1

4.2 Система автоматического управления и контроля

Система автоматического управления и контроля предназначена для:

автоматического управления двигателем;
контроля работы двигателя.

Система Автоматического Управления и Контроля (САУК) комплексно обеспечивает автоматическое управление, защиту и оперативный контроль (с выдачей информации в самолетные системы управления и контроля).

Рисунок 4.5 - Блок-схема системы автоматического управления двигателя

П₁ - безрасходный приемник Р^*_ВХ; П₂ - расходный приемник Р^*_ВХ

Структурная схема САУК приведена на рисунку 4.5. САУК - электронно-гидропневмомеханическая, двухканальная, с двумя равноценными каналами управления, каналом контроля параметров и гидромеханической резервной системой. САУК включает в себя:

основной канал (канал А) управления расходом топлива и управления положением Регулируемого Входного Направляющего Аппарата (РВНА) и регулируемых направляющих аппаратов (РНА (Рис. 1)) нулевой и первой ступеней Компрессора Высокого Давления (КВД) (далее по тексту Регулируемый Направляющий Аппарат Компрессора Высокого Давления (РНА КВД))
дублирующий канал (канал Б) управления расходом топлива и управления положением РНА КВД
резервную гидромеханическую систему управления расходом топлива и управления положением РНА КВД
канал контроля параметров (в том числе - канал контроля вибрации).

Рисунок 4.6 - Блок-схема системы автоматического управления и контроля

α_рна - Угол установки РНА КВД; α_руд - Угол установки рычага управления двигателем (РУД); A_GT - Положение дозирующего элемента насоса-регулятора; J_GT - Управление расходом топлива; J _рна - Управление углом установки РНА КВД; Р_квд - Давление воздуха за компрессором высокого давления (КВД); Р^*_вх - Полное давление воздуха на входе в двигатель; Р_{м вх} Давление масла на входе в двигатель; Р_т - Давление топлива перед рабочими форсунками; Рт_mjn - Минимальное давление топлива на входе в основную ступень насоса-регулятора; Р_м
Bxmin - Минимальное давление масла на входе в двигатель; n_вд - Частота вращения ротора высокого давления (ВД); n_нд - Частота вращения ротора низкого давления (НД); t^*_тнд - Температура газов за турбиной низкого давления (НД); t_т - Температура топлива на входе в основную ступень насоса-регулятора; t^*_вx - Температура воздуха на входе в двигатель; t_{м вх} -Температура масла на входе в двигатель; t_{м вых} - Температура масла на выходе из двигателя; V_мб - Объем масла в маслобаке; U_{вых п/з} - Выходное напряжение с усилителя заряда канала контроля вибраций передней/задней подвески; ВСК - Встроенная система контроля; ВТС _откр Клапан ВТС открыт; ВТС-222 - Воздушный турбостартер (ВТС); Запр.оконч. - Заправка окончена; Закр A3 - Закрытие аварийной заслонки ВТС; ИМ - Исполнительный механизм; KB МБ - Концевые выключатели в датчике-сигнализаторе уровня масла в маслобаке; KB - Концевой выключатель; КТО - Компьютер технического обслуживания; Масло min Минимальный уровень масла в маслобаке; Масло max - Максимальный уровень масла в маслобаке; МФ зас - Маслофильтр засорен; МСТВ - Сигнализатор; МП - Модуль питания; МКИО - Мультиплексный канал информационного обмена; ОС GT - - Селектор основная/резервная система управления расходом топлива; ОС РНА - Селектор основная/резервная система управления РНА КВД; Откр клап ВТС - Открытие клапана ВТС; ПО втс - Предельная частота вращения ротора ВТС; ППТ - Подача пускового топлива; ППРТ - Прекращение подачи рабочего топлива; Стоп - Выключение двигателя (останов); ТСС опор кнд - Термостружкосигнапизатор опор КНД; ТСС опор турб - Термостружкосигнализатор опор турбины; ТФ зас - Топливный фильтр топливомасляного теплообменника (ТМТ) засорен; ЭМК - Электромагнитный клапан; ЭСУ-222 - Электронный блок управления и контроля (ЭСУ); 0,7 Макс. - Режим работы двигателя 0,7 Макс.; датч - Датчик; кан - Канал

Рисунок 4.7 - Структурная схема топливопитания и управления механизацией компрессора

