Динамика авиационного двигателя Задачи САУ и основные ограничения

Динамика авиационного двигателя Задачи САУ и основные ограничения на режимы работы двигателя, влияющие на закон изменения управляющего воздействия Лекция 2

Задачи САУ силовой установки Задачами системы автоматического управления на режимах работы авиационного двигателя является: 1. Получение оптимальных характеристик двигателя по тяге и экономичности. 2. Изменение режима работы двигателя и выполнение требований к качеству и длительности переходных процессов. 3. Поддержание заданного режима работы двигателя, в частности, 4. Обеспечение устойчивости рабочих процессов и ограничение выхода параметров рабочего процесса за установленные эксплуатационные ограничения

Все ограничения для двигателя можно разделить на две группы: 1. Ограничения по условиям газодинамической устойчивости узлов двигателя. 2. Ограничения по прочности элементов конструкции двигателя.

Ограничения по условиям газодинамической устойчивости узлов двигателя : Ограничения первой группы относятся к характеристикам следующих узлов двигателя и силовой установки: n воздухозаборника (граница устойчивой работы), n компрессора (граница помпажа), n камеры сгорания (богатый и бедный срыв).

Ограничения узлов двигателя : воздухозаборник (граница устойчивой работы)

Ограничения узлов двигателя : Эти параметры определяют: потери полного давления в системе скачков уплотнении, а также в дозвуковой части канала воздухозаборника степень сопротивления воздухозаборника и соответственно отклонение расход воздуха от его теоретического значения для данной конструкции.

Дроссельная и характеристики Скоростная Дроссельная характеристика ВЗ имеет: - некоторое минимальное значение коэффициента расхода, при котором перед кромкой обечайки появляется интенсивная головная волна и возникает помпаж ВЗ; - некоторое минимальное значение коэффициента восстановления полного давления, при котором из-за перемещения замыкающего скачка вглубь канала структура потока перед двигателем ухудшается настолько, возникает помпаж компрессора.

Согласование работы ВЗ и двигателя точка согласования

Факторы расслоения характеристики 1. число Маха; 2. внешнее сжатие – внутреннее сжатие; 3. расход слива пограничного слоя; 4. углы атаки; 5. угол скольжения; 6. неравномерность потока на входе; 7. изменение режимов работы двигателя; 8. полет в турбулентной атмосфере; 9. изменение температуры на входе; 10. конденсация паров воды; 11. отличие показателя адиабаты k 1, 4 для Мп>3, 0 и др. факт

Факторы расслоения характеристики По числу Маха полета По углу атаки

Характеристика ВЗ

КОМПРЕССОР (ВЕНТИЛЯТОРКОМПРЕССОР НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ) Для авиационного двигателя существуют ограничения на режимы его работы. Совокупность ограничений для авиационного двигателя указывается в плоскости характеристики его компрессора (вентилятора). Между узлами двигателя существует газодинамическая связь, через которую передаются любые возмущения. Проявление неустойчивости в работе силовой установки из-за газодинамической связи всех узлов двигателя вызывает изменение режима его работы, который можно характеризовать функцией:

регулирование положения направляющих аппаратов относительно направления потока

Регулирование перепуском расхода воздуха

КАМЕРА СГОРАНИЯ

Срывная характеристика Камеры Сгорания

Ограничения по прочности элементов конструкции двигателя - предельную частоту вращения, ограниченную прочностью рабочих лопаток от действия центробежных сил; - предельный уровень температуры газа, ограниченный работоспособностью горячих элементов проточной части; - предельный уровень давления за компрессором, ограниченный значением допустимого момента на валу двигателя; - предельное значение температуры воздуха на входе в двигатель, ограниченное эффективностью системы охлаждения турбины или маслосистемы; - предельное значение скоростного напора, ограниченное прочностью конструкции, полной температурой на входе в двигатель, устойчивостью работы воздухозаборника; - предельный темп изменения расхода топлива, ограниченный недопустимым уровнем термических напряжений в горячих элементах проточной части двигателя.

Ограничения по прочности элементов конструкции двигателя 1 – max допустимый кратковременно действующий уровень температура газа 2 - max допустимый длительно действующий уровень температура газа 3 – граница помпажа 4 – линия разгона двигателя 5 – линия установившихся режимов

При реализации режимов САУ должны учитываться следующие ограничения: I. Ограничения в режиме стабилизации • ограничения на углы атаки потока При этом имеет место снижение запаса газодинамической устойчивости на установившихся режимах, когда появляется неравномерность и нестационарность набегающего потока. Эти возмущения связаны с работой воздухозаборника. • ограничивают предельную частоту вращения ротора и температуру газа перед турбиной • ограничение на минимальное время приемистости после запуска, поскольку работа холодного двигателя вблизи максимального режима происходит под влиянием увеличенных радиальных зазоров. • ограничение на устойчивость горения, которое связано: • со снижением давления за компрессором; • с ростом скорости потока в камере сгорания; • с увеличением турбулентности потока выше некоторого уровня; • с уменьшением температуры потока.

II. Ограничения в режиме управления (приемистость, сброс газа) Приемистость: - условие сохранения механической прочности ротора. Поэтому необходимо ограничивать максимальную частоту вращения; - полнота сгорания в камере сгорания и в этой связи возможность богатого срыва в камере сгорания, что накладывает ограничение на темп подачи расхода топлива. Сброс газа: - устойчивость горения в камере сгорания по бедному срыву; - возможность возникновения недопустимых напряжений в нагретых элементах конструкции при их быстром охлаждении.

Закон управления авиационного двигателя

Комплекс программ может включать: n n n Законы управления двигателем для обеспечения максимальной маневренности ЛА. Законы управления для обеспечения максимальной экономичности. Законы управления на режимах взлета и посадки.

n Законы управления, определяемые назначением ЛА либо наземной установки, трансформируются далее в совокупность программ для непосредственного управления двигателем, который генерирует требуемую в данных условиях работы тягу или мощность.