ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОВАЛЬНЫХ ГГ И ОДНОВАЛЬНЫХ ТРД, УПРАВЛЯЕМЫХ ПО ОДНОМУ ПАРАМЕТРУ

Управление режимами работы одновальных ТРД может осуществляться посредством двух управляющих факторов: расхода топлива G_т и площади критического сечения реактивного сопла F_кр. Рассмотрим вначале случай, когда F_кр=const и, соответственно, =const. Этот случай типичен для многих одновальных ТРД и для одновальных ГГ двухконтурных, турбовальных и турбовинтовых двигателей и будет играть важную роль при изучении их характеристик.

При =const одновальный ГГ представляет собой объект управления с одной степенью свободы. Поэтому он имеет только один управляемый параметр. Это может быть: частота вращения ротора n; температура газа перед турбиной ; приведенная частота вращения ротора n_пр и др.

Управление тем или иным выбранным управляемым параметром обеспечивается единственным управляющим фактором– расходом топлива G_т. За счет изменения G_т осуществляется управляющее воздействие на двигатель. Кроме расхода топлива на режим работы двигателя и его ГГ могут влиять внешние условия – скорость полета и параметры окружающей атмосферы. Эти внешние условия, как мы уже говорили, могут воздействовать на режим работы двигателя только через изменение температуры воздуха на входе в двигатель. Поэтому программой управления газогенератора ГТД называется зависимость его управляемых параметров от температуры воздуха на входе в ГГ при заданном положении РУД, которое определяет режим работы двигателя.

Если задать закон изменения какого-либо одного из управляемых параметров от температуры , то изменение остальных параметров определится однозначно. Это вытекает из того, что задание температуры и любого из перечисленных управляемых параметров однозначно определяет режим работы ГГ (через , либо через ). Тогда все его остальные безразмерные параметры находятся по характеристике ГГ.

Простейшими программами управления одновального ТРД являются такие, при которых один из управляемых параметров в определенном диапазоне изменения температуры ( ) поддерживается постоянным (стабилизируется). Рассмотрим сперва две основные из них.

Рис. 30.4

Программа управления n=const сопровождается изменением n_пр, , DК_у и др. величин в зависимости от температуры , а характер их изменения зависит, в первую очередь, от . С ростом температуры при n = const уменьшается n_пр. Рабочая точка на характеристике компрессора перемещается по рабочей линии вниз. Как было показано на прошлой лекции (посмотрите рис. 30.4 – его рекомендуется снова воспроизвести на доске), при низких значениях температура уменьшается при увеличении (это объясняется «облегчением» компрессора). При высоких значениях , наоборот, температура увеличивается при повышении (компрессор «затяжеляется»). Рассмотренные зависимости позволяют установить области режимов (по температуре ), где температура (на максимальном режиме) может превысить максимально допустимые значения.

Кроме того, в результате увеличения углов атаки в первых ступенях (при снижении n_пр) у компрессора с высоким может возникнуть срывной режим работы. Поэтому для обеспечения допустимых значений DК_у в ГГ с высокими необходимо вводить при их регулирование поворотом лопаток НА группы первых ступеней на прикрытие. Но при такое регулирование не помогает, так как здесь срыв потока наступает (как вам было рассказано в прошлом семестре) прежде всего в последних ступенях. Поэтому практически для всех ГГв области вводится ограничение .

Рис.31.1

Программа управления =const .Характер изменения при изменении и =const для ГГ с нерегулируемыми компрессорами можно оценить, используя рис. 30.4. Если мало, то при n = const температура перед турбиной снижается при возрастании . Следовательно, для обеспечения =const частота вращения ротора ГГ с ростом должна увеличиваться, как показано на рис. 31.1, например, при . При высоких значениях , наоборот, при n = const температура перед турбиной растет с ростом из-за того, что компрессор «затяжеляется». Следовательно, если поддерживать =const, то частота вращения будет уменьшаться с ростом (см. кривую для на рис. 31.1). Но если осуществить регулирование компрессора с высоким поворотом НА группы первых ступеней на «прикрытие» при снижении (из-за возрастания ), то работа, потребляемая компрессорам при неизменной частоте вращения, снижалась бы и, следовательно, при =const частота вращения возрастёт, как показано на рис. 31.1 штриховыми линиями.

Если же становится меньшей, чем расчетная, то при n = const, как видно из рис. 30. 4, температура перед турбиной снижается. Поэтому для поддержания =const необходимо частоту вращения ротора ГГ увеличивать. (На рис. 31.1, являющегося копией рис. 15.15 из учебника, в этой области ошибочно показано ).

При реализации той или иной программы управления ГГ на максимальном режиме необходимо учитывать ряд эксплуатационных ограничений. Это прежде всего – ограничение по прочности дисков и лопаток компрессора и турбины, приводящее к ограничению частоты вращения ротора ГГ, ограничение по жаропрочности лопаток, приводящее к ограничению температуры . Кроме того, при снижении компрессора до минимально допустимого уровня необходимо избежать его дальнейшего снижения.

Рис.30.2

Характер изменения на рабочих режимах при изменении мы уже иллюстрировали на прошлой лекции по рис. 30.2 (воспроизвести его).

Как видно, при малых снижение ведет к удалению рабочей точки от ГУ, т.е. к увеличению . При больших снижение (в области ) ведет к снижению из-за возрастания углов атаки в первых ступенях. Но вводить ограничение « не менее » нельзя, так как эта область значений все равно будет проходиться при запуске двигателя и при его работе на пониженных режимов. Поэтому здесь для повышения используется регулирование компрессора, например, поворотом лопаток НА первых ступеней на уменьшение углов атаки. А вот в области наблюдается снижение на рабочих режимах с ростом у всех компрессоров из-за роста углов атаки в последних ступенях. И поэтому на всех двигателей, у которых наблюдается снижение в области до минимально допустимого значения вводится ограничение максимально допустимого значения .

Рис. 31.2.

Программа управления с учетом эксплуатационных ограничений отдельно для ГГ обычно не задается. Задается программа управления для двигателя в целом. Но если одновальный ГГ стоит, например, в одновальном ТРД, программа регулирования ГГ и двигателя в целом на максимальном режиме совпадают и имеют, например (при ), вид, показанный на рис. 31.2, а.

В основной области эксплуатационных режимов неизменному положению РУД соответствует обычно неизменная частота вращения одного из роторов двигателя (в данном случае – неизменная частота вращения ротора ГГ). Это область II на рис. 31.2, а. Но при высоком , как мы только что говорили, с ростом наблюдается возрастание температуры перед турбиной и при она может достигнуть предельно допустимого значения. Поэтому при дальнейшем возрастании (область III на рис. 31.2, а) система управления двигателя должна не допускать дальнейшего роста , т.е. обеспечивать =const. Наконец, при снижении до и n = const приходится вводить ограничение по , для чего система управления двигателя должна не допускать дальнейшего повышения (область I на рис. 31.2, а).