Испытания САУ на двигательных стендах

Стендовые испытания САУ на двигателе проводятся как в исследовательских целях, так и в процессе разработки, доводки и предъявления двигателя заказчику.

Исследовательские испытания проводят для экспериментальной проверки в реальных условиях эксплуатации новых методов управления и аппаратурных решений и, в отличие от испытаний систем, разработанных для конкретных двигателей, могут проводиться на специально подготовленном двигателе-демонстраторе, а не на двигателе, для которого предназначена система.

Экспериментальные исследования САУ ГТД в замкнутой схеме чаще проводят не на двигателях, а на полунатурных безмоторных стендах с обратной связью, на которых реальная аппаратура САУ работает с математической моделью двигателя. Это связано с тем, что испытания системы управления на двигателе дорогостоящи и обычно сводятся к проверке ее работоспособности в штатном исполнении или близком к нему. При этом возможности для исследовательских испытаний бывают весьма ограниченны.

Вместе с тем, испытания САУ на двигателе дают возможность повысить достоверность исследований, так как точность результатов испытаний на полунатурных стендах с обратной связью невысока вследствие действия ряда трудно устранимых факторов. К ним, например, относится влияние характеристик стендовых систем (топливной, пневматической, электрической, систем загрузки). Обеспечить их взаимодействие таким же, как это происходит на двигателе, весьма сложно при моделировании изменения условий эксплуатации и режима работы двигателя.

Заметные статические и динамические погрешности вносят управляемые приводы, имитирующие двигатель, преобразователи электрических сигналов в физические величины параметров рабочего процесса в двигателе (частоты вращения, давления и температуры воздуха и газа), формируемых в его математической модели. Точная их компенсация практически невозможна.

Не могут быть воспроизведены особенности измерения параметров регулирования, связанные, например, с влиянием неравномерностей, пульсаций.

Модель двигателя, используемая на полунатурном стенде, также не в вполне адекватно отражает его характеристики.

Проведение исследовательских работ в области автоматического управления на двигателе становится более эффективным при использовании специального двигательного стенда, обладающего возможностями для гибкого изменения состава подключаемой к двигателю аппаратуры САУ, имеющего постоянно действующий расширенный комплект датчиков и возможность нестандартного препарирования двигателя, информационно-измерительную систему, позволяющую проводить специфические измерения для нестационарных задач управления, специальную систему с моделью двигателя, позволяющую производить проверку и отладку аппаратуры до начала испытаний на двигателе, комплекс систем защиты двигателя и т. д.

Подготовительный этап

Важно иметь на таком стенде возможность оперативного изменения состава подключаемой к двигателю аппаратуры САУ и комплекта датчиков. При этом стендовые системы управления испытаниями должны позволять проводить реконфигурацию состава САУ в процессе ее испытаний без останова двигателя. Для обеспечения безопасности испытаний во время реконфигурации двигатель может переводиться на работу с его штатной САУ. Структурная схема системы управления испытаниями показана на  5.3.

Блок переключения систем управления двигателем коммутирует прохождение команд управления на исполнительные механизмы от

штатной или опытной САУ. При переключении систем управления на работающем двигателе важно, при необходимости, без заметного изменения расхода осуществить перевод подачи топлива в камеру сгорания от штатного насоса к насосу высокого давления (НВД) опытной САУ. Для безопасной работы на стенде полезно иметь возможность запуска двигателя при работе штатной САУ, а затем переходить на работу от опытной системы управления.

В методике проведения экспериментальных исследований на двигателе-демонстраторе целесообразно предусмотреть два этапа: подготовительный (технологический) и основной этап работы с опытной САУ.

Основная задача подготовительного этапа — проверка перед испытаниями на двигателе работоспособности всех опытных агрегатов. Такая проверка производится путем перевода электронного цифрового регулятора опытной САУ в режим работы с математической моделью двигателя. Моделируемый режим работы двигателя может изменяться путем подачи сигнала управления от РУД на вход регулятора опытной САУ. Сигнал о фактическом расходе топлива поступает в математическую модель двигателя. При этом насос высокого давления НВД работает на эквивалент форсунок. Путем имитации изменения режима работы двигателя проверяется управление перемещением направляющих аппаратов и срабатывание клапанов перепуска воздуха. Тумблер Тп служит для передачи управления двигателем от одной САУ к другой.

Целью стендовых испытаний САУ при доводке или предъявлении двигателя заказчику являются проверка и подтверждение ее работоспособности, функциональных характеристик и управляемости двигателя в требуемом диапазоне условий эксплуатации и режимов работы двигателя. Испытания проводятся на наземных, высотных и климатических стендах.

Испытаниям подвергаются системы автоматического управления, изготовленные согласно основной конструкторской и технологической документации. Как правило, испытания САУ совмещаются с испытаниями двигателя для определения его основных характеристик и не предполагают специальных работ по системе управления.

Система автоматического управления считается работоспособной, если выполняет заданные в ТЗ функции с требуемыми показателями (по точности, длительности переходных режимов, диапазону изменения параметров и др.) на всех режимах работы двигателя во всех условиях эксплуатации.

Установка электронных устройств

Под управляемостью понимается обеспечиваемая системой управления способность двигателя сохранять и изменять режим работы, задаваемый с помощью РУД или при подаче внешнего сигнала в заданных условиях эксплуатации при требуемых характеристиках двигателя на установившихся и переходных режимах его работы.

При установке электронных устройств вне двигателя оценка их работоспособности в условиях высотного стенда не производится.

При испытаниях на высотном стенде работоспособность САУ и управляемость двигателя определяются в эксплуатационном диапазоне изменения высоты и скорости полета на установившихся режимах работы двигателя от режима МГ до максимального (взлетного) или чрезвычайного режима, и от режима минимального до режима полного форсирования (для двигателя с ФКС), на режимах авторотации, а также на переходных режимах при запуске, приемистости, дросселировании, включении и выключении ФКС, срабатывании системы помпажной защиты, реверсивного устройства и других элементов, входящих в состав двигателя.

Достоверная проверка работы двигателя и его САУ на переходных режимах возможна только на высотных стендах, имеющих специальные системы управления, позволяющие поддерживать на этих режимах неизменными параметры потока воздуха на входе в двигатель (рх, Твх) и на его выходе.

Программа работ по проверке работоспособности САУ и управляемости двигателя на высотных и климатических стендах согласуется с программой испытаний двигателя на летательном аппарате.

В испытаниях оценивается качество выполнения САУ всех функций, заданных в ТЗ:

-    величина отклонений от заданных значений регулируемых параметров на установившихся и переходных режимах работы;

-    время переходных процессов;

-    стабильность значений регулируемых параметров двигателя при изменении условий эксплуатации.

Оценка погрешностей регулирования производится в соответствии с нормативными документами, ТЗ и руководством по эксплуатации.

Двигатель и САУ перед началом испытаний должны быть укомплектованы необходимыми системами, обеспечивающими измерение контролируемых параметров. Для каждого двигателя перечень контролируемых параметров САУ определяется в соответствии с инструкцией по эксплуатации двигателя.

В процессе испытаний параметры, характеризующие работу САУ, регистрируются:

—    стендовой системой контроля, использующей основные и дополнительные датчики в соответствии с инструкцией по эксплуатации;

—    встроенной системой контроля САУ;

—    БСКД.

Метрологический класс измерительных систем, а также регистрирующих приборов должен быть определен с учетом требований к точности, сформулированных в нормативно-технической документации на САУ.

Читать всё о газотурбинном двигателе

Avia.pro