Лекция 3

Приемистость и дросселирование ГТД

Приемистость­ – процесс быстрого увеличения режима работы двигателя от малого газа до момента вступления в работу регулятора номинального режима или до момента достижения тягой (мощностью) R(N)=0, 95R(N)уст.

Полная приемистость- изменение режима от МГ до Rмакс.

Частичная приемистость- изменение режима в меньшем диапазоне.

Встречная приемистость- если режиму приемистости предшествовал режим сброса.

Приемистость характеризуется временем необходимым для изменения режима работы двигателя.

Дросселирование- уменьшение режима работы двигателя – режим сброса.

Приемистость и дросселирование относятся к неустановившимся режимам работы, так как их параметры изменяются с течением времени.

Установившийся режим- равенство «0» избыточного момента на валу дв-ля:

DМизб =Мт-Мк-Мтр-Мприводов

Вдоль линии установившихся режимов каждому значению оборотов соответствует определенное значение Тг*уст, а следовательно и определенное значение Gт, подаваемого в камеру сгорания.

Изменение Gт по сравнению с G_{Т УСТ} ведет к изменению Tг*, что ведет к изменению положения линии совместной работы компрессора и турбины на характеристике компрессора. При увеличении Gт точки сдвигаются в сторону повышенных значений p_К*и Тг* и наоборот.

Пределы увеличения Gт при приемистости – это DК_У и превышение допустимой Тг*. Уменьшение Gт при дросселировании обычно происходит очень быстро и предел уменьшения Тг* может быть срыв пламени в камере сгорания при сильном обеднении топливовоздушной смеси.

Требования к управлению процессом приемистости для ГТД с постоянной геометрией приточной части:

­­- выбор наивыгоднейших законов подачи топлива в двигатель, обеспечивающих минимально необходимое время приемистости при изменении параметров процесса в области допустимых режимов работы двигателя. Это требование должно выполняться на всех возможных режимах эксплуатации по Н и V полета.

Средства обеспечения DК_У при приемистости:

- перепуск воздуха

- перекладка НА j_НА=f(n_ПР); n_ПР = n /

При выборе законов подачи топлива на режимах приемистости необходимо учитывать, что при изменении режимов полета поля скоростей и давлений воздуха на входе компрессор могут существенно деформироваться, что приводит к снижению запасов ГДУ. Для построения линии приемистости весь диапазон частоты вращения разбивается на 3 участка:

I – переход двигателя на необходимые n

II – приемистость двигателя с максимально допустимым n_МАКС (ускорением)

Ш – участок приемистости вдоль изотермы Тг*_МАКС с выходом в точку расчетного режима под контролем регулятора номинальных режимов работы. Грубо оценку времени по участкам можно представить:

t_I = Dn_I/0, 5n₁ t_II = Dn_II/0, 5(n₁ + n₂) t_III = Dn_III/0, 5n₂

Для многовальных двигателей эти методы приемлимы так как разгон определяется в основном динамикой газогенератора.

Предельные процессы приемистости и дросселирования

Они дают возможность получить минимально возможное время приемистости и дросселирования, определяемые динамическими свойствами двигателя и ограничениями, накладываемыми на параметры рабочего процесса.

- Максимальные избытки топлива для двухвальных ГТД ограничиваются КДУ компрессора КВД, а на конечном участке приемистости- максимально допустимой Тг.

- Режим сброса характеризуется увеличением DК_У как КНД так и КВД. Для двигателей двухвальной схемы режим разгона характеризуется увеличением скольжения роторов, а дросселирования – уменьшением.

Для КНД на режимах приемистости когда скольжение роторов растет DК_У после начального резкого уменьшения (из-за уменьшения G_В из-за броска Gт) увеличивается относительно стационарных режимов, а при дросселировании из-за резкого уменьшения Gт в начале DК_У несколько растет, а затем из-за уменьшения скольжения роторов уменьшается.

Особенность процессов приемистости большинства типов двигателей многовальной схемы – более быстрое достижение «n_{КВД МАКС}» по сравнению с ротором КНД. Для трехвальных двигателей максимальные избытки топлива при приемистости ограничиваются максимально допустимой Тг. Предельные процессы приемистости ВРД характеризуются временем приемистости равным или не превышающим 1сек при Н=0, V=0. Темп изменения тяги при предельном дросселировании выше, чем при предельной приемистости, а длительность дросселирования длиннее, что объясняется более широким диапазоном изменения параметров.

