RU2781460C1

RU2781460C1 - Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner

Info

Publication number: RU2781460C1
Application number: RU2022104138A
Authority: RU
Inventors: Юрий Маркович Зеликин; Виктор Владимирович Королев
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-10-12

Abstract

FIELD: aircraft engine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of aircraft engine building. The method for controlling a gas turbine engine with an afterburner consists in the fact that the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the high-pressure compressor, the position of the engine control lever control the fuel flow into the afterburner, while the measured pressure values air in two given sections of the engine, the current value π of the pressure ratio in the given sections is formed, the nominal value π_nom of the pressure ratio in the given sections is formed, the set value π_set of the pressure ratio in the given sections of the engine is equal to π_nom, the set value the current value of π and the deviation value of π from π_set, obtained as a result of comparison, regulate the position of the valves of the critical section of the jet nozzle of the engine, while when each afterburner fuel manifold is put into operation, for the time of its filling, the set value π_set of the pressure ratio is set values in the given sections of the engine equal to the value of the pressure ratio in the given sections of the engine pre-selected for normal conditions for the corresponding fuel manifold FCC.

EFFECT: increasing the reliability of ignition of the afterburner combustion chamber by coordinating the ratio of pressures in the given sections of the engine.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС).The invention relates to the field of aircraft engine building and can be used in electronic-hydromechanical automatic control systems for multi-mode gas turbine engines (GTE) with an afterburner (FCC).

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания, заключающийся в том, что по измеренным значениям давления в двух заданных сечениях двигателя формируют текущее значение отношения давлений в этих сечениях, которое сравнивают с заданным значением, и по величине отклонения, полученного в результате сравнения, формируют заданное значение положения распределительного золотника, управляющего гидроцилиндрами, регулирующими положение створок критического сечения реактивного сопла двигателя, на переходных режимах работы газотурбинного двигателя заданное значение отношения давлений в заданных сечениях двигателя формируют в зависимости от приведенной частоты вращения ротора компрессора низкого давления и корректируют в зависимости от ускорения ротора компрессора высокого давления, а на установившихся режимах работы газотурбинного двигателя заданное значение отношения давлений в заданных сечениях двигателя формируют в зависимости от температуры воздуха на входе в двигатель (RU 2652267 С2, F02C 9/28,2016).Closest to the claimed invention in terms of technical essence and achieved technical result is a method for controlling a gas turbine engine with an afterburner, which consists in the fact that according to the measured pressure values in two given sections of the engine, the current value of the pressure ratio in these sections is formed, which is compared with a given value , and according to the magnitude of the deviation obtained as a result of the comparison, the predetermined value of the position of the distribution spool that controls the hydraulic cylinders that regulate the position of the wings of the critical section of the jet nozzle of the engine is formed, in transient modes of operation of the gas turbine engine, the predetermined value of the pressure ratio in the given sections of the engine is formed depending on the reduced frequency rotation of the rotor of the low-pressure compressor and corrected depending on the acceleration of the rotor of the high-pressure compressor, and at steady-state operating modes of the gas turbine engine, the set value from pressure bearings in the given sections of the engine are formed depending on the air temperature at the engine inlet (RU 2652267 C2, F02C 9/28.2016).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что в многоколлекторной схеме подачи топлива при включении в работу каждого топливного коллектора ФКС топливо воспламеняется мгновенно, данное воздействие (возмущение) не может быть полностью скомпенсировано системой управления вследствие ее ограниченного быстродействия, данное возмущение может приводить к помпажу компрессора низкого давления.As a result of the analysis of the known method, it should be noted that in the multi-collector fuel supply scheme, when each FCS fuel manifold is turned on, the fuel ignites instantly, this effect (disturbance) cannot be fully compensated by the control system due to its limited speed, this disturbance can lead to compressor surge low pressure.

По мере снижения давления газа в форсажной камере сгорания условия для ее розжига ухудшаются, что приводит к необходимости увеличивать расход топлива через пусковой коллектор, что повышает относительное возмущение при его воспламенении и вероятность возникновения помпажа компрессора.As the gas pressure in the afterburner decreases, the conditions for its ignition worsen, which leads to the need to increase the fuel flow through the start manifold, which increases the relative disturbance during its ignition and the likelihood of compressor surge.

Таким образом, использование единого закона управления критическим сечением реактивного сопла на форсированных режимах работы ГТД не может обеспечить устойчивую работу двигателя на форсированных режимах во всей области его эксплуатации. При использовании единого закона управления приходится ограничивать область запуска форсажной камеры сгорания или выбирать закон, который обеспечивает необходимые запасы газодинамической устойчивости (ГДУ) во всей области эксплуатации, что приводит к снижению удельных характеристик двигателя при высоких давлениях в камере сгорания.Thus, the use of a single control law for the critical section of the jet nozzle in forced operation modes of the gas turbine engine cannot ensure stable operation of the engine in forced modes in the entire area of its operation. When using a single control law, it is necessary to limit the launch area of the afterburner combustion chamber or choose a law that provides the necessary gas-dynamic stability margins (GDU) in the entire operation area, which leads to a decrease in the specific characteristics of the engine at high pressures in the combustion chamber.

