Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем

Изобретение относится к авиадвигателестроению, касается регулирования в полете турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков. Способ характеризуется тем, что на стационарных и переходных режимах работы двигателя измеряют внешние рабочие параметры, по которым вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса двигателя и определяют в качестве эксплуатационных характеристик двигателя его реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора. Сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик со значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости, предварительно определенными по результатам испытаний двигателя. По результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов и в зависимости от них формируют управляющий сигнал. Дополнительно определяют действительные значения эксплуатационных характеристик двигателя с учетом уровня неравномерности полного давления за вентилятором и эталонные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости. Причем управляющий сигнал формируют в зависимости от суммы штатной величины воздействия регулирующих факторов и поправки к ней. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы двигателя за счет оптимизации управляющего воздействия, сформированного с учетом степени неравномерности полного давления воздуха на входе в двигатель. 3 ил.

 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, касается регулирования в полете турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков и может быть использовано в системах управления силовой установки летательного аппарата.

Для воздушно-реактивного двигателя в полете имеется потребность постоянного контроля состояния двигателя и повышения точности управления, особенно в условиях реального потока на входе в двигатель. Актуальность этой задачи объясняется необходимостью восстановления основных параметров двигателя, таких как тяга и запас газодинамической устойчивости системы повышения давления воздуха, которые могут ухудшаться вследствие входной неоднородности потока.

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 рабочие параметры, по измеренным значениям внешних рабочих параметров вычисляют недоступные для измерения внутренние параметры рабочего процесса двигателя и определяют эксплуатационные характеристики двигателя для конкретного режима работы двигателя, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик с эталонными значениями для конкретного режима работы, предварительно определенными по результатам испытаний двигателя, и по результатам сравнения эксплуатационных характеристик определяют штатные величины воздействия регулирующих факторов и в зависимости от них формируют управляющий сигнал (US 4117668, 1978).

Известный способ управления применяется для предупреждения срыва потока в осевом компрессоре газотурбинного двигателя на режимах резкого увеличения частоты вращения компрессора при внезапном изменении внешних условий и предусматривает формирование управляющего сигнала, направленного на временное снижение мощности двигателя или его кратковременный останов. Поэтому применение этого способа для поддержания режима работы двигателя на всех стационарных и переходных режимах практически невозможно.

Известен способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем со смешением потоков, форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом, заключающийся в том, что на переходных режимах работы двигателя измеряют внешние рабочие параметры, по измеренным значениям внешних рабочих 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 компрессора, сравнивают значения полученных эксплуатационных характеристик с эталонными значениями тяги и величины запаса газодинамической устойчивости для конкретного режима работы, 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 лопаток компрессора, площадь критического сечения реактивного сопла, определяют для каждого переходного режима работы по результатам предварительно проведенных испытаний двигателя (US 4768338, 1988).

В известном способе управления на всех режимах работы двигателя определяют возможность потери газодинамической устойчивости (возникновения помпажа) в работе компрессора и по сигналу «помпаж/неустойчивый режим работы» система управления формирует управляющий сигнал, направленный на восстановление нормального режима работы двигателя.

Недостатком известного способа является то, что управляющий сигнал формируется после того, как «неустойчивый режим работы» уже наступил, т.е. запас газодинамической устойчивости компрессора снизился до величин, при которых наступает помпаж двигателя. Стандартные средства по предотвращению этого явления подразумевают снижение тяги двигателя или полное его выключение, что в условиях взлета и посадки может привести к аварии летательного аппарата.

Известен способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем со смешением потоков, форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом, заключающийся в том, что на стационарных и переходных режимах работы двигателя измеряют внешние рабочие параметры, по измеренным значениям внешних рабочих 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, 2013).

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.

