RU2736403C1 - Turbojet engine control method - Google Patents
Turbojet engine control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736403C1 RU2736403C1 RU2020116425A RU2020116425A RU2736403C1 RU 2736403 C1 RU2736403 C1 RU 2736403C1 RU 2020116425 A RU2020116425 A RU 2020116425A RU 2020116425 A RU2020116425 A RU 2020116425A RU 2736403 C1 RU2736403 C1 RU 2736403C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- engine
- mode
- flight
- jet nozzle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационному двигателестроению, касается регулирования в полете турбореактивного двигателя с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом и может быть использовано в системах управления силовой установки летательного аппарата.SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine building, concerns in-flight regulation of a turbojet engine with an afterburner and an adjustable jet nozzle and can be used in control systems of an aircraft power plant.
Известен способ управления турбореактивным двигателем в составе силовой установки летательного аппарата, заключающийся в том, что на переходных режимах работы измеряют внешние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя, по измеренным значениям внешних параметров формируют управляющий сигнал с учетом корректирующих поправок, величина которых определяется в соответствии со встроенным в систему управления алгоритмом управления (RU 2308605, 2007 г.).There is a known method for controlling a turbojet engine as part of an aircraft power plant, which consists in the fact that during transient operating modes, the external parameters of the working process of the turbojet engine are measured, a control signal is generated based on the measured values of external parameters, taking into account correcting corrections, the value of which is determined in accordance with the built-in control system for the control algorithm (RU 2308605, 2007).
Недостатком известного способа управления по измеряемым параметрам является то, что для управления двигателем используются такие измеряемые параметры, которые лишь косвенно характеризуют рабочий процесс двигателя, непосредственно определяющий его эффективность, в частности, тягу двигателя и удельный расход топлива. Поэтому точность управления двигателем будет недостаточно оптимальной в связи с тем, что при формировании системой управления управляющего сигнала не учитываются факторы, отражающие как внешние полетные условия, так и внутреннее состояние двигателя.The disadvantage of the known control method according to the measured parameters is that such measured parameters are used to control the engine, which only indirectly characterize the working process of the engine, which directly determines its efficiency, in particular, engine thrust and specific fuel consumption. Therefore, the accuracy of engine control will not be optimal enough due to the fact that when forming the control signal by the control system, factors reflecting both external flight conditions and the internal state of the engine are not taken into account.
Известен способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом, заключающийся в том, что на стационарных и переходных режимах работы двигателя измеряют внешние параметры рабочего процесса двигателя, по измеренным значениям внешних параметров вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса двигателя и определяют в качестве эксплуатационных характеристик двигателя для конкретного режима работы двигателя его реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик со значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости для конкретного режима работы, предварительно определенными по результатам испытаний двигателя либо рассчитанными по его математической модели, по результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов и в зависимости от них формируют управляющий сигнал, причем приоритетность регулирующих факторов, в качестве которых используют расход топлива в основной камере сгорания, расход топлива в форсажной камере, угол установки направляющего аппарата, площадь критического сечения реактивного сопла, определяют для каждого стационарного и переходного режима работы по результатам предварительно проведенных испытаний двигателя (RU 2554544, 2015 г.).There is a known method for controlling a turbojet bypass engine with an afterburner and an adjustable jet nozzle, which consists in the fact that in stationary and transient modes of engine operation, the external parameters of the engine operating process are measured, the measured values of external parameters are used to calculate the internal parameters of the engine operating process that are not available for measurement and are determined as the operational characteristics of the engine for a specific operating mode of the engine, its real values of thrust and the magnitude of the margin of gas-dynamic stability of the fan, compare the values of the obtained operational characteristics with the values of the thrust and the magnitude of the margin of gas-dynamic stability for a specific mode of operation, previously determined from the results of engine tests or calculated by its mathematical model , based on the results of a comparison of operational characteristics, the standard values of the influence of regulatory factors are determined and, depending on them, I form t is the control signal, and the priority of the control factors, which are the fuel consumption in the main combustion chamber, the fuel consumption in the afterburner, the angle of the guide vane, the critical section area of the jet nozzle, is determined for each stationary and transient operating mode according to the results of preliminary tests engine (RU 2554544, 2015).
В известном способе управления создают полную термогазодинамическую математическую модель, разработанную применительно к конкретному авиационному двигателю для расчета в реальном режиме времени значений недоступных для измерения параметров работы двигателя, таких как тяга двигателя, запас газодинамической устойчивости и прочие. Управление осуществляется по расчетным неизмеряемым параметрам, вычисляемым с помощью модели с учетом величины измеряемых параметров, путем формирования управляющего сигнала в соответствии с величиной воздействия регулирующих факторов.In the known control method, a complete thermogasdynamic mathematical model is created, developed in relation to a specific aircraft engine for calculating in real time the values of the engine operation parameters that are inaccessible for measurement, such as engine thrust, gas dynamic stability margin, and others. The control is carried out according to the calculated non-measurable parameters, calculated using the model, taking into account the magnitude of the measured parameters, by generating a control signal in accordance with the magnitude of the influence of regulatory factors.
