Файл: Михайлов, В. И. Термодинамика и силовые установки летательных аппаратов учеб. пособие.pdf

виях полета тяга Р двигателя, как и удельный расход суд топ­

Изменение этих параметров или любого из них приводит к из­ менению тяги двигателя и удельного расхода топлива. В связи с этим управление двигателем осуществляется путем изменения л* и Т*. Эти параметры рабочего процесса принято называть

регулируемыми. С целью упрощения системы управления вместо зт* за регулируемый параметр обычно принимают число оборо­

тов п — величину, от которой зависит л* и расход воздуха пг.

Таким образом регулируемыми параметрами двигателя ока­ зываются п и Т*. Каждому значению п и Т* соответствует опре­

деленная степень повышения давления л* в компрессоре и неко­

торое значение расхода воздуха пг через двигатель (рис. 6.7). В настоящее время нередко за регулируемый параметр вместо температуры газа Г* перед турбиной принимают температуру

газа Т* за турбиной. Эти температуры связаны между собой

к

Принимая за регулируемый параметр температуру газа Т*

за турбиной, стремятся повысить точность замера (за турбиной наблюдается более равномерное температурное поле) и надеж­ ность измерителя (температура Т* ниже Г* на 150—260°).

ства, при помощи которых изменяется расход т т топлива (топ­ ливный насос переменной производительности или система пере­ пуска топлива при наличии насоса постоянной производительно­ сти) и, во-вторых, регулируемое реактивное сопло, у которого меняется площадь Fuv критического сечения.

Если двигатель имеет нерегулируемое реактивное сопло ( f Kp = const), то-регулирующим .воздействием оказывается лишь расход т т топлива. В этом случае простейшей системой управ­ ления двигателем является система с регулятором расхода

63

Изменение расхода топлива в связи с изменением условий полета (ро, То, с0) осуществляется при помощи корректирующего устройства, входящего в состав регулятора расхода топлива. Превышение оборотов сверх допустимых предотвращается огра­ ничителем максимальных оборотов, работающим по сигналу п. Система управления двигателем с регулятором расхода топлива

Р0 т0 со

Рис. 6.8. Принципиальная схема управления ТРД с нерегу­ лируемым реактивным соплом при помощи регулятора рас­ хода топлива.

не в состоянии точно поддерживать значения регулируемых параметров п и Г*, а следовательно, точно поддерживать режим

работы двигателя, так как по отношению к нему система оказы­ вается разомкнутой. Вместе с этим система проста и позволяет получить 'сравнительно хорошие динамические характеристики объекта регулирования. Более точное поддержание режима ра­ боты двигателя может быть получено, если в системе управле­ ния двигателем будет установлен регулятор, замкнутый по отно­ шению к одному из регулируемых параметров п или Т* (Т*).

В таком случае закон управления представляется в форме /пт^ - ->-п; Г*.или ^^ограничивается или т т-*-Т*(Т*)\ п ограничива-

вается. Обычно используют первый закон управления. В рас­ сматриваемом случае двигатель снабжается замкнутым регуля­ тором числа оборотов п_іг ограничителем максимальной /темпе­ ратуры газа Т* или Т* (рис. 6.9). Дополнительным устройством

в системе может быть ограничитель максимальных оборотов.

64

Работа регулятора числа оборотов сводится к следующему. Сигнал от измерителя оборотов поступает в суммирующее уст­ ройство регулятора, в котором он сравнивается с сигналом на­ стройки. При наличии рассогласования результирующий сигнал усиливается и выдается на иполнительный механизм. Последний воздействует в соответствии со знаком сигнала и его величиной на регулирующий орган (например, наклонную шайбу топлив­ ного насоса переменной производительности), который, изменяя подачу топлива, приводит оборрты двигателя к величине, задан­ ной настройкой.

Если двигатель имеет регулируемое реактивное сопло, то ре­ гулирующими воздействиями оказываются расход топлива т т и

Наст ройка

Рис. 6.9. Принципиальная схема управления ТРД с нерегулируемым реактивным соплом при помощи регулятора числа оборотов.

площадь критического сечения FKp сопла. В этом случае закон управления двигателя представляется в форме

т ^ п ; F Kp ~ > :Т з(Т І)

или

Обычно принимают первый закон управления.

Изменение температуры газа Т*' за счет изменения площади

критического сечения FKp сопла происходит следующим образом. Увеличение, например, площади критического сечения Екр сопла приводит к снижению давления р* за турбиной. Это обусловли­

вает увеличение степени расширения газа б* на турбине и

стремление турбины увеличить обороты. Однако регулятор обо­ ротов, поддерживая заданные обороты, уменьшает подачу топ­ лива, что приводит к снижению температуры газа Т* перед тур­

биной.

В систему управления двигателем с регулируемым реактив­ ным соплом входит замкнутый регулятор числа п оборотов и

Рис. 6.10. Принципиальная схема управления ТРД с регулируе­ мым реактивным соплом при помощи замкнутых регуляторов.

замкнутый (рис. 6.10) или разомкнутый (рис. 6.11) регулятор температуры газа Т* перед турбиной или Т* за турбиной.

Рис. 6.11. Принципиальная схема управления ТРД с регулируе­ мым реактивным соплом при помощи замкнутого и разомкнутого регуляторов.