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 конструктивных особенностей входного устройства, 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 вентилятора ниже необходимого уровня.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в том, что в процессе формирования управляющего сигнала необходимо учитывать степень неравномерности полного давления воздуха на входе в двигатель при определении величины тяги двигателя и запаса газодинамической устойчивости вентилятора, а также диапазона изменения их значений, вызванного влиянием внешних условий.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы двигателя за счет оптимизации управляющего воздействия, сформированного с учетом степени неравномерности полного давления воздуха на входе в двигатель.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа управления турбореактивным двухконтурным двигателем со смешением потоков, форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом, заключающегося в том, что на стационарных и переходных режимах работы двигателя измеряют внешние рабочие параметры, по измеренным значениям внешних рабочих 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, дополнительно определяют действительные значения эксплуатационных характеристик двигателя для конкретного режима его работы с учетом уровня неравномерности полного давления за вентилятором и эталонные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_эт, рассчитанные с учетом характеристики вентилятора, соответствующей однородному потоку на входе в двигатель и максимальному значению полного давления в плоскости входа в двигатель, при этом действительные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости определяют с учетом характеристики вентилятора, соответствующей значению уровня неравномерности полного давления за вентилятором, определенному по осредненному значению показаний сети датчиков полного давления за вентилятором, а при формировании управляющего сигнала к штатной величине воздействия регулирующих факторов суммируют поправку, величину которой определяют из следующей системы линейных уравнений:

, где:

δR - разность между эталонным значением тяги R_эт и действительным значением тяги ;

B_A1 - параметр влияния первого по приоритету регулирующего фактора на тягу двигателя для конкретного режима его работы;

В_А2 - параметр влияния второго по приоритету регулирующего фактора на тягу двигателя для конкретного режима его работы;

ΔA₁ - поправка к штатной величине воздействия первого по приоритету регулирующего фактора для конкретного режима работы двигателя;

ΔА₂ - поправка к штатной величине воздействия второго по приоритету регулирующего фактора для конкретного режима работы двигателя;

δΔК - разность между эталонным значением величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_эт и действительным значением величины запаса газодинамической устойчивости ;

C_A1 - параметр влияния первого по приоритету регулирующего фактора на величину запаса газодинамической устойчивости двигателя для конкретного режима его работы;

С_А2 - параметр влияния второго по приоритету регулирующего фактора на величину запаса газодинамической устойчивости двигателя для конкретного режима его работы.

Существенность отличительных признаков способа управления турбореактивным двухконтурным двигателем подтверждается тем, что только совокупность всех действий и операций, описывающая изобретение, обеспечивает достижение технического результата - повышение надежности и эффективности работы двигателя за счет оптимизации управляющего воздействия, сформированного с учетом степени неравномерности полного давления воздуха на входе в двигатель.

Пример реализации способа управления турбореактивным двухконтурным двигателем поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 схематично представлена система управления турбореактивным двухконтурным двигателем;

на фиг. 2 представлен график с характеристикой вентилятора, соответствующей однородному потоку на входе в двигатель;

на фиг. 3 представлен график с характеристикой вентилятора, соответствующей действительному значению уровня неравномерности полного давления за вентилятором.

Турбореактивный двухконтурный двигатель 1 содержит входное устройство 2 с направляющим аппаратом, вентилятор 3, 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 подачи топлива 11 и регулируемое реактивное сопло 12 (см. фиг. 1).

Система управления турбореактивного двухконтурного двигателя содержит набор датчиков измеряемых эксплуатационных параметров двигателя: датчик 13 полной температуры на входе в двигатель 1, датчик 14 полного давления на входе в двигатель 1, датчик 15 угла установки Она направляющего аппарата входного устройства 2, сеть 16 датчиков, измеряющих поле полного давления за вентилятором 3, датчик 17 физической частоты вращения N₁ вентилятора 3, датчик 18 полного давления за компрессором 4, датчик 19 расхода топлива в основную камеру сгорания 5, датчик 20 физической частоты вращения N₂ компрессора высокого давления 4, датчик 21 полного давления за турбиной низкого давления 8, датчик 22 расхода топлива в форсажную камеру 10 и датчик 23 площади критического сечения F_кр регулируемого реактивного сопла 12.