Основным недостатком известного способа управления двигателем является тот факт, что законы подачи топлива в основную и форсажную камеры сгорания, управление положением створок реактивного сопла и направляющих аппаратов компрессоров выбираются в условиях однородного поля полного давления на входе либо расчетным путем при создании математической модели, либо экспериментально при отладке двигателя на стенде. При этом не учитывается, что в реальной эксплуатации двигателя в летательном аппарате на вход в двигатель поступает поток воздуха с неравномерным полем полного давления, возникающим вследствие возможных маневров летательного аппарата, а также из-за попадания турбулентного потока на вход в воздухозаборник. Это обстоятельство приводит к снижению тяги двигателя и запаса газодинамической устойчивости его вентилятора ниже необходимого уровня.The main disadvantage of the known engine control method is the fact that the laws of fuel supply to the main and afterburner combustion chambers, control of the position of the jet nozzle flaps and compressor guide vanes are selected under conditions of a uniform field of total pressure at the inlet either by calculation when creating a mathematical model, or experimentally when debugging the engine at the stand. At the same time, it is not taken into account that in real operation of the engine in an aircraft, an air flow with an uneven total pressure field is supplied to the engine inlet, which arises as a result of possible maneuvers of the aircraft, as well as due to the ingress of a turbulent flow at the inlet to the air intake. This circumstance leads to a decrease in the engine thrust and the margin of gas-dynamic stability of its fan below the required level.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления турбореактивным двигателем с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом в составе силовой установки летательного аппарата, заключающийся в том, что на стационарных режимах работы, в том числе на режимах «максимальный форсированный» и «крейсерский», и на переходных режимах работы измеряют внешние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя и полета летательного аппарата, по измеренным значениям внешних параметров вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя и определяют в качестве эксплуатационных характеристик для конкретного режима работы турбореактивного двигателя реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик с предварительно определенными эталонными значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости для конкретного режима работы, по результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов, в качестве которых используют расход топлива в основной камере сгорания, расход топлива в форсажной камере, угол установки направляющего аппарата, площадь критического сечения реактивного сопла, и в зависимости от них формируют управляющий сигнал с учетом приоритетности регулирующих факторов, определяемой для каждого стационарного и переходного режима работы по результатам предварительно проведенных испытаний турбореактивного двигателя, и с учетом корректирующих поправок, величина которых зависит от изменения внешних условий полета летательного аппарата (RU 2692189, 2019 г.).The closest to the invention in terms of the technical essence and the achieved technical result is a method for controlling a turbojet engine with an afterburner and an adjustable jet nozzle as part of the power plant of an aircraft, which consists in the fact that in stationary modes of operation, including the modes "maximum forced" and "Cruising", and in transient operating modes, the external parameters of the turbojet engine operating process and the flight of the aircraft are measured, the measured values of the external parameters are used to calculate the internal parameters of the turbojet engine operating process inaccessible for measurement, and the real values are determined as operational characteristics for a specific operating mode of the turbojet engine thrust and gas-dynamic stability margin of the fan, compare the values of the obtained operational characteristics with predetermined reference values of thrust and gas-dynamic margin stability for a specific operating mode, based on the results of a comparison of operational characteristics, the standard values of the influence of regulatory factors are determined, which are used as the fuel consumption in the main combustion chamber, fuel consumption in the afterburner, the angle of the guide vane, the critical section area of the jet nozzle, and depending on a control signal is generated from them, taking into account the priority of the regulatory factors, determined for each stationary and transient operating mode based on the results of preliminary tests of the turbojet engine, and taking into account corrective amendments, the value of which depends on changes in the external flight conditions of the aircraft (RU 2692189, 2019 No. ).
