книги из ГПНТБ / Арховский В.Ф. Основы автоматического регулирования учеб. пособие

Когда переходный процесс, вызванный перемещением РУД,

ТРД возрастают. На рис. 4.7 в качестве примера показано пзме-

Рис. 4.8. Зависимость постоянной времени и коэффи­ циента усиления двигателя от условий полета:

нение Гд и /гд с изменением числа оборотов у ТРД с автономным приводом топливного насоса. Рост Тд с уменьшением п объясня­ ется уменьшением избыточного крутящего момента (см. рис.

100

ного ТРД изменяются и при различных условиях полета (высоте Н и скорости полета V). На рис. 4.8, а и б показан характер про­ текания кривых Гд и /гд при различных Н и V и постоянном чис­ ле оборотов двигателя. Такой характер изменения Тд и /ед объяс­ няется соответствующими изменениями избыточного момента ДМ и величины подачи топлива ДGT. Из рассмотрения графиков на рнс. 4.7 и 4.8 можно сделать важный вывод: ТРД будет обла­ дать наихудшими свойствами как объект регулирования при ма­ лых числах оборотов, на большой высоте и малой скорости по­ лета.

4.2.3. Способы нахождения Т я и k A

Уравнение ТРД как объекта регулирования широко исполь­ зуется при анализе конкретных систем управления авиационных двигателей, что требует знания численных значений постоянной времени Тд и коэффициента усиления kR.

На практике нашли применение несколько аналитических и экспериментальных методов определения Тд и Угд.

Аналитические методы предусматривают использование либо характеристик турбины и компрессора (см. рис. 4.1), либо дрос­ сельных характеристик ТРД. Характеристики турбины и комп­ рессора получают после проведения летных испытаний или в результате сложных расчетов, а дроссельные характеристики тре­ буют нахождения значений отдельных параметров двигателя (температуры газа перед или за турбиной, расхода топлива и др.) в зависимости от числа оборотов в условиях стенда. Для нахож­ дения Тя и ka с помощью этих методов приходится прибегать к довольно сложным математическим операциям, а также исполь­ зовать громоздкие, но приближенные формулы.

Более простыми являются экспериментальные методы опре­ деления Гд и /гд. Рассмотрим один из них — метод скачкообраз­ ного изменения в подаче топлива (метод снятия переходной ха­ рактеристики) .

Двигатель монтируется на испытательном стенде и выводит­ ся на исходный установившийся режим работы, характеризуе­ мый некоторыми значениями /г0 и GT<). Мгновенной (скачкооб­

разной) перестановкой регулирующего органа изменяют расход топлива в двигатель на заранее выбранную величину AGT. Число оборотов ротора ТРД при этом начинает изменяться, стремясь к новому статическому значению, соответствующему новому значе­ нию расхода топлива GTo +AGT. Этот переходный процесс легко

фиксируется, например, с помощью осциллографа. На осцилло­

101

грамме обычно записываются изменение расхода топлива (иног­ да положение регулирующего органа) и числа оборотов с нанесением отметки времени. На рис. 4.9 представлена такая ос­ циллограмма, перестроенная по относительным входным воздей­ ствиям п и Ст, для чего заранее выбраны базисные значения Пб и

GT6. Из рисунка видно, что кри­

4.2.4. Основные требования к системам управления ГТД

Требования к АСУ и САР ГТД во многом зависят от типа ле­ тательного аппарата, на который устанавливается двигатель. Однако есть целый ряд требований, свойственных в той пли иной мере большинству авиационных ГТД. К ним, например, отно­ сятся:

—получение от двигателя требуемых значений основных па­ раметров (тяги, удельного расхода топлива и т. п.) при доста­ точной надежности его работы;

—обеспечение всережимности работы основных систем уп­ равления и регулирования, а также малого времени протекания переходных процессов (в среднем 2-н-З с), характер которых же­ лательно иметь монотонным;

—обеспечение требуемых эксплуатационных качеств и неко­ торые другие.

В настоящее время к АСУ ГТД предъявляются очень жесткие требования по точности поддержания управляемой величины на установившихся режимах и отсутствия забросов параметров на переходных режимах. Например, для САР числа оборотов пог­ решность в поддержании п на основных режимах более 0,5% недопустима, а величина перерегулирования в переходном про­ цессе не должна превышать 2-^4% от числа оборотов на макси­ мальном режиме; САР температуры газа должна обеспечивать поддержание заданного значения Г* с погрешностью менее 0,5%

и не допускать заброса температуры более 5% от ее номиналь­ ного значения.

