Загальні відомості про системи авіадвигуна

Залежно від призначення, типу і конструкції авіаційного газотурбінного двигуна (ГТД) його роботу забезпечує велика кількість різних систем, до яких належать:

– система змащування і суфлірування;

– система живлення паливом;

– система всмоктування повітря (управління вхідним пристроєм);

– система запуску;

– система управління режимами роботи, контролю і сигналізації;

– система регулювання температури газів за турбіною;

– система захисту від обмерзання;

– протипомпажна система та ін.

Більшість з перерахованих систем забезпечують роботу маршових двигунів літака Ан-140 і двигуна його ДСУ. Перш ніж перейти до вивчення систем, що забезпечують роботу авіадвигуна цього літака і двигуна ДСУ, розглянемо принцип дії і особливості побудови системи, без якої неможлива робота жодного авіадвигуна – систему запуску.

Запуск авіаційного ГТД – це процес розкручування його ротора від стану спокою (запуск на землі) або режиму авторотації (запуск в польоті) до режиму стійкої роботи авіадвигуна з найменшою частотою обертання (з мінімальною можливою тягою або потужністю), при якій авіадвигун може працювати тривалий час, тобто на режим малого газу (земного або польотного).

Іншими словами, запуск авіадвигуна є перехідний режим його роботи від стану спокою або режиму авторотації до режиму малого газу. При цьому режим малого газу є початковим режимом роботи, з якого забезпечується надійний вихід на будь-який робочий режим двигуна за заданий час. Запуск авіаційного ГТД є одним з його найважливіших експлуатаційних режимів. Від надійності запуску двигуна залежить регулярність і безпека польотів будь-якого ЛА.

Найважливішою системою, що забезпечує надійний запуск двигуна залежно від його пускових характеристик, конструкції і умов експлуатації, є пускова система – система примусового розкручування ротора ГТД до режиму його самостійної роботи.

Для запуску авіадвигуна в наземних умовах необхідно від зовнішнього джерела енергії за допомогою пускового пристрою (стартера) здійснити розкручування ротора авіадвигуна до певної частоти обертання, подати в камеру згорання необхідну кількість палива і провести його займання, забезпечивши вихід двигуна на режим малого газу без теплових і механічних перевантажень за цілком певний час.

Процес запуску можна представити таким, що складається з трьох етапів (рис. 6.1). На першому етапі (I) при зміні кутової швидкості двигуна від ω = 0 (розкручування ротора здійснюється тільки стартером без подачі палива в камеру згорання) до пускової частоти обертання ω ₁, при якій в камері згорання створюються умови для надійного займання і горіння паливо-повітряної суміші, і може почати працювати турбіна двигуна. Момент, якій розвіває стартер на I етапі М_ст, витрачається на подолання:

– приведеного до валу стартера моменту інерції всіх частин авіадвигуна, що обертаються J·;

– приведеного до валу стартера моменту опору М_с, що включає моменти, які витрачаються на обертання компресора (стискування повітря в компресорі) і агрегатів двигуна, на подолання сил тертя в підшипниках, а для ТВД і на обертання повітряного гвинта, тобто:

М_ст = J· + М_с.

Рис. 6.1. Діаграма зміни моментів в процесі запуску.

Момент, необхідний для обертання агрегатів і подолання тертя в підшипниках, зазвичай не перевищує 5 % від моменту компресора.

На другому етапі (II) при зміні кутової швидкості двигуна від ω₁ до ω₂ в камеру згорання подається паливо і вступає в роботу турбіна. Розкручування ротора авіадвигуна до частоти обертання ω₂ (частоти обертання супроводу) здійснюється спільно стартером і турбіною

М_ст + М_т = J· + М_с,

де М_т – момент турбіни двигуна.

Стартер відключають при частоті обертання ω₂, коли надмірний момент турбіни М_т – М_с має достатнє значення.

На третьому етапі запуску (III) при зміні кутової швидкості двигуна від ω₂ до ω₃ розкручування ротора авіадвигуна здійснюється тільки за рахунок моменту турбіни.

Запуск авіадвигуна на землі забезпечується системою запуску. Основними електричними пристроями систем запуску авіаційних ГТД є:

– агрегат попереднього розкручування турбокомпресора двигуна – стартер (гідравлічний, електричний, піротехнічний, турбомеханічний, повітряно-механічний та ін.);

– програмні пристрої управління процесом запуску;

– паливні насоси;

– електричні системи запалення;

– електромагнітні клапани і крани подачі пускового і робочого палива і кисневого підживлення і так далі.

