RU2574213C1 - Control over dual-flow turbojet engine with augmenter - Google Patents

Control over dual-flow turbojet engine with augmenter Download PDF

Info

Publication number
RU2574213C1
RU2574213C1 RU2014141174/06A RU2014141174A RU2574213C1 RU 2574213 C1 RU2574213 C1 RU 2574213C1 RU 2014141174/06 A RU2014141174/06 A RU 2014141174/06A RU 2014141174 A RU2014141174 A RU 2014141174A RU 2574213 C1 RU2574213 C1 RU 2574213C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
fuel
afterburner
change
engine
Prior art date
Application number
RU2014141174/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Александрович Эзрохи
Алексей Сергеевич Дрыгин
Ирина Вячеславовна Ежова
Михаил Михайлович Нечкин
Александр Павлович Царьков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2574213C1 publication Critical patent/RU2574213C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: claimed invention can be used fuel feed control systems of augmented dual-flow turbojet engine. Claimed control procedure consists in the measurement of pressure ( p c * )
Figure 00000061
behind the compressor and that ( p t * )
Figure 00000062
behind the turbine and the calculation of the pressure difference at the turbine ( π T * = p c * / р t * ) .
Figure 00000063
Then, pressure difference variation rate ( δ π T * )
Figure 00000064
is defined to determine the fuel feed variation rate (δGTA) at the feed into the combustion augmenter. At augmented conditions the fuel feed into the augmenter is adjusted subject to the ratio between said pressure difference variation rate and said fuel feed variation rate at the turbine ( δ π T * / δ G T A )
Figure 00000065
to make it approximate to zero.
EFFECT: higher accuracy of fuel feed control.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, а более точно касается управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ТРДДФ). Изобретение преимущественно может быть использовано в системах управления топливоподачей в форсажную камеру сгорания ТРДДФ на форсированных режимах.The invention relates to the field of aviation technology, and more specifically relates to the control of a turbojet dual-circuit engine with afterburner (TRDDF). The invention can mainly be used in control systems for fuel supply to the afterburner combustion chamber of a turbofan engine in forced modes.

Общеизвестно, что для управления газотурбинным двигателем (ГТД) летательного аппарата используют информацию, полученную с датчиков измерения термогазодинамических параметров и частоты вращения ротора ГТД.It is well known that to control the gas turbine engine (GTE) of an aircraft, information obtained from sensors measuring the thermodynamic and dynamic parameters and rotor speed of a GTE is used.

Известен способ автоматического управления подачей топлива, при котором управляющее воздействие регулятора на исполнительный механизм, воздействующий на подачу топлива в форсажную камеру сгорания двигателя, корректируют электронным программным регулятором, осуществляющим управление в соответствии со встроенным в систему управления алгоритмом управления, включающим значения настроечного и регулирующих параметров, определяющих подачу топлива в двигатель (патент РФ №2308605).A known method of automatic control of fuel supply, in which the control action of the regulator on the actuator acting on the fuel supply to the afterburner of the engine, is adjusted by an electronic program controller that controls in accordance with the control algorithm built into the control system, including the values of the tuning and control parameters, determining the fuel supply to the engine (RF patent No. 2308605).

Также известен способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой (ФК) на форсированных режимах, при котором на основании, по меньшей мере, одной управляющей величины и, по меньшей мере, одной измеряемой величины, характеризующей режим работы турбокомпрессорной части двигателя, с помощью математической модели определяют величину, характеризующую, по меньшей мере, один управляющий сигнал, подаваемый на исполнительный орган; при этом в качестве измеряемых величин используют расход топлива в основную камеру сгорания, частоту вращения вала низкого давления, полное давление воздуха за компрессором, в качестве управляющей величины используют полную температуру воздуха на входе в двигатель и угол (αруд), характеризующий положение рычага управления двигателем (РУД); в качестве величины, характеризующей управляющий сигнал, используют расход топлива Gтф, подаваемый в форсажную камеру сгорания на форсированных режимах, который определяют в соответствии с программой по закону ( G т   о к с + G т ф ) / ( P к *  n в ) = f ( T в х * , α р у д )

Figure 00000001
, и подают для воздействия на исполнительный орган, определяющий топливоподачу в форсажную камеру сгорания (патент РФ №2464437).Also known is a method of controlling a turbojet dual-circuit engine with an afterburner (FC) in forced modes, in which, based on at least one control quantity and at least one measured quantity characterizing the operation mode of the turbocompressor part of the engine, using a mathematical model determine a value characterizing at least one control signal supplied to the Executive body; in this case, the fuel consumption in the main combustion chamber, the low-speed shaft rotational speed, the total air pressure behind the compressor are used as measured values, the total air temperature at the engine inlet and the angle (α ores ) characterizing the position of the engine control lever are used as a control quantity (RUD); as a value that characterizes the control signal, use the fuel consumption G TF supplied to the afterburner in forced modes, which is determined in accordance with the program according to the law ( G t about to from + G t f ) / ( P to * n at ) = f ( T at x * , α R at d )
Figure 00000001
, and serves to act on the executive body, which determines the fuel supply to the afterburner of combustion (RF patent No. 2464437).