При реализации известного способа управления частично решается задача повышения эффективности работы двигателя путем частичного восстановления оптимальной величины тяги двигателя за счет корректировки управляющего воздействия, сформированного с учетом параметров внешних условий полета летательного аппарата, в частности, неоднородного поля полного давления воздуха на входе в двигатель. Но при этом в процессе формирования управляющего сигнала не учитывается реальное состояние двигателя, изменение эксплуатационных характеристик его узлов и агрегатов, что не позволяет оптимизировать в полном объеме тяговые характеристики и показатели удельного расхода топлива на стационарных режимах работы двигателя.When implementing the known control method, the problem of increasing the efficiency of the engine is partially solved by partially restoring the optimal value of the engine thrust by adjusting the control action formed taking into account the parameters of the external flight conditions of the aircraft, in particular, the inhomogeneous field of the total air pressure at the engine inlet. But at the same time, in the process of forming the control signal, the real state of the engine, changes in the operational characteristics of its components and assemblies are not taken into account, which does not allow to fully optimize the traction characteristics and indicators of specific fuel consumption at stationary engine operating modes.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в том, что в процессе формирования управляющего сигнала на стационарных режимах работы необходимо учитывать эксплуатационное состояние турбореактивного двигателя, его узлов и агрегатов при определении величины тяги двигателя и запаса газодинамической устойчивости вентилятора.The technical problem solved by the invention lies in the fact that in the process of generating the control signal in stationary operating modes, it is necessary to take into account the operational state of the turbojet engine, its components and assemblies when determining the engine thrust and the gas dynamic stability margin of the fan.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективной тяги двигателя в составе силовой установки на «максимальном форсированном» режиме работы и снижение эффективного удельного расхода топлива (то есть повышение топливной экономичности) на «крейсерском» режиме работы двигателя за счет оптимизации управляющего сигнала, сформированного с учетом дополнительной корректирующей поправки, учитывающей эксплуатационное состояние турбореактивного двигателя.The technical result of the invention is to increase the effective thrust of the engine as part of the power plant at the "maximum forced" operating mode and to reduce the effective specific fuel consumption (that is, to increase fuel efficiency) at the "cruising" operating mode of the engine by optimizing the control signal generated taking into account an additional corrective an amendment that takes into account the operational state of the turbojet engine.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа управления турбореактивным двигателем с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом в составе силовой установки летательного аппарата, заключающегося в том, что на стационарных режимах работы, в том числе на режимах «максимальный форсированный» и «крейсерский», и на переходных режимах работы измеряют внешние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя и полета летательного аппарата, по измеренным значениям внешних параметров вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя и определяют в качестве эксплуатационных характеристик для конкретного режима работы турбореактивного двигателя реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик с предварительно определенными эталонными значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости для конкретного режима работы, по результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов, в качестве которых используют расход топлива в основной камере сгорания, расход топлива в форсажной камере, угол установки направляющего аппарата, площадь критического сечения реактивного сопла, и в зависимости от них формируют управляющий сигнал с учетом приоритетности регулирующих факторов, определяемой для каждого стационарного и переходного режима работы по результатам предварительно проведенных испытаний турбореактивного двигателя, и с учетом корректирующих поправок, величина которых зависит от изменения внешних условий полета летательного аппарата, на «максимальном форсированном» и «крейсерском» режимах работы вводят дополнительную корректирующую поправку управляющего сигнала с одновременным определением величины ускорения полета летательного аппарата, введение дополнительной корректирующей поправки начинают на установившемся стационарном режиме работы, продолжают при наличии положительного значения величины ускорения полета летательного аппарата и заканчивают при достижении этой величиной нулевого значения, причем на «максимальном форсированном» режиме работы дополнительную корректирующую поправку вводят путем изменения площади критического сечения реактивного сопла, а на «крейсерском» режиме работы - путем по меньшей мере однократного изменения площади критического сечения реактивного сопла и последующего уменьшения расхода топлива в основной камере сгорания со снижением скорости полета летательного аппарата до оптимального значения на этом режиме.The claimed technical result is achieved due to the fact that when implementing a method for controlling a turbojet engine with an afterburner and an adjustable jet nozzle as part of the power plant of an aircraft, which consists in the fact that in stationary modes of operation, including the modes "maximum forced" and " cruising ", and in transient operating modes, the external parameters of the turbojet engine operating process and the flight of the aircraft are measured, the measured values of the external parameters are used to calculate the internal parameters of the turbojet engine operating process inaccessible for measurement, and the actual values of thrust are determined as operational characteristics for a specific operating mode of the turbojet engine and the values of the margin of gas-dynamic stability of the fan, the values of the obtained operational characteristics are compared with the predetermined reference values of the thrust and the value of the margin of gas-dynamic stability and for a specific mode of operation, based on the results of a comparison of operational characteristics, the standard values of the influence of regulatory factors are determined, which are used as the fuel consumption in the main combustion chamber, fuel consumption in the afterburner, the angle of installation of the guide vane, the critical section area of the jet nozzle, and depending on they generate a control signal taking into account the priority of the regulatory factors, determined for each stationary and transient operating mode according to the results of preliminary tests of the turbojet engine, and taking into account corrective corrections, the value of which depends on changes in the external flight conditions of the aircraft, at the "maximum forced" and " cruising "modes of operation, an additional corrective correction of the control signal is introduced with the simultaneous determination of the magnitude of the flight acceleration of the aircraft, the introduction of an additional corrective correction begins at a steady station ionar mode of operation, continue in the presence of a positive value of the acceleration of the flight of the aircraft and end when this value reaches zero, and in the "maximum forced" mode of operation, an additional corrective correction is introduced by changing the critical section area of the jet nozzle, and in the "cruise" mode of operation - by at least one change in the critical section area of the jet nozzle and subsequent decrease in fuel consumption in the main combustion chamber with a decrease in the flight speed of the aircraft to the optimum value in this mode.
