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

Обобщенные координаты обозначены в соответствии со струк­ турной схемой на фиг. 6. 9.

Из полученных уравнений видно, что по числу оборотов двига­ теля система является астатической относительно возмущений ХР и Y°; по температуре же газа система является астатической от­ носительно возмущений Х° и X F.

Конечное значение регулируемых параметров при перенастрой­

Отсюда видно, что при перенастройке регуляторов система яв­ ляется астатической.

Устойчивость рассматриваемой системы при условии Тя—>0

и /,->()*; /2< 0; /3<Г0; /8< 0 выражается таким неравенством:

[Уз+ 4 - ^ (44+44)1} [Т1<К2 +

+ К М - 4)- 44+ 11> TK2Kj<,Kt (4 4 + 1415).

Имея в виду, что 4 4 + 4 Ж в ( 4 4 + 4 4 ) , Для увеличения запаса устойчивости системы регулирования целесообразно уменьшать ко­ эффициент усиления регулятора форсажного контура Кг. Это же свойство системы справедливо и для случая Ткф 0.

При более детальном исследовании оказывается, что запас устойчивости рассматриваемой системы все же меньше, чем в рас­ смотренных выше случаях.

Поведение рассматриваемой системы регулирования в зависи­ мости от изменения параметров регуляторов и условий полета

* Значение коэффициента 1г при практических расчетах получается мало отличающимся от нуля.

можно видеть по переходным процессам, приведенным на фиг. 6. 10. Двигатель взят тот же, что и при рассмотрении систем, работаю­ щих по сигналам от р*, р2* и ш*, и те же параметры регулятора основного контура.

Как видно из процессов на фиг. 6. 10, характер их отличается от приведенных выше. Для этих процессов характерным является увеличение колебательности при повышении высоты полета как при

возмущении реактивным соплом, так и при перенастройке регуля­ тора температуры газа. Увеличение времени изодрома уменьшает колебательность, но увеличивает время регулирования. Уменьше­ ние постоянной времени сервомотора регулятора температуры газа менее 2 сек. резко увеличивает колебательность, а увеличение ее— затягивает процесс.

Для получения приемлемых процессов на всех высотах полета целесообразно применять перенастраивающийся изодром.

Введение статичности в регулятор температуры газа, например за счет применения сервомотора с жесткой обратной связью, за­ метно стабилизирует процесс, уменьшая его колебательность; но это приводит к существенной неточности поддержания температуры газа.

Обращают на себя внимание процессы по температуре газа при возмущении реактивным соплом. При уменьшении скорости изме­

При уменьшенной скорости перенастройки регулятора температуры (по сравнению со скачком) процессы также улучшатся.

При рассмотрении двигателя как объекта регулирования ука­ зывалось, что режим работы двигателя определяется не только чис­ лом оборотов, но и температурой газа перед турбиной (или за тур­ биной). С этой точки зрения рассматриваемая система регулиро­ вания имеет определенное преимущество, так как она позволяет поддерживать заданными и число оборотов и температуру газа.

Исследования показывают, что в случае применения регулятора температуры газа для форсажного контура, когда регулятор воз­ действует на створки реактивного сопла, переходные процессы получаются более приемлемыми. Это объясняется тем, что измене­ ние сечения реактивного сопла более эффективно воздействует на число оборотов, чем расход топлива в форсажную камеру (в урав­ нении движения объекта регулирования значение коэффициента усиления по соплу больше, чем по топливу).

При регулировании форсажного контура по сигналу от Т3* ре­ зультаты получаются во многом аналогичными рассмотренному, поэтому этот случай специально не рассматривается.

Процессы выхода ТРДФ на форсажный режим

Охарактеризованное выше поведение различных систем регулирования ТРДФ справедливо при нанесении единичного возмущения одним из возможных воз­ мущений.

В действительности мгновенных возмущений на систему регулирования не бывает. Это объясняется тем. что створки реактивного сопла открываются с по­ мощью устройств, имеющих определенное время срабатывания, а подача топлива в форсажную камеру изменяется от нуля до заданной величины также за опре­ деленное время, связанное с заполнением системы топливом.

Створки реактивного сопла обычно перемещаются с помощью следящего устройства, в качестве которого чаще всего применяются гидравлический серво­ мотор с жесткой обратной связью, входной сигнал на который подается от си­ стемы объединенного управления. В этом случае действующее возмущение на систему регулирования ТРДФ будет уже не единичным, а таким, какое будет на выходе из следящего устройства, управляющего соплом. Если считать, что

имеет вид (Тр~\~ Изменение расхода топлива в первый момент времени, когда включен топ­

ливный насос и когда топливный коллектор еще пустой, подчиняется сложным законам. Экспериментом установлено, что этот закон изменения расхода топлива по времени близок к экспоненте, чем мы и воспользуемся в дальнейшем.

