книги из ГПНТБ / Шевяков, Алексей Андреевич. Автоматика авиационных силовых установок учебник для авиационных вузов
.pdf
НА ДОМ Н£ *'ЧДДПСЯ
А. А. ШЕВЯКОВ
I Эки'зьмпЩт
L±!чит. зала
АВТОМАТИКА АВИАЦИОННЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК
Допущено Министерством высшего образования СССР
в качестве учебника для авиационных вузов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ!
М о с к в а — 1960
ГОС г
НАУЧНС* -..j. АЯ tuБИВt''. .:
Ш
4A qM
В книге разработаны и систематизированы материалы по теории автоматического регулирования авиационных двигате лей. Рассмотрены системы регулирования поршневых одновальных и двухвальных турбореактивных двигателей с форсажной камерой и без «ее, двухковтурных турбореактивных, а равно одновальных и двухвальных турбовинтовых двигателей.
Книга является учебником для авиационных вузов по курсу «Теория автоматического регулирования авиационных силовых установок» и может быть полезной инженерам и научным сотрудникам, работающим в области» автоматического регули рования авиационных силовых установок.
Р е ц е н з е н т ы : докт. техж. наук проф. М. М. Масленников, Казанский авиационный институт и Ленинградский институт авиационного приборостроения.
Редактор инж. Я. Л. Яновский
Зав. редакцией инж. С. Д. Красильников
Стр. |
Строка |
|
5 |
15 |
сверху |
5 |
13 и |
14 снизу |
5 |
22 снизу |
|
8 |
19 сверху |
|
20 |
13 снизу |
|
28 |
7 |
снизу |
60 |
16 снизу |
|
98 |
|
|
1033 снизу
1042 снизу
144 Подпись под фиг. 3.11
148 Подпись под фиг. 3.13
179 16 сверху
1941 и 12 снизу
1952 и 4 сверху
1961 сверху
202 |
13 |
снизу |
207 |
2 сверху |
|
227 |
12 |
снизу |
22711 снизу
22811 снизу
2616 и 15 снизу
296 |
6 сверху |
307 |
13 сверху |
311 |
19 снизу |
341 |
12 сверху |
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Напечатано |
Должно быть |
степень сжатия
кг возЗ/сек л. с
кг возд[сек кг тяги
степень сжатия
иМк (пг)
К гК.
++
( 1 - 0
Аk -\
”к10 — *
ра\ — ~ Г) ;
Г
r - 1
2.37, а
угол опережения зажигания
л. с.
кг возд1сек кг тяги кг »озд!сек
угол опережения зажигания
И-МтОч)
КгК ,
+ |
Р |
+ |
|
( 1 - е ) |
|
|
*К10 |
1 |
Kipii = |
V -1 |
|
|
|
— 1 |
!2.40
+ ^1(1р41 = |
|
|
+ ^10р41-*р41 = |
|
числа оборотов. |
I |
|
числа оборотов ЮМА-004. |
|
числа оборотов ЮМО-004. |
|
|
числа оборотов. |
|
избытков будет |
|
|
избытков может |
|
/ « |
|
|
|
/к а т |
/кат |
|
|
|
/ ж |
/ж |
|
|
|
/ 2 |
|
|
|
Jкят |
|
/ к а тж |
|
|
/ ж т |
|
V>o* |
|
|
Апах^ |
|
|
|
|
|
Vjob |
|
|
|
|
= Urn 5 |
|
|
|
|
3 f |
|
|
|
|
v |
—Q(<■>) + |
IR («>)• |
i |
|
= С7(ш) -j-/V(o>). |
Полагая |
. . в ф(ш )| |
Полагая К(о>) . . . в V (ш) |
||
апериодической |
|
j |
открытой |
|
2.37, |
а |
|
| |
2.40 |
2.37, |
а |
|
I |
2.37,6 |
{У°+Хм) |
|
! |
(Г °-* д ,) |
|
(7-23) |
|
1 |
(7.21) |
|
пропущен номер формулы (8.45, а)
Заказ 207/1692
ПРЕДИСЛОВИЕ
Создание удовлетворительно работающей системы регулирова ния для современных авиационных силовых установок является сложной и трудной задачей. Это объясняется' следующими причи
нами:
а) изменяющимися свойствами двигателя как объекта регули рования при работе его в различных условиях полета;
б) жесткими требованиями к характеру переходных процессов наряду с требованием большой точности поддержания заданных величин рабочего процесса;
в) необходимостью поддержания заданными, или необходимо стью изменения по заданной программе, нескольких регулируемых параметров, определяющих режим работы двигателя;
г) противоречивостью общих требований, предъявляемых к си стемам регулирования: чтобы система надежно работала, она должна быть предельно проста, но этому препятствует требование получения жестких переходных процессов (показателей качества, точности);
д) широким диапазоном изменения условий работы аппаратуры системы регулирования (температура, давление, скорость полета); е) необходимостью простого способа управления режимами работы двигателя, сводящегося, как правило, к управлению, смонти
рованному в одной ручке; ж) необходимостью иметь в общей системе регулирования мно
гочисленные дополнительные устройства, обеспечивающие как без опасность работы двигателя, так и выполнение некоторых других функций, связанных с управлением двигателя.
