RU2786965C1 - Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner - Google Patents
Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786965C1 RU2786965C1 RU2022104141A RU2022104141A RU2786965C1 RU 2786965 C1 RU2786965 C1 RU 2786965C1 RU 2022104141 A RU2022104141 A RU 2022104141A RU 2022104141 A RU2022104141 A RU 2022104141A RU 2786965 C1 RU2786965 C1 RU 2786965C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- afterburner
- ignition
- flow rate
- fuel
- combustion chamber
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 241000658540 Ora Species 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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 (ФК).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 (FC).
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания, включающий управление расходом топлива в форсажную камеру сгорания по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель, давлению воздуха за компрессором, положению рычага управления двигателем, управление гидроцилиндрами привода створок реактивного сопла по измеренным перепаду давлений газа на турбине двигателя, в котором дополнительно формируют заданное значение пускового расхода топлива в форсажную камеру сгорания по измеренным давлению воздуха за компрессором и температуре воздуха на входе в двигатель, подают в форсажную камеру сгорания пусковой расход форсажного топлива, включают агрегат зажигания форсажной камеры сгорания, контролируют розжиг форсажной камеры сгорания, дополнительно измеряют частоту вращения ротора турбокомпрессора до достижения заранее выбранного значения частоты вращения ротора турбокомпрессора и поддерживают постоянное положение гидроцилиндров привода створок реактивного сопла, при котором обеспечивается заранее выбранное значение площади критического сечения реактивного сопла, и блокируют подачу топлива в основные коллекторы форсажной камеры сгорания (RU 2705500 C1, F02C 9/28, 2018).Closest to the claimed invention in terms of technical essence and the achieved technical result is a method for controlling a gas turbine engine with an afterburner, including controlling the fuel consumption in the afterburner according to the measured air temperature at the engine inlet, the air pressure behind the compressor, the position of the engine control lever, control hydraulic cylinders for driving the jet nozzle flaps according to the measured gas pressure difference on the engine turbine, in which the specified value of the starting fuel consumption in the afterburner combustion chamber is additionally formed according to the measured air pressure after the compressor and the air temperature at the engine inlet, the starting consumption of afterburner fuel is fed into the afterburner combustion chamber , turn on the ignition unit of the afterburner, control the ignition of the afterburner, additionally measure the rotational speed of the turbocharger rotor until a preselected value of the rotational speed is reached the turbocharger ora and maintain a constant position of the hydraulic cylinders for the drive of the jet nozzle flaps, which provides a pre-selected value of the critical section area of the jet nozzle, and block the fuel supply to the main manifolds of the afterburner combustion chamber (RU 2705500 C1, F02C 9/28, 2018).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что указанный способ не учитывает, что условия в форсажной камере до момента ее розжига и после отличаются, в связи с чем целесообразно использовать разные программы расхода Gт топлива в пусковой коллектор при розжиге и на рабочих режимах ФК, при которых снижается расход на рабочих режимах для обеспечения минимального приращения тяги при включении форсажной камеры на режиме минимального форсирования.As a result of the analysis of the known method, it should be noted that this method does not take into account that the conditions in the afterburner before the moment of its ignition and after are different, and therefore it is advisable to use different programs for the consumption of fuel Gt in the starting manifold during ignition and in the operating modes of the FC, when which the flow rate is reduced in operating modes to ensure a minimum increase in thrust when the afterburner is turned on in the minimum boost mode.
Также указанный способ не учитывает, что в зависимости от условий работы ГТД необходимо корректировать расход топлива в пусковой коллектор ФК, и использование единой программы, например постоянного приведенного расхода топлива, не обеспечивает устойчивое горение топлива в ФК при малых расходах воздуха через ГТД.Also, this method does not take into account that, depending on the operating conditions of the gas turbine engine, it is necessary to adjust the fuel consumption in the start manifold of the FC, and the use of a single program, for example, a constant reduced fuel consumption, does not ensure stable combustion of fuel in the FC at low air flow rates through the gas turbine engine.