Для исключения данных факторов и обеспечения устойчивой работы ГТД при включении каждого топливного коллектора ФКС необходимо заранее увеличивать запас ГДУ компрессоров за счет увеличения площади критического сечения реактивного сопла.To eliminate these factors and ensure stable operation of the gas turbine engine when each FCS fuel manifold is turned on, it is necessary to increase in advance the reserve of compressors by increasing the area of the critical section of the jet nozzle.

Задачей изобретения является расширение области включения форсированных режимов работы двигателя.The objective of the invention is to expand the scope of inclusion of forced modes of operation of the engine.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности розжига форсажной камеры сгорания за счет согласования отношения давлений в заданных сечениях двигателя.The technical result of the present invention is to increase the reliability of ignition of the afterburner combustion chamber by coordinating the ratio of pressures in the given sections of the engine.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания, оснащенной по меньшей мере двумя топливными коллекторами, по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению Р_к воздуха за компрессором высокого давления, положению рычага управления двигателем управляют расходом топлива в форсажную камеру сгорания, при этом по измеренным значениям давления воздуха в двух заданных сечениях двигателя формируют текущее значение π отношения давлений в заданных сечениях, формируют номинальное значение π_ном отношения давлений в заданных сечениях, устанавливают заданное значение π_зад отношения давлений в заданных сечениях двигателя равным π_ном, сравнивают заданное значение π_зад отношения давлений с текущим значением π и по величине отклонения π от π_зад, полученного в результате сравнения, регулируют положение створок критического сечения реактивного сопла двигателя, при включении в работу каждого топливного коллектора ФКС на время его заполнения устанавливают заданное значение π_зад отношения давлений в заданных сечениях двигателя равным предварительно выбранному для нормальных условий для соответствующего топливного коллектора ФКС значению π_фк отношения давлений в заданных сечениях двигателя.The claimed technical result is achieved by the fact that in the method of controlling a gas turbine engine with an afterburner, equipped with at least two fuel manifolds, the fuel consumption is controlled by the measured air temperature at the engine inlet, pressure P _{to the} air behind the high-pressure compressor, the position of the engine control lever into the afterburner, at the same time, according to the measured values of air pressure in two given sections of the engine, the current value π of the pressure ratio in the given sections is formed, the nominal value π of the nominal pressure ratio in the given sections is formed, the set value _πset of the _pressure ratio in the given sections of the engine is set equal to π _nom , compare the set value π _ass pressure ratio with the current value π and by the magnitude of the deviation of π from π _ass obtained as a result of the comparison, adjust the position of the valves of the critical section of the jet nozzle of the engine, with the inclusion of each fuel to of the FCC collector, for the time of its filling, set the set value π set of the pressure ratio in the given sections of the engine equal to the value _π _fc of the pressure ratio in the given sections of the engine pre-selected for normal conditions for the corresponding fuel manifold of the FCC.

Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение.Significant signs may develop and continue.

Дополнительно определяют отношение комплекса параметров G_Тфк/Р_к каждого топливного коллектора ФКС при нормальных условиях к значению комплекса параметров при текущих условиях работы двигателя, где:Additionally, the ratio of the set of parameters G _Tfc /R _to each FCS fuel manifold under normal conditions to the value of the set of parameters under current engine operating conditions is determined, where:

G_Тфк - расход топлива в соответствующий коллектор,G _Tfc - fuel consumption in the corresponding manifold,

Р_к - давление воздуха за компрессором высокого давления;P _to - air pressure behind the high pressure compressor;

и пропорционально указанному отношению комплекса повышают предварительно выбранное для нормальных условий для соответствующего топливного коллектора ФКС значениеπ_фк.and in proportion to the indicated ratio of the complex, the value of π fc previously selected for normal conditions for the corresponding fuel manifold FCC is _increased .

Установленное при включении в работу каждого из топливных коллекторов ФКС значение отношения давлений в заданных сечениях двигателя ограничивают снизу сформированным номинальным значением π_ном.The value of the pressure ratio in the given sections of the engine, set at the start of operation of each of the FCC fuel manifolds, is limited from below by the generated nominal value π _nom .

Далее рассматривается ГТД с ФКС, оснащенной двумя топливными коллекторами, однако ФКС может быть оснащена более чем двумя топливными коллекторами без изменения сущности заявленного изобретения.Next, a gas turbine engine with a FCC equipped with two fuel manifolds is considered, however, the FCC can be equipped with more than two fuel manifolds without changing the essence of the claimed invention.

