Разработка ГТД

Сначала (в 1950-60-е гг.) использовались достаточно простые алгоритмы управления, в соответствии с которыми в гидравлических и механических устройствах выполнялось регулирование частоты вращения ротора двигателя с введением необходимых воздействий по производной и переменных коэффициентов усиления как элементов адаптации к режиму работы (изодромные регуляторы).

Разработка ГТД более сложных схем с регулируемыми элементами проточной части (направляющим аппаратом (НА) компрессора, соплом), форсажной камерой сгорания (ФКС), регулируемым винтом, повышение уровня параметров рабочего процесса (температуры и давления газа) привели к усложнению задач управления, вызванному взаимодействием контуров управления, появлением областей совместной работы регуляторов. Возможности решения возникающих проблем были связаны с разработкой методов снижения влияния взаимодействия каналов управления, в частности, построением автономных САУ, применением и развитием теории инвариантности с учетом особенностей управления ГТД.

Дальнейшее расширение объема задач, решаемых в полете, повышение требований к двигателям по уровню основных характеристик (удельных параметров, надежности, ресурсу) потребовало более точного учета изменяющихся в полете условий эксплуатации, повышения точности управления на установившихся и переходных режимах работы для обеспечения возможности реализации характеристик двигателя, заложенных при его проектировании, и повышения эффективности применения самолета.

Решение этих задач стало возможным с разработкой методов адаптивного и интегрированного управления СУ, позволяющего средствами автоматического управления получить характеристики двигателя и СУ, в целом наилучшие для конкретных условий полета, например наилучшую экономичность двигателя в крейсерском полете, высокую маневренность самолета-истребителя, необходимые запасы ГДУ при действии сильных возмущений (внешних и внутренних) и при полете на больших высотах и т. п.

Аппаратурные решения. Возможности применения методов управления тесно связаны с аппаратурными решениями, используемыми при создании регуляторов ГТД, определяемыми, в свою очередь, технологическими достижениями в области материалов, электроники, оптики и т. д. На начальном этапе развития ГТД и их САУ эти возможности ограничивались отсутствием работоспособных в условиях размещения на двигателе и самолете электронных устройств, и регуляторы выполнялись гидромеханическими или пневматическими, а позднее — на элементах пневмоники. Сначала это были достаточно простые гидромеханические регуляторы двух-трех параметров, но

уже в 1970-е гг. появились весьма сложные конструкции с использованием пространственных кулачковых пар, воздушных редукторов, мембранных устройств и др., обеспечивающих регулирование и ограничение десятков параметров.

Эксплуатация электронных регуляторов аналогового типа в газотурбинных двигателях

В 1960-х гг. начались разработка и эксплуатация электронных регуляторов аналогового типа, а к началу 1970-х гг. — первых цифровых электронных регуляторов.

Развитие электронных технологий в последующий период (1980- 90-е гг.), приведшее к созданию достаточно надежных термо- и вибростойких электронных компонентов, позволило создать цифровые электронные системы управления, практически не имеющие ограничений по объему и сложности обрабатываемой информации для задач управления ГТД. На первом этапе их внедрения были разработаны системы супервизорного типа, в которых электронный регулятор осуществлял управление, воздействуя на установку гидромеханического регулятора в ограниченном диапазоне ее изменения, а также системы с электронными ограничителями предельных значений параметров двигателя (температуры газа, частоты вращения). В дальнейшем, по мере совершенствования электронной элементной базы (повышения степени интеграции, термостойкости и, как следствие, надежности) и подтверждения надежности электронных систем в эксплуатации, были созданы и в настоящее время заняли доминирующее положение цифровые электронные системы управления с полной ответственностью типа FADEC (Full Authority Digital Electronic Control). В таких системах электронный регулятор осуществляет прямое управление регулирующими органами (факторами) двигателя и выполняет все функции управления в полном диапазоне эксплуатационных режимов.

Такими выполняются современные САУ для всех типов ГТД (турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) для пассажирских и транспортных самолетов, ТРДД с ФКС (ТРДДФ), турбовинтовых двигателей, турбовальных ГТД (ТВГТД) и др.). Архитектура систем, как правило, соответствует централизованной схеме. При таком построении для обработки информации и формирования сигналов управления двигателем используется специальная бортовая цифровая управляющая машина (БЦУМ). Датчики и исполнительные механизмы (ИМ) соединяются с БЦУМ в основном аналоговыми линиями связи. Система автоматического управления двигателя аппаратно и алгоритмически интегрирована с другими системами JIA.

Связь с ними осуществляется с помощью проводных мультиплексных каналов информационного обмена (МКИО). Положение рычага управления двигателем (РУД) вводится в систему управления в виде электрического сигнала, а не с помощью механических тяг, как это было при использовании гидромеханических регуляторов.

Всё о ГТД - здесь

Avia.pro