Снижение давления и температуры потока газа на входе в форсажную камеру в высотных условиях создает проблемы с запуском ее в работу и ограничивает область ее устойчивой работы.The decrease in pressure and temperature of the gas flow at the inlet to the afterburner in high-altitude conditions creates problems with its start-up and limits the area of its stable operation.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении устойчивого розжига и работы форсажной камеры сгорания во всех условиях работы ГТД.The objective of the present invention is to ensure stable ignition and operation of the afterburner combustion chamber in all operating conditions of the gas turbine engine.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение качества управления ГТД за счет расширения области устойчивой работы форсажной камеры сгорания при сохранении значения минимальной форсажной тяги.The technical result of the present invention is to improve the quality of GTE control by expanding the area of stable operation of the afterburner combustion chamber while maintaining the value of the minimum afterburner thrust.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель и давлению воздуха за компрессором рассчитывают расход GтЗАП форсажного топлива для розжига форсажной камеры сгорания, подают в пусковой коллектор форсажной камеры сгорания расход GтЗАП форсажного топлива, управляют агрегатом зажигания форсажной камеры сгорания и контролируют розжиг форсажной камеры сгорания, по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель и давлению воздуха за компрессором дополнительно рассчитывают основной расход GтОСН форсажного топлива в пусковой коллектор форсажной камеры сгорания, до момента подтверждения розжига форсажной камеры сгорания подают в пусковой коллектор расход GтЗАП форсажного топлива для розжига форсажной камеры сгорания, а после подтверждения розжига форсажной камеры сгорания подают в пусковой коллектор основной расход GтОСН.The specified technical result is ensured by the fact that in the method of controlling a gas turbine engine with an afterburner, according to the measured air temperature at the engine inlet and the air pressure behind the compressor, the flow rate Gt AR of afterburner fuel is calculated to ignite the afterburner combustion chamber, the flow rate Gt is fed into the start manifold of the afterburner combustion chamber Afterburner fuel AR, control the ignition unit of the afterburner and control the ignition of the afterburner, according to the measured air temperature at the engine inlet and the air pressure behind the compressor, the main flow rate Gt of the afterburner fuel into the afterburner start manifold is additionally calculated, until the afterburner ignition is confirmed. The combustion chambers supply the start manifold with the flow rate Gt RAP of afterburner fuel for ignition of the afterburner combustion chamber, and after confirming the ignition of the afterburner combustion chamber, the main flow rate Gt OCH is fed into the start manifold.
Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение.Significant signs may develop and continue.
Дополнительно заранее выбирают пороговую величину Ркпор давления воздуха за компрессором, при давлении воздуха за компрессором ниже пороговой величины Ркпор после подтверждения розжига форсажной камеры сгорания подают в пусковой коллектор расход топлива в диапазоне, который ограничен снизу величиной основного расхода GтОСН, а сверху расходом GтЗАП для розжига.Additionally, a threshold value Рк pores of the air pressure downstream of the compressor is selected in advance, when the air pressure after the compressor is below the threshold value Рк pores, after confirming the ignition of the afterburner combustion chamber, the fuel consumption is fed into the start manifold in the range that is limited from below by the value of the main flow rate Gt OCH , and from above by the flow rate Gt ZAP for ignition.
Дополнительно рассчитывают величину основного расхода GтОСНпор форсажного топлива при пороговой величине Ркпор давления воздуха за компрессором и измеренной температуре воздуха на входе в двигатель, и ограничивают снизу основной расход GтОСН величиной, являющейся минимумом из расхода GтЗАП форсажного топлива для розжига при текущих условиях работы газотурбинного двигателя, и величины GтОСНпор.Additionally, the value of the main flow rate Gt OCH of the afterburner fuel is calculated at the threshold value Pk pore of the air pressure after the compressor and the measured air temperature at the engine inlet, and the main flow rate Gt OCH is limited from below by the value that is the minimum of the flow rate Gt AR of the afterburner fuel for ignition under current operating conditions gas turbine engine, and the value of Gt OCHpor .
