Размещено на http://www.allbest.ru/

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АС – автоматическая система

АД – авиационный двигатель

ВЗ – воздухозаборник

ВНА – входной направляющий аппарат

ВС – воздушное судно

ВД – высокого давления

ГДУ – газодинамическая устойчивость

ГТД – газотурбинный двигатель

ДИ – дозирующая игла

КВД – компрессор высокого давления

КНД – компрессор низкого давления

НА – направляющий аппарат

НД – низкого давления

РУД – рычаг управления двигателем

САУ – система автоматического управления

СУ – силовая установка

ТВД – турбовинтовой двигатель; турбина высокого давления

ТНД – турбина низкого давления

ТРДД – турбореактивный двигатель двухконтурный

ТРДДФ - турбореактивный двигатель двухконтурный с форсажной камерой

ТО – техническое обслуживание

ЦП – центральный процессор

ACU – actuator control unit – блок управления приводами

AFDX – формат шины данных

ARINC 429 – формат данных цифровой шины

DEC/DECU – digital electronic control unit – блок цифрового управления двигателем

EEC – electronic engine control – блок системы электронного управления двигателем; электронный регулятор

EMU – engine monitoring unit – блок управления двигателем

EOSU – electronic overspeed protection unit – модуль защиты двигателя от заброса оборотов

ETRAS – electromechanical thrust reverser actuation system – электромеханическая система привода устройства реверсирования тяги

FADEC – full authority digital electronic control – система электронного управления двигателем с полной ответственностью

FCU – fuel control unit – регулятор подачи топлива

FMS – fuel metering section – измерительная часть

FMU – fuel metering unit – топливодозирующее устройство

N1 – частота вращения ротора низкого давления

N2 – частота вращения ротора высокого давления

ODMS – oil-debris magnetic sensor – датчик обнаружения металлических частиц в масле

SAV – starter air valve – клапан воздушного стартера

VMU – vibration measurement unit – устройство измерения вибрации

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Общие сведения о системах автоматического управления авиационными газотурбинными двигателями

1.1 Назначение систем автоматического управления

1.2 Проблемы, возникающие при эксплуатации систем автоматического управления двигателями типа FADEC

2. Газодинамические схемы газотурбинных двигателей

2.1 Газодинамическая характеристика газотурбинных двигателей

2.2 Управление двигателем

3. Системы управления подачей топлива

3.1 Главный регулятор расхода топлива

3.2 Упрощенная схема управления топливом

3.3 Гидропневматические системы управления топливом, ТВД PT6

3.4 Система управления топливом Бендикс DP-L2

3.5 Электронная система программирования подачи топлива

3.6 Управление мощностью и программирование подачи топлива (CFM56-7B)

3.7 Система управления топливом ВСУ

3.8 Настройка системы управления топливом

4. Система автоматического управления

4.1 Основная часть

4.2 Описание и работа

4.3 Система управления топливом

4.4 Система индикации расхода топлива

4.5 Внешние магистрали

Выводы и рекомендации

Список использованной литературы

Введение

Газотурбинные двигатели (ГТД) за шестьдесят лет своего развития стали основным типом двигателей для воздушных судов современной гражданской авиации. Газотурбинные двигатели – классический пример сложнейшего устройства, детали которого работают длительное время в условиях высоких температур и механических нагрузок. Высокоэффективная и надежная эксплуатация авиационных газотурбинных силовых установок современных воздушных судов невозможна без применения специальных систем автоматического управления (САУ). Крайне важно отслеживать рабочие параметры двигателя, управлять ими для обеспечения высокой надежности работы и длительного срока его эксплуатации. Следовательно, огромную роль играет выбор автоматической системы управления двигателем.

В настоящее время в мире широко используются воздушные суда, на которых устанавливаются двигатели V поколения, оборудованные новейшими системами автоматического управления типа FADEC (Full Authority Digital Electronic Control). На авиационных газотурбинных двигателях первых поколений устанавливались гидромеханические САУ.

Гидромеханические системы прошли долгий путь развития и совершенствования, начиная от простейших, основанных на управлении подачей топлива в камеру сгорания (КС) при помощи открытия/закрытия отсечного клапана (вентиля), до современных гидроэлектронных, в которых все основные функции регулирования производятся с помощью гидромеханических счётно-решающих устройств, и только для выполнения некоторых функций (ограничение температуры газа, частоты вращения ротора турбокомпрессора и др.) используются электронные регуляторы. Однако сейчас этого не достаточно. Для того, чтобы соответствовать высоким требованиям безопасности и экономичности полетов, необходимо создавать полностью электронные системы, в которых все функции регулирования выполняются средствами электронной техники, а исполнительные органы могут быть гидромеханическими или пневматическими. Такие САУ способны не просто контролировать большое число параметров двигателя, но и отслеживать их тенденции, управлять ими, тем самым, согласно установленным программам, задавать двигателю соответствующие режимы работы, взаимодействовать с системами самолета для достижения максимальной эффективности. Именно к таким системам относится САУ FADEC.