Заявленное изобретение поясняется следующим подробным описанием его осуществления со ссылкой на фигуру, на которой представлена схема системы управления ГТД.The claimed invention is explained by the following detailed description of its implementation with reference to the figure, which shows a diagram of the GTE control system.

Система управления для реализации заявленного способа содержит блок 1 датчиков измерения параметров работы ГТД 2, а именно: температуры Т_вх на входе в двигатель, давления воздуха в двух заданных сечениях двигателя и положения РУД (α_РУД) (РУД на схеме не показан).The control system for implementing the claimed method contains a block 1 of sensors for measuring the operation parameters of the gas turbine engine 2, namely: temperature _Tin at the engine inlet, air pressure in two given sections of the engine and the position of the throttle (α _throttle ) (the throttle is not shown in the diagram).

Сечения двигателя задаются исходя из способа решения задачи управления - обеспечения заданного режима работы компрессоров двигателя при изменении расхода топлива в форсажную камеру сгорания. Далее рассматривается решение задачи путем регулирования степени расширения газов на турбине, в этом случае блок 1 датчиков измеряет давление Р_к за компрессором высокого давления и давление Р_т за турбиной. В случае решения задачи путем поддержания степени сжатия компрессора низкого давления блок 1 датчиков измеряет давление на входе в двигатель и давление за компрессором низкого давления.The engine cross-sections are set based on the method of solving the control problem - ensuring the specified mode of operation of the engine compressors when the fuel consumption in the afterburner changes. Next, the solution of the problem is considered by controlling the degree of expansion of gases in the turbine, in this case, the sensor unit 1 measures the pressure P _k behind the high-pressure compressor and the pressure P _t behind the turbine. In the case of solving the problem by maintaining the compression ratio of the low-pressure compressor, the sensor unit 1 measures the pressure at the inlet to the engine and the pressure behind the low-pressure compressor.

Система содержит задатчик 3 для формирования номинального значения π_ном отношения давлений в выбранных сечениях двигателя в зависимости от температуры на входе в двигатель:The system contains a setter 3 for generating the nominal value π _nom of the pressure ratio in the selected sections of the engine depending on the temperature at the engine inlet:

К входу задатчика 3 подключен выход датчика температуры Т_вх на входе в двигатель блока 1 (для облегчения чтения схемы подключения датчиков показаны условно).The output of the temperature sensor _Tin at the engine inlet of block 1 is connected to the input of the setter 3 (for easier reading, the connection diagrams of the sensors are shown conditionally).

Система содержит задатчики 4 и 5 для установки значения π_фк в процессе заполнения коллекторов ФКС (π_фк1, π_фк2). Число задатчиков выбирается равным количеству коллекторов ФКС.The system contains setters 4 and 5 for setting the value of π _fc in the process of filling the FCC collectors (π _fc1, π _fc2 ). The number of setters is chosen equal to the number of FCC collectors.

Система содержит задатчик 6 расхода G_Тфк топлива в коллекторы ФКС (G_Tфк1, G_Tфк2). К входам задатчика 6 подключены выходы датчиков положения РУД (α_РУД), температуры Т_вх, давления Р_к за компрессором высокого давления.The system contains the generator 6 consumption G _Tfc fuel in the collectors FCC (G _Tfc1, G _Tfc2 ). To the inputs of the master 6 is connected to the outputs of sensors of the position of the throttle (α _throttle ), temperature T _in , pressure P _to the high-pressure compressor.

Задатчик 6 реализует следующие известные зависимости:Setter 6 implements the following well-known dependencies:

На первом выходе задатчика 6 формируется расход G_Tфк1 топлива в первый коллектор ФКС, на втором - расход G_Tфк2 топлива во второй коллектор. Выходы задатчика 6 подключены к первому и второму коллекторам ФКС (на схеме не показаны) ГТД 2 соответственно.At the first output of the master 6, the flow G _Tfc1 of fuel into the first FCC manifold is formed, at the second - the flow rate G _Tfc2 of fuel into the second collector. The outputs of the master 6 are connected to the first and second collectors of the FCC (not shown in the diagram) GTE 2, respectively.

Система содержит управляемый селектор 7, к входам которого подключены: к первому входу - выход задатчика 3, ко второму входу -выход задатчика 4, к третьему входу - выход задатчика 5.The system contains a controlled selector 7, to the inputs of which are connected: to the first input - the output of the master 3, to the second input - the output of the master 4, to the third input - the output of the master 5.

Система содержит одновибраторы 8 и 9, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам задатчика 6. Выход одновибратора 8 подключен к первому управляющему входу селектора 7, а выход одновибратора 9 - ко второму управляющему входу селектора 7.The system contains single vibrators 8 and 9, the inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the master 6. The output of the single vibrator 8 is connected to the first control input of the selector 7, and the output of the single vibrator 9 is connected to the second control input of the selector 7.

