для параметрів, що характеризують роботу ГТД формують розрахункове значення параметра, для параметрів повітряного потоку на вході у двигун використовують виміри, що надійшли з бортової системи виміру, порівнюють контрольне й обмірюване значення параметра, для того датчика, у якого різниця між контрольним і обмірюваним значеннями більше, формують сигнал "Відмова першого датчика", знімають сигнал "Відмова виміру параметра", переводять керування двигуном на електронний регулятор і продовжують керування двигуном з використанням показань другого датчика, тим, що у відповідності із винаходом, розрахункове значення параметра двигуна по каналу виміру параметра, що відмовив, формують із використанням показань справних каналів виміру по залежностях, визначуваних експериментально для кожного двигуна й типу датчика. Новизна винаходу, що заявляється, полягає в наступному. Параметри ГТД є взаємозалежними. На кожному з його режимів конкретному сполученню ряду вимірюваних вірно таких параметрів однозначно відповідає значення параметра, по якому відбулася відмова вимірювального каналу. Наприклад, якщо виміряється витрата палива, крутний момент, параметри атмосфери на вході у двигун, то оберти газогенератора однозначно визначаються по цих вимірах у вигляді розрахункового значення параметра. Новизна винаходу полягає в тому, що саме таке розрахункове значення параметра приймається у вигляді контрольного значення параметра для встановлення вимірювального каналу, що відмовив. Тому що конкретні екземпляри двигунів мають технологічні відмінності в межах технічних умов, то таке розрахункове значення параметра пропонується визначати експериментально для кожного двигуна й типу датчика. На кресленні представлена схема пристрою, що реалізує спосіб, що заявляється. Пристрій містить послідовно з'єднані перший блок 1 дубльованих датчиків (БД), двоканальний електронний регулятор 2 (ЕР), вихід якого підключений до першого входу селектора 3 "електроніка - гідромеханіка", вихід якого підключений до входу блока 4 двоканальних виконавчих елементів (BE), послідовно з'єднані другий блок 5 датчиків, гідромеханічний регулятор 6 (ГМР), вихід якого підключений до другого входу селектора 3, блок 7 вбудованого контролю (БВК), вихід якого підключений до керованого входу селектора 3, блок 7 має двосторонній зв'язок з ЕР 2 і конструктивно в нього інтегрований, блок 8 математичної моделі двигуна (БММД), що має двосторонній зв'язок з ЕР 2 і конструктивно в нього інтегрований. Пристрій працює в такий спосіб. Працездатність ЕР 2 оцінюється БВК 7 за інформацією, що надходить із ЕР 2 по відомих принципах, наприклад [3 Бодлер В.А., Рязанов Ю.А., Шаймарданов Ф.А. Системи автоматичного керування двигунами літальних апаратів. - М: Машинобудування, 1973 p.]. При справному ЕР 2 селектор 3 перебуває в положенні "електроніка" і пропускає в блок 4 BE керуючі сигнали від ЕР 2. Електронний регулятор 2 по сигналах датчиків із блока 1 по відомих залежностях [2 Шляхтенко И.М. Теорія двоконтурних ТРД. - М: Машинобудування, 1979 p.] формує керуючі впливи на BE 4, які здійснюють необхідні зміни витрати палива в камеру згоряння двигуна, 2 UA 102944 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 положення лопаток вхідного напрямного апарата (ВНА) компресора й клапанів перепуску повітря (КПП). Показання датчиків із блока 1 контролюються БВК 7 на діапазон і відповідність. Наприклад, датчик типу (ДТА-15 або ДЧВИ-8-1), що містить дві сигнальні обмотки, контролюється в такий спосіб. Окремо вимірюються сигнали з кожної обмотки датчика і вираховується їх різниця. Якщо різниця між сигналами з кожної обмотки не перевищує контрольної величини, уважається, що резервований канал виміру працездатний і обмірюваний параметр може використовуватися для керування двигуном. Якщо різниця між сигналами з кожної обмотки перевищує контрольну величину, уважається, що канал виміру несправний: формується сигнал "Відмова виміру nГГ ». При такій відмові стає неможливим керування двигуном по основних програмах регулювання, що містить оберти газогенератора як регульований або обмежуваний параметр, а саме: Керування роботою