книги из ГПНТБ / Шевяков, Алексей Андреевич. Автоматика авиационных силовых установок учебник для авиационных вузов

148 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

Несколько отличной от схемы регулятора числа оборотов, но очень похожей на нее является схема, приведенная на фиг. 3. 13. Отличие заключается в том, что сервопоршень дроссельного кра-

Фиг. 3. 13. Принципиальная схема регулятора числа оборотов ЮМО-004.

газа.

на 11 сделан с одним поршнем, а изодромом является обычный катаракт 9 с дросселем. Корпус катаракта удерживается всегда в одном и том же положении за счет пружин 4 и 10, работающих на сжатие.

Эффект изодрома получается за счет катаракта, в котором про­ исходит истечение жидкости из одной полости в другую через жик­ лер, и пружин, удерживающих корпус катаракта. Этот регулятор числа оборотов работает аналогично рассмотренному выше.

Рассмотренный изодромный регулятор скорости вращения, при­

регулятора приведена на фиг. 3. 14. Входным сигналом в этот регу­

/—рычаг настройки, 2—соединение рычага обратной связи с поршнем, 3—рычаг обратной связи, 4—поршень сервомотора, 5—вход масла под давлением, 6—гидромотор, 7—шестеренчатый перебор, 8—вал управления реактивным соплом, 9—золотник, 10—золотник, 11—давление (полное) перед компрессором, 12—ат­

мосферное давление, 13—жиклеры, /-/—мембранная коробка. 15—корпус мембранной коробки, 16—слив масла 17—профильный кулачок.

в движение регулируемое реактивное сопло. Регулятор (или кор­ ректор по температуре газа) состоит из мембранных коробок 14, соединенных с золотником 10, пружин с двух сторон, сервомотора 4, золотника обратной связи 9, рычага обратной связи 3, гидравличе­ ского сервомотора 6 и шестеренчатого перебора 7 с винтом обрат­ ной связи на выходном валу 8.

Регулятор работает следующим образом. При отклонении ско­ ростного напора от заданного мембранная коробка деформируется и передвигает золотник 10 в ту или иную сторону; масло из напор­ ной магистрали 5 под давлением начинает поступать в одну из по­ лостей сервомотора 4. Передвижение сервомотора 4 открывает окна золотника 9, в результате чего из той же напорной магистра­

150 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

в движение золотник 9, который перекрывает окна. Следователь­ но, каждому положению сервомотора 4 соответствует определен­ ное положение выходного вала и положение конуса реактивного сопла.

Рычаг обратной связи 3, соединенный с сервомотором 4 и зо­ лотником 10 через мембранную коробку, также осуществляет жест­ кую обратную связь, ввиду чего передвижение сервомотора 4 при­ водит в движение золотник 10, перекрывающий окна золотника Следовательно, и в этом случае каждому значению входного сиг­ нала Дрек соответствует определенное положение сервомотора 4.

Из рассмотренного следует, что описываемый регулятор, пред­ назначенный для поддержания (корректиро!вания) заданного зна­ чения температуры газов, работает по разомкнутой схеме, где каж­ дому значению сигнала Дрск соответствует определенное проход­ ное сечение реактивного сопла.

Сигнал от Дрск в известном диапазоне его изменения может рассматриваться как приблизительно пропорциональный величине подогрева воздуха на входе в компрессор; поэтому для поддержа­ ния заданной температуры газа с изменением условий полета необ­ ходимо соответственно изменить проходное сечение реактивного сопла, что и осуществляет этот регулятор.

Поскольку число оборотов и температура газов связаны между собой однозначно (при неизменных внешних условиях), очевидно, при настройке регулятора на определенное число оборотов необхо­ димо также настраивать и регулятор температуры на определен­ ную температуру газов.

Для этого в рассматриваемом регуляторе температуры имеется специальное устройство, состоящее из рычага 1 и профильного ку­ лачка 17 и связанное с сектором газа, что позволяет одновременно задавать необходимое число оборотов и температуру газов двига­ теля.

Конструктивная схема описанного регулятора (корректора) температуры газа приведена на фиг. 3. 15.

Сокращенная принципиальная схема рассмотренных регулято­ ров числа оборотов и температуры газа, соединенных с двигате­ лем, приведена на фиг. 3. 16, которая дополняет сказанное о систе­ ме управления двигателем.