При експлуатації ЛА в польоті можливе самостійне вимкнення двигунів. Воно супроводжується припиненням горіння паливо-повітряної суміші в камерах згорання і поступовим зменшенням частоти обертання ротора двигуна – переходом на сталий режим авторотації. Для відновлення працездатності двигуна здійснюється запуск його в польоті без використання стартера, оскільки шляхом зміни швидкості польоту можна отримати таку частоту авторотації, починаючи з якої досягається виведення двигуна на режим малого газу. Процес запуску в польоті зводиться тільки до займання паливоповітряної суміші і до розкручування ротора двигуна турбіною до частоти обертання польотного малого газу.

Система управління запуском, окрім запуску на землі і в польоті, повинна забезпечувати ще наступні експлуатаційні режими:

– холодну прокрутку ротора двигуна – розкручування без подачі палива і включення системи запалення. Холодна прокрутка виконується після невдалого запуску або для заповнення маслосистеми після заміни масла;

– хибний запуск – імітація запуску з подачею палива в камеру згорання при вимкненої системі запалення. Хибний запуск виконується при розконсервації або консервації двигуна, а також при перевірці герметичності паливної системи.

Тип системи запуску визначається типом агрегату попереднього розкручування ротора двигуна (стартера). Найбільшого поширення для запуску авіаційних двигунів набули:

– електричні системи запуску з електростартерами (у тому числі зі стартер-генераторами);

– повітряні системи запуску з повітряними турбостартерами, що працюють на стисненому повітрі;

– турбокомпресорні системи запуску з турбокомпресорними стартерами, що працюють на паливі основного двигуна.

При виборі пускового пристрою враховується можливість його багатоцільового використання, наприклад електричного стартера в якості генератора в системі електропостачання; пускової турбіни повітряного турбостартера в якості турбіни підкручення в повітряно-механічному ППЧО синхронного генератора та ін.

Управління процесом запуску зводиться до завдання відповідного режиму роботи системи запуску (запуск на землі, в польоті, холодна прокрутка та ін.) і до управління пусковим пристроєм, паливною системою, системою запалення, кисневим підживленням, компресором двигуна і реактивним соплом. Управління можна здійснювати в функції часу з корекцією по частоті обертання стартера і авіаційного двигуна. При цьому посередньо враховуються пускові характеристики і умови запуску. Якщо авіадвигун раніше, ніж це передбачено програмою за часом, досягає встановленого значення частоти обертання, то стартер відключається датчиком частоти.

В ряді систем запуску управління здійснюється в функції частоти обертання авіаційного двигуна і стартера. Здійснюючи управління за частотою обертання, вдається погоджувати пускові характеристики авіадвигуна і системи запуску, забезпечувати запуск з положення, коли його ротор ще обертається, що дозволяє скоротити час запуску. Найкращі результати досягаються при використанні комбінованого управління процесом запуску: за частотою обертання і за часом.

Управління в функції часу здійснюється програмним механізмом (автоматом часу). Автомат часу – це електродвигун з редуктором, на валу якого укріплені кулачкові профільовані диски, що забезпечують в відповідні моменти часу розмикання або замикання контактів мікровимикачів, що впливають на проміжні реле, які, у свою чергу, управляють виконавчими елементами системи запуску. Збільшення надійності програмних механізмів досягається заміною контактних пристроїв на безконтактні автомати часу, виконані на сучасної електронної елементної базі (транзисторні реле та інтегральні схеми).

Корекція програми за частотою обертання пускового пристрою і авіаційного двигуна здійснюється відцентровими вимикачами або мікровимикачами, які спрацьовують під впливом відцентрового маятника паливного насоса-регулятора при певних частотах обертання турбокомпресора. Управління в функції частоти обертання валу авіадвигуна здійснюється спеціальною тахосигнальною апаратурою. Сигнали від тахогенераторів підводяться до групи проміжних реле, які здійснюють необхідні перемикання відповідно до заданої програми роботи.

Системи управління процесом запуску конструюються так, щоб унеможливити неправильні дії екіпажу при запуску двигуна.

Дата добавления: 2014-01-15