Известен также способ управления максимальными форсированными режимами, основанными на программе типа G т ф = Р к * f ( T в х * )

Figure 00000002
, где Р к *
Figure 00000003
- давление воздуха за компрессором, T в х *
Figure 00000004
- температура воздуха на входе в ГТД, а функция f ( T в х * )
Figure 00000005
- расчетная зависимость, полученная по математической модели из условия поддержания для данного «нового» (соответствующего состоянию на начало эксплуатации) двигателя в стандартных атмосферных условиях (САУ) при использовании «стандартного» топлива наиболее рационального (соответствующего наибольшему значению тяги) коэффициента избытка воздуха в форсажной камере αΣ (см., например, под ред. Ю.Н. Нечаев, Теория авиационных двигателей, ч. 2, М., 2006, стр. 136-138).There is also a known method of controlling maximum forced modes based on a program of the type G t f = R to * f ( T at x * )
Figure 00000002
where R to *
Figure 00000003
- air pressure behind the compressor, T at x *
Figure 00000004
- air temperature at the entrance to the gas turbine engine, and the function f ( T at x * )
Figure 00000005
- the calculated dependence obtained from the mathematical model from the condition of maintaining for this “new” (corresponding to the state at the beginning of operation) engine in standard atmospheric conditions (ACS) when using “standard” fuel of the most rational (corresponding to the highest thrust value) coefficient of excess air in the afterburner chamber α Σ (see, for example, under the editorship of Yu.N. Nechaev, Theory of aircraft engines, part 2, Moscow, 2006, pp. 136-138).

Однако применяемый в известных технических решениях закон, соответствуя «новому» двигателю по состоянию на начало его эксплуатации, не отражает возможного влияния изменения (ухудшения) характеристик узлов двигателя при его эксплуатации, отклонения атмосферных условий от САУ, а также других факторов (особенностей используемой марки топлива, влажности воздуха, параметров течения в форсажной камере, качества распыла топлива и т.д.), вследствие влияния которых происходит рассогласование режимов работы основных узлов двигателя и, как следствие, изменение его характеристик. В связи с этим количество топлива, реально подаваемого в ФК на максимальных форсированных режимах, может отличаться от той «расчетной» величины, которая соответствует максимальному значения тяги ТРДДФ. Это приводит к тому, что управление газотурбинным двигателем становится менее эффективным в силу невозможности обеспечения оптимального горения во всем диапазоне режимов работы двигателя и, как следствие, ухудшения основных параметров двигателя - его тяги и удельного расхода топлива. Таким образом, эта и другие существующие системы подачи топлива в ФК обеспечивают подачу заранее определенного расхода топлива, не учитывающие реального процесса горения в ФК конкретного ТРДДФ. В связи с этим требуется коррекция расхода топлива в ФК, величина которой зависит от различных факторов, влияние которых может быть взаимно противоположным, и его заблаговременное определение крайне затруднительно.However, the law used in the well-known technical solutions, corresponding to the “new” engine as of the beginning of its operation, does not reflect the possible influence of changes (deterioration) in the characteristics of the engine components during its operation, deviation of atmospheric conditions from self-propelled guns, as well as other factors (features of the used fuel grade , air humidity, flow parameters in the afterburner, fuel atomization quality, etc.), due to the influence of which the operation modes of the main engine components are mismatched and, as a result, yours, a change in its characteristics. In this regard, the amount of fuel actually supplied to the FC at maximum forced modes may differ from that “calculated” value that corresponds to the maximum thrust of the turbofan engine. This leads to the fact that control of a gas turbine engine becomes less effective due to the impossibility of ensuring optimal combustion in the entire range of engine operating modes and, as a result, deterioration of the main engine parameters - its thrust and specific fuel consumption. Thus, this and other existing fuel supply systems in the FC provide a predetermined fuel flow that do not take into account the actual combustion process in the FC of a specific turbofan engine. In this regard, the correction of fuel consumption in the FC is required, the value of which depends on various factors, the influence of which can be mutually opposite, and its early determination is extremely difficult.

Определение необходимой коррекции расхода топлива в ФК теоретически может быть осуществлено либо путем прямых замеров, способных показать эффективность процесса горения (например, температуры газа или состава продуктов сгорания на выходе из ФК), либо с помощью косвенной оценки процесса горения по динамике изменения доступных для измерения параметров, в первую очередь, изменения давления за турбиной (перепада давления на турбине) вследствие роста температуры газа на выходе из ФК при изменении подачи топлива.The determination of the necessary correction of fuel consumption in the FC can theoretically be carried out either by direct measurements capable of showing the efficiency of the combustion process (for example, the temperature of the gas or the composition of the products of combustion at the outlet of the FC), or by indirectly evaluating the combustion process from the dynamics of changes in the parameters available for measurement first of all, changes in pressure behind the turbine (pressure drop across the turbine) due to an increase in the gas temperature at the outlet of the FC with a change in the fuel supply.

