Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Скоростная характеристика двигателя



Силовая установка

 

История двигателей

 

Двигатели семейства CFM 56 турбовентиляторные с высокой степенью двухконтурности. Они созданы в кооперации двигателестроительных фирм: французской SNECMA и американской General Electric (GE).

Внутренний контур (газогенератор) основан на военном двигателе GE F101/110 (установлен на бомбардировщике В-1).

Первый двигатель данного семейства назывался CFM 56 - 2. Диаметр его вентилятора был 68,3 дюйма, бандажные полки лопаток вентилятора находились на законцовках лопаток, степень двухконтурности была 6:1.

Модель CFM 56 - 3 была создана специально для Боинга 737 -300(500). Диаметр вентилятора уменьшен до 60 дюймов, степень двухконтурности - 5:1. Бандажная полка с законцовки лопасти переместилась в направлении комля. Также изменилась конструкция компрессора низкого давления (КНД).

Первоначально двигатель сертифицировался под тягу 22000 фунтов, но у первого производственного варианта расчётная тяга ограничивалась 20000 фунтов и он получил обозначение «- 3 - В1». Затем стал выпускаться двигатель с тягой 22000 фунтов, который получил обозначение « - 3В - 2».

Двигатель «- 3С - 1» с расчётной тягой 23500 фунтов был разработан для Боинга 737-400. Увеличение тяги было достигнуто за счёт изменения программы регулирования. Были увеличены заданные скорости вращения и температура за турбиной. Изменилась программа управления поворотных направляющих аппаратов компрессора (VSV), что привело к росту соотношения N1/N2 при приближении режима двигателя к максимальной расчётной тяге.

Изменился дизайн лопастей вентилятора и спрямляющего аппарата после вентилятора. Изменения в вентиляторе также были введены на двигатели «- 3 - В1»и «- 3В - 2».

 

 

Боинг 737 (300-500) оснащен двигателем CFM56 - 3, который имеет 4 конфигурации:

CFM 56 - 3 - В4 (18,5 К);

CFM 56 - 3 - В1 (20 К);

CFM 56 - 3В - 2 (22 К);

CFM 56 - 3С - 1 (23,5 К)

развивающие расчётную тягу соответственно 18,5; 20; 22 и 23,5 тысяч фунтов (1 фунт равен 0.4536 кг) тяги.

N2 100% соответствует 14526 об/мин.

Программа регулирования двигателя такова (flat rated), что заданная тяга двигателя выдерживается постоянной в диапазоне температур воздуха t ≤ ISA+15°, затем, с целью не превышения допустимой температуры газов, наступает срезка тяги.

 

На Боинге 737-800(900) устанавливаются двигатели CFM56-7B в трёх возможных конфигурациях:



- В24 с взлётной тягой 24200 фунтов;

- В26 с взлётной тягой 26400 фунтов;

- В27 с взлётной тягой 27300 фунтов.

 

Основные режимы работы двигателя

 

CFM56 - 3:

Земной малый газ – N1 ≈ 22%.

Полётный малый газ – N1 ≈ 32%.

Величина полётного малого газа меняется в зависимости от условий полёта – при уменьшении температуры наружного воздуха и/или уменьшении скорости полёта обороты N1 полётного малого газа уменьшаются. Режим полётного малого газа сохраняется 4 секунды после приземления, чтобы улучшить приёмистость двигателей на реверсе.

 

CFM56-7B:

Система управления двигателем определяет заданный лётчиком режим двигателя по положению РУДа. Положение РУД считывается синусно-косинусным трансформатором (thrust lever resolver angle, TRA) и в виде электрического сигнала передаётся ЕЕС.

Есть 6 фиксированных углов положения РУД (TRA), которые соответствуют основным режимам двигателя:

- максимальный реверс (TRA = 8);

- минимальный реверс (TRA = 24);

- малый газ (TRA = 36 ÷ 38);

- максимальный режим для набора высоты (TRA = 72);

- максимальный режим для взлёта/ухода на второй круг (TRA = 78);

- максимальная сертифицированная тяга двигателя (TRA = 82,5);

Для каждого из этих режимов в ЕЕС прописана зависимость заданных оборотов вентилятора N1 в зависимости от статического давления и числа М полёта. При положении РУД в промежуточных положениях, ЕЕС рассчитывает заданный N1 методом интерполяции.

