RU2712103C1 - Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine - Google Patents

Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine Download PDF

Info

Publication number
RU2712103C1
RU2712103C1 RU2019111022A RU2019111022A RU2712103C1 RU 2712103 C1 RU2712103 C1 RU 2712103C1 RU 2019111022 A RU2019111022 A RU 2019111022A RU 2019111022 A RU2019111022 A RU 2019111022A RU 2712103 C1 RU2712103 C1 RU 2712103C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
icing
engine
hot air
rotor
icing system
Prior art date
Application number
RU2019111022A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Александрович Каджардузов
Юрий Александрович Эзрохи
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2019111022A priority Critical patent/RU2712103C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2712103C1 publication Critical patent/RU2712103C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/02De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by ducted hot gas or liquid
    • B64D15/04Hot gas application
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D15/00De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
    • B64D15/20Means for detecting icing or initiating de-icing
    • B64D15/22Automatic initiation by icing detector
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to anti-icing systems of aircrafts, particularly, to control method of anti-icing system of bypass turbofan engine (BTFE). Method of controlling an anti-icing system BTFE consists in that in flight using an engine-mounted sensor, measuring external parameters of flight conditions, on the change of which signals are generated to open the gate of the collector for extraction of hot air from the high-pressure compressor and to the sensors for measuring the rotation speed of the rotor of the fan and the rotor speed of the gas generator, determining the ratio of rotation frequencies and calculating the value of rotors sliding, by the change of which the icing nature and location is determined, then, signal is generated to electronic control unit of control device, which directs hot air flow to certain icing point via appropriate channel.EFFECT: development of control method for anti-icing system of BTFE, which provides higher efficiency of engine due to reduced amount of extracted working medium (hot air).1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к противообледенительным системам летательных аппаратов, в частности к способу управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя и может быть использовано в системах управления двигателем летательного аппарата.The invention relates to anti-icing systems of aircraft, in particular to a method for controlling the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine and can be used in aircraft engine control systems.

В условиях полета необходимы постоянный контроль состояния турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) и повышение точности его управления, особенно в условиях обледенения элементов проточной части двигателя за счет имеющихся в атмосферном воздухе жидких переохлажденных капель размерами до 20 мкм, представляющих «классическое» обледенение, больших ледяных кристаллов и смеси фаз, включающих одновременно большие ледяные кристаллы и крупные переохлажденные капли воды размерами от 50 мкм до 2 мм. В зависимости от атмосферных условий обледенение элементов конструкции происходит в различных местах проточной части двигателя. При «классическом» обледенении образование льда происходит за счет имеющихся в атмосферном воздухе небольших ледяных кристаллов и жидких переохлажденных капель воды, в основном, на входе в двигатель в районе вентилятора, а при обледенении в условиях больших ледяных кристаллов и смеси фаз лед образуется в подпорных ступенях и в районе входа в компрессор высокого давления газогенератора. Образование льда в районе входа в компрессор высокого давления газогенератора обусловлено тем, что большие ледяные кристаллы, попадая в двигатель, проходят с воздухом через вентилятор и подпорные ступени, частично растаивают, поскольку температура воздуха в проточной части этих узлов повышается, в результате чего на поверхности вокруг больших ледяных кристаллов образуется водяная оболочка, которая при столкновении с конструкцией проточной части создает на ее поверхности водную пленку, к которой прилипают поступающие с воздухом кристаллы, образуя нарастание льда.In flight conditions, constant monitoring of the state of a turbojet bypass engine (TRDD) and increasing the accuracy of its control are necessary, especially in the case of icing of the engine flow part due to liquid supercooled drops up to 20 microns in air, which represent “classical” icing, large ice crystals and a mixture of phases, including both large ice crystals and large supercooled water droplets ranging in size from 50 microns to 2 mm. Depending on the atmospheric conditions, icing of structural elements takes place in various places of the engine flow passage. In the case of “classical” icing, ice formation occurs due to small ice crystals and supercooled liquid water droplets present in the atmosphere, mainly at the engine inlet in the area of the fan, and when ice forms under conditions of large ice crystals and a mixture of phases, ice forms in retaining steps and at the entrance to the high pressure compressor of the gas generator. The formation of ice in the area of entry to the high-pressure compressor of the gas generator is due to the fact that large ice crystals entering the engine pass through the fan and retaining stages with air, partially melt, because the air temperature in the flow part of these units rises, resulting in of large ice crystals, a water shell forms, which upon collision with the design of the flow part creates an aqueous film on its surface, to which cristae adhering to the air adhere lly forming ice accretion.