В качестве наиболее близкого аналога выбран способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания (патент РФ №2389890), в котором на установившихся форсированных режимах измеряют давление и температуру газов в ФК. При этом подают возрастающее по частоте пульсирующее воздействие на расход топлива в ФК и в момент увеличения полноты сгорания форсажного топлива, определяемый по скачкообразному росту давления и температуры газов в ФК, фиксируют частоту пульсирующего воздействия на расход топлива. Далее уменьшают расход форсажного топлива до тех пор, пока температура газов в ФК не снизится до исходной. Известный способ обеспечивает повышение экономичности двигателя на форсажных режимах.As the closest analogue, a control method for a gas turbine engine with an afterburner has been selected (RF patent No. 2389890), in which the pressure and temperature of gases in the FC are measured in steady-state boosted modes. At the same time, a pulsating effect on the fuel consumption in the FC is increasing in frequency and, at the moment of increasing the completeness of combustion of the afterburning fuel, determined by an abrupt increase in the pressure and temperature of the gases in the FC, the frequency of the pulsating effect on the fuel consumption is recorded. Further, the consumption of afterburning fuel is reduced until the temperature of the gases in the FC drops to the initial one. The known method provides an increase in engine efficiency in afterburner modes.

В известном техническом решении коррекция расхода топлива, подаваемого в ФК на форсированных режимах, производится в результате оценки темпа изменения температуры T Ф *

Figure 00000006
и давления р Ф *
Figure 00000007
газа в ФК при увеличении расхода топлива GТФ; при этом достижение температурой Т Ф *
Figure 00000008
исходного значения (определенного по математической модели или в результате испытаний «нового двигателя», соответствующего началу эксплуатации) и свидетельствует о достижении «оптимального» значения расхода топлива GТФ.In the known technical solution, the correction of the fuel flow supplied to the FC in forced modes is performed as a result of the assessment of the rate of temperature change T F *
Figure 00000006
and pressure R F *
Figure 00000007
gas in FC with increasing fuel consumption G TF ; while achieving temperature T F *
Figure 00000008
initial value (determined by a mathematical model or as a result of testing a “new engine” corresponding to the beginning of operation) and indicates the achievement of an “optimal” value of fuel consumption G TF .

Вместе с тем, измерение давления и температуры газа в ФК двигателя в процессе его эксплуатации с достаточной степенью точности практически невозможно вследствие высокого уровня температуры T Ф * ~ 2000 K

Figure 00000009
и выше, а также высокой радиальной и окружной неравномерности распределения этих параметров Т Ф *
Figure 00000010
и p Ф *
Figure 00000011
.At the same time, measuring the pressure and temperature of the gas in the engine's FC during its operation with a sufficient degree of accuracy is practically impossible due to the high temperature level T F * ~ 2000 K
Figure 00000009
and higher, as well as high radial and circumferential uneven distribution of these parameters T F *
Figure 00000010
and p F *
Figure 00000011
.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы ТРДДФ путем получения максимально возможной тяги на максимальных форсированных режимах с помощью коррекции программы подачи топлива в форсажную камеру сгорания; при этом величина этой коррекции определяется путем косвенной оценки процесса горения по динамике изменения доступных для измерения параметров, в первую очередь, изменения давления за турбиной (перепада на турбине) при изменении скорости подачи топлива.The basis of the invention is the task of increasing the efficiency of the turbofan engine by obtaining the maximum possible thrust at maximum forced modes by adjusting the program for supplying fuel to the afterburner; the magnitude of this correction is determined by indirectly evaluating the combustion process from the dynamics of changes in the parameters available for measurement, in particular, changes in pressure behind the turbine (differential across the turbine) with a change in the fuel supply speed.

Технический результат - повышение точности регулирования расхода топлива, что необходимо для поддержания наибольшей тяги на максимальных форсированных режимах при изменении характеристик топлива, состава воздуха (влажности и т.п.), изменения характеристик его узлов в эксплуатации и изменении характеристик течения в ФК.The technical result is an increase in the accuracy of fuel consumption control, which is necessary to maintain maximum thrust at maximum forced modes when changing fuel characteristics, air composition (humidity, etc.), changing the characteristics of its units in operation and changing the flow characteristics in the FC.

Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что в способе управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой, заключающемся в измерении на форсированных режимах параметров работы двигателя и регулировании по результатам измерений расхода топлива, подаваемого в форсажную камеру сгорания, согласно изобретению, измеряют давление за компрессором ( p к * )

Figure 00000012
и давление за турбиной ( р т * )
Figure 00000013
, вычисляют перепад давления на турбине ( π T * = p к * / р т * )
Figure 00000014
и определяют скорость изменения указанного перепада ( δ π T * )
Figure 00000015
, определяют скорость изменения расхода топлива (δGТФ), подаваемого в форсажную камеру сгорания, и на максимальных форсированных режимах регулируют подачу топлива в форсажную камеру сгорания в зависимости от величины отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G T Ф )
Figure 00000016
.The achievement of the claimed technical result is ensured by the fact that in the method of controlling a turbojet dual-circuit engine with an afterburner, consisting in measuring the forced operation parameters of the engine and adjusting according to the results of measurements of the fuel flow supplied to the afterburner, according to the invention, the pressure is measured after the compressor ( p to * )
Figure 00000012
and pressure behind the turbine ( R t * )
Figure 00000013
calculate the pressure drop across the turbine ( π T * = p to * / R t * )
Figure 00000014
and determine the rate of change of the specified differential ( δ π T * )
Figure 00000015
, determine the rate of change of fuel consumption (δG TF ) supplied to the afterburner, and at maximum forced modes, regulate the flow of fuel into the afterburner, depending on the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000016
.