На фиг. 3. 17 показана принципиальная схема системы управ­ ления двигателем, предназначенная для ТРД с регулируемым реак­ тивным соплом. Число оборотов двигателя поддерживается регу­ лятором скорости вращения с центробежным тахометром, воздей­ ствующим на расход топлива, а температура газа изменяется с по­ мощью регулятора (корректора) температуры, работающего по

разомкнутой схеме от сигнала, пропорционального величине р \ —р\

и воздействующего на регулируемое реактивное сопло.

Регулятор скорости вращения состоит из центробежного тахо­ метра 15, соединенного с золотниковым устройством 14, и сервомо-

(Ь/г

Фиг. 3. 15. Конструктивная схема регулятора реактивного сопла ЮМО-004.

/ —рычаг настройки. 2—рычаг обратной связи, 3—поршень сервомотора. 4—вход масла под давлением. 5—золотник. 6, 7—соединение золотника с валом гидромотора. 8—гидро-

коробки, 16—слив масла.

/«1 Ч

Фиг. 3. 16. Сокращенная принципиальная схема управления двигателем ЮМО-004.

/—рычаг управления, 2, 3, 4, 5—регуляторы числа оборотов и расхода топлива, 6—камеры сгорания. 7—регулятор сопла, 8—мембранная коробка, 9—шестеренчатый масляный насос, 10—гидромотор, 11—конус реактивного сопла, 12—компрессор.

13—турбина, /-/—пусковой агрегат.

152 Глава III. Системы, автоматического управления ГТД

тора с жесткой обратной связью, который управляет дросселем, перепускающим часть топлива из напорного коллектора на слив.

Чтобы исключить влияние переменного перепада давлений топ­ лива на перепускном дросселе на величину расхода топлива, пре­ дусмотрен клапан постоянного перепада 16.

Фиг. 3. 17. Принципиальная схема управления двигателем SNECMA «Атар»-10!

срегулируемым реактивным соплом.

/—вход топлива в пусковой насос, 2—пусковой насос с электроприводом, 3—рычаг управ­ ления, 4—шестеренчатый топливный насос, 5—слив топлива из бака, 6—слив топлива в бак, 7—автомат приемистости, 5—клапан-распределитель, 9—стоп-кран. 10—клапан ми­

нимальной подачи топлива к форсункам, // —пусковые форсунки, 12—главные двухсту­ пенчатые форсунки, 13—регулятор сопла. 14—регулятор числа оборотов. 15—тахометр. 16—регулятор постоянного перепада, 17—вход масла, 18—шестеренчатый насос, 19—масло под давлением, 20—слив масла, 21—обратная связь от сопла.

Регулятор (корректор) температуры газа во многом аналоги­ чен рассмотренному в предыдущем примере с той лишь разницей, что входным сигналом для него является разность полных давле­

ний за и перед компрессором, т. е. величина р*к—р*- Каждому зна­

чению входного сигнала также соответствует определенный выход­ ной сигнал. В качестве рабочей жидкости в этом регуляторе при­ меняется масло. Способ работы этой схемы управления ясно виден из приведенной схемы и почти полностью аналогичен рассмотрен­ ному выше. Заметим лишь, что регулятор скорости вращения ра­ ботает с жесткой обратной связью, поэтому наличие остаточной неравномерности не позволяет поддерживать заданное число обо­

ротов двигателя с достаточной точностью, хотя в этом случае и по­ лучается очень простая схема регулятора.

На фиг. 3. 18 приведена принципиальная схема регулятора ско­ рости вращения, где чувствительным элементом является такой же центробежный тахометр 4, управляющий золотником 2 сервомото­ ра 4. Расход топлива через двигатель изменяется величиной пере-

Фиг. 3. 18. Принципиальная схема регулятора скорости вращения.

/—центробежный тахометр, 2—золотник, 5—настройка, 4—сервомотор, 5—втулка с резь­ бой, <?—груз (вращающаяся масса), 7—пружина. S—золотник, 9—дроссель топлива, 10—камера сгорания.

пуска топлива из напорной магистрали, что осуществляется с помощью перепускного дросселя 9.

Стабилизирующим элементом служит устройство 5, 6, 7, 8, да­ ющее сигнал, пропорциональный скорости изменения числа оборо­ тов двигателя. Этот сигнал суммируется с сигналом, пропорцио­ нальным величине отклонения числа оборотов на сервомоторе 4 дросселя перепуска 9.

