RU2574213C1 - Control over dual-flow turbojet engine with augmenter - Google Patents
Control over dual-flow turbojet engine with augmenter Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 89
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003190 augmentative Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 3
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
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
Известен также способ управления максимальными форсированными режимами, основанными на программе типа
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
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
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
При этом целесообразно регулировать подачу топлива в форсажную камеру сгорания, обеспечивая значение отношения скорости изменения перепада давления на турбине к скорости изменения расхода топлива
Оценка эффективности горения при изменении (увеличении) относительной подачи топлива определяется путем косвенного определения изменения температуры газа
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
При изменении (например, увеличении) относительной подачи топлива GТФ в ФК происходит динамическое изменение температуры газа
При одном и том же темпе роста подачи топлива рост температуры (следовательно, снижения перепада полного давления на турбине
Момент прекращения роста температуры
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
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
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
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
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
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
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2574213C1 true RU2574213C1 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (3)
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)
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)
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)
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 |