При этом целесообразно регулировать подачу топлива в форсажную камеру сгорания, обеспечивая значение отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G T Ф )

Figure 00000017
, близким к нулю.It is advisable to regulate the fuel supply to the afterburner, providing the value of the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000017
close to zero.

Оценка эффективности горения при изменении (увеличении) относительной подачи топлива определяется путем косвенного определения изменения температуры газа Т ф *

Figure 00000018
в ФК через изменение давления за турбиной (перепада давления на турбине), характеризующего изменение этой температуры. В данном случае косвенное определение температуры газа Т ф *
Figure 00000019
в ФК обеспечивает получение более точного значения этого параметра, поскольку в условиях реальной эксплуатации невозможно с достаточной точностью измерять температуры порядка 2000К и выше. Невысокая точность прямого измерения температуры газа Т Ф *
Figure 00000020
в ФК, например, с использованием термопары обусловлена ее высокой радиальной и окружной неравномерностью распределения.Evaluation of the combustion efficiency with a change (increase) in the relative fuel supply is determined by indirectly determining the change in gas temperature T f *
Figure 00000018
in FC through a change in pressure behind the turbine (pressure drop across the turbine), characterizing the change in this temperature. In this case, the indirect determination of the gas temperature T f *
Figure 00000019
in FC provides a more accurate value of this parameter, since in real-life conditions it is impossible to measure temperatures of about 2000K and higher with sufficient accuracy. Low accuracy of direct measurement of gas temperature T F *
Figure 00000020
in FC, for example, using a thermocouple is due to its high radial and circumferential uneven distribution.

Изобретение поясняется далее со ссылкой на иллюстрации и таблицы, где на фиг. 1 приведена зависимость полноты сгорания топлива в ФК от коэффициента избытка воздуха. На фиг. 2 приведены расчетные зависимости тяги двигателя, температуры газа в ФК и скорости изменения давления за турбиной в зависимости от скорости изменения расхода топлива в ФК. На фиг. 3 - блок-схема системы управления подачи топлива в ФК. На фиг. 4 приведены таблицы 1 и 2.The invention is explained below with reference to illustrations and tables, where in FIG. Figure 1 shows the dependence of the completeness of fuel combustion in the FC on the coefficient of excess air. In FIG. Figure 2 shows the calculated dependences of engine thrust, gas temperature in the FC and the rate of change of pressure behind the turbine, depending on the rate of change of fuel consumption in the FC. In FIG. 3 is a block diagram of a fuel supply control system in the FC. In FIG. 4 shows tables 1 and 2.

Заявленный способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой заключается в том, что на форсированных режимах измеряют параметры работы двигателя и по результатам измерений регулируют расход топлива, подаваемого в ФК. В данном случае, к существенным измеряемым параметрам относятся давление за компрессором ( p к * )

Figure 00000021
и давление за турбиной ( р т * )
Figure 00000022
. Далее вычисляют перепад давления на турбине ( π T * = p к * / р т * )
Figure 00000023
и определяют скорость изменения указанного перепада ( δ π Т * )
Figure 00000024
. Обычно расход форсажного топлива (до коррекции) регулируют по давлению за компрессором G Т Ф / р к * = f ( T в х * )
Figure 00000025
. На максимальных форсированных режимах определяют скорость изменения расхода топлива (δGТФ), подаваемого в ФК, и регулируют подачу топлива в ФК в зависимости от величины отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G Т Ф )
Figure 00000026
. Причем подачу топлива в форсажную камеру сгорания регулируют, обеспечивая значение отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G Т Ф )
Figure 00000027
, близким к нулю.The claimed method of controlling a turbojet dual-circuit engine with an afterburner consists in the fact that the engine operation parameters are measured in forced modes and the fuel flow supplied to the FC is controlled by the measurement results. In this case, the significant measured parameters include the pressure behind the compressor ( p to * )
Figure 00000021
and pressure behind the turbine ( R t * )
Figure 00000022
. Next, the pressure drop across the turbine is calculated. ( π T * = p to * / R t * )
Figure 00000023
and determine the rate of change of the specified differential ( δ π T * )
Figure 00000024
. Typically, afterburner fuel consumption (before correction) is controlled by pressure downstream of the compressor G T F / R to * = f ( T at x * )
Figure 00000025
. At maximum forced modes, the rate of change of fuel consumption (δG TF ) supplied to the FC is determined and the fuel supply to the FC is regulated depending on the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000026
. Moreover, the fuel supply to the afterburner is regulated, providing the value of the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000027
close to zero.