Стабилизирующее устройство работает следующим образом. Если изменяется число оборотов двигателя, т. е. dn/dt ф 0, то про­ исходит относительный поворот вращающейся втулки 5 относи­ тельно вращающегося груза 6 совместно с золотником 8, которые связаны между собой пружиной 7.

Благодаря резьбовому соединению между грузом и втулкой про­ исходит осевое перемещение золотника, что вызывает увеличение

154 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

расхода масла в сервомотор 4 и изменяет его скорость движения пропорционально величине ускорения вращения двигателя.

Следовательно, законом управления для рассматриваемого ре­ гулятора числа оборотов является сумма сигналов — от величины скорости вращения и величины ускорения вращения. Описанный

Фиг. 3. 19. Принципиальная схема регулятора скорости вращения.

регулятор числа оборотов может применяться как для ТРД с нере­ гулируемым, так и с регулируемым реактивным соплом.

На фиг. 3. 19 приведена принципиальная схема электрогидравлического регулятора скорости вращения; чувствительным элемен­ том его является таходинамо 1, величина снимаемого напряжения с которого пропорциональна скорости вращения. Сигнал с таходи­ намо подается на магнитный усилитель 2. На этот же магнитный усилитель подается сигнал, пропорциональный ускорению враще­ ния, который получается благодаря дифференцированию снимаемо­ го с таходинамо сигнала с помощью RC — контура. Далее сумми­ рованный и усиленный сигнал после выпрямления подается на про­

порциональное электромагнитное реле 3, которое дросселирует вы­ ход рабочей жидкости (топлива) из левой полости сервомотора 6.

Подача топлива в двигатель осуществляется с помощью плун­ жерного насоса 7, который приводится во вращение от вала двига­ теля. Расход же топлива через насос зависит от числа его оборо­ тов и от угла наклона косой шайбы 8, которая управляется серво­ мотором 6. Правая полость сервомотора соединена с напорной топ­ ливной магистралью, а левая — с той же магистралью, но через жиклер 5, и, кроме того, соединена со сливом через дроссельное отверстие 4, проходное сечение которого управляется электромаг­ нитным реле 3.

Регулятор работает следующим образом. Если почему-либо число оборотов двигателя возросло сверх заданного, сигнал от таходинамо увеличивается и якорек электромагнитного реле подтя­ нется кверху и несколько увеличит проходное сечение жиклера 4, в результате чего давление в левой полости сервомотора умень­ шится и поршень этого сервомотора передвинет косую шайбу 8 на меньший угол наклона. Насос начнет подавать меньшее коли­ чество топлива в двигатель и число оборотов его уменьшится. В про­ цессе неустановившегося движения к сигналу, пропорциональному отклонению числа оборотов, добавляется сигнал, пропорциональ­ ный величине ускорения вращения, в результате чего и происходит стабилизация процесса.

В этой же схеме предусмотрен регулятор максимально-допусти­ мых чисел оборотов 11, способ работы которого состоит в следую­ щем. Если число оборотов двигателя превысило допустимое, то благодаря наличию косых отверстий 9 в роторе насоса (обладаю­ щих .насосным эффектом) давление топлива в корпусе 10 повысит­ ся и прогнет мембрану 12, которая с помощью рычажка откроет струйный жиклер 13. В результате давление топлива в левой по­ лости сервомотора 6 уменьшится, поршень его переместит косую шайбу в сторону меньшей производительности насоса и число обо­ ротов двигателя уменьшится 5.

На фиг. 3. 20 приведена принципиальная схема регулятора рас­ хода топлива. Как отмечалось выше, такой регулятор работает по замкнутой схеме как регулятор расхода топлива, а по отноше­ нию к числу оборотов он работает по разомкнутой схеме.

Этот регулятор состоит из плунжерного топливного насоса 1, сервомотора 2, изменяющего положение косой шайбы, ограничите­ ля максимальных чисел оборотов 3 и специального устройства 4, реагирующего на изменение внешних условий. Иногда это устрой-

1 Применение таходинамо в качестве чувствительного элемента не позволяет поддерживать число оборотов двигателя с высокой точностью (0,2~-0,3°/о) из-за большой неточности работы таходинамо (l,5-s-2,0°/o). Однако с изменением Рн> Тн, V по условиям полета эта система позволяет поддерживать число оборотов двигателя с наименьшей точностью, чем регулятор расхода топлива, работающий по разомкнутой схеме относительно числа оборотов. Наличие же ограничителя -максимального числа оборотов делает безопасным этот режим.

