Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой

Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета.

Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой путем измерения времени достижения давления топлива в форсажном коллекторе заданной величины, сравнения его с заданным и регулирования приемистости по результату сравнения. Для повышения эксплуатационной надежности путем повышения точности регулирования дополнительно перед измерением времени достижения давлением топлива в форсажном коллекторе заданной величины измеряют время до начала выдачи сигнала розжига форсажа, сравнивают его с заданным и по результату последнего дополнительно регулируют приемистость двигателя (авт св. СССР №1245064, опубл. 1996.08.20).

Известен способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, при котором измеряют расход воздуха на входе в двигатель, расходы топлива в основную и форсажную камеры сгорания, определяют по ним коэффициент избытка воздуха и за счет изменения расхода топлива в форсажную камеру добиваются обеспечения потребного значения коэффициента избытка воздуха.

Известный способ отладки расхода топлива в форсажную камеру ГТД исходит из условия обеспечения заданного значения коэффициента избытка воздуха , где - расход воздуха, и - расход топлива соответственно в основной и форсажной камерах, L₀ - расход воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива (Ю.Н.Нечаев, P.M.Федоров. Теория авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978, часть 2, стр.70).

Известный способ не позволяет достичь максимального значения тяги на форсажном режиме

Кроме того, для реализации этого способа необходимо замерить , , . Такие замеры реализованы при стендовых испытаниях ГТД при контрольно-сдаточных испытаниях. Однако в эксплуатации на самолете замерить эти параметры не представляется возможным, т.к. точность штатных самолетных расходомеров не достаточна для отладки ά_Σ, а расход воздуха на самолете не замеряется.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы газотурбинного двигателя самолета на форсажном режиме.

Техническим результатом является достижение при отладке максимального значения тяги на форсажном режиме. Отладку можно осуществлять на самолете в условиях эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в способе отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, включающем измерения размеров проходного сечения реактивного сопла и расхода топлива в форсажную камеру, на форсажном режиме работы двигателя увеличивают расход топлива воздействием на расход топлива в форсажную камеру и контролируют изменение размеров проходного сечения реактивного сопла и при достижении площади проходного сечения максимального значения отладку прекращают.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежами, на которых представлены

фиг.1 - график зависимости температуры Т_ф от коэффициента избытка воздуха ά_Σ в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя;

фиг.2 - график зависимости площади F_г реактивного сопла от коэффициента избытка воздуха ά_Σ в форсажной камере того же турбореактивного двухконтурного двигателя;

фиг.3 - принципиальная схема устройства для реализации способа согласно изобретению.

Известно, что один и тот же режим турбокомпрессора может быть установлен при различных сочетаниях величин площади F_г реактивного сопла и расхода G_тф форсажного топлива (расхода G_тф топлива в форсажной камере). («Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов», под ред. А.А.Шевякова, М.: Машиностроение, 1976, стр.120.) Связь эта определяется уравнением F_г ²-а²G_тф=b², где «а» и «b» - постоянные величины для данного режима работы турбокомпрессора.

Таким образом, для сохранения заданного режима работы турбокомпрессора при изменении G_тф регулятор сопла автоматически установит F_г в соответствии с вышеприведенным уравнением.

Заданное значение коэффициента избытка воздуха ά_Σ определяется из условия обеспечения заданного значения тяги (R) на форсаже, определяемом температурой газа на срезе реактивного сопла в форсажной камере (Т_ф). При этом ά_Σ и Т_ф связаны зависимостью 1/ά_Σ≈Т_ф-Т_н, где Т_н - температура воздуха на входе в ГТД.

Математическим моделированием автором установлено, что изменение температуры Т_ф и площади F_г реактивного сопла от коэффициента избытка воздуха ά_Σ в форсажной камере имеет максимум. Характер изменения иллюстрируется графиком зависимости температуры Т_ф (фиг.1) и графиком зависимости площади F_г реактивного сопла (фиг.2) от коэффициента избытка воздуха ά_Σ за счет изменении G_тф в форсажной камере турбореактивного двухконтурного двигателя.

Как видно из графиков, значения Т_ф и F_г имеют максимум при ά_Σ=1, 12.

Это связано с тем, что при увеличении G_тф (уменьшении ά_Σ, т.е. при ά_Σ<1,12) существенно ухудшается процесс горения в форсажной камере сгорания - падает полнота сгорания и, как следствие, происходит падение Т_ф и F_г. Таким образом, увеличивая G_тф, по характеру изменения F_г можно судить об изменении Т_ф. Когда F_г достигнет своего максимального значения' (или близкого к нему), это будет означать, что температура в форсажной камере Т_ф достигла своего максимума, а значит, и тяга двигателя максимальна.

Способ может быть реализован устройством, показанным на фиг.3.

Газотурбинный двигатель 1 снабжен датчиком 2 перепада давления газов на турбине (π_т), датчиком 3 положения гидроцилиндров сопла, регулятором 4 управления гидроцилиндрами сопла, автоматом 5 подачи форсажного топлива с настроечным элементом 6.

На форсажном режиме за счет настроечного элемента 6 увеличивают расход топлива в форсажную камеру, формируемого автоматом 5. При этом регулятор 4 по сигналу датчика 2 будет автоматически увеличивать F_г для сохранения режима работы газотурбинного двигателя по (π_т).

Увеличение расхода осуществляют до тех пор, пока F_г перестанет увеличиваться. Это означает, что температура в форсажной камере Т_ф достигла максимума, а значит, и тяга двигателя на форсажном режиме будет максимальна.

При достижении F_г своего максимального значения, увеличение прекращают и отладка двигателя завершена.

Изобретение может быть использовано для отладки расхода топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя самолета, в том числе двухконтурного, в условиях эксплуатации самолета, например на летном поле.

Способ отладки газотурбинного двигателя с форсажной камерой, включающий измерения размеров проходного сечения реактивного сопла и расхода топлива в форсажную камеру, отличающийся тем, что на форсажном режиме работы двигателя увеличивают расход топлива воздействием на расход топлива в форсажную камеру и контролируют изменение размеров проходного сечения реактивного сопла, и при достижении площади проходного сечения максимального значения отладку прекращают.