При изменении (например, увеличении) относительной подачи топлива GТФ в ФК происходит динамическое изменение температуры газа Т ф *

Figure 00000028
в ФК, что вследствие ограничения приведенного расхода через критическое сечение сопла приводит к росту полного давления перед соплом р ф *
Figure 00000029
, а следовательно, за турбиной р т *
Figure 00000030
и уменьшению перепада давления на турбине π Т *
Figure 00000031
. Хотя система автоматического управления двигателя в дальнейшем начнет «раскрывать» критическое сечение реактивного сопла для сохранения перепада давления на турбине π Т *
Figure 00000032
, но этот процесс гораздо более инерционный, чем рост температуры и давления в ФК. Таким образом, при увеличении подачи топлива в ФК имеет место снижение перепада давления на турбине со скоростью, определяемой инерционностью системы автоматического управления двигателя и изменением температуры вследствие подачи дополнительного топлива.When you change (for example, increase) the relative fuel supply G TF in FC there is a dynamic change in gas temperature T f *
Figure 00000028
in FC, which, due to the limitation of the reduced flow rate through the critical section of the nozzle, leads to an increase in the total pressure in front of the nozzle R f *
Figure 00000029
and therefore behind the turbine R t *
Figure 00000030
and reducing the pressure drop across the turbine π T *
Figure 00000031
. Although the automatic engine control system in the future will begin to “reveal” the critical section of the jet nozzle to maintain the pressure drop across the turbine π T *
Figure 00000032
, but this process is much more inertial than the increase in temperature and pressure in the PC. Thus, with an increase in the fuel supply to the FC, there is a decrease in the pressure drop across the turbine at a speed determined by the inertia of the automatic engine control system and the temperature change due to the supply of additional fuel.

При одном и том же темпе роста подачи топлива рост температуры (следовательно, снижения перепада полного давления на турбине π Т *

Figure 00000033
) в разных условиях будет неодинаковым. В области более высоких значений коэффициента избытка воздуха αΣ значение коэффициента полноты сгорания ηф в ФК также имеет высокий и практически постоянный уровень (см. фиг. 1). Следовательно, при увеличении подачи топлива GТФ также увеличивается и температура T ф *
Figure 00000034
. Однако по мере приближения к стехиометрическому значению в ядре потока (коэффициент избытка воздуха αΣядра=1) полнота сгорания топлива начинает резко уменьшаться. При этом темп прироста температуры T ф *
Figure 00000035
также падает, а с дальнейшим ростом подачи топлива GТФ вследствие уменьшения эффективности его сгорания температура сначала перестает расти, а затем начинает падать.At the same rate of increase in fuel supply, an increase in temperature (hence, a decrease in the differential pressure drop across the turbine π T *
Figure 00000033
) under different conditions will be different. In the region of higher values of the coefficient of excess air α Σ, the value of the coefficient of completeness of combustion η f in the FC also has a high and almost constant level (see Fig. 1). Therefore, with increasing fuel supply G TF , the temperature also increases T f *
Figure 00000034
. However, as we approach the stoichiometric value in the flow core (air excess coefficient α Σ core = 1), the completeness of fuel combustion begins to decrease sharply. At the same time, the temperature growth rate T f *
Figure 00000035
also decreases, and with a further increase in fuel supply G TF due to a decrease in the efficiency of its combustion, the temperature first ceases to increase, and then begins to fall.

Момент прекращения роста температуры Т ф *

Figure 00000036
и будет теоретическим пределом повышения тяги двигателя при форсировании при данных условиях.The moment of termination of temperature rise T f *
Figure 00000036
and will be the theoretical limit for increasing engine thrust during boost under given conditions.

В заявленном изобретении предлагается ограничивать и прекращать повышение расхода топлива при резком снижении градиента давления за турбиной (перепада на турбине), которое свидетельствует о прекращении роста температуры Т ф *

Figure 00000037
вследствие снижения полноты сгорания топлива, а следовательно, и достижения максимально возможной тяги двигателя (см. фиг. 2).The claimed invention proposes to limit and stop the increase in fuel consumption with a sharp decrease in the pressure gradient behind the turbine (differential on the turbine), which indicates the cessation of temperature increase T f *
Figure 00000037
due to a decrease in the completeness of fuel combustion, and, consequently, the achievement of the maximum possible engine thrust (see Fig. 2).

Принятый закон управления способствует поддержанию требуемой тяги ТРДДФ на форсированных режимах при ухудшении характеристик его узлов с наработкой и тем самым повышает эффективность работы ТРДДФ.The adopted control law helps to maintain the required thrust of the turbofan engine in forced modes while deteriorating the performance of its units with operating hours and thereby increases the efficiency of the turbofan engine.

