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

288 Глава VI. Системы регулирования ТРДФ

между наносимыми возмущениями амплитуды колебания увеличиваются. Следо­ вательно, лучших процессов возможно добиться в том случае, когда оба возму­ щения наносятся одновременно.

Для лучшего воспламенения топлива в форсажной камере очень часто осу­ ществляется подача топлива при еще закрытых створках реактивного сопла, что приводит к некоторому забросу температуры газа и провалу чисел оборотов. Подбирая определенное соотношение между значениями Тест и Гт, можно суще­ ственно уменьшить величины этих забросов и провалов.

Турбонасосная подача топлива в форсажный контур

В связи с ростом реактивной тяги, развиваемой двигателями, резко увеличивается расход топлива, особенно в форсажную ка­ меру. Применение для этой цели плунжерных топливных насосов (переменной производительности) связано с определенными труд­ ностями конструктивного характера, а применение шестеренчатых топливных насосов с приводом от вала двигателя связано с необ­ ходимостью осуществлять перепуск большого количества топлива в тот момент, когда форсажная камера не работает. Кроме того, существенно увеличивается вес системы и затрудняется размещение на двигателе таких больших агрегатов.

Применение топливных насосов с приводом от воздушной турби­ ны позволяет во многом избавиться от перечисленных выше недо­ статков. В этом случае турбина должна работать на воздухе, отби­ раемом от компрессора двигателя, и приводить во вращение топливный насос. Такая схема топливной системы позволяет пол­ ностью отключать турбонасосный агрегат, когда форсажная камера не работает и в этом случае может применяться как шестеренчатый, так и центробежный топливный насос.

Топливные системы с турбонасосом могут быть различными. Рассмотрим схему, когда числом оборотов турбонасоса поддержи­ вается постоянный перепад давлений на дроссельном кране, кото­ рый с помощью регулятора форсажного контура дозирует топливо

вфорсажную камеру. Число же оборотов турбонасоса изменяется

спомощью дросселирования воздуха либо на входе в турбину,

либо на выходе из нее. Принципиальная схема такой системы топливоподачи приведена на фиг. 6. 17, а укрупненная структурная

•схема всей системы регулирования ТРДФ с турбонасосом (ТНА) показана на фиг. 6. 18.

Составим уравнения движения рассматриваемой системы ре­ гулирования. Уравнения движения ТНА выводятся аналогично тому, как это делалось при выводе уравнений движения ТК при рассмотрении поршневых двигателей. Используя исходное уравне­

ние 2теУтн— = М Т— Мя и нелинейные зависимости вида МТ — dt

= M T(pl,na$) и МИ= М (пИ,рн ),после обычной линеаризации получим

(^тн Р + 1) ^»н= ho^pi "Ьа д а д * .

вальных ТРДФ могут быть применимы и для ТРДФ с двухкаскад­

раскрытия реактивного сопла Уравнения движения объекта регулирования получим из (2.67), где девятое уравнение необходимо заменить на первое уравнение

(2. 98) и в последнем заменить ХРАи Х т3 заменить XTii, т. е.

Кяри^ра + ^дта^Т41 KgpAXpA X9T6X T6— K9X F.

Кроме того, необходимо учесть второе уравнение (2.98). Полу­ ченную систему уравнений необходимо свести к четырем уравне­ ниям вида

(Т.Р + 1) ХпА = /^ „ 2 + l2X pi;

(Г«Р+ 1) Хп2 = 13ХрА + l5X pi + 16Х п1)

X pi + ljX n2 + iex ni= i lox a^

X pi + lnXn1 + lnX„2 + InXpl — ^14^0, ф + hs^F-

Далее необходимо использовать (2. 104), заменив ХрА разно­ стью Х„2—УД = Х рА.

Уравнение движения регулятора числа оборотов примем по уравнениям (3.7), (3.9), (3.11) и (2.45), а для регулятора фор­

сажного контура — последние два уравнения из (6. 13). Структур­ ная схема всей системы приведена на фиг. 6. 19.

Исходная система уравнений движения будет такой:

РХ 3 = КС(Х 1 —Х 2)\ (Ткр + 1 ) Х 2=Т„$рХ3,

Х*т= mXp2— m1X i — т2\°;

{Тср + \ ) Х 5= К 2Х 4.

Обозначения приняты в соответствии со структурной схемой фиг. 6. 19.

Разрешая эту систему относительно Хп1, Х п2, получим

Отсюда видно, что число оборотов низконапорного каскада Х„2 в установившемся режиме не изменяется при изменении сечения реактивного сопла Y/гдаже при изменении степени расширения газа на турбине перенастройкой Y0.

Поведение рассматриваемой системы можно видеть по переход­ ным процессам, приведенным на фиг. 6.20 и фиг. 6.21. Эти про­ цессы соответствуют двухкаскадному ТРД, рассмотренному в при­ мере на стр. 262, но с добавлением к нему форсажной камеры и ре­ гулируемого реактивного сопла. Режим двигателя соответствует стендовому, близкому к максимальному, при возмущении реактив­ ным соплом с увеличением проходного сечения реактивного соп­ ла на 5ч/о.