Существенность отличительных признаков способа управления турбореактивным двигателем подтверждается тем, что только совокупность всех действий и операций, описывающая изобретение, обеспечивает достижение технического результата - повышение эффективной тяги двигателя в составе силовой установки на «максимальном форсированном» режиме работы и снижение эффективного удельного расхода топлива (то есть повышение топливной экономичности) на «крейсерском» режиме работы двигателя за счет оптимизации управляющего сигнала, сформированного с учетом дополнительной корректирующей поправки, учитывающей эксплуатационное состояние турбореактивного двигателя.The significance of the distinctive features of the method for controlling a turbojet engine is confirmed by the fact that only the combination of all actions and operations describing the invention ensures the achievement of the technical result - an increase in the effective thrust of the engine as part of a power plant in the "maximum forced" operating mode and a decrease in the effective specific fuel consumption (that is improving fuel efficiency) in the "cruising" mode of engine operation by optimizing the control signal generated with an additional corrective correction that takes into account the operational state of the turbojet engine.
Пример реализации способа управления турбореактивным двигателем поясняется фигурой, где схематично представлена система управления турбореактивным двигателем.An example of the implementation of the method for controlling a turbojet engine is illustrated by the figure, which schematically shows the control system for a turbojet engine.
Турбореактивный двигатель 1 в составе силовой установки летательного аппарата содержит входное устройство 2, вентилятор 3 с регулируемым направляющим аппаратом, компрессор 4 высокого давления, основную камеру сгорания 5 с системой 6 подачи топлива, турбину 7 высокого давления, турбину 8 низкого давления, камеру смешения 9, форсажную камеру 10 с системой 11 подачи топлива и регулируемое реактивное сопло 12.The
Система управления двигателя 1 содержит набор датчиков измеряемых эксплуатационных параметров двигателя: датчик 13 полной температуры Т*вх на входе в вентилятор 3, датчик 14 полного давления Р*вх на входе в вентилятор 3, датчик 15 угла установки αНА направляющего аппарата вентилятора 3, сеть 16 датчиков полного давления Р*в за вентилятором 3, датчик 17 физической частоты вращения N1 вентилятора 3, датчик 18 полного давления Р*к за компрессором 4 высокого давления, датчик 19 расхода топлива GT в основной камере сгорания 5, датчик 20 физической частоты вращения N2 компрессора 4 высокого давления, датчик 21 полного давления Р*т за турбиной 8 низкого давления, датчик 22 расхода топлива Gтф в форсажной камере 10 и датчик 23 площади критического сечения Fкр регулируемого реактивного сопла 12.The
Все датчики 13-23 связаны с устройством 24 сбора данных измерений, которое подключено к штатной системе 25 автоматического управления, связанной с задающим устройством 26. К штатной системе 25 автоматического управления подключен блок 27 коррекции управляющих сигналов, который состоит из вычислителя 28, определителя 29 с запоминающим устройством 30 и сумматора 31. Вычислитель 28, предназначенный для вычисления соотношения между изменением скорости полета, расхода топлива в камеру сгорания 5 и площади критического сечения реактивного сопла 12, своими входами связан со штатной системой 25 автоматического управления, задающим устройством 26 и устройством 24 сбора данных измерений, а выходом подключен к входу определителя 29, предназначенного для определения величины коррекции управляющих сигналов (поправок), выход которого подключен к сумматору 31, который интегрирует штатный сигнал на управление створками реактивного сопла 12 и расхода топлива в основную камеру сгорания 5, а также величину коррекции положения створок реактивного сопла 12 и расхода топлива в основную камеру сгорания 5, полученные в определителе 29.All sensors 13-23 are connected to a
В запоминающее устройство 30 занесен набор характеристик вентилятора 3, полученный по результатам автономных испытаний вентилятора 3 с различным заданным уровнем неравномерности полного давления на входе, равном 0, 2, 4, 6, 8, 10% и расположенным в порядке возрастания замеренного уровня неравномерности полного давления на выходе вентилятора 3. Также в запоминающее устройство 30 заносят данные о параметрах влияния регулирующих факторов на тягу R двигателя 1 и величину запаса газодинамической устойчивости ΔК вентилятора 3, определяемые предварительно по математической модели двигателя на стационарных режимах с шагом по приведенной частоте вращения вентилятора 3 методом малых отклонений (А.Я. Черкез, «Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений» М., Машиностроение, 1965), путем последовательного задания небольшого (не более 2-3%) изменения каждого из регулирующих факторов. При этом в качестве регулирующих факторов используют расход топлива Gт в основной камере сгорания 5, расход топлива Gтф в форсажной камере 10, угол установки αНА направляющего аппарата, площадь критического сечения Fкp реактивного сопла 12.The memory device 30 contains a set of characteristics of the
Сумматор 31 определяет итоговые величины сигнала 32 управляющего фактора по расходу топлива Gт в основной камере сгорания 5, сигнала 33 по расходу топлива Gтф в форсажной камере 10, сигнала 34 по площади критического сечения Fкp регулируемого реактивного сопла 12, сигнала 35 по углу установки αНА направляющего аппарата.The