В предлагаемом способе максимальное количество топлива, подаваемое в ФК ТРДДФ, определяется не заранее заложенной статической зависимостью расхода топлива, задаваемой априорно заложенной программой с целью поддержания коэффициента избытка воздуха на наиболее оптимальном (минимальном) уровне, а динамической системой. Динамическая система корректирует исходную программу подачи топлива на основе обратной связи в зависимости от темпа изменения перепада (скорости изменения) давления на турбине ( δ π T * / δ G Т Ф )

Figure 00000038
, который, в свою очередь, зависит от фактического изменения температуры газа в форсажной камере Т ф *
Figure 00000039
при изменении относительной величины подачи топлива. Момент достижения величиной ( δ π T * / δ G Т Ф )
Figure 00000040
близкого к нулю значения и соответствует наиболее оптимальной величине расхода топлива, подаваемого в форсажную камеру. При указанном расходе топлива горение остается эффективным и обеспечивается получение максимально возможной тяги двигателя независимо от внешних факторов (погрешностей программы управления, изменения характеристик узлов в процессе эксплуатации, отклонения атмосферных условий на входе, теплотворной способности конкретного топлива и т.д.).In the proposed method, the maximum amount of fuel supplied to the FC TRDDF is determined not by a predetermined static dependence of fuel consumption, set by a priori laid down program in order to maintain the coefficient of excess air at the most optimal (minimum) level, but by a dynamic system. The dynamic system adjusts the initial fuel supply program based on feedback depending on the rate of change of the differential pressure (rate of change) of the turbine ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000038
, which, in turn, depends on the actual change in gas temperature in the afterburner T f *
Figure 00000039
when changing the relative amount of fuel supply. Moment of achievement ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000040
values close to zero and corresponds to the most optimal value of fuel consumption supplied to the afterburner. At the indicated fuel consumption, combustion remains efficient and provides the maximum possible engine thrust regardless of external factors (control program errors, changes in the characteristics of the units during operation, deviation of atmospheric conditions at the inlet, calorific value of a specific fuel, etc.).

На фиг. 3 приведена блок-схема системы управления, реализующей заявленный способ. В соответствии с приведенной блок-схемой системы управления подачи топлива в ФК, по измеренным параметрам двигателя 1 традиционным образом формируются сигналы, пропорциональные значению температуры воздуха на входе в двигатель Т в х *

Figure 00000041
(в блоке 3), давлению за компрессором р к *
Figure 00000042
(в блоке 4) и давлению за турбиной (в блоке 5). По сигналам, поступающим с выходов блоков 3 и 4, в блоке 6 формируется и передается в насос-регулятор 2 сигнал, определяющий расход форсажного топлива GТФ по условию G Т Ф / р к * = f ( T В Х * )
Figure 00000043
. При этом насос-регулятор 2 подает соответствующий расход топлива в форсажную камеру двигателя 1. Одновременно с этим по сигналам, поступающим с выходов блоков 4 и 5, в блоке 7 формируется сигнал, пропорциональный суммарной степени понижения давления в турбине π T * = p к * / р т *
Figure 00000044
. Управляющий блок 10, первоначально задавая некоторое приращение расхода форсажного топлива, формирует сигнал, пропорциональный скорости изменения расхода топлива (δGТФ), а дозирующее устройство 8 в соответствии с этим сигналом корректирует сигнал блока 6, в результате чего насос-регулятор 2 изменяет расход форсажного топлива, подаваемого в двигатель 1. В блоке 9 формируется сигнал, пропорциональный скорости изменения значения суммарной степени понижения давления в турбине ( δ π Т * )
Figure 00000045
, на основании этого сигнала и самого приращения расхода топлива ΔGтф в блоке 10 формируется сигнал на коррекцию расхода форсажного топлива в зависимости от отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G Т Ф )
Figure 00000046
.In FIG. 3 shows a block diagram of a control system that implements the claimed method. In accordance with the block diagram of the fuel supply control system in the FC, the signals proportional to the value of the air temperature at the engine inlet are formed according to the measured parameters of engine 1 T at x *
Figure 00000041
(in block 3), pressure downstream of the compressor R to *
Figure 00000042
(in block 4) and the pressure behind the turbine (in block 5). According to the signals coming from the outputs of blocks 3 and 4, in block 6, a signal is generated and transmitted to the pump-controller 2, which determines the consumption of afterburning fuel G TF according to the condition G T F / R to * = f ( T AT X * )
Figure 00000043
. At the same time, the pump-regulator 2 supplies the corresponding fuel consumption to the afterburner of engine 1. At the same time, a signal proportional to the total degree of decrease in pressure in the turbine is generated from the outputs of blocks 4 and 5, in block 7 π T * = p to * / R t *
Figure 00000044
. The control unit 10 initially setting some afterburner fuel increment generates a signal proportional to the fuel consumption rate of change (δG TF) and the metering device 8 in accordance with this signal corrects the signal of the block 6, whereby the pump controller 2 adjusts the flow afterburner fuel supplied to the engine 1. In block 9, a signal is generated proportional to the rate of change of the value of the total degree of pressure decrease in the turbine ( δ π T * )
Figure 00000045
, on the basis of this signal and the increment of fuel consumption ΔG tf in block 10, a signal is generated to correct the afterburner fuel consumption depending on the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000046
.

В качестве примера, иллюстрирующего получаемый эффект, рассмотрен ТРДДФ типа АЛ-31Ф в условиях полета на высоте Н=11 км при максимальной скорости.As an example illustrating the effect obtained, ALD-31F turbofan engines are considered in flight conditions at an altitude of H = 11 km at maximum speed.

