RU2386837C2

RU2386837C2 - Method to control gas turbine engine with afterburner combustion chamber

Info

Publication number: RU2386837C2
Application number: RU2008117235/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Дудкин (RU); Юрий Петрович Дудкин; Виктор Александрович Гладких (RU); Виктор Александрович Гладких; Геннадий Викторович Фомин (RU); Геннадий Викторович Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "СТАР"
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2010-04-20
Also published as: RU2008117235A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: in compliance with this invention, gas pressure and temperature are additionally measured in afterburner chamber. Pulsed effects with increasing frequency are brought on air flow through the engine with the help of compressor guide vanes (CGV) and engine jet nozzle (JN) flaps. During increase in afterburning fuel combustion completeness determined from intermittent increase in gas pressure and temperature in afterburner chamber, pulsed effects on air flow rate is fixed and afterburning fuel flow rate is decreased till afterburner chamber gas temperature increases to starting temperature.

EFFECT: higher quality of ACS operation and efficiency of engine operation in afterburning conditions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями с форсажной камерой сгорания (ТРДФ).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in electronic hydromechanical systems (ACS) for automatic control of gas turbine engines with afterburner combustion chamber (TRDF).

Известен способ управления ТРДФ, заключающийся в том, что по измеренному давлению воздуха за компрессором управляют расходом топлива в форсажную камеру (ФКС) сгорания (форсажным топливом) (Черкасов Б.А. Автоматика и регулирование ВРД, Москва, Машиностроение, 1965, с.25-27).There is a known method of controlling turbofan engines, which consists in the fact that according to the measured air pressure behind the compressor, the fuel consumption in the afterburner (FKS) of combustion (afterburner fuel) is controlled (Cherkasov B.A. Automation and regulation of the air-breathing engine, Moscow, Mechanical Engineering, 1965, p.25 -27).

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает сохранение неизменным режима работы основного контура, влияние подачи форсажного топлива на перепад давлений на турбине не контролируется, что может привести к значительному отклонению температуры газов перед турбиной от расчетного значения. Это снижает надежность работы двигателя и приводит к ускоренной выработке его ресурса.The disadvantage of this method is that it does not ensure that the main circuit operating mode remains unchanged, the effect of afterburner fuel supply on the pressure drop across the turbine is not controlled, which can lead to a significant deviation of the gas temperature in front of the turbine from the calculated value. This reduces the reliability of the engine and leads to accelerated development of its resource.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ТРДФ, заключающийся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основную камеру (ОКС) сгорания (основной расход топлива) управляют расходом топлива в ФКС (Шляхтенко С.М. Теория воздушно-реактивных двигателей, Москва, Машиностроение, 1975, с.307-308).Closest to this invention in technical essence is a control method of the turbofan engine, which consists in the fact that the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the compressor, the position of the engine control lever (ORE) and the fuel consumption in the main combustion chamber (ACS) ( main fuel consumption) control the fuel consumption in the FCC (Shlyakhtenko S.M. Theory of jet engines, Moscow, Mechanical Engineering, 1975, p.307-308).

Недостатком этого способа является следующее.The disadvantage of this method is the following.

При таком управлении расходом форсажного топлива не удается добиться оптимального коэффициента избытка воздуха в ФКС, что снижает экономичность двигателя на форсажных режимах работы.With such control of afterburner fuel consumption, it is not possible to achieve the optimal coefficient of excess air in the FCC, which reduces the efficiency of the engine in afterburner operation modes.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение экономичности двигателя на форсажных режимах.The aim of the invention is to improve the quality of work of self-propelled guns and, as a result, increase the efficiency of the engine in afterburner modes.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления ТРДФ, заключающемся в том, что по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению РУД и расходу топлива в ОКС сгорания управляют расходом топлива в ФКС, дополнительно на установившихся форсажных режимах измеряют давление и температуру газов в ФКС, подают возрастающее по частоте пульсирующее воздействие на расход воздуха через двигатель с помощью направляющих аппаратов компрессора (НАК) и створок реактивного сопла (PC) двигателя, в момент увеличения полноты сгорания форсажного топлива, определяемый по скачкообразному росту давления и температуры газов в ФКС, фиксируют частоту пульсирующего воздействия на расход воздуха через двигатель и уменьшают расход форсажного топлива до тех пор, пока температура газов в ФКС не снизится до исходной.This goal is achieved by the fact that in the control method of the turbofan engine, which consists in the fact that according to the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the compressor, the throttle position and the fuel consumption in the combustion ACS, the fuel consumption in the FCS is controlled, in addition, in steady-state afterburner modes the pressure and temperature of the gases in the FCC, serves an increasing frequency pulsating effect on the air flow through the engine using the compressor guide vanes (NAC) and the jet nozzle flaps (PC) of the engine, the moment of increase in the completeness of combustion of afterburner fuel, determined by an abrupt increase in the pressure and temperature of gases in the FCC, the frequency of the pulsating effect on the air flow through the engine is fixed and the consumption of afterburner fuel is reduced until the gas temperature in the FCC drops to the initial one.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.The drawing shows a diagram of a device that implements the inventive method.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), задатчик 2 режимов работы двигателя, первый сумматор 3, первый формирователь 4 управляющего воздействия на привод НАК, последовательно соединенные второй сумматор 5, второй формирователь 6 управляющего воздействия на привод PC, сумматор 5 подключен к задатчику 2 и формирователю 7 пульсирующего воздействия на расход воздуха через двигатель с помощью НАК, второй вход сумматора 3 подключен к формирователю 8 пульсирующего воздействия на расход воздуха через двигатель с помощью PC, управляемые входы формирователей 7 и 8 подключены через анализатор 9 к БД 1, к выходу задатчика 2 подключен формирователь 10 управляющего воздействия на дозатор 11 форсажного топлива.The device comprises series-connected sensor unit 1 (DB), a setter 2 of engine operation modes, a first adder 3, a first driver 4 of a control action on a NAC drive, a second adder 5 connected in series, a second driver 6 of a control action on a PC drive, an adder 5 is connected to a switch 2 and the driver 7 of the pulsating effect on the air flow through the engine using NAC, the second input of the adder 3 is connected to the driver 8 of the pulsating effect on the air flow through the engine using PC, the controlled inputs of the shapers 7 and 8 are connected through the analyzer 9 to the database 1, to the output of the setter 2 is connected the shaper 10 of the control action on the dispenser 11 of afterburning fuel.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По измеренным с помощью БД 1 температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению РУД и расходу топлива в ОКС задатчик 2 формирует заданное значение расхода топлива в ФКС и с помощью формирователя 10 и дозатора 11 управляет расходом форсажного топлива.Based on the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the compressor, the position of the throttle and the fuel consumption in the ACS, the control unit 2 generates a predetermined value of the fuel consumption in the FCC and, using the former 10 and the dispenser 11, controls the consumption of afterburning fuel.