Поэтому при разработке такой сложной системы важно не толь ко правильно ее рассчитать, но и правильно сконструктировать.
Расчет системы регулирования современного двигателя — про цесс достаточно сложный, хотя общие методы расчета и известны из теории автоматического регулирования. Вследствие сложности рассчитываемых систем во многих случаях применение известных аналитических методов расчета динамики САР практически оказы вается нецелесообразным. Более целесообразным оказывается при менение математического моделирования (и в последующем моде лирования с реальной аппаратурой) САР, что позволяет резко уско рить процесс расчета, а также решать сложные нелинейные задачи.
4 |
Предисловие |
При расчете систем регулирования авиационных двигателей не обходимо учитывать как их эксплуатационные характеристики, так
ихарактеристики их как объектов регулирования.
Внастоящее время имеется достаточно литературы, освещаю щей эксплуатационные свойства и характеристики двигателей, но очень мало литературы, освещающей свойства двигателей как
объектов регулирования, и почти отсутствует литература, ком плексно освещающая оба эти вопроса.
Автором сделана попытка увязать эти два вопроса так, чтобы при создании собственно двигателя можно было бы учесть потреб ности, вытекающие из условий работы его системы автоматики, а при создании системы автоматики можно было бы более полно учесть свойства двигателя. Естественно, что более оптимальные ха рактеристики двигателя зависят от правильного сочетания указан ных двух вопросов.
Вкниге очень коротко рассматриваются эксплуатационные ха рактеристики различных типов двигателей и на их основе — харак теристики их как объектов регулирования.
При расчете динамики систем регулирования рассматриваются конкретные схемы этих систем.
Всоответствии с основным назначением книги в ряде мест вклю чены материалы пояснительного характера и даны примеры рас чета динамики систем регулирования.
При изложении материала книги предполагалось, что читатель знаком с основами теории автоматического регулирования, теорией двигателей и моделирования.
Вкниге описываются системы регулирования поршневых, тур бореактивных, турбореактивных с форсажными устройствами, двухконгурных турбореактивных и турбовинтовых двигателей.
Книга написана в соответствии с утвержденной программой по одноименному курсу в основном по материалам лекций, прочитан ных автором в Московском авиационном институт© им. С. Орджо никидзе.
Автор выражает благодарность проф. М. М. Масленникову, до
центу С. В. Златоустову и доценту П. А. Кононову, рецензировав шим рукопись, и члену-корреспонденту АН СССР проф. Б. Н. Пет рову за ряд весьма ценных замечаний.
Все замечания по содержанию и оформлению книги просим на правлять по адресу:
Москва, И-51, Петровка, 24, Оборонгиз.
|
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ |
|
|
Для поршневых двигателей |
|
Ne — эффективная мощность в л. с. |
||
п — число оборотов в об/сек или об/мин |
||
р к — величины |
наддува двигателя в кг/слг2 |
|
Се— удельный |
расход топлива |
|
Мя — крутящий |
момент, развиваемый двигателем в кгм |
|
Мв — момент, необходимый |
для привода винта в кгм |
|
i\M— избыточный крутящий |
момент в кгм |
|
Мн —момент, необходимый для привода ПЦН в кгм |
||
Л!тр — момент трения в кгм |
|
|
Мт— момент, развиваемый турбиной в кгм |
||
Мк— момент, необходимый |
для привода компрессора в кгм |
|
рг — давление газов в выхлопном коллекторе в кг)см2 |
||
е — степень сжатия
I — параметр, определяющий тепловой режим двигателя о— координата дросселя сектора газа
ПЦН— приводимый центробежный |
нагнетатель |
|||
ТК — турбокомпрессор |
|
|||
ПД — поршневой двигатель |
|
|||
|
Для газотурбинных двигателей |
|||
R — реактивная тяга |
в кг |
|
||
Ryu — удельная |
тяга в кг еозд!сек кг тяги |
|||
£ „ — работа, |
затрачиваемая на |
привод компрессора с учетом меха |
||
нических потерь, отнесенная к 1 кг сжимаемого воздуха |
||||
Ма— крутящий |
момент, необходимый для привода агрегатов в кгм |
|||
Мк— крутящий |
момент, необходимый для привода компрессора в кгм |
|||
МТр — крутящий |
момент, обусловленный наличием сил трения в кгм |
|||
N э — эквивалентная мощность для ТВД в л. с. |
||||
Ne — эффективная мощность, снимаемая с винта в л. с. |
||||
Nуд — удельная |
мощность в кг B03djceK л. с. |
|||
Neyn— удельная |
мощность (эффективная) в кг возО/сек л. с. |
|||
й т— расход |
топлива |
в кг1час |
|
|
GB— расход воздуха |
в кг\сек |
|
||
GK— расход |
воздуха |
через компрессор в кг)сек |
||
Сс — расход |
газа через реактивное сопло в кг/сек |
|||
Gr — расход |
газа в кг/сек |
|
||