В таблице 1 (см. фиг. 4) для имитации влияния возможного ухудшения параметров двигателя по мере его эксплуатации представлено изменение основных параметров с “ухудшенными” на 1% значениями КПД основных узлов (КНД, КВД, ТВД и ТНД) по сравнению с «расчетным» случаем при использовании применяемого в настоящее время закона подачи топлива в форсажную камеру сгорания G Т Ф / P к * = f ( T В Х * )

Figure 00000047
. При этом следует иметь в виду, что одной из причин падения тяги двигателя является снижение степени форсирования (то есть повышение значения коэффициента избытка воздуха в форсажной камере αΣ=1,13369 до αΣ=1,15096).In table 1 (see Fig. 4), to simulate the influence of a possible deterioration of the engine parameters during its operation, the change in the main parameters with “1% degraded” values of the efficiency of the main components (KND, KVD, TVD and TND) is compared with the “calculated »The case when using the currently applicable law of fuel supply to the afterburner G T F / P to * = f ( T AT X * )
Figure 00000047
. It should be borne in mind that one of the reasons for the drop in engine thrust is a decrease in the degree of forcing (that is, an increase in the coefficient of excess air in the afterburner α Σ = 1,13369 to α Σ = 1,15096).

В соответствии с описанием, изложенным выше, предлагаемая система подачи топлива в форсажную камеру сгорания будет увеличивать степень форсирования двигателя (увеличивать подачу топлива) до достижения максимального значения тяги.In accordance with the description above, the proposed system for supplying fuel to the afterburner will increase the degree of engine boost (increase fuel supply) to achieve maximum thrust.

В таблице 2 (см. фиг. 4) представлена расчетная зависимость относительной тяги рассматриваемого двигателя R ¯

Figure 00000048
от коэффициента избытка воздуха в форсажной камере αΣ в данных условиях полета без учета возможного изменения полноты сгорания топлива в форсажной камере ηф (за единицу принято значение тяги двигателя при αΣ=1,15096, соответствующей исходному закону регулирования подачи топлива в форсажную камеру сгорания.Table 2 (see Fig. 4) presents the calculated dependence of the relative thrust of the engine in question R ¯
Figure 00000048
from the coefficient of excess air in the afterburner α Σ in these flight conditions without taking into account the possible change in the completeness of fuel combustion in the afterburner η f (the unit thrust value is taken at α Σ = 1.15096, which corresponds to the initial law of regulation of the fuel supply to the afterburner .

Для учета влияния изменения полноты сгорания топлива в форсажной камере ηф на зависимость Rф=f(αΣ) следует воспользоваться результатами испытаний этого двигателя в ТБК ЦИАМ им. П.И. Баранова, которые показали, что с увеличением форсирования двигателя (т.е. уменьшением значения коэффициента избытка воздуха до αΣ≈1,05) имело место постоянное увеличение значения форсажной тяги, а при αΣ<1,05 - наблюдалось ее снижение. Если принять значение αΣ≈1,05 (см. табл. 2 жирный курсив) оптимальным значением с точки зрения максимума форсажной тяги, то можно считать, что применение предложенной системы регулирования подачи топлива в ФК позволит получить в данных условиях полета прирост тяги ΔR=2,9%.To take into account the effect of changes in the completeness of fuel combustion in the afterburner η f on the dependence R f = f (α Σ ), one should use the results of tests of this engine at the TsIAM TsAM P.I. Baranov, who showed that with an increase in engine boost (i.e., a decrease in the coefficient of excess air to α Σ ≈ 1.05), there was a constant increase in the value of afterburner thrust, and at α Σ <1.05, its decrease was observed. If we take the value α Σ ≈1.05 (see Table 2 bold italics) as the optimal value from the point of view of maximum afterburner thrust, then we can assume that the application of the proposed fuel supply control system in the FC will allow one to obtain a thrust gain ΔR = 2.9%.

Предложенный способ управления двигателем, заключающийся в регулировании подачи топлива в форсажную камеру на максимальных форсированных режимах по показателю ( δ π T * / δ G Т Ф )

Figure 00000049
, позволяет учитывать изменение параметров состояния двигателя и характеристик окружающей среды и обеспечивает прирост тяги.The proposed method of engine control, which consists in regulating the supply of fuel to the afterburner at maximum forced modes in terms of ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000049
, allows you to take into account changes in the parameters of the state of the engine and environmental characteristics and provides an increase in traction.

Claims (2)

