ОТЛАДКА ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

Двигатель как сложное техническое устройство перед выпуском в эксплуатацию при сдаточно-контрольных испытаниях проходит отладку, с тем чтобы его параметры соответствовали ТУ. Отладке подлежат тяга, мощность, удельный расход топлива на основных режимах работы двигателя, а также параметры, определяющие прочность, надежность, ресурс, устойчивость работы, такие, например, как температура газа перед турбиной, частоты вращения роторов, степень повышения давления в компрессоре, коэффициент избытка воздуха в форсажной камере. Производится отладка также параметров запуска и приемистости, порядка срабатывания органов механизации, например регулируемых направляющих аппаратов. Двигатель, отлаженный в условиях Н=0, М=0 на наземном стенде, должен обеспечивать требуемые параметры в высотно-скоростных условиях. В ТУ указываются номинальные с допусками в несколько процентов или предельные значения отлаживаемых параметров. Так, например, для тяги обычно оговаривается минусовый допуск, для удельного расхода топлива - плюсовой, а для температуры газа - предельное значение.

Отладка двигателя - сложный и неоднозначный процесс, который успешно может быть проведен с использованием автоматизированной системы испытаний. В общем случае в число отлаживаемых величин входят регулируемые параметры и функции этих параметров. Например, для максимального режима работы двигателя регулируемыми параметрами могут быть частота вращения ротора и степень понижения давления газа в турбине, тогда тяга двигателя Р и температура газа перед турбиной Т*_г - функции этих параметров:

Р=Р(n, p*_т), Т*_г=Т*_г(n, p*_т). (5.1)

На регулируемые величины воздействие осуществляется через регулирующие факторы, например в данном случае - это расход топлива G_т и площадь критического сечения сопла F_с.кр:

n=n(G_т), p*_т= p*_т(F_с.кр)

Для каждого режима работы двигателя программой регулирования задаются значения регулирующих факторов. Их настройка осуществляется изменением координат регулировочных элементов х_i. Для рассматриваемого примера

G_т= G_т(x_G); F_с.кр=F_с.кр(x_F). (5.2)

Современные системы регулирования позволяют изменить настройку регулирующих факторов с помощью регулировочных элементов на работающем двигателе. Кроме того, имеются элементы проточной части, положение которых меняется на неработающем двигателе, например угол направляющего аппарата компрессора а_н.а с помощью регулируемых упоров. Таким образом, отлаживаемые параметры (в рассматриваемом примере n, p*_т, Р, Т*_г) являются функциями величин x_G, x_F, а_н.а, на которые можно воздействовать в процессе отладки.

Для ускорения и повышения качества отладки используется ММ двигателя, которая может быть представлена, например, практически в виде зависимостей тяги Р и температуры газа перед турбиной Т*_г от регулируемых величин - частоты вращения и степени понижения давления в турбине p*_т. Параметры двигателя, полученные при первом выходе на отлаживаемый режим (Р, Т*_г, n, p*_т соответствует исходной точке А на сетке дроссельных характеристик (Р=f( )) при постоянных значениях степени понижения давления в турбине p*_т, на которую нанесены постоянные значения температуры газа Т *_г (рис. 5.3).

Для безопасности и сохранности двигателя первый выход на максимальный режим производится с заведомо пониженными «настройками» величин n и Т*_г.

Рассмотрение полученной сетки характеристик может привести к двум выводам. Во-первых (рис. 5.3,а), хоть и редко, но случается, что ни при каких значениях величин n и p*_т в области их допустимых значений нельзя получить даже минимально требуемое значение тяги Р без превышения уровня, температуры газа Т*_{г max}. В этом случае рассматривается возможность изменения характеристик двигателя путем регулирования его элементов (например, а_н.а). Если это невозможно, то двигатель бракуется и отправляется на переборку, где могут быть заменены сопловые аппараты с другой пропускной способностью или отдельные узлы.

Рис. 5.3. Зависимость тяги Р от регулируемых параметров n и p*_т (заштрихована область недопустимых значений параметров двигателя)

Вторым случаем (рис. 5.3, б) является наличие на сетке характеристик области допустимых значений n, p*_т, T *_г, обеспечивающих получение заданного значения тяги Р. Переход из исходной точки А в эту область может быть обеспечен несколькими способами. Так, переход в точку В осуществляется путем изменения настройки только одного параметра n. В этом случае получаем минимальное значение тяги при максимальном значении частоты вращения ротора n. Ясно, что можно получить большее значение тяги, если использовать изменение настройки двух регулируемых параметров - n и p*_т (точка С). Определив необходимые изменения регулируемых параметров n и p*_т, по зависимостям (5.1), (5.2) определяют необходимые изменения координат регулируемых элементов х_G, х_F и осуществляют их без остановки двигателя. После этого вновь проводят измерение параметров двигателя на отлаживаемом режиме.

Переход из исходной точки в область допустимых значений неоднозначен. На практике используются различные методики выбора такого перехода. Например, минимизируется сумма отклонений отлаживаемых величин от их номинальных значений либо находится оптимум так называемого главного параметра, например максимум тяги при минимальной сумме отклонений остальных параметров.

На практике отладка сложнее, чем в рассмотренном примере. Так, нужно согласовать между собой параметры двигателя на отдельных режимах работы испытаний, например тягу на максимальном и максимально форсированном режимах с удельным расходом топлива на крейсерском режиме, с запасом устойчивости работы компрессора и максимальными значениями температуры газа и частоты вращения ротора.