Величина максимальной сертифицированной тяги зависит от модели самолёта:

для 737-600 - 22К;

для 737-700 - 24К;

для 737-800 и 737-900 - 27К.

На эту тягу двигатель выйдет при перемещении РУД вперёд до упора. То есть, если на «800» установлены двигатели на 26К, то существует резерв тяги 1000 фунтов, которым можно воспользоваться в аварийной обстановке. (см. http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/aero_02/textonly/sy01txt.html)



 

Земной малый газ – N2 ≈ 59%.

Величина оборотов земного малого газа регулируется ЕЕС по принципу выбора наибольшего из четырех:

- минимальные N2 = 58%, для поддержания устойчивой работы генератора (IDG);

- минимально допустимый расход топлива 136 кг/час;

- минимальные N2 для получения заданного давления отбираемого воздуха на нужды системы кондиционирования.

- при ТАТ > 52ºС минимальные N2 = 66% для обеспечения охлаждения агрегатов двигателя.

 

Полётный малый газ - N2 = 72%.

 

Малый газ для захода на посадку - N2 = 72 ÷ 79%.

Малый газ для захода на посадку включается при выполнении любого условия из трёх:

- включена система обогрева воздухозаборника на одном из двигателей;

- высота полёта менее 15500 футов и выпущены шасси;

- высота полёта менее 15500 футов и угол отклонения закрылков ≥ 15º.

Режим малого газа для захода на посадку сохраняется 5 секунд после приземления, чтобы улучшить приёмистость двигателей на реверсе.

 

Сигнализация отказа двигателя появляется при уменьшении N2 < 50% и открытом start lever.

 

Индикация параметров двигателя

 

Параметры двигателя делятся на основные и второстепенные. К основным относятся: N1, N2, EGT и расход топлива. Второстепенные - температура, давление и количество масла, а также вибрация.

Вибрация отличается от остальных параметров тем, что это не информация с датчика, а расчётный параметр. Рассчитывает её AVM (airborne vibration monitoring system).

Система состоит из двух пьезоэлектрических датчиков, установленных на передней опоре роторов КНД и КВД, а также в районе турбины. Также в систему поступают значения N1и N2 для того, чтобы система не реагировала на вибрацию не связанную с этими частотами. Это повышает надёжность индикации. Так например раньше система могла выдать опасную вибрацию при взлёте с неровной ВПП.

Максимальное значение вибрации которое может выдать AVM, это 5 юнитов. Если фактическая вибрация превышает этот уровень, то всё равно стрелка покажет 5 и ни какой дополнительной информации не предусмотрено. Если AVM выдаст сигнал более 5, то это расценивается как отказ и стрелка сбрасывается на ноль, удерживается там 2 секунды и снимается с индикации.

Хотя анализируются и фиксируются в FDR (flight data recorder) данные с обоих датчиков, но индицируется только вибрация по передней опоре.

При инцидентах, связанных с попаданием птицы в двигатель, была выявлена следующая особенность работы AVM: после попадания птицы на взлётном режиме вибрация была 1,8 юнитов, а когда задросселировали двигатель до режима набора высоты - вибрация возросла до 4,3 юнита.

Дополнительные исследования показали, что в диапазоне частот 4750 ÷ 4900 об/мин (диапазон взлётных режимов) у AVM есть зона слабой чувствительности, причём эта зона индивидуальна у каждого двигателя. (см. источник информации №3)

 

Система управления двигателем CFM56 - 3

 

 

Управление двигателем осуществляется гидромеханическим регулятором (МЕС) и электронным регулятором (РМС).

МЕС управляет двигателем на всех режимах, РМС - только на высоких режимах.

МЕС выполняет 3 основные и 3 дополнительные задачи:

основные

- выдерживание режима двигателя, заданного положением РУДа,

- ограничение расхода топлива на переходных режимах,

-выдерживание режима малого газа,

дополнительные

- изменяет угол установки направляющих аппаратов первых 4-х ступеней КВД,

- управляет перепускными клапанами, расположенными между КНД и КВД,

- управляет зазорами между статором и лопатками турбины КВД.