1. Способ управления турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой, заключающийся в том, что на форсированных режимах измеряют параметры работы двигателя и по результатам измерений регулируют расход топлива, подаваемого в форсажную камеру сгорания, отличающийся тем, что измеряют давление за компрессором ( p к * )
Figure 00000050
и давление за турбиной ( р т * )
Figure 00000051
, вычисляют перепад давления на турбине ( π T * = p к * / р т * )
Figure 00000052
и определяют скорость изменения указанного перепада ( δ π T * )
Figure 00000053
, определяют скорость изменения расхода топлива (δGТФ), подаваемого в форсажную камеру сгорания, и на максимальных форсированных режимах регулируют подачу топлива в форсажную камеру сгорания в зависимости от величины отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G T Ф )
Figure 00000054
.
1. The method of controlling a turbojet dual-circuit engine with an afterburner, which consists in the fact that in forced modes measure the parameters of the engine and according to the results of the measurements regulate the flow of fuel supplied to the afterburner, characterized in that they measure the pressure behind the compressor ( p to * )
Figure 00000050
and pressure behind the turbine ( R t * )
Figure 00000051
calculate the pressure drop across the turbine ( π T * = p to * / R t * )
Figure 00000052
and determine the rate of change of the specified differential ( δ π T * )
Figure 00000053
, determine the rate of change of fuel consumption (δG TF ) supplied to the afterburner, and at maximum forced modes, regulate the flow of fuel into the afterburner, depending on the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000054
.
2. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что подачу топлива в форсажную камеру сгорания регулируют, обеспечивая значение отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива ( δ π T * / δ G T Ф )
Figure 00000055
близким к нулю.
2. The control method according to claim 1, characterized in that the fuel supply to the afterburner is controlled, providing a value for the ratio of the rate of change of pressure drop across the turbine to the rate of change of fuel consumption ( δ π T * / δ G T F )
Figure 00000055
close to zero.
RU2014141174/06A 2014-10-14 Control over dual-flow turbojet engine with augmenter RU2574213C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2574213C1 true RU2574213C1 (en) 2016-02-10

Family

ID=

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623616C1 (en) * 2016-08-11 2017-06-28 Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" Российская федерация Республика Башкортостан Method of turbojet engine testing
RU2627627C1 (en) * 2016-08-09 2017-08-09 Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" Aero bypass turbofan engine control method
RU2812217C1 (en) * 2023-05-31 2024-01-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Control method for gas turbine engine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142860A (en) * 1990-06-18 1992-09-01 United Technologies Corporation Constant thrust retention turbine temperature limit system
RU2308605C2 (en) * 2005-11-21 2007-10-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Gas-turbine engine control method
RU2315883C1 (en) * 2006-06-07 2008-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Method to control fuel delivery into afterburner of gas-turbine engine
US7475545B2 (en) * 2005-04-29 2009-01-13 General Electric Company Fladed supersonic missile turbojet
RU2389890C2 (en) * 2008-04-29 2010-05-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Control method of gas turbine engine with afterburner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142860A (en) * 1990-06-18 1992-09-01 United Technologies Corporation Constant thrust retention turbine temperature limit system
US7475545B2 (en) * 2005-04-29 2009-01-13 General Electric Company Fladed supersonic missile turbojet
RU2308605C2 (en) * 2005-11-21 2007-10-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Gas-turbine engine control method
RU2315883C1 (en) * 2006-06-07 2008-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Method to control fuel delivery into afterburner of gas-turbine engine
RU2389890C2 (en) * 2008-04-29 2010-05-20 Открытое акционерное общество "СТАР" Control method of gas turbine engine with afterburner

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627627C1 (en) * 2016-08-09 2017-08-09 Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" Aero bypass turbofan engine control method
RU2623616C1 (en) * 2016-08-11 2017-06-28 Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" Российская федерация Республика Башкортостан Method of turbojet engine testing
RU2812217C1 (en) * 2023-05-31 2024-01-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Control method for gas turbine engine
RU2820085C1 (en) * 2023-09-05 2024-05-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Gas turbine engine control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3228847B1 (en) System and method for an adaptive fuel flow estimation with flow meter feedback
RU2638417C2 (en) Method to control aircraft turbojet engine thrust disturbance
RU2337250C2 (en) Method of controlling gas turbine engine in acceleration and throttling dynamic conditions
EP2925984B1 (en) Method and arrangement for controlling fuel supply for a gas turbine
JP2012518116A (en) Method and system for controlling a gas turbine, and a gas turbine including such a system
CA2947455A1 (en) Method and system for improving parameter measurement
JPH0121329B2 (en)
US11187161B2 (en) Fuel flow control
CN109312685B (en) Method for determining a correction value for a fuel metering of a fuel injector
US10578030B2 (en) Method and device for adjusting a threshold value of a fuel flow rate
US11365692B2 (en) Fuel metering circuit and method with compensation for fuel-density variability
RU2525057C1 (en) Method of gas turbine engine testing
US7107169B2 (en) Device for estimating the mass flow of fuel
US9261024B2 (en) Method and a device for producing a setpoint signal
RU2574213C1 (en) Control over dual-flow turbojet engine with augmenter
RU2464437C1 (en) Control method of jet turbine double-flow engine with afterburner
RU2319025C1 (en) Gas-turbine engine control method
RU2736403C1 (en) Turbojet engine control method
US8682627B2 (en) Estimating a stream temperature in a turbojet
RU2389008C1 (en) Tune-up method of gas turbine engine with augmentor
RU2310100C2 (en) Method to protect gas-turbine engine from unstable operation of compressor
RU2409751C2 (en) Method of controlling gas turbine engine
RU2700321C2 (en) Method of fuel supply into afterburner combustion chamber
RU2786969C1 (en) Method for controlling the supply of fuel to the combustion chamber of a gas turbine engine
RU2443890C1 (en) Method of controlling critical section area of two-stage gas turbine engine jet nozzle