Устройство для моделирования газотурбинного двигателя

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОЮ (111 11 С 06 С 7/64 ТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) 1. "Известия высших учебных зведений. Сер. Машиностроение, Изд. МВТУ им. Баумана, 1965, У 12, с. 48.2. Авторское свидетельство СССР Р 640326, кл. 6 06 б 7/62, 1976.3. Авторское свидетельство СССР У 922811, кл. С 06 С 7/64, 1979 (прототип) .(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее источник напряжения, выпрями- тельный диод, первый сумматор, инвертор, последовательно соединенные датчик положения педали топлива и первый блок задания нелинейности, последовательно соединенные инерцион-. ное звено, второй блок задания нелинейности, второй сумматор, датчик положения регулируемого соплового аппарата, первый коммутатор, усилитель, блок умножения, интегратор и третий сумматор, выход которого соединен с другими входами датчика положения регулируемого соплового аппарата и первого коммутатора, выход второго блока задания нелинейности через инвертор соединен с другим входом блока умножения, другой вход интегратора через выпрямительный диод подключен к выходу интегратора, другому входу второго сумматора и первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к источнику напряжения, выход первого сумматора подключен к первому входу инерционногозвена, выход которого соединен сдругим входом третьего сумматора,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности моделирования и расширения функциональныхвозможностей путем воспроизведенияпроцесса запуска газотурбинного двигателя, оно дополнительно содержитпервую и вторую схемы сравнения, ограничитель напряжения, ограничительный резистор, накопительный конденсатор, первый элемент НЕ, второй итретий коммутаторы, кнопки "Пуски Стоп, последовательно соединенные кнопку выключения батарей, первый элемент И, триггер и четвертыйкоммутатор, последовательно соединенные датчик топливного крана, вто. рой элемент И и пятый коммутатор, последовательно соединенные второй элемент НЕ и элемент ИЛИ, последовательно соединенные третью схему сравнения и третий элемент НЕ, а также шестой коммутатор, выход кото" рого через накопительный конденсатор май соединен с выходом ограничителя на- фф пряжения и вторым входом инерционно-, (р 0 го звена, выход которого .соединен с ввходом первой схемы сравнения и информационными входами второго, третье. го и шестого коммутаторов, выход второго коммутатора соединен с входом ограничителя напряжения, выход которого соединен с первым выводом ограничительного резистора, второй вы-. вод которого соединен с выходом третьего коммутатора, выход первой схемы сравнения соединен с другим входом второго элемента И и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого сое1 121683 динен с другим входом триггера, выход первого блока задания нелинейности через пятый коммутатор соединен с третьим входом инерционногозвена, четвертый вход которого сое-.динен с выходом четвертого коммутато.ра, сигнальный вход которого подклю"чен к источнику напряжения, выходкоторого подключен к первому выводукнопки выключения батарей и первымвыводам кнопок "Пуск" и "Стоп", вторые выводы которых соответственносоединены с другим входом первогоэлемента И и третьим входом элементаИЛИ, выход первого элемента НЕ соединен с управляющим входом третьего Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в тренажерах для обучения водителей транспортных средств.Известно устройство для моделиро- .5вания двигателя внутреннего сгорания,содержащее интегратор, выход которо"го одновременно соединен с входоммодели регулятора и блоком нелинейности 1 .1 ОИзвестно также устройство для моделирования двигателя внутреннегосгорания, содержащее первый и второйблоки воспроизведения нелинейности,инерционный блок, инвертор, интегратор, регулятор подачи топлива, сумма.торы, источник напряжения и компараторы 2.Недостатком указанных устройствоявляется то, что с их помощью нельзямоделировать работу газотурбинногодвигателя,1Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для моделирования двигателя внутреннего сгорания, 25содержащее источник напряжения, огра.ничительный диод, первый сумматор,первый интегратор, последовательносоединенные датчик положения педалитоплива и первый блок нелинейности, ЗОпоследовательно соединенные инерционный блок, второй блок нелинейности,второй сумматор, датчик положениярегулируемого соплового аппарата,первый коммутатор, усилитель, блок коммутатора, выход третьего элемента НЕ соединен с управляющими входами второго и шестого коммутаторов, вход второй схемы сравнения подключен к выходу интегратора и первому входу первого сумматора, а выход второй схемы сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора, выход датчика топливного крана соединен также с входом первого эле.