4.2.1 Программы управления двигателя на бесфорсажных режимах

На бесфорсажных режимах закон изменения управляемых параметров n₂ = f(t₁^*) с коррекцией по р₁^*, n₁ = f(t₁^*), t₄^* = f (t₁^*) осуществляется за счет изменения расхода топлива G_то в ОКС с учетом ограничения величины t₄^*_пред и F_кp – площади критического сечения реактивного сопла.

На максимальном режиме работы двигателя в общем случае программу управления можно разделить на три участка в зависимости от величины n_2max = f(t₁^*) (рис. 4.2).

I участок программы соответствует температуре воздуха на входе в двигатель  t₁^* ≤ 15 ºC. На этом участке реализуется закон, при котором приведенные значения управляемых параметров постоянны:

n_{1пр max} = const;

n_{2пр max} = const.

Поддержание заданных величин параметров при снижении t₁^* производится за счет уменьшения подачи топлива G_то в ОКС и соответствующего снижения физических значений n₁, n₂, t₃^*, t₄^*. Применение такой программы позволило поддерживать заданный запас газодинамической устойчивости компрессора, уменьшить механические и тепловые нагрузки на элементы конструкции.

Уменьшение t₁^* ниже +15 °С при неизменных физических оборотах n₁ приводит к увеличению n_1пp (рис. 4.3). В результате этого рабочая точка на характеристике компрессора сместилась бы вдоль линии рабочих режимов (рис. 4.4) в сторону увеличения n_1пp, приближаясь к границе устойчивой работы КНД. При этом произошло бы снижение запаса газодинамической устойчивости (ГДУ) КНД и помпаж КНД. Поэтому выбрано такое значение n_{1пp.пред} < n_{1пp.пред.доп}, при которых КНД при любых внешних возмущениях не войдет в помпажный режим.

Рисунок 4.2 - Программа регулирования на режиме «Максимал»

Поддержание n_{1пp.пред} = const позволяет зафиксировать рабочую точку на характеристике КНД на достаточном удалении от границы помпажа. Аналогично при n_2пp = const обеспечивается запас газодинамической устойчивости КВД.

II участок программы соответствует диапазону температур на входе в двигатель +15 °С < t₁^* < + 62 °C. На этом участке реализуется закон:
n_1max= f(t₁^*), n_2max= f(t₁^*), t₄^*max = f(t₁^*), при котором обеспечивается требуемое увеличение тяги двигателя с ростом скорости (числа М) полета. На этом участке n₁ и n₂ растут по мере повышения t₁^*. Рост n₂ обеспечивается увеличением подачи топлива в камеру сгорания и соответствующим повышением температуры t₃^*. Рост n₁ обеспечивается как увеличением подачи топлива в камеру сгорания, так и раскрытием створок реактивного сопла, при этом происходит увеличение механических и тепловых нагрузок на элементы конструкции двигателя. Вследствие ухудшения эффективности охлаждения элементов конструкции при t₁^* ≥ +62 °С двигатель переходит на программу управления по ограничению t₄^*_пред.

III участок программы соответствует температуре на входе в двигатель t₁^* ≥ +62 °С. На этом участке реализуется программа управления двигателем:

t₄^*_пред. = const;  n_2mах = f(t₁^*); n_1mах = f(t₁^*).

Этот участок введен для обеспечения надежной работы двигателя при высоких значениях t₁^* и больших числах М. В качестве управляющего фактора, обеспечивающего t₄^*_пред = const, используется изменение подачи топлива G_то в ОКС.

С ростом t₁^* при увеличении числа М полета производится уменьшение G_то по сравнению с программой II участка. Это приводит к некоторому снижению n₂ и замедлению роста t₄^* перед ТНД. При этом с целью исключения опасного роста t₃^* и t₄^* при отказе ограничителя t₄^*_пред. уровень программной настройки n₂ на III участке устанавливается на Δn₂ = 2 % выше n₂ = f(t₁^*), обеспечиваемых при t₄^*  = t₄^*_пред.

На III участке предусмотрено дальнейшее увеличение n₁ (до t₁^*= +73 °С), как и на II участке. Это обусловлено необходимостью обеспечить заданную тягу двигателя при полете на Н ≈ 0. Повышение n1 обеспечивается за счет более энергичного повышения π*тнд путем раскрытия створок реактивного сопла.