Заявленное изобретение поясняется следующим подробным описанием его осуществления со ссылкой на графические материалы, на которых представлены:The claimed invention is explained by the following detailed description of its implementation with reference to the drawings, which show:
на фиг. 1 - схема системы управления ГТД с ФК;in fig. 1 - diagram of the control system of the GTE with FC;
на фиг. 2 - график функциональной зависимости расхода топлива в пусковой коллектор ФК от давления воздуха за компрессором при температуре Твх воздуха на входе в двигатель, равной 15°С;in fig. 2 - graph of the functional dependence of fuel consumption in the starting manifold FC on the air pressure behind the compressor at an air temperature Tin at the engine inlet equal to 15°C;
на фиг. 3 - график функциональной зависимости расхода топлива в пусковой коллектор ФК на основном режиме работы.in fig. 3 - graph of the functional dependence of fuel consumption in the starting manifold FC in the main mode of operation.
Система управления для реализации заявленного способа (фиг. 1) содержит задатчик 1 основного расхода GтОСН форсажного топлива, задатчик 2 расхода GтЗАП. Выходы задатчиков 1 и 2 подключены соответственно к первому и второму входам управляемого переключателя 3. Выход управляемого переключателя 3 подключен к дозатору 4 форсажного топлива (ДТФ) в пусковой коллектор ФК 5 ГТД 6. Контроль горения ФК 5 осуществляется датчиком 7 (ДП) горения топлива. Выход датчика 7 управляет переключением управляемого переключателя 3. Параметры работы двигателя измеряются блоком 8 датчиков. Блок 8 датчиков содержит датчик температуры Твх воздуха на входе в двигатель и датчик давления Рк воздуха за компрессором. Выход датчика Рк подключен к первым входам задатчиков 1 и 2. Выход датчика Твх подключен к вторым входам задатчиков 1 и 2.The control system for the implementation of the claimed method (Fig. 1) contains the
В соответствии с п. 2 формулы настоящего изобретения может быть выбрана любая форма программы подачи расхода топлива в пусковой коллектор после подтверждения розжига ФК 5, лежащая в пределах от GтОСН до GтЗАП (см. пунктир на фиг. З).In accordance with
Для реализации способа по п. 3 настоящей формулы система дополнительно содержит второй задатчик 9 основного расхода форсажного топлива в пусковой коллектор ФК 5, идентичный задатчику 1, селектор 10 минимального уровня и селектор 11 максимального уровня, а также задатчик 12 постоянного сигнала.To implement the method according to
Выход задатчика 12 постоянного сигнала подключен к первому входу задатчика 9, ко второму входу которого подключен выход датчика температуры Твх воздуха на входе в двигатель. Выход задатчика 9 подключен к первому входу селектора 10, ко второму входу которого подключен выход задатчика 2. Выход селектора 10 подключен ко второму входу селектора 11, к первому входу которого подключен выход задатчика 1. Выход селектора 11 подключен к первому входу переключателя 3 вместо выхода задатчика 1.The output of the
Система для реализации способа может быть скомпонована из известных блоков и элементов.The system for implementing the method can be composed of known blocks and elements.
В качестве датчиков могут быть использованы стандартные датчики контроля параметров работы ГТД 6, 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 6 operation can be used, for example, thermoresistive temperature sensors, resistive pressure sensors, standard linear differential transformers for measuring linear or angular displacements.
Задатчики 1 и 9 являются стандартными и реализуют следующую известную функциональную зависимость:
например вида:for example of the form:
где const 1 - постоянное значение.where
При этом величина основного расхода GтОСН выбирается из условия обеспечения минимального приращения тяги на минимальном форсированном режиме.In this case, the value of the main flow rate Gt OSN is selected from the condition of ensuring the minimum increment of thrust in the minimum forced mode.
Задатчик 2 является стандартным и реализует следующую известную функциональную зависимость:
На фиг. 2 представлен график возможных функциональных зависимостей в координатах Gт, Рк при Твх, равным 15°С.In FIG. 2 shows a graph of possible functional dependencies in the coordinates Gt, Pk at Tin equal to 15°C.
Для розжига ФК 5 используется расход с обогащением зоны горения по мере снижения расхода воздуха через двигатель для обеспечения устойчивого розжига. Фактические зависимости определяются расчетно-экспериментальным путем.For ignition of
Переключатель 3 является стандартным и выбран таким образом, что при подаче на его управляемый вход сигнала логической единицы, переключатель 3 подключает к своему выходу свой первый вход, соответственно, при подаче на управляемый вход переключателя 3 сигнала логического нуля, к выходу переключателя 3 подключен его второй вход.Switch 3 is standard and is selected in such a way that when a logical one signal is applied to its controlled input,
В качестве датчика 7 горения топлива в ФК 5 может быть использован известный ионизационный датчик пламени. Выходом датчика является логический сигнал: 1 - есть горение, 0 - нет горения.As the fuel combustion sensor 7 in FC 5, a well-known ionization flame sensor can be used. The output of the sensor is a logical signal: 1 - there is combustion, 0 - there is no combustion.