При включении форсажных устройств приходится считаться также с усло­ виями воспламенения топлива в форсажной камере. Надежное воспламенение топ­ лива в форсажной камере получается при определенной последовательности по включению зажигания, раскрытию реактивного сопла, расходу топлива, включе­ нию регулятора форсажного режима и др., что и составляет программу выхода на форсажный режим. Например, на фиг. 6.11 приведена одна из возможных программ включения форсажного устройства, из которой следует, что при рас­ чете всей системы регулирования необходимо учитывать и сдвиг по моментам

1-й с л у ч а й . Программа включения форсажного устройства состоит в том, что в момент времен» t= t2 начинают раскрываться створки реактивного сопла, изменяя площадь его проходного сечения по экспоненциальному закону. Одно­ временно включается регулятор температуры газа, исполнительный орган ко-

Фиг. 6.11. Возможная программа включения форсажного контура.

торого начинает изменять подачу топлива в форсажную камеру. Топливная си­

температуры газа примем рассмотренный выше регулятор.

В качестве следящего устройства, управляющего створками реактивного соп­ ла, примем сервомотор с жесткой обратной связью, передаточная функция для

pX i = Kc (X l - X 2v

(TKp + l ) X 2= T J p X 3;

Х ат— KsX n -|- KgXs;

рХ 4 — (Y0 — Х Т4) К 2.

(a0jP5 + aiP4+ a2p3+ a3p* + a4p '+ a5)XT4 = (aiP3 -j- asp2 - f HP + a7) pX F [ 1 ]. (6. 26)

Под XF'\] будем понимать единичное возмущение на следящую систему, управляющую реактивным соплом от объединенного управления двигателем.

ЛГС %

0 =0 : P=const;Т„-Ц5:Кс-/,0;к, -3: Тсч,2

___ _____

Фиг. 6. 12. Переходные процессы при включении ТРДФ.

Поведение такой системы лучше всего проследить по переходным процес­ сам. На фиг. 6. 12 приведены переходные процессы, полученные в результате интегрирования уравнений (6.25) и (6.26) для случая включения форсажного устройства по указанной выше программе при работе того же ТРДФ на стенде гтри различных значениях постоянной времени Гсоп следящего устройства. Пара­ метры регуляторов приняты прежними, т. е. /Сс=Ш; /Ci=9; 7’с=1,2. Из этих про­ цессов следует, что с увеличением скорости открытия створок реактивного сопла (уменьшение значения Гсоп) резко увеличивается заброс чисел оборотов и про­ дал температуры газов за турбиной. Уменьшение же скорости открытия створок

реактивного сопла приводит к существенному увеличению времени регулирова­ ния по температуре газа при уменьшении провала гто температуре и заброса по числам оборотов.

В зависимости' от поставленных требований к переходным процессам при выбранной программе включения форсажного устройства можно подобрать необходимую скорость срабатывания следящего устройства, управляющего ре­ активным соплом, пользуясь приведенными процессами.

В случае, если по каким-либо причинам (аварийным) топливо в форсажной камере не воспламенилось, а проходное сечение реактивного сопла увеличилось, температура газа уменьшится и уменьшится реактивная тяга, развиваемая дви­ гателем (по сравнению с бесфорсажным режимом). Переходные процессы для этого случая также показаны на фиг. 6.12.

2-й с л у ч а й . Программа включения форсажного устройства остается преж­ ней, но только репулятор температуры газа воздействует на створки реактивного сопла, а расходом топлива, осуществляемым по экспоненциальному закону, за­ дается форсажный режим от ручки объединенного управления. Передаточная функция топливной системы, осуществляющей подачу топлива по экспоненци­ альному закону, будет

Px 3= Ac № - * 2);

(Гкр + 1) A2 = TK$pX3;

A'oT = KgXn -)- К

pX p = (Y° — х т\) К 9.

Здесь в уравнении регулятора температуры по сравнению с (6. 19) вместо координаты Х4 (расход топлива в форсажную камеру Хог ф) введена координата

положения створок реактивного сопла Хр, а в уравнении объекта учтена пере­ даточная функция топливной системы, осуществляющая расход топлива в фор­ сажную камеру но экспоненциальному закону.

