Файл: Арховский В.Ф. Основы автоматического регулирования учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.06.2024
Просмотров: 122
Скачиваний: 1
Когда переходный процесс, вызванный перемещением РУД,
завершен, |
ускорение ротора двигателя равно нулю, т. е. |
dt |
=0, |
||||
н уравнение динамики |
|
|
|
|
|
||
(4.6) превращается в уравнение статики: |
|||||||
|
|
|
ii = kJ3.r |
|
(4. 13) |
||
|
|
Последнее |
уравнение |
показывает |
|||
|
|
насколько |
изменится число |
оборотов |
|||
|
|
ТРД по сравнению с их исходным зна |
|||||
|
|
чением по окончании переходного про |
|||||
|
|
цесса. |
|
|
|
|
|
|
|
Для существующих ТРД |
величина |
||||
|
|
постоянной времени, определенная при |
|||||
|
|
стандартных атмосферных условиях на |
|||||
Рис. 4.7. Зависимость по |
стенде, составляет 0,44-0,8 с на макси |
||||||
мальном режиме и 8ч-25 |
с — на |
ре |
|||||
стоянной |
времени и ко |
жиме малого газа. Коэффициент |
уси |
||||
эффициента усиления от |
ления при этом колеблется в пределах |
||||||
числа оборотов двигате |
|||||||
ля с автономным топлив |
от 0,2—0,5 |
на |
максимальном |
режиме |
|||
ным насосом |
до 2—5 и более на режиме малого |
||||||
|
|
газа. |
|
|
|
|
|
Из приведенных цифр видно, что с уменьшением |
числа обо |
||||||
ротов двигателя постоянная времени |
и коэффициент |
усиления |
ТРД возрастают. На рис. 4.7 в качестве примера показано пзме-
Рис. 4.8. Зависимость постоянной времени и коэффи циента усиления двигателя от условий полета:
а— п о с т о я н н а я в ы с о т а |
п о л е т а ; |
б— п о с т о я н н а я |
с к о |
|
р о с т ь |
|
|
нение Гд и /гд с изменением числа оборотов у ТРД с автономным приводом топливного насоса. Рост Тд с уменьшением п объясня ется уменьшением избыточного крутящего момента (см. рис.
100
4.1), а увеличение /ед — уменьшением абсолютного |
расхода топ |
лива GT. |
для конкрет |
Исследования показывают, что значения TR и |
ного ТРД изменяются и при различных условиях полета (высоте Н и скорости полета V). На рис. 4.8, а и б показан характер про текания кривых Гд и /гд при различных Н и V и постоянном чис ле оборотов двигателя. Такой характер изменения Тд и /ед объяс няется соответствующими изменениями избыточного момента ДМ и величины подачи топлива ДGT. Из рассмотрения графиков на рнс. 4.7 и 4.8 можно сделать важный вывод: ТРД будет обла дать наихудшими свойствами как объект регулирования при ма лых числах оборотов, на большой высоте и малой скорости по лета.
4.2.3. Способы нахождения Т я и k A
Уравнение ТРД как объекта регулирования широко исполь зуется при анализе конкретных систем управления авиационных двигателей, что требует знания численных значений постоянной времени Тд и коэффициента усиления kR.
На практике нашли применение несколько аналитических и экспериментальных методов определения Тд и Угд.
Аналитические методы предусматривают использование либо характеристик турбины и компрессора (см. рис. 4.1), либо дрос сельных характеристик ТРД. Характеристики турбины и комп рессора получают после проведения летных испытаний или в результате сложных расчетов, а дроссельные характеристики тре буют нахождения значений отдельных параметров двигателя (температуры газа перед или за турбиной, расхода топлива и др.) в зависимости от числа оборотов в условиях стенда. Для нахож дения Тя и ka с помощью этих методов приходится прибегать к довольно сложным математическим операциям, а также исполь зовать громоздкие, но приближенные формулы.
Более простыми являются экспериментальные методы опре деления Гд и /гд. Рассмотрим один из них — метод скачкообраз ного изменения в подаче топлива (метод снятия переходной ха рактеристики) .
Двигатель монтируется на испытательном стенде и выводит ся на исходный установившийся режим работы, характеризуе мый некоторыми значениями /г0 и GT<). Мгновенной (скачкооб
разной) перестановкой регулирующего органа изменяют расход топлива в двигатель на заранее выбранную величину AGT. Число оборотов ротора ТРД при этом начинает изменяться, стремясь к новому статическому значению, соответствующему новому значе нию расхода топлива GTo +AGT. Этот переходный процесс легко
фиксируется, например, с помощью осциллографа. На осцилло
101
грамме обычно записываются изменение расхода топлива (иног да положение регулирующего органа) и числа оборотов с нанесением отметки времени. На рис. 4.9 представлена такая ос циллограмма, перестроенная по относительным входным воздей ствиям п и Ст, для чего заранее выбраны базисные значения Пб и
GT6. Из рисунка видно, что кри
Рис. 4.9. Осциллограмма пере ходного процесса в ТРД
вая переходного процесса ii = f(t) близка к экспоненте, построенной в некотором масштабе, а подка сательная 2—3 равна в масштабе осциллограммы постоянной вре мени Гд. Величину kR легко по лучить непосредственным заме ром на осциллограмме значения /едСт для конечного отклонения числа оборотов, соответствующе го новой подаче топлива.