По этим процессам видно влияние изменения постоянной вре­ мени и коэффициента усиления сервомоторов регуляторов и влия­ ние времени изодрома. Коэффициент усиления принимался из усло­ вия получения 3|9/о точности по степени расширения газов *•*. Луч-

шим переходным процессам соответствует наибольшее быстродей­ ствие сервомотора регулятора основного контура и примерно то же время изодрома как и в рассмотренном выше примере двухкаскад­ ного ТРД без форсажной камеры.

н=0 ; K^const

Фиг. 6. 20. Переходные процессы при К с—чаг,

7"c=var для двухкаскадного ТРДФ при возму­ щении реактивным соплом.

Более детальный расчет показывает, что если применять аста­ тический регулятор форсажного контура (без жесткой обратной связи), то колебательность процесса существенно увеличивается.

Если изменить способ управления так, чтобы регулятор фор­ сажного контура воздействовал на створки реактивного сопла, а не на расход топлива, то переходные процессы несколько улучшились бы аналогично тому, как это было показано выше для одновального ТРДФ. Вообще приближенно можно считать, что с одной и той же системой регулирования поведение рассматриваемой системы во

многом аналогично одновальному ТРДФ. И в этом случае оказы­ вается целесообразным такой способ управления форсажным конту­ ром, когда регулятор температуры газа воздействует на створки

Фиг. 6. 21. Переходные процессы при Ги= уаг для двухкаскадного ТРДФ при воз­ мущении реактивным соплом.

реактивного сопла, а режим задается величиной расхода топлива

вфорсажную камеру.

3.ДВУХКОНТУРНЫЕ ТРД С ДОЖИГАНИЕМ ТОПЛИВА

ВО ВТОРОМ КОНТУРЕ

Для одновального двухконтурного ТРД с дожиганием топлива во втором контуре при условии, что режим основного контура должен оставаться примерно неизменным, во втором контуре необходимо иметь редулируемое реактивное сопло. В этом случае в качестве регулятора второго контура можно применять регулятор степени повышения давления в вентиляторе, который должен) воз­ действовать или на створки реактивного сопла, или иа расход топлива во второй контур.

ТРД и ТРДФ. В этом случае также оказывается целесообразным применять та­ кой способ управления вторым контуром, когда регулятор его воздействует на створки реактивного сопла.

Для двухконтурного ТРД, схема которого приведена на фиг. 2.37, а, при сжигании топлива во втором контуре также необходимо регулируемое реактив­ ное сопло второго контура. При условии, что низконапорный каскад основного контура работает в следящем режиме за высоконапорным каскадом, реактивное сопло первого контура может быть нерегулируемым.

Регулируемым параметром второго контура может быть степень повышения давления воздуха в компрессоре (вентиляторе) • Схемы же регуляторов

остаются аналогичными рассмотренным выше, и расчет системы репулирования такого двигателя производится почти аналогично расчету ТРДФ с двухкаскадным компрессором.

Поведение системы регулирования такого двигателя также во многом ана­ логично ТРДФ с двухкаскадным компрессором. В нем также можно улучшить процессы, если регулятор второго контура воздействует на створки реактивного сопла.

Если в основном контуре регулируются числа оборотов обоих каскадов за счет изменения расхода топлива в основной контур и регулируемого реактив­ ного сопла основного контура, то при тех же способах управления вторым (фор­ сажным) контуром расчет системы регулирования усложняется ввиду необходи­ мости учета в общей системе уравнений движения третьего регулятора, т. е. ре­ гулятора числа оборотов низконапорного (высоконапорного) каскада.

Сама же методика расчета остается прежней. При наличии регулируемого входного направляющего аппарата, когда последний управляется по параметрам, определяющим условия полета, или по режиму работы двигателя, их влияние сле­ дует учитывать лишь как возмущение, действующее на систему.

Влияние воздухозаборника и системы его регулирования по рас­ смотренным параметрам будут разобраны во второй части учеб­ ника.

Глава VII

СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТВД

В этом разделе будут составлены уравнения движения для не­ которых возможных систем регулирования ТВД и дан краткий ана­ лиз их динамики.

1. ОДНОВАЛЬНЫЙ ТВД с о д н и м ви н т о м

Рассмотрим систему регулирования ТВД, когда число оборотов вала винта изменяется путем изменения угла установки его ло­ пастей с помощью регулятора числа оборотов, принципиальная схе-

х°

Фиг. 7. 1. Структурная схема системы регулирова­ ния ТВД.

ма которого приведена на фиг. 3. 35, а температура газа поддер­ живается заданной путем изменения расхода топлива с помощью регулятора, работающего по разомкнутой схеме от сигналов, ха­ рактеризующих условия полета.

Структурная схема всей системы регулирования приведена на фиг. 7. 1. Здесь Х° — настройка регулятора числа оборотов; Y0 — настройка регулятора расхода топлива, который потом корректи­

руется по условиям полета по сигналам Тi и pi; Фи Ф2, Фз — пере­ даточные функции звеньев системы. Предполагаем, что расход то­ плива в двигатель не зависит от числа его оборотов.