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

268 Глава VI. Системы регулирования ТРДФ

устойчивости увеличивается. Такое свойство системы сохраняется и при Т„фО.

Это положение наглядно видно и на структурной схеме на фиг. 6. 1. Действительно, когда полагаем Яб= 0, то это значит, что ликвидируется один из замкнутых контуров через объект регулирования (топливный насос форсажного контура) и регулятор фор­ сажного контура становится разомкнутым. В этом случае устойчи-

йп оS/мин

Фиг. 6. 2. Переходные процессы при различных Н и Тк для различных возмущений.

весть системы вообще не зависит от регулятора форсажного кон­ тура.

Поведение рассматриваемой системы в зависимости от измене­ ния параметров регулятора и условий полета лучше всего просле­ дить по переходным процессам. На фиг. 6.2 приведены переход­ ные процессы по числу оборотов для двигателя с рассматриваемой системой регулирования, когда возмущением является мгновенная перенастройка регулятора числа оборотов, раскрытие створок ре­ активного сопла и изменение скорости полета (изменение величи­ ны ттi) при различных значениях параметров регулятора и различ­ ных высот полета. Из приведенных переходных процессов видно, что при выбранных параметрах регуляторов с увеличением высоты полета процессы улучшаются при возмущениях соплом и скоростью полета и ухудшаются при перенастройке регулятора числа оборо­ тов. При увеличении времени изодрома процессы затягиваются по времени при всех видах возмущений. Процессы, обусловленные возмущениями от реактивного сопла и скорости полета, в действи­

тельности будут лучше приведенных за счет сравнительно малой скорости изменения возмущений (вместо скачка), поэтому пара­ метры системы целесообразно выбирать по (наихудшим) процес­ сам, обусловленным перенастройкой регулятора. Процессы обусловленные перенастройкой регулятора числа оборотов, с уче­ том влияния регулятора форсажного контура, мало отличаются от процессов, полученных без учета влияния „регулятора форсажного контура.

Регулирование форсажного контура по сигналу от р 2*

Одна из возможных принципиальных схем регулятора форсаж­ ного контура показана на фиг. 6. 3, на которой виден способ ее ра-

/—перепускной клапан. 2—чувстви­ тельный элемент. 3—сервомотор. 4— насос.

боты. Схему регулятора числа оборотов примем прежней. Струк­ турная схема всей системы регулирования приведена на фиг. 6. 4.

Уравнение движения объекта регулирования напишем в виде (2. 99) и сведем эту систему к двум уравнениям такого вида:

(Тр J- 1) А'„= IiX p2-\-12X0t-f- 13Х 0тф+ l6X F;

(6.4)

+ 1гХа^.

Уравнения движения звеньев регулятора примем в следующем виде:

Х л= К 2Хр2— чувствительный элемент,

<7> + 1) Х5= К ЪX 4 — сервомотор с жесткой обратной связью.

Глава VI. Системы регулирования ТРДФ

Следовательно, исходная система уравнений будет такой:

(Тр + 1) Х п= 1,Хр2+ 12Х0т+ 13Х5+ 1:Х ;

Х р2— к Х п + к XGt5

Из (6. 6) видно, что относительно возмущений, обусловленных изменением сечения реактивного сопла и перенастройкой регулято­ ра, система по числу оборотов является астатической.

Такая система практически всегда устойчива. Если же положить 7\,-^0 с учетом, что Л>0; /з>0 и /б>0, то условие устойчивости будет таким:

ствует условию независимости расхода топлива в основной контур от числа оборотов двигателя, то запас устойчивости увеличивается. При ТИфО это свойство системы сохраняется.

Поведение этой системы в зависимости от изменения парамет­ ров регулятора и условий полета можно видеть по переходным про­ цессам, приведенным на фиг. 6. 5. Здесь взят тот же двигатель, что и при рассмотрении системы, работающий по сигналу от р*, и то­ же параметры регуляторов.

А п OS/MUH

с увеличением высоты полета процессы, обусловленные раскрытием (закрытием) реактивного сопла, улучшаются, а процессы, обуслов­ ленные перенастройкой регулятора числа оборотов, ухудшаются. Увеличение времени изодрома приводит к затягиванию процессов.

Сравнимость процессов фиг. 6. 2 и фиг. 6. 5 объясняется тем, что в обеих системах имеется один дополнительный контур, замкнутый на объект регулирования: в первом случае — через насос, а во вто­ ром— через весь регулятор форсажного контура. Поскольку серво­ мотор регулятора форсажного контура имеет сравнительно малую постоянную времени (Гс^ОЛ сек.) и величина Р2* практически однозначно связана с числом оборотов, обе системы становятся аналогичными.