Система содержит делитель 10, к входам которого подключены датчики давления воздуха в выбранных сечениях двигателя: за компрессором (Р_к) и турбиной (Р_т), таким образом, что выходным сигналом делителя 10 является отношение, равное степени 71 т расширения газа на турбине:The system contains a divider 10, to the inputs of which air pressure sensors are connected in the selected sections of the engine: behind the compressor (P _c ) and the turbine (P _t ), so that the output signal of the divider 10 is a ratio equal to the degree of 71 t of gas expansion on the turbine:

Выход селектора 7 подключен к первому входу сумматора 11, ко второму (инвертирующему) входу которого подключен выход делителя 10.The output of the selector 7 is connected to the first input of the adder 11, to the second (inverting) input of which the output of the divider 10 is connected.

Выход сумматора 11 подключен к последовательно соединенным регулятору 12 заданной степени расширения газа на турбинах и приводу 13 створок реактивного сопла ГТД 2.The output of the adder 11 is connected in series to the controller 12 of the given degree of gas expansion on the turbines and the drive 13 of the shutters of the jet nozzle of the gas turbine engine 2.

Для реализации изобретения по п. 2 формулы система дополнительно оснащена задатчиком 14 постоянных значений отношений комплексов параметров G_Tфк1/P_к (на своем первом выходе) и G_Tфк2/Р_к (на своем втором выходе) при нормальных условиях, делителями 15, 16, 17, 18 и корректорами 19 и 20.To implement the invention according to claim 2 of the formula, the system is additionally equipped with a setter 14 constant values of the ratios of the parameter complexes G _Tfk1 /P _to (at its first output) and G _Tfk2 /P _to (at its second output) under normal conditions, divisors 15, 16, 17, 18 and correctors 19 and 20.

При этом к первому входу делителя 15 подключен первый выход задатчика 6, ко второму входу делителя 15 - выход датчика давления Р_к воздуха за компрессором. Выход делителя 15 подключен к первому входу делителя 16, ко второму входу которого подключен первый выход задатчика 14. Выход делителя 16 подключен к второму входу корректора 19. Корректор 19 установлен между задатчиком 4 и селектором 7: к первому входу корректора 19 подключается выход задатчика 4, а выход корректора 19 подключается к второму входу селектора 7 вместо задатчика 4.At the same time, the first output of the master 6 is connected to the first input of the divider 15, and the output of the pressure sensor P _{to the} air after the compressor is connected to the second input of the divider 15. The output of the divider 15 is connected to the first input of the divider 16, to the second input of which the first output of the master 14 is connected. The output of the divider 16 is connected to the second input of the corrector 19. The corrector 19 is installed between the master 4 and the selector 7: the output of the master 4 is connected to the first input of the corrector 19, and the output of the corrector 19 is connected to the second input of the selector 7 instead of the master 4.

К первому входу делителя 17 подключен второй выход задатчика 6, ко второму входу делителя 17 - выход датчика давления воздуха за компрессором. Выход делителя 17 подключен к первому входу делителя 18, ко второму входу которого подключен второй выход задатчика 14. Выход делителя 18 подключен ко второму входу корректора 20. Корректор 20 должен быть установлен между задатчиком 5 и селектором 7: к первому входу корректора 20 подключается выход задатчика 5, а выход корректора 20 подключается к третьему входу селектора 7 вместо задатчика 5.The second output of the master 6 is connected to the first input of the divider 17, and the output of the air pressure sensor downstream of the compressor is connected to the second input of the divider 17. The output of the divider 17 is connected to the first input of the divider 18, to the second input of which the second output of the master 14 is connected. The output of the divider 18 is connected to the second input of the corrector 20. The corrector 20 must be installed between the master 5 and the selector 7: the output of the master is connected to the first input of the corrector 20 5, and the output of the corrector 20 is connected to the third input of the selector 7 instead of the master 5.

Для реализации изобретения по п. 3 формулы система дополнительно оснащена селектором 21 максимального уровня, при этом селектор 21 включен между селектором 7 и сумматором 11: выход селектора 21 подключается к первому входу сумматора 11 вместо селектора 7, к первому входу селектора 21 подключается выход селектора 7, а к второму входу селектора 21 дополнительно подключается выход задатчика 3.To implement the invention according to claim 3 of the formula, the system is additionally equipped with a maximum level selector 21, while the selector 21 is connected between the selector 7 and the adder 11: the output of the selector 21 is connected to the first input of the adder 11 instead of the selector 7, the output of the selector 7 is connected to the first input of the selector 21 , and the output of the master 3 is additionally connected to the second input of the selector 21.

Система для реализации заявленного способа может быть скомпонована из известных блоков и элементов.The system for implementing the claimed method can be composed of known blocks and elements.

В качестве датчиков могут быть использованы стандартные датчики контроля параметров работы ГТД 2, например, терморезистивные датчики температуры, резистивные датчики давлений, стандартные линейные дифференциальные трансформаторы для измерения линейных или угловых перемещений.As sensors, standard sensors for monitoring the parameters of GTE 2 operation can be used, for example, thermoresistive temperature sensors, resistive pressure sensors, standard linear differential transformers for measuring linear or angular displacements.