Серьезное изучение устройства и работы систем автоматического управления авиационных ГТД является необходимым условием правильности оценки технического состояния (диагностики) АС управления и их отдельных элементов, а также безопасной эксплуатации САУ авиационных газотурбинных силовых установок в целом.

1. Общие сведения о системах автоматического управления авиационными гтд

1.1 Назначение систем автоматического управления

газотурбинный двигатель топливо управление

САУ предназначена для (рис. 1):

- управления запуском двигателя и его выключения;

- управления режимом работы двигателя;

- обеспечения устойчивой работы компрессора и камеры сгорания (КС) двигателя на установившихся и переходных режимах;

- предотвращения превышения параметров двигателя выше предельно допустимых;

- обеспечения информационного обмена с системами самолета;

- интегрированного управления двигателем в составе силовой установки самолета по командам из самолетной системы управления;

- обеспечения контроля исправности элементов САУ;

- оперативного контроля и диагностирования состояния двигателя (при объединенной САУ и системы контроля);

- подготовки и выдачи в систему регистрации информации о состоянии двигателя.

Обеспечение управлением запуска двигателя и его выключением. На запуске САУ выполняет следующие функции:

- управляет подачей топлива в КС, направляющим аппаратом (НА), перепусками воздуха;

- управляет пусковым устройством и агрегатами зажигания;

- защищает двигатель при помпаже, срывах в компрессоре и от перегрева турбины;

- защищает пусковое устройство от превышения предельной частоты вращения.

Рис. 1. Назначение системы автоматического управления двигателем [1]

САУ обеспечивает выключение двигателя с любого режима работы по команде пилота или автоматически при достижении предельных параметров, кратковременное прекращение подачи топлива в основную КС при потере газодинамической устойчивости компрессора (ГДУ).

Управление режимом работы двигателя. Управление производится по командам пилота в соответствии с заданными программами управления. Управляющим воздействием является расход топлива в КС. При управлении поддерживается заданный параметр регулирования с учетом параметров воздуха на входе в двигатель и внутридвигательных параметров. В многосвязных системах управления также может управляться геометрия проточной части для реализации оптимального и адаптивного управления с целью обеспечения максимальной эффективности комплекса «СУ – летательный аппарат».

Обеспечение устойчивой работы компрессора, КС двигателя на установившихся и переходных режимах. Для устойчивой работы компрессора и КС осуществляется автоматическое программное управление подачей топлива в камеру сгорания на переходных режимах, управление клапанами перепуска воздуха из компрессора или за компрессором, управление углом установки поворотных лопаток ВНА и НА компрессора. Управление обеспечивает протекание линии рабочих режимов с достаточным запасом газодинамической устойчивости компрессора (вентилятора, подпорных ступеней, КНД и КВД). Для предотвращения превышения параметров при потере ГДУ компрессора применяется противопомпажная и противосрывная системы.

Предотвращение превышения параметров двигателя выше предельно допустимых. Под предельно допустимыми понимаются максимально возможные параметры двигателя, ограниченные по условиям выполнения дроссельных и высотно-скоростных характеристик. Длительная работа на режимах с предельно допустимыми параметрами не должна приводить к разрушению деталей двигателя. В зависимости от конструкции двигателя автоматически ограничиваются:

- предельно допустимая частота вращения роторов двигателя;

- предельно допустимое давление воздуха за компрессором;

- максимальная температура газа за турбиной;

- максимальная температура материала рабочих лопаток турбины;

- минимальный и максимальный расход топлива в КС;

- предельно допустимая частота вращения турбины пускового устройства.

В случае раскрутки турбины при обрыве ее вала производится автоматическое выключение двигателя с максимально возможным быстродействием клапана отсечки топлива в КС. Может быть применен электронный датчик, фиксирующий превышение пороговой частоты вращения, или механическое устройство, которое фиксирует взаимное окружное смещение валов компрессора и турбины и определяет момент обрыва вала для выключения подачи топлива. При этом управляющие устройства могут быть электронными, электромеханическими или механическими.

В конструкции САУ должны быть предусмотрены надсистемные средства защиты двигателя от разрушений при достижении предельных параметров в случае выхода из строя основных каналов управления САУ. Может быть предусмотрен отдельный агрегат, который при достижении предельного для надсистемного ограничения значения какого-либо из параметров с максимальным быстродействием выдает команду на отсечку топлива в КС [6].

Информационный обмен с системами самолета. Информационный обмен осуществляется по последовательным и параллельным каналам информационного обмена.

Выдача информации в контрольно-проверочную и регулировочную аппаратуру. Для определения исправного состояния электронной части САУ, поиска неисправностей, эксплуатационной регулировки электронных агрегатов в комплекте принадлежностей двигателя имеется специальный пульт контроля, проверки и регулировки. Пульт применяется при наземных работах, в некоторых системах устанавливается на борту самолета. Между САУ и пультом осуществляется информационный обмен по кодовым линиям связи через специально подсоединяемый кабель.

