Файл: Наумец С.М. Основы теории и устройства авиационных силовых установок конспект лекций.pdf

появится отрицательный избыток мощности турбины AN. Число оборотов турбокомпрессора, начнет падать до тех пор, пока мощность, потребляемая компрессором, не уменьшится до уровня мощности турбины, что будет иметь место, когда харак­ теристики компрессора и турбины пересекутся в точке а.

Из графика видно, что на установившемся режиме работы двигателя температура газа достигает максимального значения дважды: при nmi„ (точка а) и при пшах (точка б).

Минимальные обороты, с которых двигатель, работая при вы­ ключенном стартере, может быть переведен на максимальный режим, называются оборотами малого газа я„.г. Обычно пМшГ выше «т,п на 1000—1500 об/мин, так как в противном случае увеличить обороты двигателя, устойчиво работающего на режи­ ме, было бы невозможно (температура газов на выходе из камеры сгорания максимальна даже на установившемся режи­ ме, когда AN = 0).

Весьма важной эксплуатационной характеристикой двига­

Приемистость определяет маневренность самолета, на кото­ ром устанавливается данный двигатель.

С -увеличением высоты полета приемистость двигателя ухуд­ шается, т. е. время разгона двигателя с режима холостого хода

плотности воздуха происходит уменьшение секундного расхода

§8. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ

ИРЕГУЛИРОВАНИЯ ТРД

Впроцессе эксплуатации возникает необходимость управ­ лять двигателями, то есть изменять режим их работы. Так, для обеспечения взлета летательного аппарата, набора высоты, разгона или поддержания наибольшей скорости полета тре­ буется режим максимальной тяги. При полете на большую

68

дальность или продолжительность целесообразно переходить на экономические режимы, при которых тяга двигателя не­ сколько понижена, но зато обеспечивается возможно меньший расход горючего. Наконец, для обеспечения наибольшей дли­ тельности безотказной работы двигателя, то есть увеличения его ресурса, желательно, когда это представляется возможным, переходить на крейсерские режимы, позволяющие уменьшить нагрузку па основные элементы двигателя.

Управление двигателем достигается путем воздействия на параметры процесса, определяющие его тягу и удельный рас­ ход топлива.

На основании изложенного ранее можно заключить, что при заданных условиях полета основными параметрами, харак­ теризующими процессы в двигателе, являются две величины: температура газов перед турбиной 7^ и степень повышения

тов п и температура 7^ должны иметь максимальное значение.

На режимах пониженной тяги появляется возможность вы­ брать такую комбинацию Г* и п, которая позволит повысить

экономичность двигателя.

Одновременное воздействие на оба эти параметра можно оказывать путем изменения подачи топлива при неизменной геометрии реактивного' сопла.

С увеличением подачи топлива возрастают Т*3 и п.

Если, сохраняя"постоянной подачу топлива, изменять пло­ щадь проходного сечения реактивного сопла, то температу­ ра Т* остается неизменной, а число оборотов п изменяется.

Наряду с управлением двигателем важнейшей задачей является его регулирование, т. е. поддержание заданного режи­ ма работы при изменении высоты и скорости полета, а также сохранение устойчивой работы на всех режимах.

Известно, что в эксплуатации из-за развитого срыва потока в компрессоре или неустойчивости процесса горения могут воз­ никнуть условия, при которых нарушается равенство мощно­ стей турбины и компрессора. Мощность турбины в обоих этих случаях падает, а попытка восстановить ее дополнительной подачей топлива в камеру сгорания приводит к ухудшению го­ рения, еще большему падению мощности турбины и интенсив­ ному росту температуры Г* выше допустимых значений.

Двигатель попадает в режим неустойчивой работы (режим помпажа), очень опасный своими последствиями, так как при­ водит в лучшем случае к остановке двигателя, а иногда и к разрушению лопаток турбины.

69

На современных ТРД условия работы (высота, скорость по­ лета) меняются чрезвычайно быстро. Ручное регулирование потребовало бы постоянного вмешательства летчика в работу двигателя, при этом очень трудно точно выдержать заданные параметры. С целью обеспечения удобства и повышения каче­ ства регулирования современные ТРД имеют системы автома­ тического ^регулирования (САР).

Основными системами автоматического регулирования, ко­ торые применяются па ТРД, являются замкнутая и незамкну­ тая САР.

