Рассмотрена задача синтеза САУ расходом топлива малоразмерного ГТД с дозатором прямого действия с большой зоной нечувствительности. Получен адаптивный алгоритм управления с переключением структуры по разомкнутому циклу, обеспечивающий взаимозаменяемость насосов-дозаторов. Приведены результаты стендовых и моторных испытаний.

Предложена методика разработки алгоритма автоматической защиты силовой турбины (АЗСТ) ГТД по измерениям частоты вращения ротора (ИЧВР) для случая, когда датчик частоты вращения после обрыва вала (ОВ) остается на валу потребителя. Разработаны математические модели ОВ силовой турбины и канала ИЧВР. Рассмотрена функциональная схема программного комплекса для отладки и тестирования алгоритма АЗСТ.

Рассмотрена обобщенная структурная схема контура управления частотой вращения свободной турбины САУ турбовального авиационного двигателя; предложена математическая модель контура управления. Детально рассмотрены алгоритм управления расходом топлива, математическая модель насоса-дозатора, алгоритм формирования длительности управляющего импульса тока. Предложено в законе управления учитывать компенсирующее воздействие по углу установки винта; определены рациональные значения пропорционального и интегрального коэффициентов. Результаты можно использовать при разработке САУ вертолетных и самолетных турбовальных двигателей, а также вспомогательных силовых установок.

Предложена методика построения линейной динамической математической модели (ММ) процесса запуска ГТД с использованием результатов стендовых испытаний. Структура предлагаемой ММ содержит небольшое число параметров, подлежащих определению по результатам экспериментальных данных, что дает возможность уточнять ММ путем выполнения серии вариантных расчетов. Для уточнения ММ необходимо располагать информацией об изменении параметров в процессе запуска двигателя и холодной прокрутки. Процесс запуска описан ММ в пространстве состояний, что позволяет сопрягать рассматриваемую ММ процесса запуска с линейной динамической ММ двигателя на режимах. Приведены результаты моделирования процесса запуска двухвального ТРДД.

Приведен анализ влияния контура управления механизацией служебного компрессора ВСУ на контур управления подачей топлива в камеру сгорания в системе с отбором топлива с выхода качающего узла насоса-дозатора. С помощью разработанной математической модели системы выявлено, что при быстрой остановке выходных звеньев агрегатов механизации компрессора возникает кратковременное увеличение расхода топлива в камеру сгорания, которое приводит к снижению запасов ГДУ компрессора газогенератора. По результатам математического моделирования даны рекомендации для формирования контура управления агрегатами механизации компрессора. Необходимые запасы ГДУ компрессора обеспечиваются выбором соответствующего ускорения при замедлении агрегата. Результаты исследования использованы при разработке САУ двигателя АИ-450-МС.

На основе опыта разработки САУ ГТД различных типов выполнена систематизация процесса преобразования математических моделей гидромеханических агрегатов в ходе проектирования и доводки САУ. Выделены четыре этапа, на каждом из которых к математическим моделям гидромеханических агрегатов предъявляются специфические требования. Эти требования определяют вид и степень детализации математических моделей. Основная тенденция в преобразовании математических моделей ГМЧ заключается в последовательном уменьшении детализации и упрощении с целью сокращения трудозатрат на их реализацию и доводку, а также для снижения вычислительных затрат с целью обеспечения работы в реальном масштабе времени. Эффективность такого подхода к формированию математических моделей агрегатов ГМЧ неоднократно подтверждена в процессе стендовых и летных испытаний САУ ГТД.

Для уменьшения экономических и временных затрат при синтезе систем автоматического управления двигателя большая часть испытаний заменяется математическим моделированием. Методики для создания математических моделей рабочих режимов хорошо известны. Создание математических моделей этапа запуска усложняется в связи с рядом процессов, происходящих на этом этапе, таких как работа стартера и камеры сгорания. Это приводит к невозможности прямого использования методик, разработанных для формирования математических моделей рабочих режимов и к необходимости разработки новой методики для создания математических моделей запуска. Предложенный подход позволяет на достаточном уровне описать процессы, происходящие при запуске двигателя, для решения задачи синтеза законов управления двигателем.

Проанализированы преимущества использования шагового электродвигателя в системах дозирования топлива авиационных ГТД. Рассмотрена схема привода дозирующего элемента. Повышение перестановочных усилий достигнуто за счет использования понижающей зубчатой рядной передачи. Показано, что за счет исключения зоны нечувствительности и оптимального выбора передаточного отношения обеспечено высокое качество процессов регулирования в контуре расхода топлива. Моделирование переходных процессов в САУ ТВаД с дозатором на основе шагового двигателя показало существенное повышение качества регулирования по сравнению с традиционным дозатором на основе использования электрогидравлического преобразователя сигналов.

Для синтеза программ управления авиационными ГТД широко применяются нелинейные или линеаризованные модели двигателей, которые в основном обеспечивают расчет параметров в диапазоне режимов между "малым газом" и "максималом" и крайне редко - в области запуска. Отсутствие моделей запуска приводит к значительным затруднениям при синтезе систем автоматического управления. Рассмотрен метод, позволяющий синтезировать квазилинейную динамическую модель запуска с использованием идентификации по ограниченному объему экспериментальных данных, а также априорной информации. При использовании предлагаемого метода установка дополнительных датчиков не требуется. Модель запуска также содержит модель термопары для восстановления результатов измерения температуры газа. Приведены особенности синтеза модели для трехвального двухконтурного двигателя и его реализация на базе экспериментальной информации.

Проведен анализ учета динамики КППД с целью повышения точности дозирования топлива в САУ ГТД при сохранении динамических свойств системы. Выполнен сравнительный анализ трех вариантов контура управления: без учета динамики КППД, с учетом динамики КППД в замкнутом контуре и с коррекцией заданного значения в соответствии с динамикой КППД. Учет КППД в замкнутом контуре дает преимущества в динамике при небольших коэффициентах усиления, но не позволяет обеспечить высоких значений коэффициента как в системе без учета КППД. Использование алгоритма с коррекцией заданного значения в соответствии с динамикой КППД позволяет обеспечить высокие значения коэффициента усиления и повысить точность дозирования топлива.

В процессе доводки САУ ТРДДФ предложено использовать алгоритм предиктора Смита для регулирования степени повышения давления вентилятора в наружном контуре (πв2). Это позволило улучшить динамические свойства двигателя и повысить робастность алгоритма управления за счет учета запаздывания в контуре. Выполнена оценка влияния отклонения параметров исполнительного устройства в процессе эксплуатации от параметров его математической модели нормального состояния на точность регулирования. Предложена модификация алгоритма, снижающая влияние изменения технического состояния исполнительного устройства на качество регулирования.