Образование ледяных кристаллов и переохлажденных капель воды различных размеров связано с определенными атмосферными условиями, в которых формируется только характерный, особый размер частиц льда и переохлажденных капель. В этой связи одновременное обледенение различных мест в проточной части двигателя ледяными кристаллами и переохлажденными каплями воды, которые имеют разные размеры, практически исключено.The formation of ice crystals and supercooled water droplets of various sizes is associated with certain atmospheric conditions in which only the characteristic, special size of ice particles and supercooled drops is formed. In this regard, the simultaneous icing of various places in the engine flow passage with ice crystals and supercooled water drops, which have different sizes, is practically excluded.

Актуальность проблемы обеспечения работоспособности ТРДД в этих условиях объясняется необходимостью предупреждения возможного обледенения элементов конструкции проточной части двигателя, а в случае возникновения этого процесса быстрого его диагностирования и последующей ликвидации. Для этих целей ТРДД содержит противообледенительную систему, включение которой по определенному сигналу осуществляется системой управления, принцип работы которой состоит в отборе от двигателя в необходимом количестве горячего воздуха и подачей его во внутренние полости защищаемых от обледенения поверхностей элементов конструкции двигателя.The relevance of the problem of ensuring the turbojet engine operability in these conditions is explained by the need to prevent possible icing of the structural elements of the engine duct, and in the event of this process, its rapid diagnosis and subsequent elimination. For these purposes, the turbofan engine contains an anti-icing system, the inclusion of which according to a certain signal is carried out by a control system, the principle of which is to select the necessary amount of hot air from the engine and supply it to the internal cavities of the surfaces of the engine structure protected against icing.

Известен способ управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя, заключающийся в том, что на двигателе в полетных условиях по измеренным наружным параметрам условий полета формируют сигнал на включение электрической схемы, состоящей из источника тока, системы подводящих проводов и электронагревательных элементов, расположенных в местах возможного обледенения элементов конструкции двигателя (US 6725645, 2004).A known method of controlling the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine, which consists in the fact that on the engine in flight conditions, according to the measured external parameters of the flight conditions, a signal is generated to turn on an electrical circuit consisting of a current source, a supply wire system and electric heating elements located in places of possible icing of the elements engine designs (US 6725645, 2004).

Недостатком технического решения является необходимость наличия на борту летательного аппарата либо дополнительного источника тока (аккумуляторных батарей), либо электрогенератора для преобразования механической энергии, отобранной от вала двигателя, в электрическую, что неизбежно приведет как к дополнительным потерям энергии при ее преобразовании, так и к увеличению массово-габаритных показателей двигателя.The disadvantage of the technical solution is the need to have on board the aircraft either an additional current source (batteries) or an electric generator for converting the mechanical energy taken from the engine shaft into electrical energy, which will inevitably lead to additional energy losses during its conversion, and to increase mass-dimensional indicators of the engine.

Известен способ управления противообледенительной системой газотурбинного двигателя (US 9683489, 2017), в котором противообледенительная система газотурбинного двигателя включает один или несколько источников горячего воздуха, один или несколько датчиков обледенения, наружной температуры и высоты полета, а также регулирующее устройство. В регулирующее устройство поступают сигналы от одного или нескольких датчиков, после чего обеспечивают подвод горячего воздуха в то или иное место в двигателе в зависимости от показаний датчиков. К недостаткам данного способа относится низкая надежность показаний датчиков, работа которых в условиях обледенения может нарушаться за счет образующегося на них льда, что приводит к искажению передаваемых ими данных и может не обеспечить необходимый подвод горячего воздуха в место образования льда в конструкции двигателя, а также ошибочно направить избыточное количество горячего воздуха в те элементы конструкции, которые на данном режиме не подвергались обледенению.A known method of controlling the anti-icing system of a gas turbine engine (US 9683489, 2017), in which the anti-icing system of a gas turbine engine includes one or more sources of hot air, one or more sensors of icing, outdoor temperature and flight altitude, as well as a control device. The control device receives signals from one or more sensors, after which they supply hot air to a particular place in the engine, depending on the readings of the sensors. The disadvantages of this method include the low reliability of the readings of sensors, the operation of which under icing conditions can be disrupted due to the ice formed on them, which leads to a distortion of the data transmitted by them and may not provide the necessary supply of hot air to the ice formation in the engine structure, as well as erroneously to direct excess hot air to those structural elements that in this mode were not subjected to icing.