Селекторы 10 и 11 являются стандартными.
Задатчик 12 является стандартным задатчиком постоянного значения. Задатчик 12 формирует значение Ркпор. Данное значение выбирается расчетно-экспериментальным путем и характеризует область работы двигателя, при которой не обеспечивается устойчивое горение топлива в форсажной камере при дозировании основного расхода GтОСН и необходимо увеличение данного расхода.Setpoint 12 is a standard constant value setter. The
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.
При переводе рычага управления двигателем (РУД) в форсажную область электронный регулятор подает команду на начало дозирования топлива в ФК 5 ГТД 6 и включение агрегата зажигания (устройства на схеме не показаны).When the engine control lever (THROD) is moved to the afterburner region, the electronic regulator sends a command to start dispensing fuel into FC 5 GTE 6 and turn on the ignition unit (devices not shown in the diagram).
Задатчики 1 и 2 по показаниям датчиков Твх и Рк рассчитывают расходы топлива: основной расход GтОСН и расход GтЗАП форсажного топлива для розжига ФК 5 соответственно.
ФК 5 не запущена, горения топлива в ней нет, и на выходе датчика 7 формируется сигнал логического нуля, согласно которому переключатель 3 подключает к своему выходу второй вход. К дозатору 4 форсажного топлива в пусковой коллектор ФК 5 подключается сигнал задатчика 2 расхода форсажного топлива для розжига ФК 5.FC 5 is not running, there is no fuel burning in it, and a logic zero signal is generated at the output of sensor 7, according to which
Дозатор 4 подает топливо в пусковой коллектор ФК 5, после заполнения коллектора топливом оно через форсунки распыляется и, т.к. работает агрегат зажигания, загорается. Датчик 7 фиксирует горение топлива в ФК 5, формирует на своем выходе сигнал логической единицы, согласно которому переключатель 3 меняет свое состояние: к дозатору 4 оказывается подключен сигнал с задатчика 1. Одновременно с этим электронный регулятор выключает агрегат зажигания.The dispenser 4 supplies fuel to the starting manifold FC 5, after filling the manifold with fuel, it is sprayed through the nozzles and, because the ignition unit works, lights up. Sensor 7 detects the combustion of fuel in
Согласно выбранным зависимостям основной расход GтОСН форсажного топлива меньше расхода GтЗАП поэтому сразу после воспламенения топлива расход снижается, обеспечивая минимальное приращение тяги относительно максимального режима работы двигателя.According to the chosen dependencies, the main flow rate Gt of the afterburner fuel is less than the flow rate of Gt RAP , therefore, immediately after the ignition of the fuel, the flow rate decreases, providing a minimum increase in thrust relative to the maximum engine operation.