Интегрированное управление двигателем в составе СУ самолета по командам из самолетной системы управления. С целью получения максимальной эффективности работы двигателя и самолета в целом интегрируют управление двигателем и другими системами СУ. Системы управления интегрируют на базе бортовых цифровых вычислительных систем, объединенных в систему управления бортовым комплексом. Интегрированное управление осуществляется корректировкой программ управления двигателем от системы управления СУ, выдачей параметров двигателя для управления воздухозаборником (ВЗ). По сигналу от САУ ВЗ выдаются команды на установление элементов механизации двигателя в положение повышения запасов ГДУ компрессора. Для предотвращения срывов в управляемом ВЗ при изменении режима полета режим двигателя соответственно корректируется или фиксируется.

Контроль исправности элементов САУ. В электронной части САУ двигателя автоматически контролируется исправность элементов САУ. При отказе элементов САУ информация о неисправностях выдается в систему контроля СУ самолета. Выполняется реконфигурация программ управления и структуры электронной части САУ для сохранения ее работоспособности.

Оперативный контроль и диагностирование состояния двигателя. САУ, интегрированная с системой контроля выполняет дополнительно следующие функции:

- прием сигналов от датчиков и сигнализаторов двигателя и самолета, их фильтрацию, обработку и выдачу в бортовые системы индикации, регистрации и другие системы самолета, преобразование аналоговых и дискретных параметров;

- допусковый контроль измеренных параметров;

- контроль параметра тяги двигателя на взлетном режиме;

- контроль работы механизации компрессора;

- контроль положения элементов реверсивного устройства на прямой и обратной тяге;

- расчет и хранение информации о наработке двигателя;

- контроль часового расхода и уровня масла при заправке;

- контроль времени запуска двигателя и выбега роторов КНД и КВД при останове;

- контроль систем отбора воздуха и системы охлаждения турбины;

- виброконтроль узлов двигателя;

- анализ тенденций изменения основных параметров двигателя на установившихся режимах.

На рис. 2 схематично представлен состав агрегатов системы автоматического управления ТРДД.

При достигнутом в настоящее время уровне параметров рабочего процесса авиационных ГТД дальнейшее улучшение характеристик силовых установок связано с поиском новых путей управления, с интеграцией САУ АД в единую систему управления самолетом и двигателем и их совместным управлением в зависимости от режима и этапа полета. Такой подход становится возможным при переходе к электронным цифровым системам управления двигателем типа FADEC (Full Authority Digital Electronic Control), т.е. к системам, в которых электроника осуществляет управление двигателем на всех этапах и режимах полета (системам с полной ответственностью) [6].

Преимущества цифровой системы управления с полной ответственностью перед гидромеханической системой управления очевидны:

- система FADEC имеет два независимых канала управления, что значительно повышает ее надежность и исключает необходимость многократного резервирования, снижает ее вес;

Рис. 2. Состав агрегатов системы автоматического управления, контроля и топливопитания ТРДД

- система FADEC осуществляет автоматический запуск, работу на установившихся режимах, ограничение температуры газа и скорости вращения, запуск после погасания камеры сгорания, антипомпажную защиту за счет кратковременного снижения подачи топлива, она функционирует на основе данных разного типа, поступающих от датчиков;

- система FADEC обладает большей гибкостью, т.к. количество и сущность выполняемых ею функций можно увеличивать и изменять с помощью введения новых или корректировки существующих программ управления;

- система FADEC значительно снижает рабочие нагрузки для экипажа и обеспечивает применение широко распространенной техники электропроводного (fly-by-wire) управления самолетом;

- в функции системы FADEC входит мониторинг состояния двигателя, диагноз отказов и информация о техобслуживании всей силовой установки. Вибрация, рабочие характеристики, температура, поведение топливных и масляных систем – одни из многих эксплуатационных аспектов, мониторинг которых обеспечивает безопасность, эффективный контроль ресурса и снижение расходов на обслуживание;

- система FADEC обеспечивает регистрацию наработки двигателя и повреждаемости его основных узлов, наземный и походный самоконтроль с сохранением результатов в энергонезависимой памяти;

- для системы FADEC отсутствует необходимость регулировок и проверок двигателя после замены какого-либо из его узлов.

Система FADEC также:

- управляет тягой на двух режимах: ручном и автоматическом;

- контролирует расход топлива;

- обеспечивает оптимальные режимы работы, управляя течением воздуха по тракту двигателя и регулируя зазор за рабочими лопатками ТВД;

- контролирует температуру масла интегрированного привод-генератора;

- обеспечивает выполнение ограничений по работе системы реверса тяги на земле.

На рис. 3 наглядно продемонстрирован широкий спектр функций, выполняемых САУ FADEC.

В России САУ этого типа разрабатываются для модификаций двигателей АЛ-31Ф, ПС-90А и ряда других изделий.

Рис. 3. Назначение цифровой системы управление двигателем с полной ответственностью [1]