Датчик 14 полного давления на входе в двигатель 1 размещают во входном устройстве 2 в том его участке, в котором расположена область с максимальным полным давлением, определенная по результатам стендовых испытаний входного устройства 2 при различных сочетаниях скорости набегающего потока, углов атаки и скольжения.

Все датчики 14-23 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 учета неоднородности давления, который состоит из вычислителя 28 невязок, вычислителя 29 поправок регулирующих факторов с запоминающим устройством 30 и сумматора 31. Вычислитель 28 невязок, предназначенный для вычисления разности (невязки) между эталонными и действительными значениями по тяге и величине запаса газодинамической устойчивости двигателя, своими входами связан со штатной системой 25 автоматического управления, задающим устройством 26 и устройством 24 сбора данных измерений, а выходом подключен к входу вычислителя 29 поправок регулирующих факторов, выход которого подключен к сумматору 31.

Сумматор 31 определяет итоговые величины сигнала 32 управляющего фактора по расходу топлива в основную камеру сгорания 5, сигнала 33 по расходу топлива в форсажную камеру 10, сигнала 34 по площади критического сечения F_кр, регулируемого реактивного сопла 12, сигнала 35 по углу установки (Хна направляющего аппарата.

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.

На фиг. 2 представлена характеристика вентилятора при уровне неравномерности полного давления на выходе вентилятора равном 0, на фиг. 3 - при уровне неравномерности полного давления на выходе вентилятора равном 6%. Характеристики вентилятора сформированы линиями 36 приведенной частоты вращения N_1np, линией 37 границ устойчивой работы и линией 38 рабочих режимов, рабочей точкой 39, расположенной на пересечении линии 36 приведенной частоты вращения N_1np и линии 38 рабочих режимов, и точкой 40, расположенной на пересечении линии 36 приведенной частоты вращения N_1np и линии 37 границы устойчивой работы. Линия 38 рабочих режимов определяется по данным испытаний двигателя (или по его математической модели) для каждого значения уровня неравномерности за вентилятором 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 N_1пр 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 в основной камере сгорания 5, расход топлива в форсажной камере 10, угол установки α_НА направляющего аппарата, площадь критического сечения F_кр реактивного сопла 12.

Величина параметра влияния каждого регулирующего фактора на тягу R двигателя 1 и величину запаса газодинамической устойчивости ΔК вентилятора 3 вычисляется в следующем порядке:

- определяют величину соответствующего изменения тяги ΔR:

, где

R_изм - тяга двигателя после изменения регулирующего фактора;

R_исх - тяга двигателя без изменения регулирующего фактора;

- определяют изменение величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора Δ(ΔК):

, где

ΔК_изм - величина запаса газодинамической устойчивости после изменения регулирующего фактора;

ΔК_исх - величина запаса газодинамической устойчивости без изменения регулирующего фактора;

- определяют параметр влияния, как отношение полученной величины изменения к величине изменения каждого из регулирующих факторов (, ΔF_кр, Δα_НА, ):

- параметр влияния расхода топлива в основную камеру сгорания на тягу двигателя, равный ;

B_Fкр - параметр влияния площади критического сечения реактивного сопла на тягу двигателя, равный ΔR/ΔF_кр;

В_α - параметр влияния углов установки направляющих аппаратов вентилятора на тягу двигателя, равный ΔR/Δα_НА;

- параметр влияния расхода топлива в форсажную камеру сгорания на тягу двигателя, равный ;

- параметр влияния расхода топлива в основную камеру сгорания на величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора, равный ;

C_Fкр - параметр влияния площади критического сечения реактивного сопла на величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора, равный Δ(ΔК)/ΔF_кр;

С_α - параметр влияния углов установки направляющих аппаратов вентилятора на величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора, равный Δ(ΔК)/Δα_НА;

- параметр влияния расхода топлива в форсажную камеру сгорания на величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора, равный ;

Значения всех перечисленных параметров влияния , В_Fкр, В_α, , , C_Fкр, С_α, ограничены диапазоном от минус 2 до 2.