 

РМС управляет двигателем с помощью регулятора расхода топлива, установленного в МЕС.

 

 

 

MEC управляет оборотами КВД (N2) в зависимости от положения РУД, давления и температуры перед вентилятором.

 

FMV - Fuel Metering Valve

Обороты N2 регулируются не жестко и меняются в зависимости от условий полета.

ΔN2 = f(T2, PS12 ), где Т2 - температура перед вентилятором, а PS12 - давление перед вентилятором. N2 возрастают при увеличении температуры и падении давления. Это сделано для того, чтобы при отказе или отключении РМС не было большого изменения N2, то есть грубое приближение программы регулирования МЕС к программе регулирования РМС.

 

 

Система регулирования скорости вращения не обеспечивает надёжную работу двигателя на переходных режимах. Для этого в МЕС включена система ограничения расхода топлива. Данная система рассчитывает допустимую величину расхода топлива для запуска, разгона или торможения двигателя и сравнивает её с фактическим расходом. При приближении расхода к граничному значению - вступает в действие и ограничивает расход топлива.

 

На следующем рисунке показано, как работает система ограничения расхода топлива при приёмистости двигателя (обозначена бирюзовой границей), также на нём изображён график зависимости допустимых расходов топлива WF в зависимости от приведенных оборотов N2= N2/√θ25, где θ = Т/ТМСА.

Двигатель работает на малом газе и РУД переместили на максимальный режим.

Система регулирования скорости вращения (на рисунке - desired speed setting) даёт команду FMV на изменение подачи топлива в двигатель на основании разницы расходов двигателя на максимальном режиме и на малом газе WF3-WF1. Но, как видно из рисунка, подача такого количества топлива в двигатель приведёт к его неустойчивой работе (выше границы допустимых WF).

Трехмерный эксцентрик “3D” cam перемещается в осевом отношении пропорционально температуре Т25 и поворачивается пропорционально оборотам N2, а давление за КВД, с коррекцией на наличие отбора воздуха в систему кондиционирования, вращает эксцентрик “CDP” cam. Их совместное движение даёт сигнал, соответствующий WF2. К этому добавляется сигнал обратной связи от эксцентрика FMV.

Результирующий сигнал определяет WF2 -WF1. Он сравнивается с командой системы регулирования скорости вращения WF3-WF1 и на управление подаётся меньший из сигналов.

 

Датчик температуры на входе в КВД (Т25) выдаёт сигнал в виде давления, которое передается по трубопроводу в МЕС. Уменьшение температуры приводит к уменьшению оборотов двигателя и повороту направляющих аппаратов КВД на открытие. Если в данном трубопроводе произойдёт уменьшение давления не связанное с уменьшением температуры воздуха, то может произойти помпаж двигателя. Полный отказ датчика приведёт к падению тяги двигателя, но не вызовет помпажа, поскольку направляющие аппараты КВД устанавливаются в положение «fail-safe».

Давление за компрессором (CDP) также передаётся в МЕС по трубопроводу. Когда давление повышается, то повышается WF2, то есть допустимый расход топлива на ускорение двигателя.

Если же из-за неисправности давление в трубопроводе падает, то это приведёт к потере мощности или отсутствию возможности увеличения режима двигателя.

На эксцентрик “CDP” cam кроме CDP влияет сигнал, формируемый в системе отбора воздуха от двигателя CBP. Когда отбор воздуха велик, запас компрессора до срыва увеличивается и эксцентрик “CDP” проворачивается дальше, позволяя большую подачу топлива в двигатель для лучшей приёмистости. Когда же отборы закрыты, подача топлива ограничивается минимальным запасом до срыва потока в компрессоре.

 

При резком уменьшении режима работы двигателя темп сброса расхода топлива устанавливается как 55% от темпа увеличения расхода топлива при приёмистости. Это делается для предотвращения самовыключения двигателя из-за чрезмерного обеднения топливо-воздушной смеси в камере сгорания.

 

МЕС обеспечивает выдерживание земного и полётного малого газа.

Земной малый газ обеспечивает тягу двигателей, необходимую для руления, при этом минимальный уровень шума, расхода топлива и минимальный нагрев тормозов при длительном рулении.

