В статье приводится алгоритм автоматического управления лопатками направляющих аппаратов компрессора с учетом изменения параметров атмосферного воздуха (влажности и температуры) на малых высотах на входе в газотурбинный двигатель.
Ключевые слова : влагосодержание, направляющий аппарат, система автоматического управления, газотурбинный двигатель.
В настоящее время генеральным направлением развития как отечественного, так и зарубежного газотурбостроения является рост параметров рабочего тела на входе в турбину.
Повышение коэффициента полезного действия и мощностей газотурбинных двигателей требует усовершенствования и усложнения вспомогательных систем, обеспечивающих безаварийность работы и приемлемые эксплуатационные характеристики на всех режимах эксплуатации. Использование поворотных лопаток направляющего аппарата (НА) компрессора повышает ресурс газотурбинного двигателя (ГТД), экономичность, эффективность в широком диапазоне работы (особенно актуально для авиадвигателей, работающих в условиях морского климата и на малых высотах).
Как известно, повышенная влажность атмосферного воздуха является одним из негативных факторов окружающей среды для авиационной техники, при этом меняются свойства рабочего тела, что приводит к ухудшению параметров компрессора и других элементов и изменению режима работы двигателя.
При отрицательных и малых значениях температуры атмосферного воздуха, даже при высокой относительной влажности, влагосодержание составляет менее 0,005. Однако в условиях полета на малой высоте и при больших значениях температуры и относительной влажности воздуха влагосодержание может достигать значений 0,04...0,08. В этом случае влияние влажности воздуха на работу двигателя становится заметным [1].
На рис. 1. изображена зависимость степени повышения полного давления воздуха
Рис. 1. Характеристики компрессора, регулируемого поворотом лопаток НА
Очевидна необходимость разработки новых (современных) частных методик программы управления ГТД с учетом влияния влажности воздуха на характеристики компрессора, а также комплексных методик оценки влияния этих факторов на характеристики ГТД при эксплуатации в условиях влажного климата. На рис. 2. представлена структура разрабатываемой методики.
Рис. 2. Структура методики оценки влияния влажности воздуха на характеристики ГТД
В целях поддержания заданного режима работы двигателя с требуемой точностью при изменении внешних условий (в условиях низкого расхода воздуха из-за высокой влажности в атмосфере) или изменение режима в соответствии с предусмотренной программой управления и предотвращение неустойчивой работы элементов силовой установки на установившихся и переходных режимах, обеспечение необходимого запаса газодинамической устойчивости
Рис. 3. Поворотные лопатки направляющих аппаратов компрессора
На рис. 4. представлен алгоритм автоматического управления лопатками НА компрессора с учетом изменения характеристик рабочего воздуха на малых высотах на входе в двигатель.
Рис. 4. Алгоритм автоматического управления лопатками направляющих аппаратов компрессора
В модель вводятся исходные данные, определяется угол отрыва потока воздуха от лопаток, определяется минимальный расчетный угол поворота лопаток, а затем определяется требуемый расход воздуха на конкретном режиме работы. При изменении параметров рабочего тела лопатки НА компрессора поворачиваются для обеспечения значения текущего расхода, равного значению требуемого расхода на данном режиме работы двигателя.
Изменение запасов газодинамической устойчивости каскадов компрессора при увеличении влагосодержания может быть существенным. Поэтому непрерывное изменение углов установки лопаток НА является эффективным способом управления компрессорами, обеспечивающим высокий уровень эксплуатационных характеристик двигателя.
Литература:
- Биксаев А. Ш. Анализ методов защиты авиационных газотурбинных двигателей от вредных факторов среды эксплуатации // Молодой ученый. 2013. № 8. С. 75.
- Кистойчев А. В. Проектирование лопаточного аппарата осевых компрессоров ГТУ / А. В. Кистойчев // Уральский энергетический институт. Екатеринбург. 2014г. — 360 с.
- Черкасов А. Н., Грасько Т. В. Системы управления авиационных силовых установок: Учебное пособие. — Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2018. — 127 с.
- Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания РД33–2С: учебное пособие / Под редакцией В. В. Кулешова. — Издание ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 1986. — 295 с.