Известен способ управления противообледенительной системой воздухозаборника газотурбинного двигателя (RU 2666886, 2018), заключающийся в получении данных о наружных условиях полета с помощью специальных датчиков, фиксирующих условия обледенения, которые взаимодействуют с самолетной и двигательной системами, обеспечивающими подачу горячего воздуха ко всем возможным местам обледенения.A known method of controlling the anti-icing system of the air intake of a gas turbine engine (RU 2666886, 2018), which consists in obtaining data on the external flight conditions using special sensors that record icing conditions that interact with the aircraft and propulsion systems that supply hot air to all possible icing places.

Недостатком известного технического решения является то обстоятельство, что подача отбираемого из компрессора высокого давления горячего воздуха осуществляется одновременно ко всем элементам конструкции двигателя, которые могут быть подвержены обледенению, без предварительного определения конкретного места обледенения. Это приводит к снижению эффективности работы двигателя за счет нерационально увеличенного отбора рабочего тела (горячего воздуха).A disadvantage of the known technical solution is the fact that the supply of hot air drawn from the compressor is carried out at the same time to all structural elements of the engine that may be iced up, without first determining the specific place of icing. This leads to a decrease in engine efficiency due to irrationally increased selection of the working fluid (hot air).

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является способ управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя, заключающийся в том, что в полете при помощи установленного на входе двигателя датчика измеряют наружные параметры условий полета, по изменению которых формируют сигнал на срабатывание регулирующего устройства, которое открывает канал, по которому осуществляют отбор горячего воздуха из компрессора высокого давления и его поступление на все элементы конструкции, подверженные возможному обледенению, при этом сама подача горячего воздуха осуществляется в пульсирующем режиме (US 4831819, 1989).The closest analogue to the claimed technical solution is a method of controlling the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine, which consists in the fact that in flight, using the sensor installed at the engine input, the external parameters of the flight conditions are measured, by changing which they form a signal for the control device to open, which opens the channel, by which the selection of hot air from the high-pressure compressor and its flow to all structural elements is subject to possible icing, while the supply of hot air itself is carried out in a pulsating mode (US 4831819, 1989).

Недостатком известного технического решения является то, что несмотря на подачу горячего воздуха в пульсирующем режиме на элементы конструкции, подверженные обледенению, эта подача осуществляется ко всем возможным местам обледенения одновременно, что требует необоснованно повышенного расхода отбираемого воздуха и приводит к неэффективному использованию рабочего тела (горячего воздуха) и как следствие к снижению тяги двигателя и его экономичности.A disadvantage of the known technical solution is that despite the supply of hot air in a pulsed mode to structural elements subject to icing, this supply is carried out to all possible places of icing at the same time, which requires an unreasonably increased consumption of bleed air and leads to inefficient use of the working fluid (hot air ) and, as a result, to reduce engine thrust and its efficiency.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в устранении указанного выше недостатка и в расширении арсенала технических средств, а именно в создании способа управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя.The technical problem solved by the claimed invention is to eliminate the above drawback and to expand the arsenal of technical means, namely, to create a method for controlling the anti-icing system of a turbojet bypass engine.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в реализации его назначения, т.е. в создании способа управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя, обеспечивающего повышение эффективности работы двигателя за счет уменьшения количества отбираемого рабочего тела (горячего воздуха).The technical result provided by the invention consists in the implementation of its purpose, i.e. in creating a method for controlling the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine, which provides an increase in engine efficiency by reducing the amount of withdrawn working fluid (hot air).

