9.2. Бортовая виброизмерительная аппаратура

Для ГТД основными спектрами колебаний является частота и скорость вращения двигателя. Спектр частот связан с типом двигателей.

Выделяют следующие типы двигателей:

− турбовинтовые двигатели (ТВД);

− турбореактивные двигатели (ТРД) однороторные;

− турбореактивные двигатели двухроторные (ТРДД);

− турбоовальные двигатели.

Бортовая виброизмерительная аппаратура, применяемая в настоящее время на различных ЛА, предназначена прежде всего для контроля роторной вибрации. Ротор − основной источник вибрации корпуса ГТД, измерение роторной вибрации дает возможность оценить состояние не только ротора, но и всего двигателя в целом.

Особенности контроля роторной вибрации связаны, прежде всего, с диапазоном рабочих частот вращения роторов. Для ТВД и вспомогательных силовых установок (ВСУ) характерно то, что частота вращения ротора постоянна на большинстве рабочих режимов (или меняется в достаточно узком диапазоне) (рис.9.1).

Рис.9.1.Диапазон изменения частоты вращения ротора ТВД и ВСУ

Для турбореактивного двигателя (ТРД) характерна вариация частоты ротора с изменением режима работы двигателя в значительно более широком диапазоне. В этом случае выделение роторной вибрации обеспечивается полосовым фильтром, частотный диапазон которого перекрывает рабочий диапазон изменения частоты вращения ротора. В однороторном ТРД нижняя частота среза должна быть ниже частоты вращения ротора на режиме малого газа, а верхняя частота выше, чем частота вращения на максимальном режиме (рис.9.2).

Рис.9.2.Диапазон изменения частоты вращения ротора однороторного ТРД

В двухроторных ТРД и ТРДД диапазоны частот вращения роторов НД (низкого) и ВД (высокого) давлений перекрывается: в этом случае (рис.9.3) <;>и, следовательно, вибрации, генерируемые различными роторами не разделяются. Нижняя частота составляет обычно 30-40, а верхняя 200-300 Гц.

Рис.9.3.Диапазон изменения частоты вращения ротора двухроторного ТРД и ТРДД

В турбовентиляторных двигателях диапазон частот вращения вентилятора обычно ниже частоты вращения ротора НД.

В этом случае возможно применение аппаратуры с двумя полосовыми фильтрами, один из которых обеспечивает контроль вентиляторной вибрации, а второй – вибрации роторов турбокомпрессоров (рис.9.4).

В аппаратуре, применяемой на одном из турбовентиляторных ГТД, полоса Гц, аГц.

Рис.9.4.Диапазон изменения частоты вращения ротора трехроторного ТВД (В- вентилятор)

Применение полосовых фильтров не дает возможности отделить роторную вибрацию от составляющих, присутствующих внутри частотного диапазона фильтра. Бортовая аппаратура обеспечивает измерение параметров многокомпонентной вибрации, что снижает ее чувствительность к изменению вибрации, генерируемой ротором.

Бортовая система предназначена для непрерывного контроля параметра вибрации при работе двигателей, сигнализации уровня вибрации, превышающего допустимый, с его регистрацией на магнитном самописце режимов полет: (МСРП) или в бортовой системе автоматизированного контроля (САК), а также в ряде случаев обеспечения контроля вибрации с помощью наземного пульта САК. В бортовой системе предусматривается возможность контроля ее работоспособности поверочной установкой.

Бортовая система контроля роторной вибрации силовой установки ЛА содержит несколько вибропреобразователей (ВП), соответствующее им число электронных блоков со световой сигнализацией предельного уровня вибраций и стрелочный индикатор с переключателем каналов (при наличии двух силовых установок возможно применение двух стрелочных индикаторов). Схема типичной бортовой системы виброконтроля представлена на рис.5.

Рис.9.5.Схема бортовой виброизмерительной системы:

ВП – вибропреобразователь; ЭБ – электронный блок; СЛ - сигнальная лампа; ПК – переключатель каналов; КК – кнопка контроля; СИ – стрелочный индикатор; УП – поверочная установка; САК – система автоматического контроля

Индикаторы измеряют среднее или действующее значение вибрации, но тарируются в амплитудных значениях для получения соответствующих обобщенных параметров. Показания индикаторов описываются формулами:

; 9.12)

(9.13)

где - вибрация, прошедшая через фильтр индикатора;

T – период интегрирования сигнала.

Рис.9.6.Блок-схема стрелочного индикатора виброскорости

Индикатор для измерения является индикатором средних значений, а для изменения – индикатором действующих значений.

Блок-схемы этих индикаторов (рис.9.6.) отличаются лишь типом детектора. Используемый в индикаторе средних значений линейный детектор легко реализуется с помощью полупроводниковых диодов и позволяет применить в качестве измерителя амперметры постоянного тока. Благодаря этому индикатор средних значений получается простым, надёжным, точным.

В индикаторе действующих значений необходимо осуществить операции возведения сигнала в квадрат, интегрирования и извлечения квадратного корня после интегрирования. Выполнение этих операций сопряжено с техническими трудностями, вследствие чего приборы получаются более сложными, менее точными.

Вибропреобразователи предназначены для преобразования механических колебаний корпуса в электрический сигнал. В отечественной практике применяются ВП индуктивного типа, расположенные на наружных частях ГТД. В качестве внутренних ВП используются, как правило, пьезоэлектрические датчики. Обычно на двигателе устанавливают два ВП, один из которых обеспечивает контроль ротора компрессора, а второй – ротора турбины. Реже применяется один ВП в районе разделительного корпуса компрессора – контролепригодность двигателя в этом случае резко снижается. На приборную доску выводят данные, как правило, не более, чем от двух ВП от каждого двигателя.

Электронный блок предназначен для формирования заданной частотной характеристики, а также усиления сигналов от ВП и выдачи команд в систему световой сигнализации при превышении предельного уровня вибраций и в САК. Одновременно ЭБ обеспечивает при необходимости согласование характеристик ВП с выходными цепями усилителя, а также содержит интегрирующие и детектирующие устройства.