Введение

Авиационные газотурбинные силовые установки (АГТСУ) современных летательных аппаратов достигли высокой степени технического совершенства. Они позволяют получать при работе на расчетном режиме необходимую тягу (эквивалентную мощность) при относительно низких значениях удельной массы и удельного расхода топлива. Однако для улучшения характеристик силовых установок на нерасчетных режимах при различных окружающих условиях, а также по мере расширения диапазона скоростей и высот полета летательных аппаратов возникает потребность в управлении все большим числом параметров рабочего процесса, в усложнении программ управления (регулирования) и в повышении их точности. Успешное решение этих задач возможно только средствами автоматики, т.е. в результате использования систем автоматического управления (регулирования).

Системы автоматического управления (регулирования) реализуют без непосредственного участия человека в замкнутом контуре САУ все выработанные человеком заранее или в процессе функционирования объекта алгоритмы действия. Роль человека при этом сводится к пуску и выключению системы, эпизодическому контролю за правильностью ее работы, регулированию, отладке, техническому обслуживанию и другим вспомогательным функциям, непосредственно не связанным с выполнением системой процесса регулирования АГТСУ.

Системы автоматического управления (САУ) двигателями должны удовлетворять ряду требований, важнейшими из которых являются:

• обеспечение необходимого качества регулирования по основным параметрам рабочего процесса

• выдерживание оптимальных параметров рабочего процесса, при которых получаются приемлемые удельные характеристики

• защита двигателя от недопустимых рабочих режимов

• обеспечение требуемой надежности двигателя и согласование характеристик двигателя с характеристиками летательного аппарата

Эти требования, хотя и противоречивые, должны быть удовлетворены комплексно.

Развитие авиации тесно связано с расширением диапазона эксплуатационных высот и скоростей полета самолетов и вертолетов, с увеличением дальности полета. Но все эти достижения невозможны без совершенствования систем управления силовыми установками, что позволяет улучшать их экономические показатели, повышать надежность наряду с улучшением эффективности термодинамического цикла двигателей.

Успешное совершенствование авиационной техники возможно только при широком использовании новейших достижений в области автоматического управления. Объясняется это сложностью происходящих процессов, изменяющимися свойствами объектов управления в процессе полетов, а также необходимостью оптимизации процессов для получения нужных удельных параметров.

В развитие автоматики вложен труд многих отечественных и зарубежных ученых. С именем великого русского ученого М. В. Ломоносова связано начало развития приборостроения. Автоматический центробежный регулятор, принцип работы которого лежит и в основе всех современных регуляторов частот вращения валов, был разработан и испытан еще в 1785 г. И. И. Ползуновым, за 20 лет до изобретения регулятора братьев Уатт.

В 1850 г. Э. Х. Ленц разработал осциллограф, изобретатель А. П. Давыдов в 1865 г. создал следящий привод, а в 1874 г. В. Н. Чиколев разработал электрический регулятор со следящей системой. Профессор Петербургского института И. А. Вышнеградский в 1877 г. заложил основы теории автоматического регулирования. Дальнейшее развитие теория автоматического регулирования получила в работах А. М. Ляпунова, П. Л. Чебышева и особенно в трудах «отца русской авиации» профессора Н. Е. Жуковского. Зарождение авиации послужило толчком к развитию авиационной автоматики. Еще в 1898 г. К. Э. Циолковский предложил схему автопилота для летательного аппарата.

После Великой Октябрьской социалистической революции большой вклад в развитие теории автоматического регулирования внесли такие ученые, как М. А. Айзерман, Н. Н. Богомолов, И. Н. Вознесенский, В. С. Кулебакин, В. А. Трапезников, Б. Н. Петров, В. В. Солодовников, Я. З. Ципкин, А. М. Летов, А. М. Михайлов и многие другие. Из зарубежных ученых значителен вклад А. Стодола, А. Гурвица, Э. Льюиса и Х. Стерна и многих других специалистов.

Первые системы автоматического управления газотурбинных двигателей были гидравлическими. Новое качественное развитие автоматика получила после создания электронных систем, позволяющих быстро перерабатывать полученную информацию о процессах, которые происходят в системе, осуществлять моделирование САУ и их дифференциальных уравнений, находить решение для оптимизации рабочих процессов.

Применение вычислительной техники в САУ явилось результатом разработанной ранее академиком А. Н. Крыловым теории решения машинным способом сложных дифференциальных уравнений и систем.

В начале 40-х годов американский ученый Шенон и советский физик В. И. Шестаков независимо друг от друга предложили применение аппарата математической логики к анализу и синтезу релейных систем.

Развитие полупроводниковой техники и решение вопросов технологии изготовления полупроводниковых радиоэлементов с использованием многослойного печатного монтажа и автоматизированного производства интегральных схем позволили снизить их массу и повысить надежность, что дало возможность шире применять их в системах автоматики. Огромный скачок в развитии автоматического управления был совершен в послевоенные годы, когда в системах автоматического регулирования стали использовать быстродействующие электронные вычислительные машины. Развитие вычислительной техники сделало возможным создание больших автоматических систем управления.

В современных сложных авиационных системах автоматики электронно-вычислительные машины включаются непосредственно в цепь автоматического управления, причем вычислительный комплекс может осуществлять автоматический поиск оптимального режима работы управляемого объекта.

Развитию комплексной автоматизации управления большим числом взаимосвязанных параметров газотурбинных двигателей способствовали труды многих советских ученых, работающих в этой области автоматики. Широко известны работы Т. М. Башты, В. А. Боднера, Б. А. Черкасова, А. А. Шевякова, А. В. Штоды и др.