Кроме того, в запоминающее устройство 30 вводятся данные о приоритетности А₁, А₂, А₃, А₄ регулирующих факторов , F_кр, α_НА, на каждом режиме работы двигателя 1, характеризуемом приведенной частотой вращения N_1пр вентилятора 3. Для этого полученные значения параметров влияния аппроксимируют в функции приведенной частоты вращения вентилятора 3:

Сформированный таким образом набор функций параметров влияния: , B_Fкр(N_1пр), B_α(N_1пр), , , C_Fкр(N_1пр), C_α(N_1пр), позволяет на каждом режиме работы двигателя, характеризуемом приведенной частотой вращения N_1пр вентилятора выстраивать регулирующие факторы , F_кр, α_НА, по приоритетности A₁, А₂, А₃, А₄ в зависимости от абсолютной величины соответствующих параметров влияния , В_Fкр, B_α, , , C_Fкр, С_α, . На различных стационарных и переходных режимах работы двигателя 1 регулирующие факторы могут располагаться следующим образом.

На режиме «полный форсаж» в связи с достижением некоторыми основными параметрами двигателя своих ограничений (частоты вращения роторов максимальны, температура газа за основной камерой сгорания максимальна) регулирующие факторы имеют сниженный диапазон изменения и поэтому выстраиваются по приоритетности следующим образом:

На режиме «частичный форсаж», характеризующемся сниженным расходом топлива в форсажную камеру 10 и максимальным режимом работы газотурбинной части двигателя некоторые, регулирующие факторы имеют более широкий диапазон изменения, что позволяет выстроить их по приоритетности следующим образом:

На режиме «максимальный» расход топлива в форсажную камеру равен нулю, а температура газа за основной камерой сгорания поддерживается максимальной для обеспечения максимальной тяги (и максимальных частот вращения роторов), поэтому для этого режима регулирующие факторы ограничены лишь тремя параметрами и расположены следующим образом:

На режиме «максимальный продолжительный» («номинальный») снижены частоты вращения роторов и температура газа за основной камерой сгорания расход топлива в форсажную камеру равен нулю, поэтому регулирующие факторы ограничены тремя параметрами и располагаются следующим образом:

«Крейсерские» режимы работы характеризуются максимальной экономичностью двигателя, поэтому расход топлива в форсажную камеру равен нулю, а также расход топлива в основную камеру сгорания поддерживается из условий максимальной экономичности, что определяет следующий ранжир управляющих факторов:

Режимы «малый газ» - режимы минимальной тяги при обеспечении устойчивости работы двигателя и минимального времени приемистости, на этих режимах расход топлива в форсажную камеру равен нулю, частоты вращения роторов минимальны, исходя из этих положений регулирующие факторы располагаются следующим образом:

На переходных бесфорсажных режимах, характеризующихся положительным значением производной приведенной частоты вращения вентилятора по времени

(переход с пониженного режима на более высокий), для которых характерны повышенные требования по выдерживанию допустимых запасов газодинамической устойчивости, по мгновенной приведенной частоте вращения N_1пр вентилятора 3 с помощью полученных ранее аппроксимирующих зависимостей определяют мгновенные значения параметров влияния, среди которых наиболее приоритетными являются наиболее сильно влияющие на величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора. Таким образом, регулирующие факторы выстраиваются по приоритетности в следующем порядке:

На переходных бесфорсажных режимах, связанных с уменьшением приведенной частоты вращения вентилятора

запас устойчивости имеет значительную величину, поэтому приоритетными являются факторы, влияющие на выполнение требований по тяге двигателя:

На переходных форсажных режимах тяга двигателя является приоритетным параметром, частоты роторов и температура на выходе из основной камеры сгорания максимальны, поэтому регулирующие факторы выстраиваются в следующем порядке:

Управление турбореактивным двухконтурным двигателем осуществляется следующим образом.