С1 - Сигнализатор перепада давлений на топливном фильтре; С2 - Сигнализатор минимального давления топлива на входе в шестеренный насос; Д1 - Датчик температуры топлива на входе в основную ступень насоса - регулятора; Д2 - Датчик давления топлива перед рабочими форсунками; ДЗ - Датчик давления воздуха на входе в двигатель; Д4 - Датчик давления воздуха за КВД; П1 - Безрасходный приемник полного давления воздуха на входе в двигатель ; П2 - Расходный приемник полного давления воздуха на входе в двигатель; К1 - Клапан терморедукционный; К2 - Клапан перепускной; КЗ - Клапан перепускной; Н1 - Подкачивающая ступень - насос низкого давления (насос центробежный); Н2 - Основная ступень - насос высокого давления (насос центробежный); HP - Насос - регулятор; Т - Элемент теплообменный; ТМТ Топливомасляный теплообменник; Ф - Фильтр топливный; ШК - Штуцер консервации; ШС - Штуцер для стендового замера давления топлива перед рабочими форсунками; РНА Регулируемые направляющие аппараты; РРНА Регулятор РНА; БРУ Блок резервного управления; ПГЛ - 130 Привод - генератор ; Р - Ресивер

Линии связи: 1. Подвод топлива к центробежному насосу HP; 2. Подвод топлива от центробежного насоса к ТМТ; 3. Отвод масла от ТМТ; Подвод масла к ТМТ; Подвод топлива к шестеренному насосу HP; Подвод топлива к приводу - генератору; Отвод топлива от привода - генератора; Подвод воздуха со входа в двигатель к HP; Подвод топлива от HP к регулятору РНА; 10,11 - Подвод - отвод воздуха от блока резервного управления РНА к регулятору РНА; Отвод топливовоздушной смеси в дренажную систему; Отвод топлива от регулятора РНА на вход в HP; Подвод воздуха из - за КВД к датчику давления; Подвод воздуха из - за КВД к блоку резервного управления РНА; Отвод воздуха от блока резервного управления РНА к приемнику полного давления; 17 - Подвод воздуха на обогрев расходного приемника полного давления ; 18,19 - Подвод воздуха на обогрев безрасходных приемников полного давления ; 20, 21, 22 Подвод воздуха от безрасходных приемников полного давления к ресиверу; Подвод воздуха со входа в двигатель к датчику давления; Подвод топлива к пусковым форсункам; Подвод топлива к рабочим форсункам; Отвод топливомасляной смеси в дренажную систему ; 101 - 163 - Маркировка штуцеров на агрегатах;

САУК на самолете взаимодействует с органами управления двигателем в кабине самолета и самолетными системами:

Система Управления ОбщеСамолетным Оборудованием (СУОСО)
Бортовая Цифровая Вычислительная Машина (БЦВМ)
Бортовая Автоматизированная Система Контроля (БАСК)
Блоки Сбора и Обработки Информации (БСОИ) в составе:
- Эксплуатационный Бортовой Накопитель (ЭБН)
- Защищенный Бортовой Накопитель (ЗБН).

Взаимодействие САУК с СУОСО, БЦВМ, БАСК, БСОИ осуществляется по Мультиплексногму Каналу Информационного Обмена (МКИО).

Система автоматического управления двигателем (САУ) предназначена для управления расходом топлива и управления механизацией компрессора. Система автоматического управления состоит из:

основной САУ;
резервной САУ;
системы контроля двигателя.

4.2.1 Основная САУ

Основная САУ - электронная гидромеханическая система с двумя равноценными каналами управления (основной – канал А, дублирующий – канал Б):

Состоит из:

электронного блока регулирования и контроля ЭСУ-222 - управляющая электронная часть;
насоса-регулятора (НР 4204) - исполнительная гидромеханическая часть управления расходом топлива;
регулятора РНА (РРНА 4208) - исполнительная гидромеханическая часть управления РНА;
трех безрасходных приемников Р^*_{В ВХ} и ресивера;
датчиков и сигнализаторов;
агрегатов системы запуска двигателя.

Основная САУ предназначена для:

приема из систем самолета по мультиплексному каналу информационного обмена (МКИО) информации, необходимой для управления двигателем;
управления подачей пускового и рабочего топлива на всех режимах работы двигателя;
управления РНА на всех режимах работы двигателя;
управление агрегатами двигателя для выполнения запуска на земле и в полете, холодной прокрутки и ложного запуска;
ограничение и защита двигателя от превышения максимально допустимых параметров;
обнаружение и парирование помпажных явлений – система противопомпажной защиты (СПЗ);

ПРИМЕЧАНИЕ. При обнаружении помпажа автоматика формирует команду СПЗ при этом:

прекращает подачу рабочего топлива;
включает агрегаты зажигания;
включает подачу пускового топлива;
устанавливает НР 4204 на режим G_{Т МИН};
прикрывает РНА КВД;
восстанавливает исходный режим работы двигателя после снятия команды СПЗ.
кратковременное повышение запасов газодинамической устойчивости двигателя (КПЗУ);

ПРИМЕЧАНИЕ. При применении спец. снаряжения автоматика формирует команду КПЗУ при этом:

устанавливает НР 4204 на режим GТ_МИН;
включает агрегаты зажигания;
включает подачу пускового топлива;
прикрывает РНА КВД;
восстанавливает исходный режим работы двигателя после снятия команды КПЗУ.
автоматическое восстановление режима работы (АВРР);

ПРИМЕЧАНИЕ. При погасании камеры сгорания автоматика формирует команду АВРР при этом:

включает агрегаты зажигания;
включает подачу пускового топлива;
восстанавливает исходный режим работы двигателя заданный РУД;
контроль исправности ЭСУ и взаимодействующих с ним устройств;
переход на резервную САУ;
автоматическое и принудительное выключение двигателя.

4.2.2 Резервная САУ

Резервная САУ - гидропневмомеханическая система, состоит из:

насоса-регулятора (НР) 4204;
регулятора РНА (РРНА);
блока резервного управления РНА (БРУ РНА);
расходного приемника полного давления воздуха на входе в двигатель (Р^*_{в вх}).

Резервная САУ выполняет следующие функции:

- управление подачей топлива в двигатель на режимах 0.3МАКС и 0.7МАКС с коррекцией по полному Р_{В ВХ};
- переход с режима 0.3МАКС на режим 0.7МАКС и обратно;
- управление РНА на всех режимах работы двигателя;
- принудительное выключение двигателя.

Резервная САУ вступает в работу при:

выключении электропитания ЭСУ;
отказе основного и дублирующего каналов САУ (или при выключении их из кабины);
выключении (по команде из систем управления самолета) электронного канала управления.

Резервная САУ по управлению расходом топлива обеспечивает работу двигателя на двух фиксированных режимах – «0,3 МАКС» (пониженный) и «0,7 МАКС» (повышенный), что позволяет благополучно завершить полет с отказавшей электронной САУ. Выбор режима определяется положением РУД: при α_РУД < 48,9º устанавливается пониженный режим, при α_РУД ≥ 48,9º – повышенный. Информация экипажу о переходе управления расходом топлива на резервную САУ выдается на МФЦИ в виде сообщения ЛЕВЫЙ (ПРАВЫЙ) ДВИГАТЕЛЬ НА РЕЗЕРВНОЙ СИСТЕМЕ с дублированием его речевым информатором.

В этом случае управляющие команды от РУД поступают на электромагнитные клапаны насоса-регулятора, подача топлива корректируется по полному давлению воздуха на входе в двигатель. При необходимости двигатель может быть выключен переводом РУД в положение СТОП. Запуск двигателя под управлением резервной САУ не предусмотрен.

Резервная САУ по управлению направляющими аппаратами компрессора обеспечивает работу двигателя на всех режимах, кроме режимов ниже «0,3 МАКС». Блок резервного управления РНА формирует управляющие команды на регулятор РНА КВД в зависимости от полного давления воздуха на входе в двигатель и давления за КВД. При этом во избежание потери газодинамической устойчивости (ГДУ) САУ по управлению расходом топлива переходит на программу, не позволяющую дросселировать двигатель ниже режима «0,3 МАКС».

Примечание: Выдача информации экипажу о переходе управления РНА на резервную САУ временно не производится.

При работе резервной САУ, в зависимости от глубины отказа основной САУ, возможен частичный или полный контроль параметров двигателя на экране МФЦИ. При полном отказе основной САУ возможен только контроль частоты вращения РВД (n_ВД).

4.2.3 Система контроля двигателя

Система контроля двигателя конструктивно реализована в ЭСУ и выполняет следующие функции:

обрабатывает информацию, поступающую с датчиков и сигнализаторов, выполняет непрерывный контроль параметров работы двигателя (в том числе - контроль вибрации), его систем и агрегатов;
выполняет контроль максимально допустимых параметров по фиксированным и изменяемым (в зависимости от режимов работы двигателя) границам;
выполняет функции контроля технического состояния двигателя, его систем и агрегатов;
выявляет повреждения и отказы, влияющие на формирование оперативных решений о необходимых действиях экипажа;
выполняет идентификацию режимов работы двигателя;
выполняет подсчет и контроль наработки двигателя на режимах ограничения и общей наработки (в том числе: количества полетных циклов, количества запусков, суммарных значений наработок двигателя на режимах;
выполняет контроль времени запуска и времени выбега роторов ВД и НД;
выполняет контроль готовности двигателя к взлету;
выдает текущие значения параметров на МФЦИ в кабине самолета и во взаимодействующие с двигателем системы самолета;
выдает необходимую для регистрации и хранения информацию в блоки сбора и обработки информации - эксплуатационный бортовой накопитель (ЭБН) и защищенный бортовой накопитель (ЗБН);
формирует и выдает сообщения об отказах и неисправностях двигателя и его систем.