Задатчики 4 и 5 являются стандартными задатчиками постоянного сигнала. Численное значение задатчиков 4 и 5 выбирается из условия обеспечения запасов ГДУ компрессоров двигателя при воспламенении топлива в момент окончания заполнения коллекторов ФКС при нормальных условиях работы ГТД. Например, если π_ном при нормальных условиях составляет 6 единиц, а воспламенение расхода топлива, поданного через первый коллектор приводит к снижению величины параметра π_т на 0.1, то уровень задатчика 4 целесообразно настроить на величину π_фк1, равную 6.1.Setpoints 4 and 5 are standard constant signal setpoints. The numerical value of the setters 4 and 5 is selected from the condition of ensuring the reserves of the GDU of the engine compressors when the fuel is ignited at the moment when the FCC collectors are filled under normal conditions of the GTE. For example, if π _nom under normal conditions is 6 units, and the ignition of the fuel flow supplied through the first manifold leads to a decrease in the value of the parameter π _t by 0.1, then it is advisable to set the level of the setter 4 to the value π _fc1 equal to 6.1.

Аналогично выбирается численное значение для задатчика 5.Similarly, a numerical value is selected for the generator 5.

Управляемый селектор 7 выбирается таким образом, что при подаче на его первый управляющий вход сигнала логической единицы он подключает к своему выходу сигнал со второго входа, при подаче на второй управляющий вход селектора 7 сигнала логической единицы он подключает к своему выходу сигнал с третьего входа, при любом ином состоянии сигналов на управляющих входах к выходу селектора 7 подключен сигнал с его первого входа.The controlled selector 7 is selected in such a way that when a logical unit signal is applied to its first control input, it connects the signal from the second input to its output, when a logical unit signal is applied to the second control input of the selector 7, it connects the signal from the third input to its output, with in any other state of the signals at the control inputs, the signal from its first input is connected to the output of the selector 7.

Одновибраторы 8 и 9 являются стандартными. Время импульса одновибраторов выбирается равным времени заполнения первого и второго коллекторов соответственно.Single vibrators 8 and 9 are standard. The single vibrator pulse time is chosen equal to the filling time of the first and second collectors, respectively.

В качестве регулятора 12 может быть использован стандартный ПИД-регулятор.As controller 12, a standard PID controller can be used.

В качестве привода 13 створок критического сечения реактивного сопла может быть использован известный привод с воздействием на распределительный золотник, задающий скорость перемещения гидроцилиндров створок реактивного сопла.As a drive 13 valves of the critical section of the jet nozzle can be used known drive with the impact on the control valve, which sets the speed of movement of the hydraulic cylinders of the valves of the jet nozzle.

Используемые в системе задатчики, делители, сумматор и селектор максимального уровня являются стандартными.The setters, dividers, adder and maximum level selector used in the system are standard.

Задатчик 14 является стандартным и формирует на своих выходах постоянные сигналы, численно равные отношению расходов топлива в первый и второй коллекторы к давлению за компрессором высокого давления при нормальных условиях.The setpoint 14 is standard and generates constant signals at its outputs, numerically equal to the ratio of fuel consumption in the first and second manifolds to the pressure downstream of the high pressure compressor under normal conditions.

Корректоры 19 и 20 являются устройствами реализации произвольных функциональных зависимостей и могут реализовывать зависимости вида:Correctors 19 and 20 are devices for implementing arbitrary functional dependencies and can implement dependencies of the form:

где:where:

U1 - сигнал на первом входе корректора: сигнал задатчика 4 для корректора 19 или сигнал задатчика 5 для корректора 20;U1 - signal at the first input of the corrector: the signal of the master 4 for the corrector 19 or the signal of the master 5 for the corrector 20;

U2 - сигнал на втором входе корректора: сигнал делителя 16 для корректора 19 или сигнал делителя 18 для корректора 20;U2 - signal at the second input of the corrector: the divider signal 16 for the corrector 19 or the divider signal 18 for the corrector 20;

А - величина коррекции заданного отношения π_фк (π_фк1, π_фк2), выбирается для обеспечения запасов ГДУ при увеличении относительного расхода топлива в коллекторы ФКС в высотных условиях. Например, при воспламенении расхода топлива при нормальных условиях в первом коллекторе ФКС снижение параметра π_фк составляет 0.1, а при увеличении расхода топлива в два раза снижение составит уже 0.2, следовательно параметр А должен быть выбран равным 0.1.A - the value of the correction of the given ratio π _fc (π _fc1, π _fc2 ), is selected to ensure the reserves of the GDU with an increase in the relative fuel consumption in the FCS collectors in high-altitude conditions. For example, when igniting the fuel consumption under normal conditions in the first FCC collector, the decrease in the parameter π _fc is 0.1, and when the fuel consumption is doubled, the decrease will be already 0.2, therefore, the parameter A should be chosen equal to 0.1.

Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания осуществляется следующим образом.The control method for a gas turbine engine with an afterburner is as follows.

Режим работы ГТД 2 задается РУД.The mode of operation of the GTE 2 is set by the throttle.

На всех режимах работы ГТД 2 задатчик 3 по известной зависимости (1) формирует номинальное значение π_ном отношения давлений в заданных сечениях двигателя, например, степени расширения газа на турбинах.In all operating modes of the gas turbine engine 2, the generator 3, according to the known dependence (1), generates the nominal value π _nom of the pressure ratio in the given sections of the engine, for example, the degree of gas expansion in turbines.

Выходным значением селектора 7 является заданное значение π_зад.The output value of the selector 7 is the specified value π _set .

При нахождении РУД вне форсажной области, задатчиком 6 формируются нулевые расходы в первый и второй коллекторы ФКС. При этом одновибраторы 8 и 9 не срабатывают, и на выход селектора 7 подается значение с выхода задатчика 3 - заданного номинального значения π_ном.When the thruster is outside the afterburner area, the master 6 generates zero flow rates in the first and second collectors of the FCC. In this case, single vibrators 8 and 9 do not work, and the output of the selector 7 is supplied with the value from the output of the generator 3 - the specified nominal value π _nom .

Делитель 10 формирует текущее значение π отношения давлений. Сумматором 11 формируется отклонение значения π от заданного задатчиком 3 значения π_зад. Регулятор 12 в соответствии с сигналом сумматора 11 формирует сигнал управления на привод 13 створок реактивного сопла, что приводит к перемещению створок, изменению площади критического сечения реактивного сопла и параметра п. The divider 10 forms the current value π of the pressure ratio. The adder 11 is formed by the deviation of the value of π from the value set by the generator 3 π _set . The controller 12, in accordance with the signal of the adder 11, generates a control signal to the actuator 13 of the jet nozzle flaps, which leads to the movement of the flaps, a change in the area of the critical section of the jet nozzle and the parameter n.

При переводе РУД в форсажную область (50% степени форсирования) задатчик 6 формирует сигнал расхода G_Tфк1 топлива для дозирования через первый коллектор ФКС. При этом происходит срабатывание одновибратора 8, и к выходу селектора 7 оказывается подключен сигнал с его второго входа - заданное значение π для режима розжига первого коллектора ФКС:When the throttle is switched to the afterburning region (50% of the forcing degree), the master 6 generates a fuel consumption signal G _Tfc1 for dosing through the first FCC manifold. In this case, the one-shot 8 is triggered, and the signal from its second input is connected to the output of the selector 7 - the set value π for the ignition mode of the first FCC collector:

Регулятор 12 формирует сигнал управления для поддержания этого заданного значения. При этом длительность импульса одновибратора 8 выбрана таким образом, что она совпадает со временем заполнения коллектора, и воспламенение топлива, подаваемого через коллектор, приходится на момент, когда регулятор 12 поддерживает заданный задатчиком 4 уровень π_фк1. После окончания импульса одновибратора 8 селектор 7 переключается в исходное состояние - к выходу селектора 7 подключается сигнал с его первого входа - от задатчика 3, и регулятор 12 продолжает поддерживать номинальное заданное значение параметра π_ном.The controller 12 generates a control signal to maintain this setpoint. In this case, the pulse duration of the single vibrator 8 is chosen in such a way that it coincides with the filling time of the collector, and the ignition of the fuel supplied through the collector occurs at the moment when the regulator 12 maintains the level π _{fc1 specified} by the generator 4. After the end of the pulse of the one-shot 8, the selector 7 switches to its original state - the signal from its first input - from the master 3 - is connected to the output of the selector 7, and the controller 12 continues to maintain the nominal set value of the parameter π _nom .

При переводе РУД на режим полного форсирования топливо начинает подаваться через второй коллектор ФКС, при этом срабатывает одновибратор 9, селектор 7 подключает к своему выходу сигнал своего третьего входа, а регулятор 12 начинает поддерживать заданное для режима включения второго коллектора значение π_зад:When the thruster is switched to the full boost mode, fuel begins to be supplied through the second collector of the FCC, while the single vibrator 9 is triggered, the selector 7 connects the signal of its third input to its output, and the regulator 12 begins to maintain the value π set specified for the switching on mode of the second _collector :

После воспламенения топлива, поданного через второй коллектор ФКС, и окончания импульса одновибратора 9 система перейдет в состояние поддержания номинального значения параметра π_ном.After the ignition of the fuel supplied through the second collector of the FCC, and the end of the pulse of the one-shot 9, the system will go into the state of maintaining the nominal value of the parameter π _nom .

