способ управления газотурбинным двигателем при его испытаниях на стенде

Формула изобретения

Способ управления газотурбинным двигателем (ГТД) при его испытаниях на стенде, заключающийся в том, что в электронном регуляторе (ЭР) с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР на расход топлива в камеру сгорания (КС) и механизацию двигателя, фиксируют результаты испытаний с помощью стендовой информационно-измерительной системы (ИСС), отличающийся тем, что дополнительно в процессе сдаточных испытаний двигателя на стенде подают в ЭР внешний управляющий сигнал «Настройка», по этому сигналу, изменяя с помощью ЭР расход топлива в КС двигателя, выводят двигатель на первую наперед заданную частоту вращения турбокомпрессора, подают синусоидальное возмущающее воздействие на расход топлива с наперед заданными амплитудой и периодом в течение наперед заданного времени, достаточного для формирования базы данных о параметрах двигателя наперед заданного объема, измеряют в течение этого времени частоту вращения роторов двигателя, температуру газов за турбиной двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, причем замеры производят с наперед заданной частотой, определяемой для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем, каждый замер передают из ЭР в ИСС, где и формируют базу данных, по истечении наперед заданного времени прекращают подавать синусоидальное возмущающее воздействие на расход топлива и, изменяя с помощью ЭР расход топлива в КС двигателя, выводят двигатель на вторую наперед заданную частоту вращения турбокомпрессора и повторяют операцию по формированию базы данных, после прохождения всех заранее намеченных режимов по частоте вращения обрабатывают полученные базы данных, изменяют настройки ЭР и проводят повторные испытания двигателя для проверки качества управления двигателем с уточненными коэффициентами регулятора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД) при проведении испытаний ГТД.

Известен способ управления ГТД при его испытаниях, реализованный в электронно-гидромеханической САУ супервизорного типа, см., например, книгу Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г., 258-259.

Способ заключается в том, что с целью повышения точности управления управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется в ограниченном диапазоне электронным корректором.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТД, заключающийся в том, что в электронном регуляторе (ЭР) с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР на расход топлива в камеру сгорания (КС) и механизацию двигателя, фиксируют результаты испытаний с помощью стендовой информационно-измерительной системы (ИСС), заявка на изобретение № 2006111014/06 от 5.04.2006.

Недостатком этого способа является следующее.

В процессе сдаточных испытаний на моторном стенде обеспечивается проверка всех штатных режимов работы двигателя, заданных в техническом задании (ТЗ) на него. При этом в программном обеспечении (ПО) ЭР используются коэффициенты усиления (КУ) по различным контурам управления, выбранные в процессе математического моделирования с использованием математической модели двигателя (ММД). Однако несмотря на непрерывное совершенствование, ММД характеристики конкретного реального двигателя всегда отличаются от использованных при создании ММД. Это может приводить к тому, что оптимальные с точки зрения ММД КУ могут оказаться неоптимальными с точки зрения реального двигателя.

Это снижает качество работы САУ и может повлиять на надежность работы двигателя («затянутость» переходных процессов, например, взлетной приемистости, недопустимые забросы параметров при перерегулировании, например, температуры газов перед турбиной, и т.п.) и безопасность самолета.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности работы двигателя и безопасности самолета.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ГТД при его испытаниях на стенде, заключающемся в том, что в ЭР с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага РУД управления двигателем и параметры двигателя, в зависимости от положения РУД и значения параметров двигателя по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР на расход топлива в КС и механизацию двигателя, фиксируют результаты испытаний с помощью ИСС, подключенной к ЭР, дополнительно в процессе сдаточных испытаний двигателя на стенде подают в ЭР внешний управляющий сигнал «Настройка», по этому сигналу, изменяя с помощью ЭР расход топлива в КС двигателя, выводят двигатель на первую наперед заданную частоту вращения турбокомпрессора, подают синусоидальное возмущающее воздействие на расход топлива с наперед заданными амплитудой и периодом в течение наперед заданного времени, достаточного для формирования базы данных о параметрах двигателя наперед заданного объема, измеряют в течение этого времени частоту вращения роторов двигателя, температуру газов за турбиной двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, причем замеры производят с наперед заданной частотой, определяемой для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем, каждый замер передают из ЭР в ИСС, где и формируют базу данных, по истечении наперед заданного времени прекращают подавать синусоидальное возмущающее воздействие на расход топлива и, изменяя с помощью ЭР расход топлива в КС двигателя, выводят двигатель на вторую наперед заданную частоту вращения турбокомпрессора и повторяют операцию по формированию базы данных, после прохождения всех заранее намеченных режимов по частоте вращения обрабатывают полученные базы данных, изменяют настройки ЭР и проводят повторные испытания двигателя для проверки качества управления двигателем с уточненными коэффициентами регулятора.