Тем не менее, во втором случае при изменении сечения реактив­ ного сопла процессы несколько хуже, чем в первом. Это объясняет­ ся наличием запаздывания сервомотора регулятора форсажного

кой обратной связью или как статический без какой-либо обратной связи. Рассмотрим случай работы регулятора при наличии жесткой обратной связи и регулятора перепада давлений на регулирующем органе.

Напомним, поддерживая заданную степень расширения газов на турбине, мы тем самым стремимся оставить неизменным режим работы основного контура двигателя. С помощью же специальной настройки Y0 в регуляторе можно изменять заданную степень рас­ ширения. С помощью того же регулятора можно осуществить дру­ гой закон управления форсажным контуром — отрабатывать сиг­ нал за счет изменения сечения реактивного сопла. Режим в этом случае должен задаваться фиксированным расходом топлива в фор­ сажную камеру.

Регулятор числа оборотов основного контура примем преж­ ним — изодромным с шестеренчатым топливным насосом и регуля­ тором перепада давлений на регулирующем органе. Общая струк­ турная схема всей системы приведена на фиг. 6. 7.

Уравнение движения объекта регулирования получим, сведя си­ стему (2. 105) к трем уравнениям вида

( 6. 8)

Выведем уравнения движения чувствительного элемента регу­

Уравнение действующих сил на мембрану будет

(Pi— P 2 ,l) f= Cl<

где р2,1 и Pi—• давление соответственно в нижней и верхней поло­

Пренебрегая малым изменением объемов полостей мембраны при ее перемещении, изменение давления в нижней полости мем­ браны учтем уравнением вида (1. 12)

где V — объем нижней полости мембраны; Qi— расход газа через первый жиклер; Q2— расход газа через второй жиклер. Используя

нелинейные зависимости Q\ = Qi (P2', P2.1l У0) и Q2= Q-2(P2,r, /), после обычной линеаризации получим

Подставляя значения Хп * из (6. 10) с учетом (2. 104), получим окончательно такое уравнение:

{Т\Р + 1) Х ~т= (TlP + m) Х р2 — (Т\ЩР + m l) Х 4— m 2V0. (611)

где Т 1, т , т и т-3, т х— постоянная времени и коэффициенты уси­ ления, обусловленные ранее введенными обозначениями, a ХА= = Л///о— выходная координата чувствительного элемента.

Значение постоянной времени Тх может быть очень малым и в первом приближении может не учитываться; поэтому в каче­ стве уравнения движения чувствительного элемента в дальнейшем примем следующее уравнение:

Следовательно, вся система уравнений движения будет такой:

(Тр+ 1) х п —

Хг.т= l4Xn+ l-X3+ !6X S-f- 1-Хр, h.XF ;

Х р2= кХп + hox i<

Хх = ( ^ - Х п)Кг,

(6.13)

Р Х ^ К ^ Х . - Х , ) - {Тпр + \ ) Х , = Т$рХ,-

Х*т= mХр2— т^Хц — т2\°;

(Тср + \ ) Х 5 = К2Х 4.

Обобщенные координаты соответствуют обозначениям на струк­

Из полученных уравнений видно, что по числу оборотов Хп си­ стема является астатической относительно возмущений Хр и Y0;

276 Глава VI. Системы регулирования ТРДФ

при возмущении реактивным соплом. Следует иметь в виду, что с увеличением высоты полета процесс горения топлива в форсаж­ ной камере может ухудшаться [уменьшается т|к.ф в (2. 96)] и по­ этому нарушается зависимость между изменением расхода топлива и изменением температуры газа в форсажной камере. При очень сильном изменении г|к.ф вся система регулирования по да* с воз­ действием на расход топлива в форсажную камеру становится

л п об/мин

Фиг. 6. 8. Переходные процессы по числу оборотов ТРДФ при различных Н, Тс и Тк для различных возмущений.

очень вялой или вообще невозможной. В этом случае при примене­ нии регулирования по да* более целесообразно, чтобы регулятор воздействовал на створки реактивного сопла, а не на расход топли­ ва в форсажную камеру.

Регулирование форсажного контура по сигналу от Т4*

В качестве регулятора форсажного контура применяем регуля­ тор температуры газа за турбиной, схема которого приведена на фиг. 3. 27; уравнения движения его звеньев были получены ранее.

Как и ранее, будем предполагать, что регулятор форсажного контура управляет изменением расхода топлива в форсажную ка­ меру, а режим устанавливается изменением проходного сечения реактивного сопла. Кроме того, будем считать, что расход топлива в форсажную камеру не зависит от числа оборотов насоса (имеется регулятор перепада давлений на дроссельной игле).

В качестве регулятора числа оборотов примем изодромный ре­ гулятор с плунжерным топливным насосом.