Основные требования, предъявляемые к системам автоматического регулирования ГТД

В соответствии с характером выполняемых задач к САУ ГТД предъявляются следующие основные требования.

1. Система автоматики должна обеспечить возможность выбора и поддержание наиболее эффективного режима работы двигателя, т.е возможность получения и поддержания необходимых по тактико-техническим требованиям тяги (мощности) и экономичности параметров при любых условиях полета.

2. При любом режиме должна быть исключена возможность повреждения двигателя из-за превышения допустимых нагрузок на его детали, возникающих вследствие высоких скоростей вращения ротора, повышенных давлений жидкости и газа, неравномерного распределения температур.

Выполнение этих двух требований обеспечивается высокой точностью и качеством регулирования рабочего процесса двигателя, а также ограничением пределов изменений нерегулируемых параметров.

3. Система автоматики должна гарантировать надежность запуска двигателя и быстрый выход его на рабочий режим. Невыполнение соответствующих требований при запуске может быть связано с перегревом двигателя, неустойчивой работой камеры сгорания и даже серьезной аварией.

4. Система автоматики должна исключить неустойчивую работу агрегатов и всего двигателя в целом. В качестве примеров неустойчивой работы двигателей могут быть названы неустойчивая работа воздухозаборников, компрессора, срыв пламени в камере сгорания и др.

Выполнение этого требования обеспечивается выбором соответствующего закона регулирования, исключающего возможность неустойчивых режимов, а также путем активного вмешательства в протекание рабочего процесса двигателя, или отдельного агрегата, при его неустойчивой работе.

5. Система автоматики должна предусматривать максимально упрощенные функции по управлению. Это достигается путем координации управления всеми автоматическими устройствами, воздействующими на параметры режима работы двигателя. В результате такой координации можно обеспечить управление двигателем с помощью единого рычага управления. При этом на темп перемещения рычага не должно накладываться никаких ограничений. При любом сколь угодно быстром темпе перемещения рычага управления должна обеспечиваться наилучшая возможная приемистость безопасных для двигателя последствий (перегрев, неустойчивый режим, самовыключение и др).

6. Система автоматики должна обладать достаточной надежностью в эксплуатации и необходимым ресурсом, быть простой по конструкции, иметь малый вес и габариты. Особое внимание должно уделяться работоспособности системы в условиях высоких температур окружающей среды и топлива.

Важное значение имеют эксплуатационные требования к точности регулирования. Точность определяется степенью влияния отклонения управляемой величины от заданного значения на максимальном режиме работы, на основные показатели, такие как: тяга, запас прочности в наиболее ответственных элементах конструкции, газодинамическая устойчивость, и, в конечном итоге на надежность и летно-тактические свойства ЛА. Обычно точность поддержания основных управляемых величин назначается из условия поддержания тяги с разницей в 1,5…2%.

Исследования показывают, что отклонение частоты вращения от заданного значения на максимальном режиме оказывает сильное влияние на тягу и на запас прочности лопаток турбины. Уменьшение частоты вращения ротора на 1 % приводит к снижению тяги на 3÷7 5. Статическая точность управления частотой вращения ротора у сильно нагруженных ТРД лежит в пределах 0,3÷ 0,5 %, а у менее нагруженных (с низкими скоростями вращения ротора) составляет 1÷2 %. При этом динамическая точность составляет 0,8÷1 % и 2÷3% соответственно.

Аналогичным образом температура газа перед турбиной  (рис. 2.1) оказывает влияние на тягу и тепловую напряженность. Так, увеличение  на 1 % приводит к снижению запаса прочности лопаток турбины на 3÷10 %, а уменьшение на 1 % сопровождается уменьшением тяги на 3÷4 %.

Перечень этих требований показывает, что создание высококачественных систем двигателей является одной из наиболее трудных задач. Об этом свидетельствует тот факт, что при создании новых образцов ГТД почти половина времени тратится на создание и доводку аппаратуры автоматического управления и топливопитания.

Задание.

1. Рассмотреть обобщенную схему двухконтурного газотурбинного двигателя с форсажными камерами (рис. 2.1).

2. Из приведенной схемы получить схемы:

- одноконтурный ТРД без форсажа;

- одноконтурный ТРД с форсажем;

- одноконтурный двухвальный ТРД;

- турбовальный двигатель.

3. Обозначить на схемах:

воздухозаборник, профилированный конус для создания системы косых скачков, КНД, ТНД, КВД, ТВД, камера сгорания основного и форсажного топлива, регулируемые реактивные сопла внутреннего и внешнего контуров, регулируемые управляющие аппараты компрессора и вентилятора, отверстие для регулирования перепуска воздуха из внутреннего контура во внешний.