агрегатів системи запуску; Керування подачею палива на запуску; Керування подачею палива на перехідних і стаціонарних режимах. По команді із БВК 7 селектор 3 переводиться з положення "електроніка" у положення "гідромеханіка", у якому відключає керування двигуном від ЕР 2 і пропускає в блок 4 BE керуючі команди ГМР 6, формовані їм по сигналах датчиків із блока 5 по відомих залежностях. При цьому губиться можливість виконання функцій захисту двигуна від помпажу, обмеження температури, тобто погіршується якість керування двигуном і надійність його роботи. Тому після встановлення відмови виміру параметра в БВК 7 виробляється ідентифікація відмови каналу виміру nГГ з метою виявлення обмотки датчика, що відмовила, й використання для управління сигналу зі справної. Це робиться в такий спосіб. Для вже згаданого каналу виміру обертів газогенератора (параметр двигуна) сигнали з n кожної обмотки датчика nГГ порівнюються з контрольним значенням ГГконтр , що визначається в ЕР 2 по відомих залежностях (формули приведення) від параметрів повітряного потоку на n вході у двигун у поточних умовах, і від розрахункового значення ГГрозр отриманого від блока 8 nГГрозр БММД. Розрахункове значення визначається експериментально в стандартних атмосферних умовах при стендових випробуваннях двигуна для кожного конкретного екземпляра двигуна й типу датчика. Характеристики конкретного екземпляра двигуна утворять сімейство взаємозалежностей його N основних параметрів (оберти турбін, тиск за компресором, температура газів, витрата палива, тяга або крутний момент і ін.). Такі характеристики знімаються експериментально при стендових випробуваннях, приводяться до стандартних атмосферних умов і є складовою частиною документації на двигун. Конкретному сполученню значень N-1 таких параметрів двигуна однозначно відповідає значення відсутнього параметра. Сімейство таких характеристик у вигляді таблиць або у вигляді поліноміальної апроксимації від режимного параметра (наприклад, витрати палива або потужності) є індивідуальною математичною моделлю двигуна й записується завчасно в блок 8 БММД. Для того датчика, у якого різниця між контрольним і обмірюваним значенням параметра більше, формують сигнал "Відмова першого датчика nГГ », знімають сигнал "Відмова виміру nГГ ». По команді БВК 7 за допомогою селектора 3 переводять керування двигуном на ЕР 2 з використанням показань другого датчика. У такий спосіб забезпечується підвищення якості роботи САК й, як наслідок, підвищення надійності роботи ГТД і безпеки ЛА. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Спосіб керування газотурбінним двигуном (ГТД), що полягає в тому, що контролюють показання однойменних датчиків на припустимий діапазон, у випадку, якщо показання однойменних датчиків перебувають усередині припустимого діапазону, порівнюють показання однойменних датчиків між собою, якщо показання однойменних датчиків відрізняються більше, ніж на наперед задану величину, обумовлену експериментально для кожного типу датчиків і двигуна, формують сигнал "Відмова виміру параметра", відключають електронний регулятор і переводять керування ГТД на гідромеханічний регулятор (ГМР), додатково формують 3 UA 102944 C2 5 10 контрольне значення параметра по каналу виміру, що відмовив: для параметрів, що характеризують роботу ГТД формують розрахункове значення параметра, для параметрів повітряного потоку на вході у двигун використовують виміри, що надійшли з бортової системи вимірів, порівнюють контрольне й обмірюване значення параметра, для того датчика, у якого різниця між контрольним і обмірюваним значеннями більше, формують сигнал "Відмова першого датчика", знімають сигнал "Відмова виміру параметра", переводять керування двигуном на електронний регулятор і продовжують керування двигуном з використанням показань другого датчика, який відрізняється тим, що розрахункове значення параметра двигуна по каналу виміру параметра, що відмовив, формують із використанням показань справних каналів виміру по залежностях, визначуваних експериментально для кожного двигуна й типу датчика. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4