7.5.4. Понятие о регулировании двигателя

В условиях эксплуатации в широких пределах изменяются па­раметры окружающего воздуха, что приводит при неизменной по­даче топлива и постоянной форме проточной части к изменению параметров двигателя, к отклонению тяги от расчетного значения. Задачей регулирования (управления) двигателя является автома­тическое поддержание заданного режима работы с целью обеспе­чения наивыгоднейшего протекания характеристик двигателя и на­дежной его работы, без тепловых и механических перегрузок. Кро­ме того, регулирование должно обеспечить быстрый и устойчивый переход с одного режима работы на другой.

Тяга и удельный расход топлива в эксплуатации не замеряют­ся, поэтому регулирование их возможно путем изменения одного или нескольких параметров процесса, определяющих режим работы двигателя. Эти параметры называются регулируемыми пара­метрами.

Для ТРД регулируемыми параметрами являются степень повы­шения давления в компрессоре л_к* и температура газа перед тур­биной Т_Г*.

Величина я_к* определяется частотой вращения, от которой за­висят напряжения в деталях ротора двигателя. Так как к тому же частоту вращения легко измерить, она и температура газа перед турбиной Т_т* выбираются в качестве регулируемых параметров, определяющих динамическую и тепловую напряженность.

Величина, с помощью которой оказывается воздействие на ре­гулируемые параметры, называется регулирующим фактором. Ос­новными регулирующими факторами для ТРД являются расход топлива G_T и площадь критического сечения сопла F_KP. В ТРД ча­ще всего с помощью подачи топлива в камеру сгорания оказыва­ется воздействие на п, а с помощью изменения площади F_Kр — на Т.

Регулирование параметров рабочего процесса двигателя осуществляет регулятор, совместно с двигателем образующий систему регулирования.

Закон изменения регулируемых параметров в зависимости ( внешних условий и положения РУД, осуществляемый системой регулирования, называется программой регулирования.=

В однороторном ТРД с нерегулируемой проточной частью в качестве регулируемого параметра выбирается частота вращения ротора n. Между n и G_T имеется однозначная зависимость: увеличение подачи топлива G_T приводит к росту частоты вращения получение максимальной тяги в этом случае обеспечивается программой регулирования n=const, температура газа перед турбиной и остается постоянной.

Так как при постоянном режиме работы температура газа перед турбиной Т_Г* изменяется вследствие изменения температур Т_и* воздуха, поступающего в двигатель, то рост скорости полета а значит, и Т_т приводит к изменению температуры газа перед турбиной Т_г*: увеличению Т_г* в случае высоконапорного и снижения Т_г* в случае низконапорного компрессора. Отклонение Т_г* от постоянного значения при Tг = const зависит от диапазона изменения Тт*. Так, для дозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростей полета (М_п<1,7) изменение Тт* невелико и отклонение Т_г* лежит в допустимых пределах.

Если изменение температуры гага перед турбиной Т_т* при из­менении скорости и высоты полета получается значительным, то систему управления двигателем усложняют, вводя устройства для независимого регулирования п и Т_г*. При выполнении условий п = const и = const программа регулирования обеспе­чивает получение максимальной тяги, так как при n= const расход воздуха наибольший, а при =const удельная тяга имеет мак­симальное значение.

Рассмотрим осуществление этой программы регулирования применяемой в однороторном ТРД с регулируемым соплом.

Так как поле температур за камерой сгорания неравномерно к тому же изменяется в течение ресурса двигателя, точное изме­рение температуры Т_г* затруднено. Поэтому вместо программ регулирования n= = const, = =const применяется более простая программа n= = const, = = const. Для ее осу­ществления с помощью термопар измеряется осредненная темпера­тура газов за турбиной Т_т*. Измерение Т_т* проще не только по­тому, что она меньше чем Т_Т* (на 250 ... 300 К), но и потому, что она более равномерна по поперечному сечению газового потока Вместе с тем, температура Т_т* однозначно связана с Т_г* только при постоянных степени понижения полного давления газа в тур­бине и ее КПД.

На режимах пониженной тяги важное значение приобретает достижение экономичности двигателя, обеспечение наименьшего удельного расхода топлива.

В однороторном ТРД с нерегулируемым соплом каждой частоте вращения п соответствует определенная температура Т_т*, при ко­торой соблюдается равенство мощностей компрессора и турбины. Поскольку эта температура выше экономической Т*._эк, переход на режимы пониженной тяги должен был бы сопровождаться сниже­нием удельного расхода топлива. С другой стороны, снижение ча­стоты вращения приводит к уменьшению степени повышения пол­ного давления воздуха в компрессоре, что в значительной степени компенсирует влияние снижения Т_г*, поэтому дросселирование в целом приводит к незначительному снижению удельного расхода топлива Суд.

В однороторном ТРД с регулируемым соплом уменьшение тяги осуществляется уменьшением при постоянной F_KP, либо снижени­ем Т_т* (при п = const) вследствие увеличения F_uр, либо одновре­менным изменением как п, так и F_KV.