В линию связи между штатной системой 25 автоматического управления и сумматором 31 включен блок 36 настройки полетных режимов, связанный с командным устройством 37 и блоком 38 управления летательного аппарата, который передает блоку 36 настройки полетных режимов значение заданной скорости полета летательного аппарата.The communication line between the standard
Работа системы 25 автоматического управления зависит от командного сигнала, формируемого в командном устройстве 37. Если от командного устройства 37 сигнала не поступает, то блок 36 настройки полетных режимов напрямую передает параметры от штатной системы 25 автоматического управления в сумматор 31 без дополнительных преобразований.The operation of the
На стационарных и переходных режимах работы двигателя 1 с помощью датчиков 13, 15 и 17-23 измеряют внешние параметры рабочего процесса турбореактивного двигателя 1, полученные данные измерений из устройства 24 сбора данных измерений передаются в штатную систему 25 автоматического управления, в которую также поступают из блока 38 управления летательного аппарата измеренные параметры полета (скорость) летательного аппарата. В системе 25 автоматического управления по измеренным значениям вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса двигателя 1 и определяют в качестве эксплуатационных характеристик для конкретного режима работы двигателя 1 реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора 3, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик с эталонными значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости для конкретного режима работы, предварительно определенными по результатам испытаний двигателя либо рассчитанными по его математической модели.In stationary and transient operating modes of the
По результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов, в качестве которых используют расход топлива Gт в основной камере сгорания 5, расход топлива Gтф в форсажной камере 10, угол αНА установки направляющего аппарата, площадь критического сечения Fкp реактивного сопла 12. Данные о штатной величине воздействия регулирующих факторов передаются в сумматор 31 блока 27 коррекции управляющих сигналов.Based on the results of a comparison of operational characteristics, the standard values of the influence of regulatory factors are determined, which are used as the fuel consumption G t in the
Для определения поправок, учитывающих уровень неравномерности полного давления за вентилятором 3, в вычислителе 28 рассчитывают действительные значения эксплуатационных характеристик двигателя 1 для конкретного режима его работы с учетом уровня неравномерности полного давления за вентилятором 3 и эталонные значения тяги Rэт и величины запаса газодинамической устойчивости ΔКэт, рассчитанные с учетом характеристики вентилятора, соответствующей однородному потоку на входе в двигатель 1 и максимальному значению полного давления в плоскости входа в двигатель 1.To determine the corrections taking into account the level of unevenness of the total pressure behind the
Действительные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости определяют с учетом характеристики вентилятора 3, соответствующей значению уровня неравномерности полного давления за вентилятором 3, определенному по осредненному значению показаний сети 16 датчиков полного давления за вентилятором 3.Actual thrust values and the value of the margin of gas dynamic stability determined taking into account the characteristics of the
Эталонное значение тяги Rэт определяют с учетом характеристики вентилятора 3, соответствующей однородному потоку на входе (уровень неравномерности равен 0) и показаниям датчика 14 полного давления на входе вентилятора 3, соответствующим наибольшему значению полного давления в плоскости входа. По показаниям сети 16 датчиков полного давления определяют значение показателя неравномерности.The reference value of the thrust R et is determined taking into account the characteristics of the
По известному значению показателя неравномерности, набору характеристик вентилятора 3 с заранее определенной линией границы устойчивой работы и протеканию линии рабочих режимов на характеристике вентилятора 3 в условиях однородного потока и реального значения параметра неравномерности вычислитель 28 определяет действительную величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора.According to the known value of the unevenness index, the set of characteristics of the
Затем вычислителем 28 определяют величину невязки по величине запаса газодинамической устойчивости вентилятора δΔК.Then the
Исходя из приоритетности параметров влияния на соответствующем режиме работы двигателя 1 по приведенной частоте вращения определитель 29 поправок выбирает по данным запоминающего устройства 30 два параметра регулирования с наибольшим влиянием, определяет величину поправок к штатным значениям регулирующих факторов и направляет их в сумматор 31.Based on the priority of the influence parameters in the corresponding operating mode of the
Сумматор 31 складывает величины регулирующих факторов от штатной системы 25 автоматического управления и от определителя 29 поправок, а результаты отправляет в штатную систему 25 автоматического управления, где они сравниваются с величинами по запасу регулирования каждого регулирующего фактора и формируется управляющий сигнал с учетом приоритетности регулирующих факторов, определяемой для каждого стационарного и переходного режима работы по результатам предварительно проведенных испытаний турбореактивного двигателя, и с учетом корректирующих поправок, величина которых зависит от изменения внешних условий полета летательного аппарата. Управляющий сигнал направляется на регулирующие органы и исполнительные механизмы двигателя 1, которым выдается команда на увеличение или уменьшение соответствующего регулирующего фактора (Gт, Fкp, (αНА, Gтф).The