На стационарных и переходных режимах работы двигателя 1 с помощью датчиков 13, 15 и 17-23 измеряют внешние рабочие параметры, полученные данные измерений из устройства 24 сбора данных измерений передаются в штатную систему 25 автоматического управления, в которой 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 его реальные значения тяги и величины запаса газодинамической устойчивости вентилятора 3, 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, в качестве которых используют расход топлива в основной камере сгорания 5, расход топлива в форсажной камере 10, угол α_НА установки направляющего аппарата, площадь критического сечения F_кр реактивного сопла 12. Данные о штатной величине воздействия регулирующих факторов передаются в сумматор 31 блока 27 учета неоднородности давления.

Для определения поправок, учитывающих уровень неравномерности полного давления за вентилятором 3, в вычислителе 28 невязок рассчитывают действительные значения эксплуатационных характеристик двигателя для конкретного режима его работы с учетом уровня неравномерности полного давления за вентилятором и эталонные значения тяги R_эт и величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_эт, рассчитанные с учетом характеристики вентилятора, соответствующей однородному потоку на входе в двигатель 1 и максимальному значению полного давления в плоскости входа в двигатель 1.

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.

Эталонное значение тяги R_эт определяют с учетом характеристики вентилятора 3, соответствующей однородному потоку на входе (уровень неравномерности равен 0) и показаниям датчика 14 полного давления перед вентилятором 3, соответствующим наибольшему значению полного давления в плоскости входа. По показаниям сети 16 датчиков полного давления определяют значение показателя неравномерности .

Порядок определения эталонного значения тяги на полетном режиме работы двигателя приведен ниже.

Определяют значение полного давления по показаниям датчика 14 полного давления на входе в двигатель 1, умноженных на полученную по характеристике (фиг. 2) вентилятора 3 для рабочей точки 39 степень повышения полного давления.

Определяют параметр , пропорциональный полному давлению на входе в регулируемое реактивное сопло 12, как:

σ_к - коэффициент восстановления полного давления во втором контуре, равный отношению полного давления за компрессором 4 высокого давления к полному давлению за вентилятором 3;

- полное давление газа за турбиной 8 низкого давления;

F' - относительная площадь поперечного сечения канала на входе в камеру смешения 9, определяемая отношением выходного канала турбины 8 низкого давления и канала второго контура соответственно.

Определяют температуру газа на выходе из камеры смешения 9 с учетом зависимости между удельной энтальпией и температурой из уравнения теплового баланса для рабочего тела между сечениями входа в двигатель 1 и выхода из камеры смешения 9:

G_B1 - расход воздуха через двигатель 1, определяемый по характеристике вентилятора 3 (фиг. 2) для рабочей точки 39, которая находится на пересечении заранее известной рабочей линии 38 и линии 36 приведенной частоты вращения, соответствующей измеренному значению приведенной частоты вращения N_1пр;

- расход топлива, подаваемого в основную камеру сгорания 5;

G_см - расход газа за камерой смешения 9, равный

- удельная энтальпия воздуха на входе в двигатель 1, определяемая по входным параметрам;

Нu - низшая теплотворная способность топлива;

η_г - коэффициент полноты сгорания в основной камере сгорания 5, определяемый по ее характеристикам;

- удельная энтальпия газов на выходе из камеры смешения 9;

ƒ₂ - функция, связывающая температуру рабочего тела с его энтальпией и составом [см. «Двигатели авиационные газотурбинные: методы и подпрограммы расчета термодинамических параметров воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив». Руководящий Технический материал авиационной техники РТМ 1677-83., с. 5, М., 1983 г.];

q_см - условный состав рабочего тела в камере смешения 9, определяемый отношением расход топлива , подаваемого в основную камеру сгорания 5, к расходу G_B1 воздуха через двигатель 1;

T₀ - температура подачи топлива в основную камеру сгорания 5.