Заявленный технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя в полете при помощи установленного на входе двигателя датчика измеряют наружные параметры условий полета, по изменению которых формируют сигналы на открытие заслонки коллектора для отбора горячего воздуха из компрессора высокого давления и на датчики измерения частоты вращения ротора вентилятора и частоты вращения ротора газогенератора, определяют отношение частот вращения и вычисляют величину скольжения роторов, по изменению которой судят о характере и месте обледенения, затем формируют сигнал на электронный блок управления регулирующим устройством, которое по соответствующему каналу направляет поток горячего воздуха к определенному месту обледенения.The claimed technical result is achieved due to the fact that when implementing the method of controlling the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine in flight using the sensor installed at the engine inlet, the external parameters of the flight conditions are measured, by the change of which they generate signals to open the manifold damper to select hot air from the high-pressure compressor and to the sensors for measuring the rotor speed of the fan rotor and the rotor speed of the gas generator, determine the ratio and calculating the frequency of rotation of the rotors slip value, the change is judged on the nature and location of icing, then produce a signal to the electronic control unit regulating device which on the corresponding channel directs flow of hot air to a point of icing.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, так как только совокупность существенных признаков, характеризующих изобретение, позволяет создать способ управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя, обеспечивающего повышение эффективности работы двигателя за счет уменьшения количества отбираемого рабочего тела (горячего воздуха).These essential features provide a solution to the technical problem with the achievement of the claimed technical result, since only the combination of essential features characterizing the invention allows to create a way to control the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine, which increases the efficiency of the engine by reducing the amount of working fluid (hot air) .

Предлагаемое техническое решение основано на том, что при обледенении входных элементов вентилятора или входных элементов газогенератора происходит существенное ухудшение режимов работы обледеневшего узла, что приводит к заметному снижению его эффективности и, в конечном итоге, частоты его вращения. В связи с этим по изменению величины скольжения роторов (см. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / Под ред. С.М. Шляхтенко и В.А. Сосунова - Москва: Машиностроение, 1979), то есть по изменению отношения частоты вращения газогенератора (nгг) и частоты вращения вентилятора (nв)The proposed technical solution is based on the fact that when icing the input elements of the fan or the input elements of the gas generator, there is a significant deterioration in the operating conditions of the iced unit, which leads to a noticeable decrease in its efficiency and, ultimately, its frequency of rotation. In connection with this change of rotor slip value (see Theory turbojet engines / Ed SM Shlyakhtenko and VA Sosunova - Moscow:.. Engineering, 1979), that is, to change attitudes of the gas generator speed (n gg ) and fan speed (n in )

nгг/nв n yy / n in

можно судить о месте обледенения в проточной части двигателя. Так, увеличение величины скольжения роторов говорит об обледенении входных элементов вентилятора, а уменьшение - свидетельствует об обледенении входных элементов газогенератора.You can judge the place of icing in the flow part of the engine. So, an increase in the slip value of the rotors indicates icing of the input elements of the fan, and a decrease indicates icing of the input elements of the gas generator.

Настоящее изобретение поясняется подробным описанием способа управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя со ссылкой на фигуры 1-4, гдеThe present invention is illustrated by a detailed description of the method of controlling the anti-icing system of a turbojet bypass engine with reference to figures 1-4, where

на фиг. 1 схематично представлен ТРДД и противообледенительная система;in FIG. 1 schematically shows a turbofan engine and anti-icing system;

на фиг. 2 приведен график зависимости снижения удельного расхода топлива от величины снижения расхода отбираемого горячего воздуха;in FIG. Figure 2 shows a graph of the decrease in specific fuel consumption on the amount of decrease in the consumption of hot air;

на фиг. 3 приведен график зависимости снижения уровня температуры газа перед турбиной от величины снижения расхода отбираемого горячего воздуха;in FIG. Figure 3 shows a graph of the decrease in the temperature of the gas in front of the turbine as a function of the decrease in the flow rate of the extracted hot air;

на фиг. 4 приведен график повышения тяги двигателя от величины снижения расхода отбираемого горячего воздуха.in FIG. Figure 4 shows a graph of the increase in engine thrust versus the reduction in the flow rate of the drawn hot air.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:In FIG. 1 the following notation is accepted:

1 - ТРДД;1 - turbofan engine;

2 - вентилятор;2 - fan;

3 - газогенератор;3 - gas generator;

4 - турбина вентилятора 2;4 - fan turbine 2;

5 - выходное устройство;5 - output device;

6 - противообледенительная система;6 - anti-icing system;

7 - коллектор;7 - collector;

8 - заслонка;8 - shutter;

9 - регулирующее устройство;9 - regulating device;

10 - электронный блок управления регулирующим устройством 9;10 - electronic control unit of the regulating device 9;

11 - трубопровод;11 - pipeline;

12 - канал подвода горячего воздуха к вентилятору 2;12 - channel for supplying hot air to the fan 2;

13 - канал подвода горячего воздуха к газогенератору 3;13 - channel for supplying hot air to the gas generator 3;

14 - датчик обледенения;14 - icing sensor;

15 - датчик измерения частоты вращения ротора вентилятора 2;15 - sensor for measuring the frequency of rotation of the rotor of the fan 2;

16 - датчик измерения частоты вращения ротора газогенератора 3;16 - a sensor for measuring the rotational speed of the rotor of the gas generator 3;

17 - блок вычисления величины скольжения роторов;17 - block calculating the magnitude of the slip of the rotors;

18 - блок определения изменения величины скольжения роторов.18 is a block for determining the change in the magnitude of the slip of the rotors.