В случае невозможности полностью выполнить указанные команды на увеличение или уменьшение регулирующего фактора в связи с отсутствием запаса регулирования этого регулирующего фактора, штатная система 25 автоматического управления в первую очередь выбирает весь запас регулирования, а затем отправляет сигнал в вычислитель 28 о проведении нового расчета, в котором вместо полностью выработанного регулирующего фактора используется следующий в порядке приоритетности.If it is impossible to fully execute the indicated commands to increase or decrease the control factor due to the lack of a regulation margin of this control factor, the standard
На «максимальном форсированном» и «крейсерском» стационарных режимах работы вводят дополнительную корректирующую поправку управляющего сигнала с одновременным определением величины ускорения полета летательного аппарата. Величина этой коррекции на максимальных режимах определяется путем косвенной оценки эффективной тяги по динамике изменения доступных для измерения параметров, в первую очередь, изменения ускорения летательного аппарата при изменении скорости перекладки створок реактивного сопла, на «крейсерских» режимах - по оценке изменения расхода топлива в камеру сгорания при постоянной скорости крейсерского полета.At the "maximum forced" and "cruising" stationary modes of operation, an additional corrective correction of the control signal is introduced with the simultaneous determination of the magnitude of the flight acceleration of the aircraft. The magnitude of this correction at maximum modes is determined by indirectly evaluating the effective thrust from the dynamics of changes in the parameters available for measurement, first of all, the change in the acceleration of the aircraft when the speed of the reversing of the jet nozzle flaps is changed, in "cruising" modes - by evaluating the change in fuel consumption into the combustion chamber at a constant cruise speed.
Влияние изменения площади критического сечения реактивного сопла Fкp на величину эффективной тяги Rэф (а, следовательно, на удельный эффективный расход топлива СRэф) связано со следующими обстоятельствами. Эффективная тяга турбореактивного двигателя представляет собой разность между внутренней тягой двигателя Rвн и силой сопротивления элементов турбореактивного двигателя - входного устройства и внешних обводов сопла ХсопрСУ, то естьThe effect of changing the critical section area of the jet nozzle F cr on the effective thrust R eff (and, consequently, on the specific effective fuel consumption C Ref ) is associated with the following circumstances. The effective thrust of a turbojet engine is the difference between the internal thrust of the engine R nn and the drag force of the elements of the turbojet engine - the inlet device and the outer contours of the nozzle X resistor , that is
Rэф=Rвн - ХсопрСУ.R eff = R ext - X soprSU.
Изменение площади критического сечения реактивного сопла в первую очередь воздействует на ступени турбины низкого давления (ТНД), изменяя степень понижения давлении πт в ней, частоту вращения nнд ротора низкого давления и, соответственно, расход воздуха Gв через двигатель. Кроме того, может несколько измениться и степень повышения давления в компрессоре низкого давления (КНД).Changing the area of the critical section of the nozzle primarily affects the low-pressure stage turbine (LPT) by changing the degree of reduced pressure therein π m, lp rotational speed n of the rotor and a low pressure, respectively, the air flow through the engine in G. In addition, the pressure ratio in the low pressure compressor (LPC) may change slightly.
Так, например, увеличение площади критического сечения реактивного сопла Fкp приведет к увеличению степени понижения давлении в ТНД, что (в зависимости от характеристики ТНД) может привести к увеличению частоты вращения ротора низкого давления и, соответственно, увеличению расхода воздуха через двигатель.So, for example, an increase in the critical section area of the jet nozzle Fcp will lead to an increase in the degree of pressure reduction in the high-pressure fuel pump, which (depending on the characteristics of the high-pressure fuel pump) can lead to an increase in the low-pressure rotor speed and, accordingly, to an increase in air flow through the engine.
В зависимости от характеристики КНД, в основном, от протекания его коэффициента полезного действия может возрасти или уменьшиться внутренняя тяга двигателя. С другой стороны, увеличение расхода воздуха через двигатель смещает точку совместной работы входного устройства и двигателя вправо (на большие значения коэффициента расхода), что приведет к снижению коэффициента сопротивления СхВУ входного устройства (ВУ) и, чаще всего, снижению коэффициента восстановления полного давления σвх в ВУ. Влияние этих двух параметров на величину эффективной тяги Rэф имеет противоположенный характер, в связи с чем при определенном значении Fкp достигается максимум значения Rэф.Depending on the characteristics of the LPC, mainly due to the flow of its efficiency, the internal thrust of the engine may increase or decrease. On the other hand, an increase in the air flow through the engine shifts the point of joint operation of the input device and the engine to the right (by large values of the flow coefficient), which will lead to a decrease in the resistance coefficient С хВУ of the input device (VU) and, most often, to a decrease in the total pressure recovery coefficient σ input to VU. The influence of these two parameters on the effective thrust R eff has an opposite character, and therefore, at a certain value of F cr , the maximum value of R eff is achieved.