В случае отказа САУК по выполнению функций управления, вплоть до перехода на работу резервной САУ (кроме полного отказа ЭСУ или отказа (выключения) электропитания), выполняются все функции системы контроля, использующие исправные каналы измерения.

Электронный блок ЭСУ-222 каждого двигателя содержит в своем составе два канала: А и Б. Функции управления подачей топлива в двигатель и управления направляющими аппаратами КВД выполняются каналом А блока ЭСУ-222. В случае обнаружения отказов, приводящих к невозможности управления подачей топлива или направляющими аппаратами каналом А, соответствующие функции управления выполняются каналом Б. Функции контроля параметров двигателя выполняются только в канале Б блока ЭСУ-222.

Каждый из каналов ЭСУ-222 имеет два равноценных контура управления: основной и дублирующий, регулирующие расход топлива и положение РНА по заданным программам (законам управления).

Законы управления включают:

управление расходом топлива на режиме запуска, обеспечивающее расход топлива для розжига в камере сгорания с учетом давления и температуры воздуха на входе в двигатель и частоты вращения ротора ВД;
управление расходом топлива на режиме запуска двигателя и приемистости, исходя из условия поддержания ускорения ротора ВД;
управление расходом топлива на установившихся режимах работы двигателей. При этом основной контур управления ЭСУ-222 обеспечивает поддержание заданного значения приведенной частоты вращения ротора НД (закон n_{НД пр} = const). При отказе основного контура управления дублирующий контур ЭСУ-222 выполняет резервную программу управления – поддержание заданного значения суммарной степени повышения полного давления воздуха в компрессоре (закон π^*_КΣ = const);
управление регулируемыми направляющими аппаратами компрессора осуществляется в зависимости от текущих значений приведенной частоты вращения ротора ВД (n_{ВД пр}).

Переход ЭСУ-222 с основного контура управления на дублирующий, а при их отказе – на резервную систему управления, обеспечивается встроенной системой контроля (ВСК). Переход на резервную САУ по подаче топлива и по положению РНА КВД осуществляется независимо друг от друга, при этом все функции ЭСУ-222, выполнение которых возможно при одном работающем контуре управления, сохраняются. В зависимости от степени отказа в ВСК сохраняются все функции, выполнение которых возможно при исправных каналах измерения и контроля.

ЭСУ при работе основной САУ ограничивает следующие параметры двигателя:

n_{2 МАКС};
n_{1 МАКС};
n_{1 ПР МАКС};
π^*_{КΣ МАКС};
n_{2 ПР МИН};
G_{Т МИН} = макс[G_{Т МИН} = 125 кг/ч /G_{Т МИН РЕЖ} ];
GТ МАКС = мин[G_{Т МАКС} = 2300 кг/ч /G_{Т МАКС РЕЖ}] ;
Т4 _МАКС.

Встроенная система контроля (ВСК) ЭСУ вступает в работу после включения электропитания и работает в двух режимах:

непрерывный режим (на работающем и остановленном двигателе) – осуществляется автоматически;
тестовый режим (только на остановленном двигателе) – осуществляется принудительно (по команде «ТЕСТ САУ, МКИО») и происходит по расширенной программе.

По результатам ВСК формируются признаки отказов (с точностью до датчика, сигнализатора, исполнительного механизма и агрегата) и сообщения о них передаются в БСОИ и одновременно происходит запись в память ЭСУ.

В памяти ЭСУ фиксируется:

время обнаружения отказа, номер полета, наработка ЭСУ на момент отказа;
значения основных параметров работы двигателя за 2с до и 3с после момента обнаружения отказа.

В памяти ЭСУ фиксируются не более 20-ти сообщений.

Переход с основного канала управления на дублирующий происходит по результатам ВСК ЭСУ.

4.2.4 Контроль работы системы

Наземная система контроля позволяет выполнять углубленный контроль состояния двигателя и его систем по информации, зарегистрированной бортовым накопителем.