На фиг. 1 представлена схема ТРДД 1, включающего вентилятор 2, газогенератор 3, турбину 4 вентилятора 2 и выходное устройство 5, противообледенительную систему 6, состоящую из коллектора 7 для отбора горячего воздуха из компрессора высокого давления (КВД) газогенератора 3, заслонки 8, регулирующего устройства 9, электронного блока 10 управления регулирующим устройством 9, трубопровода 11 подвода горячего воздуха от коллектора 7 до регулирующего устройства 9, канала 12 подвода горячего воздуха от регулирующего устройства 9 к входным элементам вентилятора 2, канала 13 подвода горячего воздуха от регулирующего устройства 9 к элементам на входе в газогенератор 3, датчика 14 обледенения, установленного на входе двигателя 1, а также датчика 15 измерения частоты вращения ротора вентилятора 2 и датчика 16 измерения частоты вращения ротора газогенератора 3, блока 17 вычисления величины скольжения роторов и блока 18 определения изменения величины скольжения роторов во времени, соединенного с электронным блоком 10 управления регулирующим устройством 9.In FIG. 1 is a diagram of a turbofan engine 1, including a fan 2, a gas generator 3, a turbine 4 of a fan 2 and an output device 5, an anti-icing system 6, consisting of a collector 7 for collecting hot air from a high pressure compressor (HPC) of a gas generator 3, a shutter 8, a control device 9 , the electronic control unit 10 controls the regulating device 9, the pipe 11 for supplying hot air from the collector 7 to the regulating device 9, the channel 12 for supplying hot air from the regulating device 9 to the input elements of the fan 2, channel 13 for supplying hot air from the control device 9 to the elements at the inlet of the gas generator 3, the icing sensor 14 installed at the inlet of the engine 1, as well as the sensor 15 for measuring the rotor speed of the fan 2 and the sensor 16 for measuring the rotor speed of the gas generator 3, calculation unit 17 the slip value of the rotors and the block 18 determine the change in the slip value of the rotors with time, connected to the electronic control unit 10 of the control device 9.

Способ управления противообледенительной системой 6 турбореактивного двухконтурного двигателя 1 реализуется следующим образом. В полете при помощи установленного на входе двигателя 1 датчика 14 измеряют наружные параметры условий полета. Датчик 14 регистрирует наличие в атмосферном воздухе вероятных условий для обледенения (низкая температура атмосферного воздуха, наличие переохлажденных капель или кристаллов льда). По изменению наружных параметров условий полета формируют сигналы на открытие заслонки 8 коллектора 7 для отбора горячего воздуха из КВД газогенератора 3 и на датчики 15 и 16. Открытие заслонки 8 коллектора 7 обеспечивает подвод горячего воздуха из КВД газогенератора 3 по трубопроводу 11 в регулирующее устройство 9. С помощью датчиков 15 и 16 измеряют частоту вращения ротора вентилятора 2 (nв) и частоту вращения ротора газогенератора 3 (nгг) соответственно. Сигналы от датчиков 15 и 16 поступают в блок 17 вычисления величины скольжения роторов, где определяют отношение частот вращения и вычисляют величину скольжения роторовThe control method of the anti-icing system 6 of a turbojet bypass engine 1 is implemented as follows. In flight, using the sensor 14 installed at the inlet of the engine 1, the external parameters of the flight conditions are measured. The sensor 14 detects the presence of probable icing conditions in the air (low temperature of the air, the presence of supercooled drops or ice crystals). By changing the external parameters of the flight conditions, they generate signals to open the shutter 8 of the collector 7 for taking hot air from the HPC of the gas generator 3 and to the sensors 15 and 16. Opening the shutter 8 of the collector 7 provides a supply of hot air from the HPC of the gas generator 3 through the pipe 11 to the control device 9. Using sensors 15 and 16 measure the rotational speed of the rotor of the fan 2 (n in ) and the rotational speed of the rotor of the gas generator 3 (n g ), respectively. The signals from the sensors 15 and 16 are received in the block 17 calculating the magnitude of the slip of the rotors, where they determine the ratio of rotational speeds and calculate the slip value of the rotors

nгг/nв.n yy / n in .