Определяют температуру газа на выходе из форсажной камеры 10 с учетом зависимости между удельной энтальпией и температурой торможения из уравнения теплового баланса для рабочего тела между сечениями выхода из камеры смешения 9 и выхода из форсажной камеры 10:

η_ф - коэффициент полноты сгорания в форсажной камере 10, определяемый по ее характеристикам;

- расход топлива, подаваемого в форсажную камеру 10;

G_ф - расход газа за форсажной камерой 10;

- удельная энтальпия газов за форсажной камерой 10;

q_Σ - условный состав рабочего тела в форсажной камере 10, определяемый как

Вычисляют значение плотности тока q(λ_см) исходя из уравнения расхода газа, определяемого через параметры заторможенного потока:

- размерный коэффициент, зависящий от рода газа (состава смеси);

F_см - площадь сечения канала на выходе из камеры смешения 9.

Определяют значение приведенной скорости λ_см на выходе из камеры смешения 9, которое находят с помощью метода Ньютона:

k_см - коэффициент адиабаты, значение которого для камеры смешения для двухконтурного двигателя со смешением потоков равно 1,33.

Вычисляют полное давление на входе в реактивное сопло 12 по следующей формуле:

σ_ФК - коэффициент восстановления полного давления в форсажной камере 10, который вычисляют по формуле:

ƒ_З - функция, определяющая взаимосвязь коэффициента восстановления полного давления и степени подогрева в форсажной камере 10, значение которой определяется в результате автономных испытаний камеры или с помощью расчетов по математической модели.

Для стационарного полетного режима работы двигателя с отключенной форсажной камерой значение коэффициент σ_ФК равен 1.

Вычисляют площадь F_c среза реактивного сопла по ее заранее определенной зависимости ƒ_c от критической площади F_кр реактивного сопла, измеряемой датчиком 23:

Из уравнения расхода газа на срезе реактивного сопла 12 находят значение плотности тока q(λ_c):

- для режима с неработающей форсажной камерой 10:

- для режима с работающей форсажной камерой 10:

Значение приведенной скорости λ_с потока на срезе реактивного сопла 12 получают с помощью метода Ньютона из выражения:

k_с - показатель адиабаты на срезе реактивного сопла 12, значение которого при включенной форсажной камере 10 равно 1,25, а при выключенной форсажной камере 10 равно 1,33.

Каждому значению q(λ_c) соответствуют два аргумента:

λ_c1<1 и λ_c1>1.

При выполнении условия:

принимают докритическое значение приведенной скорости λ_с потока на срезе реактивного сопла 12 меньше 1, а при выполнении условия:

принимают сверхкритическое значение λ_с больше 1.

По значению λ_с рассчитывают значение газодинамической функции приведенной плотности потока импульса на срезе регулируемого реактивного сопла 12:

Вычисляют величину выходного импульса J реактивного сопла 12:

P_h - статическое давление окружающей среды.

Определяют эталонные значения тяги R_эт двигателя 1 на конкретном полетном режиме его работы:

V_h - скорость набегающего потока воздуха.

Значение действительной тяги определяется вычислителем 28 невязок с учетом осредненных показаний сети 16 датчиков полного давления за вентилятором и характеристики вентилятора 3 (фиг. 3), соответствующей имеющемуся значению показателя неравномерности

Для этого определяют осредненное значение полного давления и показатель неравномерности по показаниям сети 16 датчиков полного давления, измеряющих поле полного давления на выходе из вентилятора 3.