102

4.2.5. Некоторые сведения о составлении уравнений движения ГТД усложненных схем с учетом внешних и внутренних воздействий

Уравнение ТРД как объекта регулирования (4.6) было полу­ чено с учетом ряда допущений. Для выполнения требований к АСУ и САР современных ГТД при выводе их уравнений движе­ ния приходится учитывать внешние возмущающие воздействия, связь между степенью повышения давления воздуха в компрес­

ния движения ГТД принципиально не отличается от методики, рассмотренной выше (см. разд. 4.2.1). С помощью этой методики, с учетом уравнения (4.6) получено следующее уравнение движе­ ния ТРД с неизменяемой геометрией проточной части при учете внешних воздействий и постоянной подаче топлива:

ные давление и температура воздуха на входе в компрессор, от­

ТРД с изменяемой геометрией проточной части, а также к ГТД усложненных схем (двухвальные ТРД, ТРДФ и ДТРД, ТВД са­ молетного и вертолетного типа).

На рис. 4.10 и 4.11 показаны возможные принципиальные

103

схемы (а) и блок-схемы * (б) АСУ двухвалы-юго ТРД с регули­ руемым реактивным соплом и АСУ двухвалы-юго ТВД с одним винтом изменяемого шага (ВИШ). В качестве управляемых ве­ личин для первого двигателя выбраны числа оборотов компрес­ соров низкого (ил.д) и высокого (Нв.д) давлений и температура газа Т*,?, для второго двигателя — числа оборотов турбины

Рис. 4.10. Схема АСУ двухвального ТРД с ре­ гулируемым реактивным соплом:

а — принципиальная схема; б — блок-схема

компрессора (ят.к) и турбины винта (/гт.в). За управляющие воздействия при этом могут быть выбраны расход топлива GT, площадь регулируемого сопла Fp.c и угол установки лопастей ВИШ фл . Для этих систем число исходных уравнений может превышать двадцать, а математические операции, связанные с

* Блок-схема предполагает выделение в АСУ отдельных блоков, характе­ ризующих программу управления (регулирования) объекта.

104

получением общего развернутого уравнения систем, представля­ ют определенные трудности и рассматриваются в институтских курсах [10, 11].

Рис. 4.11. Схема АСУ двухвального ТВД с одним винтом изменяемого шага:

а— принципиальная схема; б — блок-схема

4.3.СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ТРД

Для исследования работы АСУ и САР двигателей обычно приходится составлять структурные схемы и преобразовывать их. Применяемая при этом методика рассмотрена в гл. III (см.

разд. 3.6.8).

Предположим, что на ТРД с приводным топливным насосом ПТН (привод от ротора двигателя) установлен статический ре­ гулятор числа оборотов с ЖОС (см. рис. 2.4). Такая система бу­ дет работать по замкнутой схеме (см. рис. 1.11) и иметь главную и местную обратные связи.

Регулятор с ЖОС, показанный на структурной схеме системы (рис. 4.12, а), состоит из тех же звеньев, что и астатический ре­ гулятор числа оборотов, рассмотренный в гл. III (см. рис. 3.20), но с добавлением рычага ЖОС. Из рис. 3.12, а понятно, что этот рычаг является пропорциональным звеном. Будем считать, что

105

его свойства выражаются передаточной функцией W5(s). Часто дозирующую иглу выделяют в отдельное пропорциональное зве­ но 4 (см. рис. 3.12, а) с передаточной функцией W i(s), что поз­ воляет более точно учитывать перемещение иглы под действием сервопоршня.

Wpez(S)

г) wc(s)

Рис. 4.12. Структурная схема регулирования числа оборотов ТРД, обо­ рудованного статическим регулятором с ЖОС:

106

ГЛАВА V

УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

5.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ

5.1.1. Понятие устойчивости

Современные ВРД, являясь сложными системами автомати­ ческого регулирования, характеризуются в первую очередь пе­ реходными процессами, которые возникают в системе под влия­ нием входного управляющего воздействия xDX(if) или внешнего возмущающего воздействия /B.B(f).

Форма переходного процесса определяется как видом управ­ ляющего л'вх(0 и возмущающего воздействия так и свойством самой системы автоматического регулирования. Урав­ нение движения системы имеет следующий вид:

В любом звене или системе регулирования возможны два ви­ да движения: вынужденное и свободное. Под вынужденным дви­ жением понимается существование переходного процесса в сис­

Если же в системе происходит переходный процесс без внешних

108