В таблице 4.1 приведен перечень сообщений, выдаваемых на МФЦИ при наземном контроле (ППЛК).

Таблица 4.1 - Перечень сообщений

№ п/п	Сообщения БАСК	Причина
1	ПРЕВЫШЕНА МАКСИМАЛЬНАЯ Т ГАЗА	Т₄ ≥ 781+4 °С
2	Т ГАЗА ПРЕДЕЛЬНАЯ	Т₄ ≥ 791+4 °С
3	Т ГАЗА ПРЕДЕЛЬНАЯ, ЗАПУСК ПРЕКРАЩЕН ( ТОЛЬКО НА ЗЕМЛЕ)	Т₄ ≥ 660±6 °С
4	ПРЕВЫШЕНА МАКСИМАЛЬНАЯ NВД	n₂≥ 105,6+0.1%
5	ПРЕВЫШЕНА МАКСИМАЛЬНАЯ NНД	n₁ ≥ 107,5+0.1%
6	NВД ПРЕДЕЛЬНАЯ	n₂ ≥ 106,6 %
7	NНД ПРЕДЕЛЬНАЯ	n₁ ≥ 108,5 %
8	ВИБРАЦИЯ	V_ВИБР1 ≥ 40 мм/с V_ВИБР2 ≥ 65 мм/с
9	ОПАСНАЯ ВИБРАЦИЯ	V_ВИБР1 ≥ 45 мм/с V_ВИБР2 ≥ 70 мм/с
10	ПОМПАЖ ЛЕВОГО (ПРАВОГО)	Помпаж
11	ТОПЛИВНЫЙ ФИЛЬТР ЛЕВОГО (ПРАВОГО)	Засорение фильтра
12	ЛЕВЫЙ (ПРАВЫЙ) ДВИГАТЕЛЬ НА РЕЗЕРВНОЙ СИСТЕМЕ	Отказ ЭСУ
13	РЕЖИМ НЕ В НОРМЕ К ВЗЛЕТУ НЕ ГОТОВ	Несоответствие режима

В таблице 4.2 приведен перечень сообщений, выдаваемых на МФЦИ в полете экипажу.

Таблица 4.2 - Перечень сообщений

№ п/п	Сообщения БАСК	Причина
1	ПЕРЕГРЕВ ЛЕВОГО (ПРАВОГО) – СБРОСЬ ОБОРОТЫ	Т₄ ≥ 785 °С
2	ОБОРОТЫ ЛЕВ(ПРАВ) ВЫШЕ ДОП – СБРОСЬ ОБОРОТЫ	n₁ ≥ 107,5 %; n₂ ≥ 105,6 %
3	ВИБРАЦИЯ ЛЕВОГО (ПРАВОГО) – СБРОСЬ ОБОРОТЫ	V_ВИБР1 ≥ 40 мм/с V_ВИБР2 ≥ 65 мм/с
4	ПОМПАЖ ЛЕВОГО (ПРАВОГО)	Помпаж
5	ТОПЛИВНЫЙ ФИЛЬТР ЛЕВОГО (ПРАВОГО)	Засорение фильтра
6	ЛЕВЫЙ (ПРАВЫЙ) ДВИГАТЕЛЬ НА РЕЗЕРВНОЙ СИСТЕМЕ	Отказ ЭСУ

В таблице 4.3 приведен перечень речевых сообщений выдаваемых МСПУ.

Таблица 4.3 - Перечень сообщений

№ п/п Сообщения БАСК Причина

1 ПЕРЕГРЕВ ЛЕВОГО (ПРАВОГО) – СБРОСЬ ОБОРОТЫ Т₄ ≥ 785 °С

2 ОБОРОТЫ ЛЕВ(ПРАВ) ВЫШЕ ДОП – СБРОСЬ ОБОРОТЫ n₁ ≥ 107,5 %; n₂ ≥ 105,6 %

3 ВИБРАЦИЯ ЛЕВОГО (ПРАВОГО) – СБРОСЬ ОБОРОТЫ V_ВИБР1 ≥ 40 мм/с
V_ВИБР2 ≥ 65 мм/с

4 ПОМПАЖ ЛЕВОГО (ПРАВОГО) Помпаж

5 ТОПЛИВНЫЙ ФИЛЬТР ЛЕВОГО (ПРАВОГО) Засорение фильтра

6 ЛЕВЫЙ (ПРАВЫЙ) ДВИГАТЕЛЬ НА РЕЗЕРВНОЙ СИСТЕМЕ Отказ ЭСУ