Сигнал от блока 17 поступает в блок 18 определения изменения величины скольжения роторов. По изменению величины скольжения роторов во времени судят о характере и месте обледенения. Затем от блока 18 формируют сигнал на электронный блок 10 управления регулирующим устройством 9, которое по соответствующему каналу направляет поток горячего воздуха к определенному месту обледенения.The signal from block 17 enters block 18 determining the change in the amount of slip of the rotors. By changing the magnitude of the slip of the rotors in time, they judge the nature and place of icing. Then, a signal is generated from block 18 to an electronic control unit 10 of a regulating device 9, which directs the flow of hot air to a specific icing place through a corresponding channel.

В зависимости от сигнала блока 10 управления, связанного с изменением величины скольжения роторов, горячий воздух направляется регулирующим устройством 9 в канал 12 подачи горячего воздуха к входным элементам вентилятора 2 или в канал 13 подачи воздуха к элементам на входе в газогенератор 3. Так, при уменьшении величины скольжения роторов блок 10 управления подает регулирующему устройству 9 сигнал на подачу горячего воздуха по каналу 13, а при увеличении - по каналу 12. Таким образом, горячий воздух в необходимом количестве поступает именно к тому элементу конструкции, которое подвержено обледенению при данных условиях работы, обеспечивая тем самым работоспособность двигателя при всех видах обледенения его проточной части.Depending on the signal of the control unit 10 associated with the change in the slip value of the rotors, hot air is directed by the regulating device 9 into the channel 12 for supplying hot air to the input elements of the fan 2 or to the channel 13 for supplying air to the elements at the entrance to the gas generator 3. Thus, when decreasing the magnitude of the slip of the rotors, the control unit 10 gives the control device 9 a signal for supplying hot air through the channel 13, and when increasing, through the channel 12. Thus, the hot air in the required quantity flows precisely to that element design, is susceptible to icing during data operating conditions, thereby providing the engine performance in all types of icing its running part.

Предлагаемый способ управления противообледенительной системой ТРДД в случае обледенения одного из двух возможных мест проточной части двигателя, представляющих входную часть двигателя, включая вентилятор, или входную часть газогенератора, позволяет определить место образования льда и обеспечить подвод к нему горячего воздуха, при отключении подвода горячего воздуха к другим элементам проточного тракта, не подверженным на данном режиме обледенению, уменьшить суммарный отбор воздуха из проточного тракта двигателя и тем самым повысить эффективность его работы.The proposed method of controlling the anti-icing system of the turbofan engine in case of icing of one of the two possible places of the engine flowing part, representing the engine inlet, including the fan, or the gas generator inlet, allows you to determine the ice formation and provide hot air to it when the hot air supply to other elements of the flow path that are not subject to icing in this mode, reduce the total air intake from the engine flow path and thereby increase s efficiency.

Расчетные оценки, проведенные для ТРДД типа ПД-14, показали, что в условиях обледенения при уменьшении величины скольжения роторов горячий воздух следует подавать только на входные элементы газогенератора и не подавать его на входные элементы вентилятора. Это позволит уменьшить отбираемый из КВД расход горячего воздуха приблизительно на 1-1,2%, что, в свою очередь, позволит на режиме крейсерского полета (при сохранении необходимого уровня тяги) повысить экономичность двигателя на 1,2-1,5%, снизить температуру газа перед турбиной приблизительно на 20-25 К, а на максимальном режиме разгона и набора высоты при сохранении на прежнем уровне температуры газа перед турбиной повысить тягу двигателя приблизительно на 2,5-3%.Estimates made for PD-14 type turbofan engines showed that under icing conditions with a decrease in the slip value of the rotors, hot air should be supplied only to the inlet elements of the gas generator and not to be supplied to the inlet elements of the fan. This will reduce the consumption of hot air taken from the HPC by approximately 1-1.2%, which, in turn, will allow to increase engine efficiency by 1.2-1.5%, while maintaining the required level of thrust, to reduce the gas temperature in front of the turbine is approximately 20-25 K, and at the maximum acceleration and climb mode, while maintaining the gas temperature in front of the turbine at the same level, increase engine thrust by approximately 2.5-3%.