Разрешая (6. 27) относительно Хп и Х р 4, получим

Под Хатф нужно понимать единичное возмущение от объединенного управ­

ления на топливную систему форсажного контура.

Поведение рассматриваемой системы показано на фиг. 6. 13, где приведены переходные процессы при включении форсажной камеры того же ТРДФ при ра­ боте его на стенде при различных значениях Тт. Уменьшение значения Тт приво­ дит к большему диапазону изменения чисел оборотов и к большему забросу тем­ пературы газа. Однако сравнение с процессами на фиг. 6.12 показывает, что вре­

284 Глава VI. Системы регулирования ТРДФ

мя регулирования существенно сокращается. Это объясняется большей эффектив­ ностью влияния изменения проходного сечения реактивного сопла на температу­ ру газа и число оборотов по сравнению с влиянием изменения расхода топлива на те же параметры.

Там же приведены процессы, учитывающие возможный аварийный случай, когда по какой-либо причине регулятор температуры не включен, а топливо в форсажную камеру подано. Видно, что при сравнительно небольшом провале числа оборотов недопустимо резко повышается температура газа за турбиной.

Фиг. 6. 13. Переходные процессы при включении ТРДФ.

3-й с л у ч а й . Программа включения форсажного устройства заключается в том, что одновременно включаются створки реактивного сопла и осуществляет­ ся подача топлива в форсажную камеру; также одновременно включается регу­ лятор температуры газа, который корректирует расход топлива в форсажную камеру. Раскрытие створок и подача топлива происходят по экспоненциальному закону. Укрупненная структурная схема системы приведена на фиг. 6. 14. От рас­ смотренного выше случая данный отличается тем, что теперь одновременно дей­ ствуют два возмущения — от реактивного сопла и расхода топлива в форсажную камеру. Исходная система уравнений движения будет такой:

/■Х-4 = (У '°-Л -Г4) К2;

К,

х °*.ф - ^ p + l ^2 Ш;

* 0 ,.ф = ^ О т.ф — *4-

Обобщенные координаты обозначены в соответствии с фиг. 6. 14 и ранее при­ нятым для регулятора числа оборотов. Возмущения Fi [1] и F« [1] наносятся одновременно от ручки объединенного управления.

1 Здесь левые части разные, потому что в общем виде ТС0„фТт.

получим после сложения полученных процессов, т. е. по числу оборотов после

АТ^С

Фиг. 6. 15. Переходные процессы при включении ТРДФ.

Характерным для этих процессов является то, что при Тс<т=Тти при умень­ шении этих постоянных увеличиваются амплитуды колебаний чисел оборотов

и температуры газа. Однако и большая разность между Тсоп и 7"т также приво­ дит к резкому увеличению амплитуд колебаний и времени регулирования. Такое

в том, что по сравнению с 3-м случаем возмущение от реактивного сопла Ft нано­ сится спустя некоторое время после нанесения возмущения Ft топливом, и, наобо­ рот, возмущение F2 наносится спустя некоторое время после нанесения возмуще­ ния F1. Регулятор температуры включается одновременно с нанесением второго

проводить с учетом начальных условий, так как возмущения наносятся разновре­ менно.

условии, что возмущение Fi накосится спустя некоторое время t=ti после нане­

определить начальные условия, пользуясь обычным преобразованием Лапласа.

H --0 ;V * w n st;T c = l,2;/< rg;КС=Ю, Г„ -0 ,5

----- Н п я м и ш к н и к ГППЛПМ п п т п м ЧРПР7 П УГРР

Фиг. 6. 16. Переходные процессы при включении ТРДФ.

Далее для определения процессов для времени С>Д необходимо интегриро­ вать уравнение (6.31) с учетом ранее полученных начальных условий.

Аналогично нужно преобразовать и уравнения (6.33) и (6.34) для получе­ ния переходных процессов по температуре газа Хта-

На фиг. 6. 16 приведены переходные процессы для того же ТРДФ с теми же регуляторами при работе его на стенде при различных значениях Т Соп и 7 Т и раз­ личном сдвиге во времени нанесения возмущений, когда прежде наносится F2, а по­ том Ft и наоборот.

Из этих кривых переходного процесса видно то же влияние различных соот­ ношений значений 7соп и Тт, что и при рассмотрении 3-го случая. Кроме того., видно, что по сравнению с процессами на фиг. 6.15 забросы и провалы регули­ руемых параметров сильно изменяются, причем с увеличением времени сдвига