Введение дополнительной корректирующей поправки начинают на установившемся стационарном режиме работы, продолжают при наличии положительного значения величины ускорения полета летательного аппарата и заканчивают при достижении этой величиной нулевого значения, причем на «максимальном форсированном» режиме работы дополнительную корректирующую поправку вводят путем изменения площади критического сечения реактивного сопла, а на «крейсерском» режиме работы - путем по меньшей мере однократного изменения площади критического сечения реактивного сопла и последующего уменьшения расхода топлива в основной камере сгорания со снижением скорости полета летательного аппарата до оптимального значения на этом режиме.The introduction of an additional corrective correction begins at a steady stationary mode of operation, continues with a positive value of the aircraft flight acceleration and ends when this value reaches zero, and in the "maximum forced" mode of operation, an additional corrective correction is introduced by changing the critical section area of the jet nozzle, and in the "cruise" mode of operation - by at least one change in the critical section area of the jet nozzle and subsequent reduction of fuel consumption in the main combustion chamber with a decrease in the flight speed of the aircraft to the optimal value in this mode.
Для этого на установившемся стационарном режиме работы на блок 36 настройки полетных режимов подаются командный сигнал от командного устройства 37 и сформированные штатной системой 25 автоматического управления дополнительные корректирующие поправки по величинам площади Fкp критического сечения сопла и расходу топлива Gт в основной камере сгорания, которые затем из блока 36 передаются в сумматор 31.To do this, in a steady-state stationary mode of operation, a command signal from the
Внесение дополнительных корректирующих поправок на каждом из режимов осуществляется следующим образом.Making additional corrections in each of the modes is carried out as follows.
На «максимальном форсированном» режиме работы двигателя штатная система 25 автоматического управления в соответствии с сигналами датчиков 13-23 и работой блока 27 коррекции управляющих сигналов согласно описанному выше алгоритму формирует сигналы на расход топлива в основной камере сгорания, форсажной камере сгорания, положение створок реактивного сопла, определяющее площадь критического сечения сопла, а также положение направляющего аппарата вентилятора.At the "maximum forced" mode of engine operation, the standard
После выхода на установившейся «максимальный форсированный» режим работы двигателя 1 по командному сигналу блока 38 управления летательного аппарата и командного устройства 37, блок 36 настройки полетных режимов формирует пробную величину увеличения площади ΔFкp критического сечения сопла 12 (например, 1% от имеющейся величины площади критического сечения сопла) и подает соответствующий сигнал в сумматор 31. В сумматоре 31 интегрируется сигнал 34 по площади критического сечения Fкp регулируемого реактивного сопла 12. Если вследствие увеличения площади реактивного сопла происходит ускорение летательного аппарата, регистрируемое по результатам сравнения скоростей полета, получаемых от блока 38 управления летательного аппарата, то блок 36 настройки полетных режимов формирует повторный сигнал на увеличение площади критического сечения Fкp и система повторяет цикл. Блок 36 настройки полетных режимов, исходя из соотношения между ускорением и изменением площади критического сечения Fкp реактивного сопла 12, формирует сигнал на последующее изменение площади критического сечения Fкp, который в сумматоре 31 совместно с сигналом от определителя 29 формирует сигнал 34 по площади критического сечения Fкp регулируемого реактивного сопла 12. В случае если после увеличения площади критического сечения Fкp реактивного сопла происходит замедление летательного аппарата (значение ускорения отрицательно), то выдается сигнал на уменьшение площади Fкp и регистрируется ускорение летательного аппарата. Процесс продолжается до тех пор, пока изменение площади критического сечения Fкр реактивного сопла 12 перестает приводить к ускорению летательного аппарата, то есть значение ускорения становится близким к нулю.After reaching the steady-state "maximum forced" mode of operation of the
На установившемся «крейсерском» режиме работы двигателя с крейсерской скоростью полета функционирование системы управления полностью в части изменения площади критического сечения Fкp реактивного сопла 12 аналогично работе на «максимальных форсированных» режимах, при этом после каждого изменения площади критического сечения Fкp реактивного сопла 12 осуществляется уменьшение расхода топлива Gт со снижением скорости полета летательного аппарата до оптимального значения на этом режиме. Для этого блок 36 настройки полетных режимов формирует поправочную величину уменьшения расхода топлива ΔGт и через сумматор 31 формирует сигнал 32 управляющего фактора по расходу топлива 19 в основную камеру сгорания 5.At the steady "cruising" mode of operation of the engine at a cruising flight speed, the control system operates completely in terms of changing the critical section area F cr of the jet nozzle 12 is similar to operation in the "maximum forced" modes, while after each change in the critical section F cr of the jet nozzle 12 a decrease in fuel consumption G t with a decrease in the flight speed of the aircraft to the optimal value in this mode. For this, the