Влияние внешних условий на режим приемистости

Фактическое время приемистости:

t_{разгона}= t_раз.пр.(Р_О/Р_Н*). Р_ВХ (Р_О) Р_Н

т. е. при одинаковом диапазоне изменения «n_ПР» фактическое время приемистости изменяется обратно пропорционально атмосферному давлению и прямо пропорционально Тн. Это объясняется увеличением избыточного момента при увеличении Рн и изменением Dn из-за Тн* при сохранении Dn_ПР = const.

n_ПР = n

Обычно Gт ограничивается некоторым постоянным значением Gтmin. Это приводит к увеличению n_МГ по мере роста Н полета (при G _{Т min}). Величина n_МГ на очень больших высотах приближается к n_МАКС. Это приводит к уменьшению диапазона режимов по частоте вращения по времени t_{разгона} как правило с ростом Н полета увеличивается. При увеличении скорости полета (растет Рвх и Тн), приемистость заметно улучшается.

Способы управления режимом приемистости

Основные требования:

- обеспечить наименьшее время приемистости при сохранении достаточного уровня запасов ГДУ компрессора;

- стабильность линии приемистости на характеристиках компрессоров при изменении внешних условий на входе в двигатель.

Дозатор топлива - регулятор-автомат приемистости.

Регулирование: положение НА, площади сопла и др.

Временное регулирование приемистости:

Режим приемистости определяется скоростью перемещения дозирующей иглы т.к. перепад давления на ней поддерживается постоянным. Такой АП надежен, но не может обеспечить оптимальность процесса во всех условиях полета т.к. требуется корректировка программ по высоте и скорости полета в связи с тем, что при временном регулировании приемистости закон управления выбирается при условии Н=max, Мп = min.

Регулирование приемистости в соответствии с законом

газодинамического подобия

Наиболее просто технически реализуемые законы управления

Gт/Р_К* = К₁ = const; Gт/Р_К*n = К₂ = const;

n_В/Рк* = К₃ = const; n_К/Рк* = К₄ = const; и др.

недостаток регулятора приемистости (РП), работающего по законам К₁ = const и К₁ = const: неполное использование располагаемых запасов ГДУ двигателя, что может привести к неустойчивой работе двигателя (пересечение линии приемистости с границей помпажа) или потере управляемости, зависанию двигателя на промежуточном режиме (пересечении линии приемистости с линией рабочих режимов).

Недостаток комплексов К₁ и К₂:

Недостатки комплексов К1 и К2:

- трудность обеспечения необходимого времени приемистости

- трудность обеспечения стабильности настройки в эксплуатации из-за узкого диапазона возможных значений комплекса.

При изменении значения комплекса на 25% время переходного процесса может увеличиться в 2, 5 раза; при ошибке измерения dРк* равной 10% время приемистости может изменяться в 1, 5…2, 5 раза при увеличении быстродействия НА в области их перекладки наблюдается увеличение используемых запасов ГДУ т.е. Gт/Рк* = К_АП.f(n_ПР)

Регулирование приемистости по ускорению n

Программы К₄ = nк/Рк* и К₃ = nв/Рк* предусматривают в любой момент процесса приемистости подачу такого количества топлива, которое обеспечивало бы получение ускорений ротора пропорционально Рк. Регулирование по К₃ = const или К₄ = const обеспечивает приведение приемистости вблизи линий Тг/Тн = const на характеристике компрессора, что позволяет равномерно использовать запасы ГДУ. Эти комплексы менее чувствительны к погрешности замера изменения Рк; при погрешности равной 10% время приемистости меняется также на 10%. Однако при ухудшении характеристик двигателя из-за снижения КПД узлов при выработке ресурса для обеспечения заданного темпа приемистости при управлении по этим программам увеличиваются избытки топлива и тем самым снижается величина запасов ГДУ. Одним из целесообразных законов управления приемистостью является: nк/Рк*< Gт < Gт/Рк*. nк =f(nпр).

Левое ограничение для Gт выбирается из условия защиты двигателя от потери управляемости, а правое – по допустимой величине запасов ГДУ.