При увеличении величины скольжения роторов в условиях обледенения горячий воздух следует подавать только на входные элементы вентилятора и не подавать его на входные элементы газогенератора. Это позволит уменьшить отбираемый из КВД расход горячего воздуха приблизительно на 0,5-0,6%, что, в свою очередь, позволит на режиме крейсерского полета (при сохранении необходимого уровня тяги) повысить экономичность двигателя на 0,6-0,75%, снизить температуру газа перед турбиной приблизительно на 10-12 К, а на максимальном режиме разгона и набора высоты при сохранении на прежнем уровне температуры газа перед турбиной повысить тягу двигателя приблизительно на 1,25-1,5%.With increasing slip of the rotors under icing conditions, hot air should be supplied only to the inlet elements of the fan and not to be supplied to the inlet elements of the gas generator. This will reduce the consumption of hot air taken from the HPC by approximately 0.5-0.6%, which, in turn, will allow to increase engine efficiency by 0.6-0.75% while cruising (while maintaining the necessary level of thrust) , reduce the gas temperature in front of the turbine by approximately 10-12 K, and at the maximum acceleration and climb mode while maintaining the gas temperature in front of the turbine at the same level, increase the engine thrust by approximately 1.25-1.5%.

На фиг. 2-4 для ТРДД типа ПД-14 приведены графики зависимости снижения удельного расхода топлива (δCr) и уровня температуры газа перед турбиной

Figure 00000001
на крейсерском режиме при постоянном уровне тягиIn FIG. Figures 2-4 for PD-14 turbofan engines show graphs of the dependence of the reduction in specific fuel consumption (δCr) and the gas temperature in front of the turbine
Figure 00000001
at cruising mode with a constant level of traction

(R=const)(R = const)

и повышения тяги двигателя (δR) на режимах набора высотыand increase engine thrust (δR) in climb modes

(при условии

Figure 00000002
)(on condition
Figure 00000002
)

от величины снижения расхода (δGотб) отбираемого из проточного тракта компрессора горячего воздуха.the magnitude of the flow loss (δG sel) withdrawn from the flow path of hot air compressor.

Таким образом, техническое решение обеспечивает повышение эффективности работы двигателя путем уменьшения расхода горячего воздуха, отбираемого из проточной части двигателя и используемого противообледенительной системой в конкретном месте обледенения, при безусловном обеспечении работоспособности двигателя при всех видах обледенения его проточной части.Thus, the technical solution provides an increase in engine efficiency by reducing the consumption of hot air taken from the engine duct and used by the de-icing system in a specific icing place, while unconditionally ensuring the engine is operable for all types of icing of its duct part.

Claims (1)

Способ управления противообледенительной системой турбореактивного двухконтурного двигателя, характеризующийся тем, что в полете при помощи установленного на входе двигателя датчика измеряют наружные параметры условий полета, по изменению которых формируют сигналы на открытие заслонки коллектора для отбора горячего воздуха из компрессора высокого давления и на датчики измерения частоты вращения ротора вентилятора и частоты вращения ротора газогенератора, определяют отношение частот вращения и вычисляют величину скольжения роторов, по изменению которой судят о характере и месте обледенения, затем формируют сигнал на электронный блок управления регулирующим устройством, которое по соответствующему каналу направляет поток горячего воздуха к определенному месту обледенения.A control method for the anti-icing system of a turbojet dual-circuit engine, characterized in that in flight, using a sensor installed at the engine inlet, measure the external parameters of the flight conditions, by changing which they generate signals to open the manifold damper to select hot air from the high-pressure compressor and to speed sensors the rotor of the fan and the rotational speed of the rotor of the gas generator, determine the ratio of rotational speeds and calculate the slip value of the rotor s, by the change of which they judge the nature and place of icing, then they generate a signal to the electronic control unit of the regulating device, which directs the flow of hot air to a certain place of icing through the corresponding channel.
RU2019111022A 2019-04-12 2019-04-12 Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine RU2712103C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111022A RU2712103C1 (en) 2019-04-12 2019-04-12 Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111022A RU2712103C1 (en) 2019-04-12 2019-04-12 Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2712103C1 true RU2712103C1 (en) 2020-01-24