На фигуре представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), блок 3 исполнительных элементов (ИЭ), ИСС 4, подключенную к БД 1 и ЭР 2.

ЭР 2 представляет собой специализированную цифровую вычислительную машину (ЦВМ), содержащую процессорный блок, постоянное (ПЗУ), перепрограммируемое (ГШЗУ) и оперативное (ОЗУ) запоминающие устройства и оснащенную устройствами ввода/вывода (на фигуре не показаны).

ИСС 4 представляет собой ПЭВМ в так называемом промышленном (защищенном) исполнении, оснащенную адаптерами связи с БД 1 (например, контроллером канала RS 485/422 марки PCI 1612U) и ЭР 2 (например, контроллером канала ARINC 429 марки PCI429-4-1С).

Устройство работает следующим образом.

ЭР 2 по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шляхтенко С.М. «Теория ВРД», М., «Машиностроение», 1975 г., с.276-278) формирует управляющее воздействие на ИЭ 3, которые осуществляют требуемые изменения расхода топлива в КС двигателя, положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) и клапанов (КТО) перепуска воздуха компрессора (на фигуре не показаны).

Вся информация о состоянии двигателя от БД 1 и ЭР 2 поступает в ИСС 4.

В процессе сдаточных испытаний двигателя на стенде после окончания проверок штатных режимов работы двигателя с КУ, выбранными в процессе математического моделирования с помощью ММД и «зашитыми» в ППЗУ ЭР 2, проводят уточнение КУ под испытываемый двигатель.

Делают это следующим образом.

Из ИСС 4 подают в ЭР 2 управляющий сигнал «Настройка». По этому сигналу в ЭР 2 включается дополнительная программа управления двигателем, хранящаяся в отдельной памяти ПЗУ. В соответствии с этой программой ЭР 2, изменяя с помощью ИЭ 3 расход топлива в КС двигателя, выводит двигатель на первую наперед частоту вращения турбокомпрессора. Для двигателя ПД-14ДД разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, это 9000 об./мин.

После выхода двигателя на заданную частоту вращения турбокомпрессора по командам ЭР 2 с помощью ИЭ 3 подают синусоидальное возмущающее воздействие на расход топлива с наперед заданными амплитудой и периодом в течение наперед заданного времени, достаточного для формирования базы данных о параметрах двигателя наперед заданного объема.

Для двигателя ПД-14 заданная амплитуда соответствует изменению частоты вращения ротора турбокомпрессора не более 2% (оптимум между границей линейности характеристик объекта при отклонениях «в малом» и границей шума замеряемого параметра) от установившегося значения 9000 об/мин.

Частота синусоидального возмущения для ПД-14 составляет 0.47 Гц.

Возмущающие синусоидальные воздействия подаются в течение 5 минут.

С помощью БД 1 и ЭР 2 измеряют в течение этого времени частоту вращения роторов двигателя, температуру газов за турбиной двигателя, давление воздуха за компрессором двигателя, причем замеры производят с наперед заданной частотой, определяемой для каждого типа двигателя расчетно-экспериментальным путем. Для двигателя ПД-14 замеры производятся через каждые 5 миллисекунд. Каждый замер передают из ЭР 2 в ИСС 4, где и формируют базу данных.

По истечении наперед заданного времени (для ПД-14 - 5 мин) прекращают подавать синусоидальное возмущающее воздействие на расход топлива и, изменяя с помощью ЭР 2 и ИЭ 3 расход топлива в КС двигателя, выводят двигатель на вторую наперед заданную частоту вращения турбокомпрессора (для двигателя ПД-14 - это 12000 об./мин) и повторяют операцию по формированию базы данных в ИСС 4.

После прохождения всех заранее намеченных режимов по частоте вращения (для ПД-14 - это еще режим 15000 об./мин) обрабатывают полученные базы данных.

Полученные результаты анализируют специалисты (анализируется характер изменения параметров двигателя). По результатам анализа, при необходимости, корректируют коэффициенты усиления регулятора по различным контурам управления (например, уточняют значение коэффициента усиления по контуру управления частоты вращения турбокомпрессора, подробнее см. книгу Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория автоматического регулирования», М., «Наука», 1975 г., с.32-46).

После этого изменяют настройки ЭР 2 (через ППЗУ) и проводят повторные испытания двигателя для проверки качества управления двигателем с уточненными коэффициентами регулятора.

Таким образом, обеспечивается повышение качества работы САУ за счет ее настройки в процессе сдаточных испытаний на характеристики конкретного двигателя, и, как следствие, повышение надежности работы двигателя и безопасности самолета.