Суд — удельный расход топлива в кг/кг тяги час для ТРД и в кгЫ.с.час
для ТВД |
в ккал\кг |
Ни — теплотворность топлива |
|
Нал — полный адиабатный напор компрессора |
|
М — число Маха—отношение |
скорости полета к скорости звука |
Г,-; w-t — давление, температура |
и скорость газа (воздуха) в определенном |
сечении двигателя |
|
6 |
Условные обозначения |
|
Рн\ Тн\ |
V — давление, температура окружающей |
среды и скорость полета |
|
F — площадь реактивного сопла на срезе |
в м- |
|
F-f — площадь проходного сечения соплового аппарата турбины в м2 |
|
|
Fc — площадь проходного сечения сопла в ж2 |
|
|
рс — статическое давление на срезе сопла |
в кг]см1 |
|
J{ — момент инерции в кгмсек2 |
|
|
D — диаметр винта в м |
|
Л*— адиабатный теплоперепад на турбине А — термический эквивалент работы
я= 11,9 — постоянный коэффициент в выражении для крутящего момента турбины и компрессора
k r — показатель адиабаты для газа 71; — ЧИСЛО оборотов
g — ускорение силы тяжести
а— коэффициент состава смеси (избытка воздуха)
Р — коэффициент |
мощности винта |
в основной и форсажной |
||
8К; 8ф — коэффициент |
потерь полного давления |
|||
камерах сгорания |
|
|
|
|
%; % — к. п. Д- компрессора и турбины |
|
|||
т)г— эффективный к. п. д. двигателя |
|
|||
■>1к.с— к. п. Д. камеры сгорания |
|
|
||
% — полетный к. п. д. |
винта |
|
|
|
т]з — к. п. д. воздушного |
|
|
||
т)о — полный (экономический) к. п. д. |
|
|||
1)ад — адиабатный к. п. д. компрессора |
|
|||
v — потери давления в камере |
сгорания |
|
||
р — плотность воздуха |
|
|
|
|
А— относительная поступь винта |
|
|||
л* — степень повышения давления в компрессоре |
||||
77*6 = 7t*7i*K— общая степень повышения |
давления |
|
||
77* — значение степени повышения давления |
в компрессоре, соответ |
|||
ствующее Яудщах |
|
|
|
|
7гс — степень расширения |
газа |
в реактивном |
сопле |
|
77* — степень расширения |
газа |
на турбине |
|
|
ц — отношения расходов |
в сопле |
|
||
tpc— коэффициент |
потерь |
|
||
<рт — коэффициент потерь в турбине |
|
|||
ср— угол установки лопастей винта |
|
|||
S — комплексное |
число в преобразовании Лапласа |
|||
Tj — постоянная времени А',-; в,-; bi — коэффициенты усиления
р — оператор дифференцирования ТРД — турбореактивный двигатель
ТРДФ — турбореактивный двигатель с форсажной камерой ТВД — турбовинтовой двигатель ВИШ — винт изменяемого шага
ЧЭ — чувствительный элемент САР — система автоматического регулирования
П р и м е ч а н и е . Параметры, отнесенные к заторможенному потоку, обозначены со звездочкой.
Глава I
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ЛЕГКОГО ТОПЛИВА
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Поршневой авиационный двигатель является сложной тепловой машиной, в которой происходят различные физические и химиче ские процессы, тесно связанные между собой.
Происходящие в двигателе процессы, связанные с преобразо ванием химической энергии топлива в механическую, принято на зывать рабочим процессом двигателя. Рабочий процесс двигателя, характеризуемый целым рядом параметров, происходящих в нем процессов, определяет как эксплуатационные характеристики дви гателя, так и характеристики его как объекта регулирования.
Поршневой двигатель, как и любая тепловая машина, требует некоторого, вполне определенного способа управления, т. е. спосо ба количественного изменения величин параметров, определяющих его рабочий процесс.
Следовательно, сущность управления поршневым двигателем сводится к поддержанию заданными или изменению по заданному закону некоторых параметров его рабочего процесса.
Для различных схем поршневых двигателей способы управле ния должны быть различными, а для поддержания заданного ре жима работы двигателя величины параметров его рабочего про цесса — определенными. Под режимом работы двигателя понима ют определенное сочетание значений параметров его рабочего про цесса, при которых достигается определенное значение развиваемой мощности N* и удельного расхода топлива Се. Сочетанием же зна чений параметров рабочего процесса получают необходимые режи мы работы двигателя, в том числе максимальные, номинальные, крейсерские и другие, которые необходимы при эксплуатации само лета.
Для изменения величин параметров рабочего процесса исполь зуются специальные устройства, которые позволяют изменять коли чество подводимой к двигателю и отводимой от двигателя энергии. Эти устройства называются регулирующими органами (или управ ляющими органами, или управляющими факторами). Для незави симого изменения нескольких параметров рабочего процесса необ ходимо иметь столько же управляющих органов, так как рабочий