Обоснование необходимости применения САУ (САР) для обеспечения надежного и эффективного управления АГТСУ. Краткие сведения об истории развития САУ

Для наглядности рассмотрим схему ручного управления управляющими органами ТРДФ (рис.1.).

В действительных условиях эксплуатации режим работы силовой установки (СУ) часто и в широком диапазоне изменяется. Изменение режима работы и поддержание его мог бы осуществлять летчик, воздействуя вручную на СУ. Но! Для этого ему потребовались бы:

- приборы (сообщающие информацию о задачах и результатах управления в любой момент времени);

- рычаги (для приведения в действие управляющих органов воздухозаборника, компрессора, основной камеры сгорания, турбины, форсажной камеры сгорания, реактивного сопла и т.д.);

- знание законов управления (ПУ).

При этом летчик непрерывно должен был бы следить за измерительными приборами, определять величины управляемых параметров (УП), сравнивать эти величины с заданными значениями, оценивать рассогласования и принимать решение о направлении перемещения рычагов для ликвидации возникающих рассогласований.

Однако! Сложность СУ как объекта управления (ОУ), специфические особенности газодинамических и тепловых процессов, протекающих в управляемом объекте, случайность действующих на него возмущений, которые быстро изменяются во времени в широком диапазоне, занятость экипажа в полете переработкой информации, необходимой для полета, делают невозможным качественное ручное управление СУ.

Решить задачу качественного управления СУ возможно только средствами автоматики, которая позволяет свести функции управления лишь к перемещению РУД и контролю за правильностью работы автоматики самого двигателя по приборам и контроля основных параметров СУ. Чем шире диапазон изменения режимов работы СУ, скоростей и высот полета, тем больше потребность в автоматизации управления.

В настоящее время топливопитающая и топливорегулирующая аппаратура насчитывает пять поколений.

Первое поколение (1945-1947гг.), представляло собой программные регуляторы автоматического поддержания частоты вращения мембранного типа с входящим в конструкцию баростатом. Питание двигателей топливом осуществлялось высоконапорными плунжерными насосами переменной производительности.

Второе поколение (1950-1960гг.), разрабатывалось для двигателей военных самолетов с форсажным контуром и регулируемым соплом, а также для газотурбинных двигателей грузопассажирских самолетов. Топливорегулирующие агрегаты двигателей обеспечивали питание топливом основного и форсажного контуров двигателя. Для питания основного контура использовались шестеренные и плунжерные насосы высокого давления, для питания форсажного - шестеренные и высокооборотные высоконапорные центробежные насосы. Система регулирования основного контура имела изодромный регулятор частоты вращения, автоматы запуска и приемистости. Система регулирования форсажного контура обеспечивала дозировку топлива по степени расширения газа на турбине с ограничением по давлению воздуха за компрессором двигателя.

Третье поколение (1960-1970гг.), создавалось для регулирования топливоподачи, управления механизацией направляющих аппаратов компрессора и геометрией сопла двухвальных и двухконтурных двигателей военных и гражданских самолетов. В системе питания основного контура использовались шестеренные и плунжерные насосы, для питания форсажного - высоконапорные центробежные. Для управления механизацией компрессора и сопла были созданы плунжерные насосы высокого давления.

Комбинированные системы питания предусматривали работу плунжерного насоса на запуске и для питания механизации двигателя. В ряде систем питание основного и форсажного контуров после запуска осуществлялось центробежным насосом.

Система топливопитания основного контура обеспечивала регулирование по внутридвигательным параметрам, управление механизацией компрессора - по приведенной частоте вращения. Системы оборудовались антипомпажным устройством. Регулирование подачи форсажного топлива и управление геометрией сопла также осуществлялось по внутридвигательным параметрам. Была предусмотрена возможность глубокого дросселирования форсажной тяги.

Гидромеханические регуляторы этого периода выполняли все основные функции управления двигателем.

Четвертое поколение (1970-1980гг.), было разработано в связи с необходимостью повышения точности поддержания регулируемых параметров при одновременном расширении объема потребной информации, что потребовало создания комплексных электронно-гидромеханических систем управления. Электронные регуляторы таких систем выполняют в основном функции ограничения предельных параметров двигателя.

К пятому поколению систем автоматического управления и регулирования авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) можно отнести системы, разрабатываемые в (1990г. - по сей день), в которых основная часть функций; управления и регулирования передается электронно-цифровому регулятору.

Как мы видим за годы существования воздушно-реактивных двигателей САУ претерпели ряд эволюционных и революционных изменений с учетом предъявляемых требований и существующих ограничений. До начала 1990-х годов происходило эволюционное развитие САУ от гидромеханической к электронной системе. Революционным скачком в развитие САУ стало появление в начале 1990-х годов электронной системы с полной ответственностью - FАDЕС, выполненной по схеме с центральным управляющим блоком, в которой сигналы от датчиков по коммуникационным шинам поступают к управляющему блоку и от него к исполнительным механизмам (централизованная САУ). В настоящее время на двигателях 5-го поколения применяется САУ FАDЕС 3-го поколения, в которых совмещены функции управления и диагностики технического состояния двигателя.

Применение в перспективных двигателях технологий, направленных на активное регулирование радиальных зазоров, управление течением и устойчивой работой лопаточных машинах, управление горением и так далее приводит к существенному усложнению законов управления и ужесточению требований к производительности процессора и пропускной способности коммуникационных шин. Дополнительное ужесточение требований к производительности САУ вызывает и расширение функций системы диагностики технического состояния двигателя.