Такое осуществление способа управления турбореактивным двигателем с форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом в составе силовой установки летательного аппарата позволяет обеспечить повышение эффективной тяги двигателя на «максимальном форсированном» режиме работы и снижение эффективного удельного расхода топлива на «крейсерском» режиме работы двигателя (то есть повышение топливной экономичности) за счет оптимизации управляющего сигнала, сформированного с учетом дополнительной корректирующей поправки, учитывающей эксплуатационное состояние турбореактивного двигателя.Such an implementation of the method for controlling a turbojet engine with an afterburner and an adjustable jet nozzle as part of the power plant of an aircraft allows an increase in the effective engine thrust at the "maximum forced" operating mode and a decrease in the effective specific fuel consumption in the "cruise" operating mode of the engine (that is, an increase in fuel efficiency) by optimizing the control signal generated taking into account an additional corrective correction that takes into account the operational state of the turbojet engine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116425A RU2736403C1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Turbojet engine control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116425A RU2736403C1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Turbojet engine control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2736403C1 true RU2736403C1 (en) | 2020-11-16 |
Family
ID=73460878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020116425A RU2736403C1 (en) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | Turbojet engine control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2736403C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114233512A (en) * | 2021-12-24 | 2022-03-25 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Aircraft engine thrust consistency debugging and working state control method thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554544C2 (en) * | 2013-09-26 | 2015-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Digital electronic control system with built-in complete thermo- and gas-dynamic mathematical model of gas turbine engine, and aircraft gas turbine engine |
RU2555939C2 (en) * | 2013-11-07 | 2015-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Jet turbine engine |
RU2692189C1 (en) * | 2018-10-19 | 2019-06-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Control method of turbojet two-circuit engine |
-
2020
- 2020-05-19 RU RU2020116425A patent/RU2736403C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554544C2 (en) * | 2013-09-26 | 2015-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Digital electronic control system with built-in complete thermo- and gas-dynamic mathematical model of gas turbine engine, and aircraft gas turbine engine |
RU2555939C2 (en) * | 2013-11-07 | 2015-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Jet turbine engine |
RU2692189C1 (en) * | 2018-10-19 | 2019-06-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Control method of turbojet two-circuit engine |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114233512A (en) * | 2021-12-24 | 2022-03-25 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Aircraft engine thrust consistency debugging and working state control method thereof |
CN114233512B (en) * | 2021-12-24 | 2023-03-14 | 中国航发沈阳发动机研究所 | Aircraft engine thrust consistency debugging and working state control method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5583697B2 (en) | Method and system for controlling a gas turbine, and a gas turbine including such a system | |
RU2531488C2 (en) | Vane angular position control system and method of optimisation of named angular position | |
US10961921B2 (en) | Model-based control system and method for a turboprop engine | |
EP1314857A2 (en) | Controlling turbine blade tip clearance according to thermal growth model | |
US4437303A (en) | Fuel control system for a gas turbine engine | |
EP0185600B1 (en) | A transient derivative scheduling control system | |
CN111666648B (en) | Method for simulating dynamic characteristics of aircraft engine | |
JP2017166476A (en) | Method and system for modulating turbine cooling as function of engine health | |
JPS6132484B2 (en) | ||
JPH01310131A (en) | Fuel controller | |
RU2337250C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions | |
CA2947455A1 (en) | Method and system for improving parameter measurement | |
JPH0121329B2 (en) | ||
CN113157010B (en) | Method and device for regulating and controlling thrust of deep variable thrust engine and electronic equipment | |
CN110647052A (en) | Variable cycle engine mode switching self-adaptive identity card model construction method | |
JP2007205339A (en) | State quantity estimation device of turbocharger | |
RU2736403C1 (en) | Turbojet engine control method | |
RU2334889C2 (en) | Turboprop power plant fuel flow rate control method | |
US4248042A (en) | Engine thrust control system | |
RU2649715C1 (en) | Method of aviation bypass turbojet engine with flows mixing in-flight diagnostics | |
CN115898656A (en) | Control method and control device for boosting fuel oil of multi-electric aircraft engine | |
RU2692189C1 (en) | Control method of turbojet two-circuit engine | |
CN114415506B (en) | Design method of dual-mode tracking prediction control system of aero-engine | |
RU2464437C1 (en) | Control method of jet turbine double-flow engine with afterburner | |
RU2282737C2 (en) | Method to control gas-turbine engine with free turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |