RU2472957C2

RU2472957C2 - Method of controlling gas turbine engine

Info

Publication number: RU2472957C2
Application number: RU2010154327A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Дудкин; Виктор Александрович Гладких; Геннадий Викторович Фомин; Юрий Константинович Титов
Original assignee: Открытое акционерное общество "СТАР"
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2013-01-20

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: in changing control to HMC, ER failure cause is analysed. EC failure location is identified with accuracy to functional module. List of safe EC modules is defined. In case safe EC modules are used in preset time after changing to hydro mechanical control to control engine rotor rpm and margin of engine compressor gas-dynamic stability by comparing measured magnitudes with preset values. In case engine rotor rpm exceeds preset tolerances in preset time or engine surges, electronic controller is used to generate fuel stop inhibit instruction to shut engine down.

EFFECT: higher efficiency and safety.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах (САУ) автоматического управления газотурбинными двигателями (ГТД).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 (GTE).

Известен способ управления ГТД, реализованный в электронно-гидромеханической САУ супервизорного типа, заключающийся в том, что с целью повышения точности управления управляющее воздействие гидромеханического регулятора корректируется в ограниченном диапазоне электронным корректором. (Кеба И.В. «Летная эксплуатация вертолетных ГТД», М., «Транспорт», 1976 г. с.258-259).There is a known method of controlling a gas turbine engine implemented in an electronic-hydromechanical self-propelled guns of a supervisory type, which consists in the fact that in order to increase the accuracy of control, the control action of the hydromechanical controller is adjusted in a limited range by an electronic corrector. (I. Keba “Flight operation of helicopter gas turbine engines”, Moscow, “Transport”, 1976, p. 258-259).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТД, реализованный в электронно-гидромеханической САУ двигателя ТВ7-117, входящего в силовую установку (СУ) самолета Ил-114 («Руководство по эксплуатации двигателя ТВ7-117С», ЛНПО им. В.Я.Климова, Ленинград, 1988 г., приложение 2).Closest to this invention by technical essence is a gas turbine engine control method implemented in an electronic-hydromechanical self-propelled guns of the TV7-117 engine included in the power plant (SU) of the Il-114 aircraft (“Operation manual for the TV7-117C engine”, LNPO named after V .Ya. Klimova, Leningrad, 1988, appendix 2).

САУ содержит электронный регулятор (ЭР), резервный гидромеханический регулятор (ГМР), селектор и блок исполнительных элементов (ИЭ).ACS contains an electronic controller (ER), a backup hydromechanical controller (GMR), a selector and a block of actuating elements (IE).

Способ заключается в том, что в ЭР с помощью датчиков ЭР измеряют положение рычага (РУД) управления двигателем и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР, в ГМР с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, при отказе ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем.The method consists in the fact that in the ER with the help of ER sensors, the position of the engine control lever (ORE) and the SU parameters are measured, depending on the position of the ORE and the values of the SU parameters according to the laws of control implemented in the ER, the control action of the ER is formed in GMP with GMR sensors measure the position of the ore and the parameters of the SU, depending on the position of the ore and the values of the parameters of the SU according to the laws of control implemented in GMR, form the control action of the GMR, with a good ER using the selector, cut off the control effect of the GMR, and the control action of the ER is fed to the IE and the engine is controlled, if the ER fails, the control action of the ER is cut off with the help of the selector, and the control action of the GMR is fed to the IE and the engine is controlled.

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

Характеристики САУ в процессе выработки ресурса изменяются. ГМР в современных САУ практически не вступает в работу, находясь в резерве. Его состояние, в отличие от ЭР, постоянно не контролируется. При этом, как показывает опыт эксплуатации САУ двигателей ПС-90А (входит в состав СУ самолетов Ил-96, Ту-204, Ил-76-90), ТВ3-117ВМА-СБМ1 (входит в состав СУ самолета Ан-140), в ГМР могут возникнуть отказы, которые проявят себя только в момент перевода на него управления работающим двигателем.The characteristics of self-propelled guns in the process of developing a resource change. GMP in modern self-propelled guns practically does not come into operation, being in reserve. His condition, unlike ER, is not constantly monitored. At the same time, as the operating experience of self-propelled guns of PS-90A engines (included in the control system of Il-96, Tu-204, Il-76-90 aircraft), TV3-117VMA-SBM1 (included in the control system of the An-140 aircraft) shows that GMR can cause failures that will manifest themselves only at the moment of transferring control of a working engine to it.

При переводе управления двигателем с ЭР на ГМР это может привести, например, к резкому изменению положения дозатора топлива или гидроцилиндров механизации компрессора двигателя и, как следствие, к скачкообразному изменению расхода топлива в камеру сгорания (КС) ГТД или расхода воздуха через газовоздушный тракт двигателя.When transferring engine control from ER to GMR, this can lead, for example, to a sharp change in the position of the fuel dispenser or hydraulic cylinders of the engine compressor mechanization and, as a result, to an abrupt change in the fuel consumption in the gas turbine combustion chamber (CS) or air flow through the engine’s gas-air path.

Это может привести к забросу параметров газогенератора (например, температуры газов перед турбиной) или к потере газодинамической устойчивости компрессора ГТД - помпажу.This can lead to the overthrow of the gas generator parameters (for example, the gas temperature in front of the turbine) or to the loss of gas-dynamic stability of the gas turbine compressor - surging.

Это, в свою очередь, приводит к снижению надежности работы ГТД и, как следствие, снижению безопасности полета летательного аппарата (ЛА).This, in turn, leads to a decrease in the reliability of the gas turbine engine and, as a consequence, to a decrease in the flight safety of the aircraft.

Целью изобретения является повышение качества работы САУ и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.The aim of the invention is to improve the quality of work of self-propelled guns and, as a result, increase the reliability of a gas turbine engine and the safety of an aircraft.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления, заключающемся в том, что в ЭР с помощью датчиков ЭР измеряют положение РУД управления двигателем и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ЭР, формируют управляющее воздействие ЭР, в ГМР с помощью датчиков ГМР измеряют положение РУД и параметры СУ, в зависимости от положения РУД и значения параметров СУ по законам управления, реализованным в ГМР, формируют управляющее воздействие ГМР, при исправном ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ГМР, а управляющее воздействие ЭР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, при отказе ЭР с помощью селектора отсекают управляющее воздействие ЭР, а управляющее воздействие ГМР подают на ИЭ и осуществляют управление двигателем, дополнительно при переводе управления на ГМР анализируют причину отказа ЭР, идентифицируют место отказа ЭР с точностью до конструктивно-функционального модуля, определяют перечень исправных модулей ЭР, при наличии возможности в течение наперед заданного времени с момента перевода управления на ГМР с помощью исправных модулей ЭР контролируют частоту вращения ротора двигателя и запасы газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора двигателя, сравнивая измеренные значения с наперед заданными предельными, если в течение наперед заданного времени частота вращения ротора двигателя превысит наперед заданное предельное значение или начнется помпаж двигателя, с помощью ЭР формируют команду на прекращение подачи топлива в КС и выключают двигатель.This goal is achieved by the fact that in the control method, in which using the ER sensors, the position of the engine control throttle and the control parameters are measured, depending on the position of the throttle control and the value of the control parameters according to the control laws implemented in the electric control system, they form a control action ER, in the GMP using GMR sensors measure the position of the ore and the parameters of the control system, depending on the position of the control system and the value of the parameters of the control system according to the control laws implemented in the GMP, form the control action of the GMP, with a working ER using the electors cut off the control action of the GMP, and the control action of the ER is fed to the IE and control the engine, in the event of an ER failure, the selector cuts off the control effect of the ER, and the control action of the GMP is fed to the IE and control the engine, additionally, when the control is transferred to GMP, the cause of the failure is analyzed ER, identify the place of failure of the ER with accuracy to the structural and functional module, determine the list of serviceable ER modules, if possible, for a predetermined time from the moment of transfer of control to GMR, using serviceable ER modules, the rotor speed of the engine and the reserves of gas-dynamic stability (GDU) of the engine compressor are controlled by comparing the measured values with the predetermined limit values if, within the predetermined time, the rotor speed of the engine exceeds the predetermined limit value or engine surges begin, using the ER form a command to stop the fuel supply to the compressor station and turn off the engine.

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

Устройство содержит последовательно соединенные первый блок 1 датчиков (БД), электронный регулятор 2 (ЭР), селектор 3 «электроника - гидромеханика», блок 4 исполнительных элементов (ИЭ), последовательно соединенные второй блок 5 датчиков, гидромеханический регулятор 6 (ГМР), выход ГМР 6 подключен к селектору 3, блок 7 встроенного контроля (БВК), конструктивно интегрированный в ЭР 2, выход БВК 7 подключен к управляемому входу селектора 3.The device contains series-connected first block 1 of sensors (DB), electronic controller 2 (ER), selector 3 "electronics - hydromechanics", block 4 actuators (IE), serially connected second block 5 of sensors, hydromechanical controller 6 (GMP), output GMP 6 is connected to the selector 3, the unit 7 of the built-in control (BVK), structurally integrated into the ER 2, the output of the BVK 7 is connected to the controlled input of the selector 3.

Устройство работает следующим образом. ЭР 2 по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, Шляхтенко С.М. «Теория авиационных ВРД», М., «Машиностроение», 1974 г., с.276-278, с.346-347) формирует управляющее воздействие на ИЭ 4, которые осуществляют требуемые изменения расхода топлива в камеру сгорания двигателя, положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора и клапанов (КПВ) перепуска воздуха.The device operates as follows. ER 2 according to the signals of sensors from DB 1 according to known dependencies (see, for example, Shlyakhtenko S. M. "The theory of aviation WFD", M., "Engineering", 1974, S. 276-278, S. 346-347 ) forms a control action on IE 4, which carry out the required changes in fuel consumption in the combustion chamber of the engine, the position of the blades of the inlet guide vane (VNA) of the compressor and the valves (KPV) of the air bypass.

Работоспособность ЭР 2 оценивается БВК 7 по известным принципам (см., например, Васильев В.И. «Автоматический контроль и диагностика систем управления силовыми установками летательных аппаратов», М., «Машиностроение», 1989 г., с.122-134).The performance of ER 2 is evaluated by BVK 7 according to well-known principles (see, for example, V. Vasiliev, “Automatic control and diagnostics of aircraft power plant control systems”, Moscow, “Mechanical Engineering”, 1989, p. 122-134) .

При исправном ЭР 2 селектор 3 находится в положении «электроника» и пропускает в блок 4 ИЭ управляющие команды ЭР 2.With a working ER 2, the selector 3 is in the “electronics” position and passes control commands of the ER 2 to the IE block 4.

При отказе ЭР 2, обнаруженном БВК 7, по команде БВК 7 селектор 3 перекладывается в положение «гидромеханика», в блок 4 ИЭ подается управляющее воздействие с выхода ГМР 6.In case of failure of ER 2 detected by BVK 7, at the command of BVK 7, selector 3 is shifted to the “hydromechanics” position, and control unit 4 is supplied from the output of GMP 6 to the IE unit 4.

Одновременно с этим БВК 7 анализирует причину отказа ЭР 2 с целью определения перечня исправных модулей ЭР 2, имеющего резервированную структуру. Например, электронный регулятор РЭД-90А2М, входящий в состав САУ двигателя ПС-90А2 разработки ОАО «Авиадвигатель», г.Пермь, содержит два модуля ввода, четыре вычислителя, два модуля вывода.At the same time, BVK 7 analyzes the cause of the failure of ER 2 in order to determine the list of operational modules of ER 2 having a redundant structure. For example, the electronic regulator RED-90A2M, which is part of the automatic control system of the PS-90A2 engine developed by JSC Aviadvigatel, Perm, contains two input modules, four calculators, and two output modules.

При наличии возможности (например, для РЭД-90А2М, эта возможность имеется при исправности одного из двух модулей ввода аналоговых и частотных сигналов одного из четырех вычислителей и одного из двух каналов управления электромагнитом клапаном останова) в течение наперед заданного времени (для двигателя ПС-90А2 это время составляет 10 с) с момента перевода управления на ГМР 6 с помощью исправных модулей ЭР 2 контролируют частоту вращения ротора двигателя и запасы ГДУ компрессора двигателя, сравнивая измеренные с помощью БД 1 значения с наперед заданными предельными.If there is a possibility (for example, for RED-90A2M, this possibility is available if one of the two input modules of analog and frequency signals of one of the four computers and one of the two control channels of the stop valve solenoid is operational) for a predetermined time (for the PS-90A2 engine this time is 10 s) from the moment of transfer of control to GMP 6, with the help of serviceable ER 2 modules, the engine rotor speed and the reserves of the engine compressor are monitored, comparing the values measured using DB 1 with given limit.

Так, например, для двигателя ПС-90А2 величина предельной частоты вращения ротора компрессора высокого давления равна 13200 об/мин.So, for example, for the PS-90A2 engine, the maximum rotational speed of the rotor of the high-pressure compressor is 13,200 rpm.

Контроль запасов ГДУ осуществляется следующим образом.Control reserves GDU is as follows.

На всех режимах работы ГТД от минимального до максимального с помощью БД 1 в РЭД 2 измеряют давление воздуха за компрессором, вычисляют относительное изменение и относительную скорость изменения давления воздуха за компрессором, сравнивают относительное изменение давления с первой наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, а относительную скорость - со второй наперед заданной величиной, определяемой для каждого типа ГТД экспериментально, если относительное изменение давления больше первой наперед заданной величины, а относительная скорость - больше второй наперед заданной величиной, формируют сигнал «Помпаж».At all modes of operation of the gas turbine engine from minimum to maximum, air pressure behind the compressor is measured with the help of OBD 1 in RED 2, the relative change and relative rate of change of air pressure behind the compressor are calculated, the relative pressure change is compared with the first predetermined value determined experimentally for each type of gas turbine and the relative speed with a second predetermined value determined experimentally for each type of gas turbine engine if the relative change in pressure is greater than the first in advance a predetermined value, and the relative speed is greater than the second predetermined value, form the signal "surge".

Например, для двигателя ПС-90А2 электронный регулятор САУ РЭД-90А2М на режимах работы двигателя выше 5000 об/мин должен формировать сигнал «Помпаж» при одновременном наличии условий:For example, for the PS-90A2 engine, the electronic regulator SAU RED-90A2M at engine operating modes above 5000 rpm should generate a "surge" signal with the following conditions:

1) относительном падении давления за компрессором на величину, большую1) the relative pressure drop behind the compressor by an amount greater

где

- размах пульсационной составляющей давления воздуха (кгс/см²);Where

- the range of the pulsation component of the air pressure (kgf / cm ² );

- максимальное давление за каждый цикл колебания (кгс/см²);

- maximum pressure for each oscillation cycle (kgf / cm ² );

2) относительной скорости изменения давления2) the relative rate of change of pressure

где Δτ - цикл расчета РЭД-90А2М, равный 0,05 с.where Δτ is the RED-90A2M calculation cycle, equal to 0.05 s.

Если в течение наперед заданного времени частота вращения ротора двигателя превысит наперед заданное предельное значение или начнется помпаж двигателя с помощью ЭР 2, формируют команду в блок 4 на прекращение подачи топлива в КС и выключают двигатель.If during a predetermined time, the rotor speed of the engine exceeds the predetermined limit value or motor surging begins using ER 2, a command is generated in block 4 to stop the fuel supply to the compressor station and the engine is turned off.

Таким образом, за счет повышения качества работы САУ обеспечивается защита двигателя по предельным параметрам в момент перевода управления двигателем с электронного регулятора на резервный гидромеханический и, как следствие, повышение надежности ГТД и безопасности ЛА.Thus, by improving the quality of work of self-propelled guns, the engine is protected by limit parameters at the time of transferring engine control from an electronic regulator to a backup hydromechanical one and, as a result, improving the reliability of a gas turbine engine and the safety of an aircraft.

Claims

The method of controlling a gas turbine engine, which consists in the fact that in the electronic controller (ER) using the ER sensors, the position of the engine control lever (ORE) and the power unit (SU) parameters are measured, depending on the position of the ORE and the value of the SU parameters according to the control laws implemented in the ER, the control action of the ER is formed, in the standby hydromechanical regulator (GMR), using the GMR sensors, measure the position of the ore and the control system parameters, depending on the position of the control system and the control system values according to the control laws, realize data in the GMF, the control action of the GMR is formed, with a working ER, the control action of the GMR is cut off with the help of a selector, and the control action of the ER is fed to the block of actuating elements (IE) and the engine is controlled, if the ER fails with the selector, the control action of the ER is cut off, and the control the impact of the GMR is fed to the IE and the engine is controlled, characterized in that, in addition to the transfer of control to the GMR, the cause of the ER failure is analyzed, the place of the ER failure is identified up to the design of the active-functional module, determine the list of serviceable ER modules, if possible, for a predetermined time from the moment of transfer of control to GMP, using serviceable ER modules, monitor the rotor speed of the engine rotor and the gas-dynamic stability (GDU) of the engine compressor, comparing the measured values with set limits, if during a predetermined time, the rotor speed of the engine exceeds the set limit value in advance or motor surging begins, using The new electric motors form a command to cut off the fuel supply to the compressor station and turn off the engine.