Определяют параметр , пропорциональный полному давлению на входе в реактивное сопло 12, как:

σ_к - коэффициент восстановления полного давления во втором контуре двигателя 1;

- полное давление газа за турбиной 8 низкого давления;

F' - относительная площадь поперечного сечения канала на входе в камеру смешения 9, определяемая отношением выходного канала турбины 8 низкого давления и канала второго контура соответственно.

Определяют температуру газа на выходе из камеры смешения 9 с учетом зависимости между удельной энтальпией и температурой из уравнения теплового баланса для рабочего тела между сечениями входа в двигатель 1 и выхода из камеры смешения 9:

G_B1 - расход воздуха через двигатель, определяемый по характеристике вентилятора 3, соответствующей показателю неравномерности для рабочей точки 39 (фиг. 3), которая находится на пересечении заранее известной рабочей линии 38 и линии 36 приведенной частоты вращения, соответствующей измеренному значению приведенной частоты вращения N_1пр;

- расход топлива, подаваемого в основную камеру сгорания 5;

G_см - расход газа за камерой смешения 9, равный

- удельная энтальпия воздуха на входе в двигатель, определяемая по входным параметрам;

Нu - низшая теплотворная способность топлива;

η_г - коэффициент полноты сгорания в основной камере сгорания 5, определяемый по ее характеристикам;

- удельная энтальпия газов за камерой смешения 9;

ƒ₂ - функция, связывающая температуру рабочего тела с его энтальпией и составом;

q_см - условный состав рабочего тела в камере смешения 9, определяемый соотношением ;

Т₀ - температура подачи топлива в камеру сгорания 5.

Далее параметры , q(λ_см), λ_см, , q(λ_c), λ_с, , J вычисляют аналогично алгоритму определения R_эт.

Определяют действительное значение тяги двигателя 1 на конкретном полетном режиме его работы:

Затем вычислителем 28 невязок определяют величину невязки по тяге:

По известному значению показателя неравномерности, набору характеристик вентилятора 3 (фиг. 2) с заранее определенной линией 37 границы устойчивой работы и протеканию линии 38 рабочих режимов на характеристике вентилятора 3 в условиях однородного потока и реального значения параметра неравномерности вычислитель 28 невязок определяет действительную величину запаса газодинамической устойчивости вентилятора по формуле:

- степень повышения давления в точке 40, расположенной на пересечении линии 37 границы устойчивой работы и линии 36 приведенной частоты вращения, соответствующей измеренному значению приведенной частоты вращения;

G_гр - приведенный расход воздуха в точке 40, расположенной на пересечении линии 37 границы устойчивой работы и линии 36 приведенной частоты вращения, соответствующей измеренному значению приведенной частоты вращения;

- степень повышения давления в точке 39, расположенной на пересечении рабочей линии 38 и линии 36 приведенной частоты вращения, соответствующей измеренному значению приведенной частоты вращения;

G_B1 - приведенный расход воздуха в точке 39, расположенной на пересечении рабочей линии 38 и линии 36 приведенной частоты вращения, соответствующей измеренному значению приведенной частоты вращения.

Затем вычислителем 28 невязок определяют величину невязки по величине запаса газодинамической устойчивости вентилятора δΔК формуле:

Исходя из приоритетности параметров влияния на соответствующем режиме работы двигателя 1 по приведенной частоте вращения N_1пр вычислитель 29 поправок выбирает по данным запоминающего устройства 30 два параметра A₁ и А₂ регулирования с наибольшим влиянием и формирует систему из двух линейных уравнений с двумя неизвестными:

δR - разность между эталонным значением тяги R_эт и действительным значением тяги;

В_А1 - параметр влияния первого по приоритету регулирующего фактора на тягу двигателя для конкретного режима его работы;

В_А2 - параметр влияния второго по приоритету регулирующего фактора на тягу двигателя для конкретного режима его работы;

Δ_A1 - поправка к штатной величине воздействия первого по приоритету регулирующего фактора для конкретного режима работы двигателя;

ΔА₂ - поправка к штатной величине воздействия второго по приоритету регулирующего фактора для конкретного режима работы двигателя;

δΔК - разность между эталонным значением величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_эт и действительным значением величины запаса газодинамической устойчивости ;

C_A1 - параметр влияния первого по приоритету регулирующего фактора на величину запаса газодинамической устойчивости двигателя для конкретного режима его работы;

С_А2 - параметр влияния второго по приоритету регулирующего фактора на величину запаса газодинамической устойчивости двигателя для конкретного режима его работы.