При выходе двигателя на установившийся форсажный режим (минимальный форсаж, промежуточный форсаж, полный форсаж, режимы определяются по измеренным параметрам из БД 1 по известным алгоритмам) анализатор 9 фиксирует давление и температуру газов в ФКС и выдает команды в формирователи 7 и 8. По этой команде формирователь 8 через сумматор 3 и формирователь 4 подает возрастающее по частоте пульсирующее воздействие на расход воздуха через двигатель с помощью НАК. Одновременно с этим формирователь 7 через сумматор 5 и формирователь 6 подает возрастающее по частоте пульсирующее воздействие на расход воздуха через двигатель с помощью створок PC.When the engine enters the established afterburner mode (minimum afterburner, intermediate afterburner, full afterburner, the modes are determined by the measured parameters from DB 1 according to well-known algorithms), the analyzer 9 records the pressure and temperature of the gases in the FCC and issues commands to the shapers 7 and 8. By this command the shaper 8 through the adder 3 and the shaper 4 delivers an increasing frequency pulsating effect on the air flow through the engine using NAC. At the same time, the shaper 7 through the adder 5 and the shaper 6 delivers an increasing frequency pulsating effect on the air flow through the engine using the shutters PC.

За счет пульсации воздуха в ФКС повышается качество смесеобразования, состав топливовоздушной смеси приближается к стехиометрическому, повышается эффективность выгорания смеси. Это приводит к росту температуры и давления газа в ФКС, что фиксируется анализатором 9. По команде анализатора 9 формирователь 8 фиксирует частоту пульсирующего воздействия на расход воздуха через двигатель с помощью НАК, а формирователь 7 - частоту пульсирующего воздействия на расход воздуха через двигатель с помощью створок PC. Задатчик 2 при этом с помощью формирователя 10 и дозатора 11 уменьшает расход форсажного топлива до тех пор, пока температура газов в ФКС не снизится до исходной.Due to air pulsation in the FCC, the quality of mixture formation increases, the composition of the air-fuel mixture approaches stoichiometric, and the efficiency of the mixture burns out. This leads to an increase in the temperature and gas pressure in the FCC, which is recorded by analyzer 9. At the command of analyzer 9, shaper 8 fixes the frequency of the pulsating effect on the air flow through the engine using NAC, and the shaper 7 determines the frequency of the pulsating effect on air flow through the engine using the shutters PC. In this case, the setter 2, with the help of the shaper 10 and the dispenser 11, reduces the afterburner fuel consumption until the gas temperature in the FCC decreases to the initial one.

Таким образом, за счет повышения качества работы САУ обеспечивается повышение экономичности двигателя на форсажных режимах.Thus, by improving the quality of the self-propelled guns, it is possible to increase the efficiency of the engine in afterburner modes.

Claims

The method of controlling a gas turbine engine with afterburner combustion chamber (FCC), which consists in the fact that the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the compressor, the position of the engine control lever (ORE) and the fuel consumption in the main combustion chamber (ACS) (main fuel consumption) control the fuel consumption in the FCC, characterized in that in addition to the established afterburner modes, the pressure and temperature of the gases in the FCC are measured, a pulsating effect on the air flow rate increases in frequency, h cutting the engine using compressor guide vanes (NAC) and the engine jet nozzles (PC) of the engine, at the moment of increasing completeness of combustion of afterburning fuel, determined by the jump-like increase in pressure and temperature of gases in the FCC, fix the frequency of the pulsating effect on the air flow through the engine and reduce the consumption afterburning fuel until the temperature of the gases in the FCC is not reduced to the original.