4.2.4. Основные требования к системам управления ГТД
Требования к АСУ и САР ГТД во многом зависят от типа ле тательного аппарата, на который устанавливается двигатель. Однако есть целый ряд требований, свойственных в той пли иной мере большинству авиационных ГТД. К ним, например, отно сятся:
—получение от двигателя требуемых значений основных па раметров (тяги, удельного расхода топлива и т. п.) при доста точной надежности его работы;
—обеспечение всережимности работы основных систем уп равления и регулирования, а также малого времени протекания переходных процессов (в среднем 2-н-З с), характер которых же лательно иметь монотонным;
—обеспечение требуемых эксплуатационных качеств и неко торые другие.
В настоящее время к АСУ ГТД предъявляются очень жесткие требования по точности поддержания управляемой величины на установившихся режимах и отсутствия забросов параметров на переходных режимах. Например, для САР числа оборотов пог решность в поддержании п на основных режимах более 0,5% недопустима, а величина перерегулирования в переходном про цессе не должна превышать 2-^4% от числа оборотов на макси мальном режиме; САР температуры газа должна обеспечивать поддержание заданного значения Г* с погрешностью менее 0,5%
и не допускать заброса температуры более 5% от ее номиналь ного значения.
102
4.2.5. Некоторые сведения о составлении уравнений движения ГТД усложненных схем с учетом внешних и внутренних воздействий
Уравнение ТРД как объекта регулирования (4.6) было полу чено с учетом ряда допущений. Для выполнения требований к АСУ и САР современных ГТД при выводе их уравнений движе ния приходится учитывать внешние возмущающие воздействия, связь между степенью повышения давления воздуха в компрес
соре |
я* и его температурой Т\ , |
зависимость между |
степе |
||||
нью понижения давления газа в турбине |
я* |
и его температу |
|||||
рами |
Т'\ и Т\ и многое другое. Часто возникает необходи |
||||||
мость |
в составлении |
уравнений |
ГТД |
по |
любой |
возможной |
|
управляемой величине |
(параметру |
ГТД), а также |
их совокуп |
||||
ности. |
|
|
|
|
|
|
|
Обычно во всех этих случаях методика составления |
уравне |
ния движения ГТД принципиально не отличается от методики, рассмотренной выше (см. разд. 4.2.1). С помощью этой методики, с учетом уравнения (4.6) получено следующее уравнение движе ния ТРД с неизменяемой геометрией проточной части при учете внешних воздействий и постоянной подаче топлива:
|
-г li dn |
-\-п— kp*Pi + kT*Ti, |
|
R' dt |
|
где р* и Т* |
— относительные внешние воздействия (пол |
ные давление и температура воздуха на входе в компрессор, от
несенные к их базисным значениям); |
|
|
|
|
||||||
kp* |
и kp* |
— коэффициенты усиления по давлению и темпера |
||||||||
туре воздуха соответственно, |
определяемые по формуле (4.8), |
с |
||||||||
заменами в числителе dGT и GT6 на dpi |
и |
для |
k p* , |
а |
||||||
также на дТ? |
и Т* |
для k |
*. |
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
Ч |
|
Ti |
|
|
|
|
|
|
Если считать внешние условия неизменными |
и принять ука |
||||||||
занные ранее допущения, то температура газа 71*, |
степень по |
|||||||||
вышения давления воздуха в |
компрессоре я* , |
тяга двигателя |
||||||||
R зависят только |
от числа |
оборотов |
и подачи |
топлива, т. |
е. |
|||||
Г* |
—f(n, |
GT), |
я* |
= f{n , |
GT), R = f(n , |
GT). Тогда |
отклонения |
|||
ДГ*, дя* |
|
и AR на исходном режиме можно |
определить по |
|||||||
отклонениям числа оборотов Ап и подачи топлива AGT с исполь |
||||||||||
зованием формулы |
(3.17) |
и |
после некоторых |
преобразований |
||||||
получить уравнение движения ГТД по температуре Tl. |
|
|||||||||
|
Уравнения движения двигателей усложняются с переходом к |
ТРД с изменяемой геометрией проточной части, а также к ГТД усложненных схем (двухвальные ТРД, ТРДФ и ДТРД, ТВД са молетного и вертолетного типа).
На рис. 4.10 и 4.11 показаны возможные принципиальные
103