2.2 Управление двигателем

Двигатель с неизменяемой геометрией имеет лишь один управляющий фактор – величину теплоподвода.

Рис. 6. Линия рабочих режимов на характеристике компрессора [3]

В качестве управляемого параметра, непосредственно определяемого величиной теплоподвода, могут служить параметры либо либо . Но, посколько параметр является независимым, то в качестве управляемого параметра могут быть связанные с , и параметры и приведенная частота вращения

(12)

Причем в различных областях значений в качестве управляемого параметра могут использоваться различные параметры.

Различие возможных программ управления двигателем с неизменяемой геометрией обусловлено различием в допустимых значениях параметров , и на максимальных режимах.

Если при изменении температуры воздуха на входе в двигатель потребовать, чтобы температура газа перед турбиной на максимальных режимах не изменялась, то будем иметь программу управления . Относительная температура при этом будет изменяться в соответствии с выражением .

На рис. 6 показано, что каждому значению вдоль линии рабочих режимов соответствуют определенные значения параметров и . (На рис. 6) показано также, что при < 1, а это может быть в случае < ; величина приведенной частоты вращения превосходит единицу. При увеличении свыше единицы КПД компрессора существенно снижается, поэтому работа в этой области значений обычно не допускается, для чего вводится ограничение ≤ 1. В таком случае при< независимо управляемым параметром является . На максимальных режимах программа управления определяется условием = 1.

Для обеспечения работы при = 1 необходимо, чтобы величина относительной температуры была =1, что в соответствии с выражением

равнозначно условию . Следовательно, при уменьшении ниже величина должна уменьшаться. На основании выражения (12) будет уменьшаться также и частота вращения . Параметры при этом будут соответствовать расчетным значениям.

В области при условии = const величина параметра при увеличении может изменяться по-разному — она может и возрастать, и уменьшаться, и оставаться неизменной, что зависит от расчетной степени

повышения полного давления воздуха в компрессоре и характера управления компрессором. Когда программа = const приводит к увеличению по мере возрастания , а по условиям прочности повышение частоты вращения недопустимо, используется программа Температура газа перед турбиной при возрастании будет в этих случаях, естественно, уменьшаться.

В качестве управляющего сигнала в системе автоматического управления двигателя при обеспечении программ и служат ветчины этих параметров. При обеспечении программы = const в качестве управляющего сигнала может служить — величина или меньшая величина ,которая при = const и = const в соответствии с выражением

однозначно определяет величину Использование величины в качестве управляющего сигнала может быть обусловлено ограничением рабочей температуры чувствительных элементов термопары.

Для обеспечения программы управления = const можно также воспользоваться программным управлением по параметру , величина которого будет функцией от (рис. 7) .

Рассмотренные программы управления в целом являются комбинированными. При двигатель работает на подобных режимах, в которых все параметры, определяемые относительными величинами, неизменны. Это — величины приведенной скорости потока во всех сечениях проточной части ГТД, приведенная температура, степень повышения полного давления воздуха в компрессоре. Величина, которой соответствуют расчетные значения и и которая разделяет два условия программы управления, во многих случаях соответствует стандартным атмосферным условиям у земли = 288 К. Но в зависимости от назначения двигателя величина может быть и меньше, и больше .

Для двигателей высотных дозвуковых летательных аппаратов может оказаться целесообразным назначить < 288 К. Так, для того чтобы обеспечить работу двигателя в условиях М = 0,8; Н ≥ 11 км при =, необходимо = 244 К. Тогда при = 288 К относительная температура будет = 1,18 и двигатель на максимальном режиме будет работать при < 1. Расход воздуха на взлете у такого двигателя ниже

(кривая 1, рис. 7) , чем у двигателя с (кривая 0).

У двигателя, предназначенного для высотного скоростного самолета, может оказаться целесообразным назначить (кривая 2). Расход воздуха и степень повышения полного давления воздуха в компрессоре у такого двигателя при > 288 К выше, чем у двигателя с = 288 К Но температура газа перед

Рис. 7. Зависимость основных параметров рабочего процесса двигателя: а – с неизменяемой геометрией от температуры воздуха на входе в компрессор, б – с неизменяемой геометрией от расчетной температуры воздуха [3]

турбиной достигает максимального значения в этом случае при более высоких значениях и соответственно при более высоких числах М полета. Так, у двигателя с = 288 К максимально допустимая температура газа перед турбиной у земли может быть при М ≥ 0, а на высотах Н ≥ 11 км — при М ≥ 1,286. Если двигатель работает на подобных режимах, например до = 328 К, то максимальная температура газа перед турбиной у земли будет при М ≥ 0,8, а на высотах Н ≥ 11 км - при М ≥ 1,6; на взлетном режиме температура газа будет = 288/328

Для того чтобы работать при до = 328 К, частоту вращения по сравнению с взлетной необходимо увеличить в = 1,07 раз.

Выбор > 288 К может быть обусловлен также необходимостью поддержания потребной величины взлетной тяги при повышенных значениях температуры воздуха.

Таким образом, повышение расхода воздуха при > путем увеличения обеспечивается за счет повышения частоты вращения ротора двигателя и снижения удельной тяги на взлетном режиме вследствие снижения .

Как видно, величина оказывает существенное влияние на параметры рабочего процесса двигателя и его выходных параметров и наряду с , является, таким образом, расчетным параметром двигателя.