Family

ID=69184202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111022A RU2712103C1 (en) 2019-04-12 2019-04-12 Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712103C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116702654A (en) * 2023-06-21 2023-09-05 中国航发沈阳发动机研究所 Anti-icing air entraining optimization method for aeroengine
RU2814576C1 (en) * 2023-05-31 2024-03-01 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Device for combating crystal icing of turbofan engines (tdce)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007340C1 (en) * 1990-07-18 1994-02-15 Авиационный комплекс им.С.В.Ильюшина Anti-icing system of engine nacelle leading edge of aircraft double-flow turbojet engine
RU2473972C1 (en) * 2012-01-17 2013-01-27 Олег Петрович Ильин Signalling device for icing over blades of rotor aggregate
RU2529927C1 (en) * 2010-08-30 2014-10-10 Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. Aircraft de-icing system and aircraft with such system
US20150176490A1 (en) * 2013-08-21 2015-06-25 The Boeing Company Aircraft Engine Anti-Icing (EAI) Barrier Assembly, System and Method
US10017259B2 (en) * 2015-08-13 2018-07-10 Safran Aero Boosters Sa De-icing splitter for an axial turbine engine compressor
EP3444446A1 (en) * 2017-08-14 2019-02-20 General Electric Company Inlet frame for a gas turbine engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007340C1 (en) * 1990-07-18 1994-02-15 Авиационный комплекс им.С.В.Ильюшина Anti-icing system of engine nacelle leading edge of aircraft double-flow turbojet engine
RU2529927C1 (en) * 2010-08-30 2014-10-10 Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. Aircraft de-icing system and aircraft with such system
RU2473972C1 (en) * 2012-01-17 2013-01-27 Олег Петрович Ильин Signalling device for icing over blades of rotor aggregate
US20150176490A1 (en) * 2013-08-21 2015-06-25 The Boeing Company Aircraft Engine Anti-Icing (EAI) Barrier Assembly, System and Method
US10017259B2 (en) * 2015-08-13 2018-07-10 Safran Aero Boosters Sa De-icing splitter for an axial turbine engine compressor
EP3444446A1 (en) * 2017-08-14 2019-02-20 General Electric Company Inlet frame for a gas turbine engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2814576C1 (en) * 2023-05-31 2024-03-01 Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Device for combating crystal icing of turbofan engines (tdce)
CN116702654A (en) * 2023-06-21 2023-09-05 中国航发沈阳发动机研究所 Anti-icing air entraining optimization method for aeroengine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11673678B2 (en) Gas-electric propulsion system for an aircraft
US20110004388A1 (en) Turbofan temperature control with variable area nozzle
JP4293599B2 (en) Internal anti-icing device for turbofan engine
CA2807909C (en) Method for optimizing the operability of an aircraft propulsive unit, and self-contained power unit for implementing same
US10072579B2 (en) Apparatus for discriminating ignition in a gas-turbine aeroengine
JP5356967B2 (en) Aircraft gas turbine engine
CA2783222C (en) Determination process for aircraft air speed and aircraft equipped with implementation means
US10822996B2 (en) Gas turbine engine health determination
RU2712103C1 (en) Control method of anti-icing system of bypass turbofan engine
JP6633961B2 (en) Operating parameter estimation device for aircraft gas turbine engine
US10309249B2 (en) Control apparatus for a gas-turbine aeroengine
RU2476915C2 (en) Method of diagnosing two-stage turbojet with flow mixing
EP3106649A1 (en) Aircraft gas turbine propulsion engine control without aircraft total air temperature sensors
RU2347093C2 (en) Method for control of bypass two-shaft gas turbine engine of airplane and device for its realisation
Li et al. An Experimental Study of the Dynamic Ice Accreting Process over a Rotating Aero-engine Fan Model
Wallner et al. Generalization of turbojet and turbine-propeller engine performance in windmilling condition
RU2310100C2 (en) Method to protect gas-turbine engine from unstable operation of compressor
US11428119B2 (en) Method and system to promote ice shedding from rotor blades of an aircraft engine
Weir Propulsion Prospects
Acker et al. Effects of Inlet Icing on Performance of Axial-Flow Turbojet Engine in Natural Icing Conditions
US2988919A (en) Speed sensing system
Labendik et al. BYPASS TURBOJET OPERATING PERFORMANCE SIMULATION BASED ON SIMILARITY PRINCIPLES
Pinnes A Simple Method of Estimating the Reynolds Number Effects on Aircraft Gas-Turbine Engines Operating at High Altitudes
CN116307402A (en) Comprehensive energy system evaluation method based on flight/transmission cooperative control strategy
Wallner et al. Altitude Investigation of Performance of Turbine-propeller Engine and Its Components

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804