Система управления с разомкнутым регулятором темпера­ туры Г* проще, но обеспечивает меньшую точность в поддержа­

нии необходимой температуры газа Т* перед турбиной.

66

Настройка регулятора оборотов и регулятора температуры газа перед турбиной (рис. 6.10) осуществляется от ручки управ­ ления (РУ) через агрегат объединенного управления АОУ (командный агрегат). Агрегат объединенного управления позво­ ляет производить настройку регуляторов в соответствии с уста­ новленной программой регулирования двигателя. Кроме этого, с его помощью может осуществляться управление топливным краном ТКр и выдача командных сигналов на отдельные автома­ тические устройства, обеспечивающие необходимый режим ра­ боты сверхзвукового диффузора и реактивного сопла, предотвра­ щение помпажа компрессора и др.

§ 8. Программы регулирования двигателя

Закономерность изменения параметров рабочего процесса, обеспечивающая получение желательных характеристик двига­ теля,— это программа регулирования. Типичными программами являются

1)программа регулирования.на максимальную тягу;

2)программа регулирования на наибольшую4 экономичность;

3)программа регулирования на полное подобие режима ра­ боты турбокомпрессора.

Программа регулирования на максимальную тягу обеспечи­ вает получение максимальной тяги на всех скоростях и высотах

полета. Это оказывается возможным при соблюдении услов'ий

ваемой программы система управления двигателем должна иметь два регулятора: регулятор числа оборотов п и регуля­ тор температуры Т* газа перед турбиной (рис. 6.10). Строгое

соблюдение условия Т* = Т* = const оказывается возможным,

если площадь критического сечения сопла FKр непрерывно ме­ няется по мёре изменения скорости и высоты полета. Применение «всережимного» сопла значительно усложняет систему управле­ ния двигателем. Поэтому нередко применяют «ступенчатое» ре­ гулирование реактивного сопла.

У двигателей с неизменной геометрией, FKp = const, рассмат­ риваемая программа регулирования обеспечивается одним регу­

1 3 Если у двигателя с неизменной геометрией отмеченные условия

не выполняются, то может осуществляться лишь программа

регулирования птах= const, Т* =ѵаг. В таком случае на всех ско­ ростях и высотах полета при Т*<Т*„ когда n = n max= const,

тяга ТРД оказывается ниже максимальной.

Программа регулирования на наибольшую экономичность имеет цель получить минимальный удельный расход топлива при заданном значении тяги на крейсерском режиме. У двигателей с изменяемой геометрией, FKр = ѵаг, программа выполняется пу­ тем поддержания таких заранее установленных значений п и Т*, которым отвечает суд= суд. mln при заданном значении тяги.

Программа регулирования на полное подобие работы турбо­ компрессора имеет цель получить наилучшие и неизменные усло­ вия работы компрессора и турбины при изменении скорости и высоты полета. Выполнение программы возможно при соблюде­ нии следующих условий:

/іпр= п = const, т. е. обороты двигателя изменяются,

п~1Т*0,

288

. П , = Г * -——= const, т. е. температура газа перед турбиной

1 о

изменяется

При FKp = const и сверхкритическом перепаде давления про­ грамма реализуется при подаче топлива по закону

удельного расхода топлива от числа оборотов при принятой про­ грамме регулирования в условиях неизменной скорости и высоте

полета.

У двигателя с нерегулируемым реактивным соплом с ростом

газа Т* перед турбиной сначала несколько снижается, а по мере

увеличения оборотов растет. Поэтому при увеличении оборотов растет скорость истечения газа из реактивного сопла, а следова­ тельно,, и удельная тяга, причем на малых оборотах рост удель­

68

ной тяги несколько тормозится снижением Т*, а на больших обо­ ротах в связи с повышением Т* увеличивается. Тяга двигателя

с ростом числа оборотов возрастает (рис. 6.12, а) в большей сте­ пени, чем удельная тяга, так как одновременно с последней во­ зрастает расход воздуха через двигатель.

Удельный расход топлива (формула 6.13), если бы темпера- ■туры Т* и Т* не изменялись при увеличении числа оборотов,

уменьшался бы обратно пропорционально изменению удельной тяги. Однако по мере роста числа оборотов меняется не только Т*, но и растет Т*. Отсюда разность Т* — Т* при увеличении

Рис. 6.12. Дроссельная характеристика ТРД: а — с нерегули­ руемым реактивным соплом; б— с регулируемым реактивным

соплом и перепуском воздуха из компрессора.

оборотов вначале уменьшается, а затем возрастает вблизи мак­ симальных оборотов. Поэтому с ростом числа оборотов удель­ ный расход топлива снижается, достигает минимума вблизи мак­ симальных оборотов, а затем несколько увеличивается (рис. 6.12, а).

У двигателя с регулируемым реактивным соплом и перепус­ ком воздуха Из компрессора (применительно к случаю, отмечен­ ному в § 5) изменение скорости истечения газа из реактивного сопла, а следовательно, удельной тяги в зависимости от числа оборотов носит ступенчатый характер, хотя в общем плане

и изменением температуры газа Т* перед турбиной. Следует, од­

нако, иметь в виду следующее:

а) увеличение удельной тяги на оборотах п\ и nma'x обуслов­ ливается уменьшением площади сечения сопла, в связи с чем возрастает температура газа Г* перед турбиной (рис. 6.6);

69