При эксплуатации двигателя в высотных условиях по мере снижения скорости и увеличения высоты полета снижается давление воздуха за компрессором и давление газа в ФК 5, условия горения топлива в ФК 5 ухудшаются, и выбранная, исходя из законов приведения, зависимость основного расхода форсажного топлива от параметров работы ГТД 6 перестает обеспечивать надежное горение топлива в ФК 5, поэтому необходимо увеличивать расход в ФК 5 относительно основной программы дозирования.When operating the engine in high-altitude conditions, as the speed decreases and the flight altitude increases, the air pressure behind the compressor and the gas pressure in
Рассмотрим осуществление способа по п. 2 формулы изобретения в части коррекции основного расхода GтОСН форсажного топлива.Let us consider the implementation of the method according to
Задатчик 12 формирует на своем выходе постоянный сигнал, численно равный величине давления воздуха за компрессором двигателя, при котором следует начинать коррекцию расхода топлива в пусковой коллектор ФК 5.The
Задатчик 9 формирует на своем выходе величину основного расхода GтОСНпор расхода топлива при Рк, равном Ркпор. Пока расход GтОСНпор меньше, чем GтЗАП селектор 10 минимального уровня выбирает сигнал задатчика 9, иначе - сигнал задатчика 2. На фиг. 3 пунктиром показано выходное значение MIN10 селектора 10 минимального уровня.The
Пока сигнал, сформированный селектором 10 минимального уровня, меньше основного расхода GтОСН, формируемого задатчиком 1, на первый вход переключателя 3 поступает сигнал задатчика 1, иначе - селектора 11.As long as the signal generated by the
Таким образом, при условиях работы ФК 5 при давлении воздуха за компрессором выше выбранного порога, коррекции основного расхода GтОСН не происходит, ниже - следует постепенное обогащение зоны горения, вплоть до совпадения с расходом GтЗАП. На фиг. 3 жирной линией показана итоговая зависимость расхода топлива от давления воздуха за компрессором, формируемая селектором 11 максимального уровня (МАХ11) и дозируемая в ФК 5 на основном режиме работы.Thus, under the operating conditions of
Заявленный способ обеспечивает устойчивое горение топлива в ФК 5 во всей области эксплуатации двигателя.The claimed method provides stable combustion of fuel in
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786965C1 true RU2786965C1 (en) | 2022-12-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2817059C1 (en) * | 2023-09-20 | 2024-04-09 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method of controlling fuel dosing at ignition of combustion chamber of gas turbine engines |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760799A1 (en) * | 1989-11-01 | 1994-01-30 | Московское научно-производственное объединение "Союз" | Starting process for gas-turbine engine afterburner |
RU2466287C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation |
RU2705500C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-11-07 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760799A1 (en) * | 1989-11-01 | 1994-01-30 | Московское научно-производственное объединение "Союз" | Starting process for gas-turbine engine afterburner |
RU2466287C1 (en) * | 2011-05-19 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation |
RU2705500C1 (en) * | 2018-12-07 | 2019-11-07 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2817059C1 (en) * | 2023-09-20 | 2024-04-09 | Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" | Method of controlling fuel dosing at ignition of combustion chamber of gas turbine engines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8915088B2 (en) | Fuel control method for starting a gas turbine engine | |
US7823388B2 (en) | Gas turbine engine control system | |
US3902315A (en) | Starting fuel control system for gas turbine engines | |
US10156361B2 (en) | Device for determining a fuel split, as gas turbine or an aircraft engine comprising such a device and application of the same | |
EP2672089B1 (en) | Control device for gas turbine power generation plant | |
CN102155320B (en) | Genset engine with an electronic fuel injection system | |
CN102200067A (en) | Fuel supply control apparatus for internal combustion engine and fuel supply control method thereof | |
RU2466287C1 (en) | Control method of gas-turbine engine with afterburner, and system used for its implementation | |
CN104685191A (en) | Method for managing the amount of fuel injected into engine | |
KR840002483B1 (en) | Control for start-up of a gas turbine engine | |
RU2786965C1 (en) | Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner | |
US20070129856A1 (en) | Control apparatus and control method for aircraft | |
RU2555784C1 (en) | Control over gas turbine engine with afterburner combustion chamber | |
RU2316663C1 (en) | Method of metering out of fuel at starting of gas-turbine engine | |
EP3064747B1 (en) | Auxiliary-chamber-type gas engine | |
WO2015080064A1 (en) | Fuel supply system for multi-fuel engine | |
RU2786969C1 (en) | Method for controlling the supply of fuel to the combustion chamber of a gas turbine engine | |
RU2476703C1 (en) | Method controlling fuel feed in gas turbine engine combustion chamber in acceleration mode | |
RU2781460C1 (en) | Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner | |
RU2446300C1 (en) | Method of controlling low-pressure rotor rpm in bypass gas turbine engine | |
RU2386837C2 (en) | Method to control gas turbine engine with afterburner combustion chamber | |
RU2705500C1 (en) | Control method of gas turbine engine with afterburner combustion chamber | |
JP7409785B2 (en) | Gas engine control device, gas engine system, and gas engine control program | |
RU2786967C1 (en) | Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner | |
RU2389890C2 (en) | Control method of gas turbine engine with afterburner |