При t₁^* > 73 °С закон изменения n₁ = f(t₁^*) выбран так, что каждому значению n₂ соответствует оптимальное значение n₁ при t₄^*_пред = const. Тяга двигателя при этом будет наибольшей. Дальнейшее увеличение числа М и t₁^* приводит к затяжелению КНД при одновременном снижении темпа роста t₄^*. Поддержание оптимального значения n₁ производится увеличением π_т = f(t₁^*) путем раскрытия створок реактивного сопла (увеличение F_кр).

Рисунок 4.3 - Программа управления n_1пр = f(t₁^*)

Рисунок 4.4 - Характеристика компрессора

На больших числах М полета и высокой температуре t₁^*регулятор π_т^* становится на упор π^*_т = π^*_{т max,} а при дальнейшем разгоне самолета створки PC также становятся на механический упор F_кр = F_{кр max} = const, что приводит к снижению оборотов n₁.

Крейсерские режимы (рис. 4.5) занимают промежуточное положение по тяге между режимами МГ и М. На этих режимах реализуется программа n₂=f(β_руд,t₁^*).

В процессе дросселирования двигателя на крейсерских режимах снижается запас ГДУ КВД (ΔК_{у квд}). Для обеспечения требуемого значения ΔК_{у квд} производится поворот лопаток направляющего аппарата КВД на уменьшение углов установки (φ _{НА квд}) по программе φ _{НА квд} = f(n_2пр,t₁^*).

В общем случае на крейсерских режимах реализуется следующая программа управления двигателем:

n₂ = f(t₁^*); n₁ = f(t₁^*) или n_1пp = f(n_{2 пр}; t₁^*).

Рисунок 4.5 - Программа управления n₂ = f(β_руд; t₁^*)

Значение оборотов n₂ = f(t₁^*) определяется положением РУД, то есть величиной подачи топлива G_то в ОКС, и корректируется по t₁^* таким образом, чтобы по мере перемещения РУД обеспечить постепенный переход от программы на режиме «МГ» к программе на режиме «М».

На пониженных крейсерских режимах, а также при включении и выключении форсажа вводится коррекция n_1пp = f(n_{2 пр}; t₁^*) каналом РСЧВ. Это обусловлено понижением запаса газодинамической устойчивости КНД.

На режиме малого газа (МГ) реализуется программа (рис. 4.5):

n_2мг = f(t₁^*); n₁ = f(t₁^*).

Этот закон обеспечивается за счет изменения расхода топлива G_то в ОКС.

На I участке при t₁^* < 62 °С реализуется программа: n_{2пр мг} = const; n_{1пр мг} = const.

На II участке при 62 ºС ≤  t₁^* < 105 ºC реализуется программа: n_2мг = f(t₁^*); n_{1пр мг} = f(n_{2пр. мг},t₁^*).

На III участке при t₁^* ≥ 105 ºC реализуется программа: n_2мг = const; n_{1пр. мг} = f(n_{2пр. мг};t₁^*).

Реализация этой программы на режиме «МГ» позволяет: обеспечить улучшение приемистости в полете с ростом числа М; исключить возможность дросселирования двигателя ниже режима «Максимал» на больших числах М и t₁^*.

На крейсерских режимах для повышения запаса ГДУ компрессора двигателя вступает в работу канал регулирования соотношения частоты вращения роторов двигателя (РСЧВ), работающий по программе (рис. 4.8) n_1пр= f(n_2пр; Т₁^*). ПЗУ канала РСЧВ по данной программе воздействует на ЭМК ИМ-9 и путем изменения F_кр поддерживает заданные обороты n₁ в зависимости от значения оборотов n₂, величина которых задается ПЗУ ГМР через расход топлива в ОКС. При t₁^* ≤ 62 °С программа n_1np = f(n_{2 пр}) соответствует оптимальным значениям отношений n_1np/n_2пр для дроссельной характеристики, из условия получения наилучшей экономичности двигателя на дроссельных режимах. При t₁^* ≥ 62 ºC настройка ПЗУ канала n₁ корректируется на величину Δn₁=0,15(t₁^*-62 ºС), т. е. программа эквидистантно смещается на Δn₁. Смещение программы осуществляется для предотвращения скачкообразного изменения n₁ при переходе с режима «КР» на режимы «М» и «Ф».

Рисунок 4.6 - Программа управления n_1пр= f(n_2пр; Т₁^*)