156 Глава III. Системы автоматического управления ГТД

ство называют баростатическим устройством (баростат). Баростат состоит из анероида 5, воздействующего на рычаг 6, который за­ креплен на опорной диафрагме 7 и второй конец которого изменяет проходное сечение жиклера 8. Кроме того, имеется чувствительный элемент, замеряющий давление топлива, развиваемое топливным насосом. Это устройство состоит из упругой мембраны 9, поршень-

Фиг. 3. 20. Принципиальная схема регулятора расхода топлива.

/—плунжерный топливный насос, 2—сервомотор. 3—ограничитель максимальных чисел обо­ ротов, 4—баростат, 5—анероид. 6—суммирующий рычаг, 7—диафрагма. 8—жиклер, 9—мембрана, 10—поршенек, 11—шток.

ка 10 и штока 11, также воздействующего на рычаг 6. Таким обра­ зом, на рычаге 6 слагаются два сигнала: один — от анероида, вто­ рой— от величины давления топлива, развиваемого насосом. На той же фиг. 3. 20 в верхнем левом углу приведена характери­ стика форсунки, из которой следует, что каждому значению давле­ ния топлива в напорном коллекторе соответствует определенный расход его через форсунку. Следовательно, можно считать, что сигнал, идущий на рычаг 6 от величины давления топлива, пропор ционален расходу топлива (при постоянном значении удельного веса топлива).

Топливный насос переменной производительности и регулятор максимальных чисел оборотов по способу работы аналогичен рас­ смотренному выше. Регулятор работает следующим образом. При изменении по каким-либо причинам заданного расхода топлива

в двигатель изменяется давление его за насосом, вследствие чего шток 11 чувствительного элемента передвигает рычаг 6, который увеличивает или уменьшает проходное сечение жиклера 8 и тем изменяет давление топлива в правой полости сервомотора, приво­ дящего косую шайбу. Изменение же положения косой шайбы в соответствующую сторону изменяет расход топлива в двигатель. Следовательно, по отношению к сигналу, пропорциональному ве­ личине расхода топлива, этот регулятор работает по замкнутой схеме.

Как было выяснено при рассмотрении эксплуатационных свойств

двигателей, с изменением внешних условий рн , Тн , V должен изме­ няться и расход топлива.

Изменение расхода топлива при изменении внешних условий осуществляет анероид 5. Предполагая, что на деформацию его влияют величины р* и Т*, из той же схемы регулятора видно, что

с изменением величины общего сигнала, идущего от анероида, изменяется проходное сечение жиклера 8 и тем самым изменяется расход топлива через двигатель.

Напомним, что по мере увеличения высоты полета действуют

следующие факторы: уменьшение рн приводит к уменьшению рас­ хода топлива вследствие уменьшения расхода воздуха; уменьше­

ние Тн приводит к увеличению расхода топлива вследствие отно­ сительного увеличения расхода воздуха через двигатель; увеличе­ ние V приводит к относительному увеличению расхода воздуха за

счет увеличения р*. Таким образом, в зависимости от изменяю­

щихся внешних условий должно происходить и соответствующее изменение расхода топлива так, чтобы число оборотов сохраня­ лось постоянным.

Однако во всех возможных условиях полета сигнал, идущий от анероида, не может совпадать с необходимым сигналом, при ко­ тором устанавливался бы требуемый расход топлива и числа обо­ ротов оставались бы неизменными при изменении внешних условий. Поэтому коррекция изменения расхода топлива по условиям по­ лета с помощью анероида является приближенной, при которой значение чисел оборотов практически не сохраняется неизменным при изменении условий полета.

Кроме того, такая схема регулятора может дать заметное от­ клонение значений чисел оборотов двигателя и от изменения ха­ рактеристик ее элементов, что присуще разомкнутой схеме.

Однако рассмотренная схема регулятора очень проста и надеж­ на в эксплуатации, благодаря чему она и получила достаточно широкое распространение на практике.

Следует обратить внимание, что рассматриваемый регулятор не имеет никаких стабилизирующих устройств и стабилизация про­ цесса по числу оборотов происходит лишь за счет большого коэф-