Замкнутая САР — система, в которой автоматический регу­ лятор реагирует на изменение ' регулируемых параметров. Принципиальная блок-схема замкнутой САР показана на рис. 41.

Рис. 41. Принципиальная блок-схема замкнутой системы регулирования

Незамкнутая САР — система, в которой автоматический ре­ гулятор реагирует па изменение внешних условий, которые воздействуют одновременно на двигатель и на регулятор (/?„,

Тп, М„) (рис. 42).

G r

Рис. 42. Принципиальная блок-схема незамкнутой системы регулирования

Наибольшее распространение получила замкнутая САР, так как она обеспечивает более высокую точность регулирова­ ния. Регуляторы скорости вращения ротора двигателя выпол­ нены по этой схеме..

70

САР решают следующие задачи:

1 ) Устойчиво сохраняют предусмотренный программой ре­ гулирования установившийся режим работы двигателя. Под программой регулирования понимается определенный закон изменения (или поддержания неизменными) регулируемых па­ раметров двигателя в зависимости от условий полета или от степени дросселирования двигателя по тяге. На современных ТРД, как правило, принимается программа постоянства числа оборотов независимо от скорости и высоты полета.

Регулирующими органами, которые воздействуют на регу­ лируемые параметры п и Т\, являются:

—элементы топливного насоса (сервопоршень, управля­ ющий производительностью насоса);

—площадь проходного сечения реактивного сопла (F5).

2)Предохраняют двигатель от неустойчивых режимов ра­ боты. Регулирование двигателя с целью предотвращения не­ устойчивых режимов работы производится путем изменения, геометрии проточной части двигателя (перепуск воздуха из средних ступеней компрессора, управление углом установки лопаток соплового аппарата) с помощью автоматики компрес­ сора. Автоматика компрессора выполняется обычно по незамк­ нутой системе автоматического регулирования.

3)Обеспечивают устойчивый переход двигателя с одного режима работы на другой.

Устойчивая работа двигателя в процессе разгона обеспечи­ вается автоматом приемистости, который регулирует темп по­ дачи топлива в камеру сгорания в соответствии с темпом нара­ стания расхода воздуха при увеличении оборотов независимо от скорости перемещения рычага управления двигателем.

При запуске плавный выход двигателя на обороты малого газа обеспечивается топливным автоматом запуска. Оба эти автомата работают по незамкнутой системе регулирования.

Рассмотрим схему и принцип работы наиболее широко рас­ пространенных автоматических регуляторов оборотов, выпол­ ненных по замкнутой САР.

По виду исполнительной связи различают регуляторы пря­ мого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия перемещение регулирующего органа производится непосред­ ственно самим чувствительным элементом. В регуляторах не­ прямого действия перемещение регулирующего органа осуще­ ствляется не за счет усилия чувствительного элемента, а при помощи сервопривода с использованием энергии от постоянно­ го источника. На рис. 43 показан регулятор непрямого дей­ ствия.

На равновесном режкме золотник 2 перекрывает окна 3 подвода рабочей жидкости к сервоцилиндру. При отклонении

71

зы расходятся или сходятся н хвостовиками перемещают золот­ ник 2. Золотник открывает доступ рабочей жидкости под давлением в одну из полостей сервоцилиндра, сообщая одно­ временно другую полость со сливом. Сервопоршень 4, связан­ ный с регулирующим органом, в данном случае с наклонной шайбой плунжерного насоса, перемещается, изменяя подачу топлива, что приводит к восстановлению заданных оборотов.

*'•* о

<V«W* 04

У

Рис. 43. Принципиальная схема регулятора скорости вращения непрямого действия

При любом отклонении оборотов от заданного значения ре­ гулятор с течением времени будет восстанавливать прежние обороты, при которых золотник возвращается в нейтральное положение.

Однако простейшая схема регулятора непрямого действия не может обеспечить удовлетворительное качество процессов регулирования ТРД. Для улучшения процесса регулирования приходится усложнять регулятор, вводя в него стабилизиру­ ющие устройства, которые могут {тыть различными по принци­ пу действия. Стабилизирующие устройства выполняются чаще всего в виде механизма обратной жесткой и гибкой связи. На рис. -14 показана принципиальная схема регулятора с жесткой обратной связью.

72