Таким образом, заявленный способ позволяет независимо настраивать заданную степень расширения газа на турбине для установившихся режимов работы ФКС и режимов, при которых осуществляется включение коллекторов ФКС, обеспечивая различные требования к режимам: полноты сгорания, тяговым характеристикам двигателя и запасам ГДУ компрессоров.Thus, the claimed method allows you to independently adjust the specified degree of gas expansion in the turbine for the steady-state operating modes of the FCS and the modes in which the FCS collectors are turned on, providing different requirements for the modes: combustion efficiency, engine traction characteristics, and reserves of the GDU compressors.

Стоит отметить, что, например, при отклонении условий работы двигателя от нормальных для обеспечения устойчивого запуска ФКС и воспламенения топлива в коллекторах расход через них может быть увеличен (до +50%). При этом выбранного для нормальных условий уровня π_зад для режима запуска коллекторов (π_фк1, π_фк2) окажется недостаточно для парирования возмущения по газовоздушному тракту в момент воспламенения топлива, что приведет к помпажу двигателя.It should be noted that, for example, if the engine operating conditions deviate from normal to ensure a stable start of the FCC and ignition of the fuel in the manifolds, the flow through them can be increased (up to + 50%). At the same time, the level π _set selected for normal conditions for the collector start-up mode (π _fc1, π _fc2 ) will not be enough to parry the disturbance in the gas-air path at the moment of fuel ignition, which will lead to engine surge.

Для исключения данного фактора настоящий способ может быть дополнен для его осуществления согласно п. 2 формулы изобретения.To eliminate this factor, the present method can be supplemented for its implementation according to paragraph 2 of the claims.

В этом случае способ осуществляется аналогично описанному выше, но на второй вход селектора 7 для первого коллектора ФКС и на третий вход селектора 7 для второго коллектора ФКС подается скорректированное соответственно корректорами 19 и 20 значение параметра π_зад.In this case, the method is carried out similarly to that described above, but the second input of the selector 7 for the first FCC collector and the third input of the selector 7 for the second FCC collector are supplied with the value of the parameter π set, adjusted respectively by the _correctors 19 and 20 .

Рассмотрим осуществление способа при включении в работу первого коллектора (для второго коллектора способ осуществляется аналогично).Consider the implementation of the method when the first collector is switched on (for the second collector, the method is carried out similarly).

Относительное возмущение в газовоздушном тракте определяет расход топлива, отнесенный к расходу воздуха. В достаточной степени можно оперировать отношением расхода топлива к давлению воздуха за компрессором. Так, при увеличении отношения комплекса параметров G_Tфк/Р_к в два раза относительно того же комплекса параметров, рассчитанного при нормальных условиях работы двигателя, возмущение по газовоздушному тракту и величина изменения л возрастают в два раза.The relative perturbation in the gas-air path determines the fuel consumption related to the air consumption. To a sufficient extent, it is possible to operate with the ratio of fuel consumption to air pressure behind the compressor. So, with an increase in the ratio of the set of parameters G _Tfc / P _{k by} a factor of two relative to the same set of parameters calculated under normal engine operating conditions, the disturbance in the gas-air path and the magnitude of the change l increase by a factor of two.

Например, на установившемся режиме работы величина π_т равна 8. В момент воспламенения топлива величина π_т снижается до 7,8, т.е. на 0.2 (при 10 нормальных условиях). Если расход топлива увеличить в 2 раза, а расход воздуха через двигатель не изменяется, то π_т снижается на 0.4, т.е. до 7,6.For example, in the steady state operation, the value of π _t is equal to 8. At the moment of ignition of the fuel, the value of π _t decreases to 7.8, i.e. by 0.2 (at 10 normal conditions). If the fuel consumption is increased by 2 times, and the air flow through the engine does not change, then π _t decreases by 0.4, i.e. up to 7.6.

Способ обеспечивает коррекцию согласно отношению комплексов параметров G_Tфк/Р_к при текущих условиях работы (формируется на делителях 15 и 17 для первого и второго коллекторов соответственно) и при нормальных условиях (формируется задатчиком 14). Так, если текущее отношение G_Tфк1/Р_к равно, например, 1.6%/(кгс/см²), а значение при нормальных условиях равно 1.15%/(кгс/см²), то на вход корректора 19 поступит сигнал, равный:The method provides correction according to the ratio of the complexes of parameters G _Tfc /R _to under current operating conditions (formed on dividers 15 and 17 for the first and second collectors, respectively) and under normal conditions (formed by the generator 14). So, if the current ratio G _Tfc1 /R _to is, for example, 1.6%/(kgf/cm ² ), and the value under normal conditions is 1.15%/(kgf/cm ² ), then the input of the corrector 19 will receive a signal equal to:

что соответствует увеличению возмущения в газовоздушном тракте относительно нормальных условий примерно в 1.4 раза. Ранее было указано, что снижение величины π при воспламенении топлива, поданного через первый коллектор, при нормальных условиях составляет 0.1, следовательно при текущих условиях снижение составит 0.14.which corresponds to an increase in perturbation in the gas-air path relative to normal conditions by about 1.4 times. It was previously stated that the decrease in the value of π upon ignition of the fuel supplied through the first manifold under normal conditions is 0.1, therefore, under current conditions, the decrease will be 0.14.