Вычислитель 29 поправок, решая систему уравнений, определяет величину поправок к штатным значениям регулирующих факторов ΔA₁ и ΔА₂ и направляет их в сумматор 31.

Сумматор 31 складывает величины регулирующих факторов от штатной системы автоматического управления 25 и от вычислителя 29 поправок, а результаты отправляет в штатную систему 25 автоматического управления, где они сравниваются с величинами по запасу регулирования каждого регулирующего фактора.

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 невязок о проведении расчета новой системы линейных уравнений, в которой вместо полностью выработанного регулирующего фактора используется следующий в порядке приоритетности.

Итоговые значения сумм отправляются в штатную систему 25 автоматического управления для формирования непосредственных сигналов воздействия на регулирующие органы и исполнительные механизмы двигателя, которым выдается команда на увеличение или уменьшение соответствующего регулирующего фактора .

Таким образом, выполняется задача по повышению надежности путем гарантированного недопущения потери газодинамической устойчивости (помпажа) вентилятора и повышению эффективности работы двигателя путем восстановления оптимальной величины тяги двигателя за счет оптимизации управляющего воздействия, сформированного с учетом степени неравномерности полного давления воздуха на входе в двигатель.

Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем со смешением потоков, форсажной камерой и регулируемым реактивным соплом, заключающийся в том, что на стационарных и переходных режимах работы двигателя измеряют внешние рабочие параметры, по измеренным значениям внешних рабочих 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, отличающийся тем, что дополнительно определяют действительные значения эксплуатационных характеристик двигателя для конкретного режима его работы с учетом уровня неравномерности полного давления за вентилятором и эталонные значения тяги R_ЭТ и величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_ЭТ, рассчитанные с учетом характеристики вентилятора, соответствующей однородному потоку на входе в двигатель и максимальному значению полного давления в плоскости входа в двигатель, при этом действительные значения тяги R_∂ и величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_∂ определяют с учетом характеристики вентилятора, соответствующей значению уровня неравномерности полного давления за вентилятором, определенному по осредненному значению показаний сети датчиков полного давления за вентилятором, а при формировании управляющего сигнала к штатной величине воздействия регулирующих факторов суммируют поправку, величину которой определяют из следующей системы линейных уравнений:

δR=B_А1*ΔА₁+В_А2*ΔА₂

δΔК=C_А1*ΔA₁+С_А2*ΔА₂, где:

δR - разность между эталонным значением тяги R_ЭT и действительным значением тяги R_∂;

В_А1 - параметр влияния первого по приоритету регулирующего фактора на тягу двигателя для конкретного режима его работы;

В_А2 - параметр влияния второго по приоритету регулирующего фактора на тягу двигателя для конкретного режима его работы;

ΔA₁ - поправка к штатной величине воздействия первого по приоритету регулирующего фактора для конкретного режима работы двигателя;

ΔА₂ - поправка к штатной величине воздействия второго по приоритету регулирующего фактора для конкретного режима работы двигателя;

δΔК - разность между эталонным значением величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_ЭТ и действительным значением величины запаса газодинамической устойчивости ΔК_∂;

С_А1 - параметр влияния первого по приоритету регулирующего фактора на величину запаса газодинамической устойчивости двигателя для конкретного режима его работы;

С_А2 - параметр влияния второго по приоритету регулирующего фактора на величину запаса газодинамической устойчивости двигателя для конкретного режима его работы.