Полётный малый газ рассчитан для обеспечения минимального расхода топлива.

Переключение между режимами происходит

Flight idle:

Scheduled to minimise fuel consumption.

The MEC provides automatic actuation to limit engine minimum power setting of the input linkage during certain flight modes to high idle position which is higher than low idle. This limit is started by an electrical signal from the airplane's engine idle control system.

 

Engine Idle Control System

The engine idle control system is an automatic system which uses the ground sensing relay to maintain engine high idle in flight and low idle when the airplane is on the ground. The LOW IDLE light shows there is not sufficient engine RPM. The air sensing relay prevent LOW IDLE light illumination when the airplane is on the ground.

The idle reset solenoid is on the inboard side of the main engine control (MEC). The solenoid is energized for low idle and de-energized for high idle.

 

AIRCRAFT WITHOUT THE INDICATION CIRCUIT FOR THE 45% N1 ENGINE IDLE;

The LOW IDLE light circuit monitors the condition of the idle reset solenoids, thrust lever angle setting, N1 fan speed, and the start lever position.

AIRCRAFT WITH THE INDICATION CIRCUIT FOR THE 45% N1 ENGINE IDLE;

The circuit also monitors the engine start switch position, N2 core speed and radio altitude.The addition of an idle indication circuit to the idle control function causes a low idle light and engine master caution to illuminate if:

The airplane altitude is greater than 500 feet above ground (radio altimeters) and either engine start switch is in the FLT (flight ignition) position, and both rotor speeds of either engine are below 45% N1 and above 46% N2.

If either engine start switch is in the FLT (flight ignition) position the autothrottle is signaled to a higher minimum N1 limit.

 

A signal to open the

VBV's is imposed when the reverser is actuated, or a rapid change in

VSV actuation to close occurs, to supersede the normal VBV scheduled

position.

 

Электронный блок управления двигателем (РМС) управляет оборотами КНД (N1) посредством электромотора, установленного в МЕС, работа которого вызывает такое же управляющее воздействие на МЕС, как и перемещение РУД. Ограничение влияния РМС на МЕС достигается ограничением хода данного электродвигателя.

При температуре воздуха ≤ МСА + 15° закон управления двигателем N1 прив = const.

(N приведенные = Nфизические /√(Т/ТМСА))

 

Положение РУД определяет заданную тягу двигателя, которую РМС выдерживает как заданное процентное отношение к полной тяге для текущих условий полета. При этом РМС улучшает качество переходного процесса оборотов КНД (N1) и температуры газов (EGT) при разгоне двигателя.

 

На рисунке показан характер переходного процесса при разгоне двигателя с выключенным и работающим электронным блоком управления (РМС).

Таким образом, при работающем РМС, положение РУД определяет заданный N1. В процессе взлета и набора высоты, РМС рассчитывает N1 так, чтобы тяга двигателя оставалась постоянной.

 

Система управления двигателем CFM56-7

 

 

Двигателем управляет двухканальная цифровая система управления, не имеющая механической связи с РУДами. Переключение между каналами происходит автоматически при каждом запуске двигателя (или попытке запуска).

 

Система управления имеет два режима работы: нормальный и альтернативный. В обоих случаях управление происходит по N1.

 

Дроссельная характеристика двигателя (26 К)

 

Скоростная характеристика двигателя

 

При законе управления N1пр = const и увеличении скорости полёта параметры двигателя будут меняться следующим образом:

- с ростом скорости растёт температура торможения, РМС выдерживая постоянные

приведенные N1 будет немного увеличивать физические обороты вентилятора;

- увеличение скорости приводит к увеличению степени двухконтурности двигателя (отношение расходов воздуха через внешний и внутренний контур);

- это, в свою очередь, приводит к увеличению работы компрессора низкого давления («затяжелению» КНД);

- для поддержания постоянства приведенных оборотов N1 автоматика увеличивает расход топлива;

- в результате увеличивается температура выходящих газов и обороты более «лёгкого» контура высокого давления.

Такое изменение параметров двигателя на разбеге и начальном этапе набора высоты приводит к необходимости постоянного контроля за температурой газов (особенно при взлёте на полной тяге при высоких температурах). Это требует дополнительного отвлечения внимания и усложняет выполнение взлёта.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!