При этом согласно настройке корректора 19, величина А составляет 0.1, а выходное значение корректора 19 составит:In this case, according to the setting of the corrector 19, the value of A is 0.1, and the output value of the corrector 19 will be:

что превышает уровень π_ном на 0.14.which exceeds the level π _nom by 0.14.

Таким образом, способ позволяет не допустить снижения я ниже заданного номинального значения при вспышке топлива и обеспечить запасы газодинамической устойчивости компрессоров.Thus, the method makes it possible to prevent a decrease in i below a predetermined nominal value during a fuel flash and to ensure the reserves of gas-dynamic stability of compressors.

Следует также отметить, что при изменении температуры на входе в двигатель зависимость (1) приводит к увеличению заданной степени расширения газа на турбинах с ростом температуры, запасы газодинамической устойчивости растут и дополнительное их увеличение в момент включения коллекторов ФКС уже не требуется, более того увеличение я может привести к ухудшению условий горения топлива в ФКС.It should also be noted that when the temperature at the engine inlet changes, dependence (1) leads to an increase in the specified degree of gas expansion in the turbines with increasing temperature, the gas-dynamic stability margins increase and their additional increase at the moment the FCC collectors are turned on is no longer required, moreover, an increase in may lead to deterioration of fuel combustion conditions in the FCS.

Для учета этого фактора система может быть дополнена селектором максимального уровня 21 для осуществления способа по п. 3 настоящей формулы. При этом выходное значение π_зад селектора 7 будет ограничено снизу значением 7 π_ном. Таким образом, если π_фк1 (или π_фк2) численно больше, чем π_ном, то на вход регулятора поступит значение π_фк1, что приведет к увеличению площади критического сечения реактивного сопла и запасов ГДУ, в обратном случае - значение π_зад останется на уровне π_ном, что и так соответствует высоким запасам ГДУ, и увеличивать их не требуется.To take this factor into account, the system can be supplemented with a maximum level selector 21 for implementing the method according to claim 3 of this formula. In this case, the output value π _set of the selector 7 will be limited from below by the value 7 π _nom . Thus, if π _fc1 (or π _fc2 ) is numerically greater than π _nom , then the controller input will receive the value π _fc1 , which will lead to an increase in the area of the critical section of the jet nozzle and GDU reserves, otherwise, the value of π _ass will remain at the level π _nom , which already corresponds to high GDU reserves, and it is not required to increase them.

Предлагаемый способ управления позволяет обеспечить устойчивую работу ГТД на форсированных режимах работы во всей области эксплуатации двигателя и расширить диапазон высот, в котором возможен розжиг форсажной камеры сгорания.The proposed control method makes it possible to ensure stable operation of the gas turbine engine in forced operating modes in the entire area of engine operation and to expand the range of heights in which ignition of the afterburner combustion chamber is possible.

Claims

1. A method for controlling a gas turbine engine with an afterburner (FCC) equipped with at least two fuel manifolds, which consists in the fact that according to the measured air temperature at the engine inlet, pressure P _{to the} air after the high pressure compressor, the position of the engine control lever is controlled fuel consumption in the afterburner, at the same time, according to the measured values of air pressure in two given sections of the engine, the current value π of the pressure ratio in the given sections is formed, the nominal value π of the _nominal pressure ratio in the given sections is formed, the preset value π of the _pressure ratio in the given sections is set of the engine equal to π _nom , compare the set value π _set of the pressure ratio with the current value of π and by the deviation π from _π set obtained as a result of the comparison, adjust the position of the wings of the critical section of the jet nozzle of the engine, characterized in that when each fuel pump is turned on of the FCC collector, for the time of its filling, set the set value π set of the pressure ratio in the given sections of the engine equal to the value _π _fc of the pressure ratio in the given sections of the engine pre-selected for normal conditions for the corresponding fuel manifold of the FCC.

2. The control method according to claim 1, characterized in that the ratio of the set of parameters G _Tfc /P _to each FCC fuel manifold under normal conditions to the value of the set of parameters under current engine operating conditions is additionally determined, where:

G _Tfc - fuel consumption in the corresponding manifold,

P _to - air pressure behind the high pressure compressor;

and in proportion to the specified ratio of the complex increase the value of π _fc previously selected for normal conditions for the corresponding fuel manifold FCC.

3. The control method according to claim 1, characterized in that the value of the pressure ratio in the specified sections of the engine, set when each of the FCC fuel manifolds is put into operation, is limited from below by the generated nominal value π _nom .