мента НЕ., второй вывод кнопки выключения батарей подключен к входу второго элемента НЕ, а выход инерционного звена соединен с входом третьей схемы сравне ния.-умножения, интегратор и третий сумматор, выход которого одновременно соединен с вторыми входами датчика положения регулируемого соплового аппарата и первого коммутатора, выход второго блока нелинейности через первый инвертор соединен с вторым входом блока умножения, второй вход интегратора через выпрямительный диод подключен к выходу интегратора и к второму и первому входам соответственно второго и первого сумматоров, второй вход последнего подключен к источнику напряжения, выход первого сумматора подключен к первому входу инерционного блока, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 31.Однако известное устройство не моделирует процесс запуска газотурбинного двигателя.Цель изобретения - повышение точности моделирования и расширение функциональных возможностей путем воспроизведения процессов запуска газотурбинного двигателя.Поставленная цель достигается тем, что"устройство для моделирования газотурбинного двигателя, содержащее источник напряжения, выпрямительный диод, первый сумматор, инвертор, последовательно соединенные датчик поЛоженияпедали топлива и первый блок задания нелинейности, последователь-" но соединенные инерционное звено,3 11216 второй блок задания нелинейности, второй сумматор, датчик положения регулируемого соплового аппарата, первый коммутатор, усилитель, блок умйожения, интегратор и третий сумма.тор, выход которого соединен с другими входами датчика положения,регулируемого соплового аппарата и первого коммутатора, выход второго блока задания нелинейности через инвертор соединен с другим входом блока умножения, другой вход интегратора через выпрямительный диод подключен к выходу интегратора, другому входу второго сумматора и перво му входу первого сумматора, второй вход которого подключен к источнику напряжения, выход первого сумматора подключен к первому входу инерционного звена, выход которого соединен с другим входом третьего сумматора, дополнительно содержит первую и вторую схемы сравнения, ограничитель напряжения, ограничительный резистор, накопительный конденсатор, первый элемент НЕ, второй и третий коммутаторы, кнопки "Пуск" и "Стоп", последовательно соединенные кнопку выключения батарей, первый элемент И, триггер и четвертый коммутатор, по 30 следовательно соединенные датчик топливного крана, второй элемент И и пятый коммутатор, последовательно соединенные второй элемент НЕ:и элемент ИЛИ, последовательно соединенные третью схему сравнения и третий 35 элемент НЕ, а также шестой коммутатор, выход которого через накопитель. ный конденсатор.соединен с выходом ограничителя напряжения и вторым вхо. дом инерционного звена, выход которого соединен с входом первой схемы сравнения и ицформациоццыми входами шестого, третьего и второго коммутатора, выход второго коммутатора соединен с входом ограцичителя напряже ния, выход которого соединен с первым выводом ограничительного резистора, второй вывод которого соединен с выходом третьего коммутатора, выход первой схемы сравнения соединен с другим входом второго элемента И .и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с другим входом триггера, выход первого блока задания нелинейности через пятый коммута 55 тор соединен с третьим входом инерционного звена, четвертый вход которого соединен с выходом четвертогг 83 4 коммутатора, сигнальный вход которого подключен к источнику напряжения,выход которого подключен к первомувыходу кнопки выключения батарейи первым выводам кнопок цПускц и"Стоп", вторые выводы которых соответственно соединены с другим входом первого элемента И и третьим входом элемента ИЛИ, выход первого элемента НЕ соединен с управляющим входом третьего коммутатора, выход третьего элемента НЕ соединен с управляющими входами второго и шестого коммутаторов, вход второй схемы срав- ф нения подключен к выходу интегратора и первому входу первого сумматора,. а выход второй схемы сравнения соединен с управляющим входом первого коммутатора, выход датчика топливного крана соединен также с входом первого элемента НЕ,второй вывод кнопки выключения батарей подключен к входу второго элемента НЕ,.а выход инерционного звена соединен с входом третьей схемы сравнения.На фцг, 1 представлена функциональ. ная схема устройства; на фиг. 2 и 3 функциональные зависимости, воспроизводимые соответственно первым и вторым блоками нелинейности.Устройство для моделирования газотурбинного двигателя содержит кнопку 1 выключения батарей, кнопки "Пуск" 2 и "Стоп" 3, первый И 4, второй элемент 11 Е 5, датчик 6 положения педали топлива, второй элемент И 7, первый блок 8 задания нелинейности, триггер 9, элемент ИЛИ 10, выпрямительный диод 11, интегратор 12, пятый 13 и четвертый 14 коммутаторы, первый 15, второй 16 и третий. 17 сумматоры, ограничитель 18 напряжения, ограничительный резистор 19, накопительный конденсатор 20, второй 21, третий 22, шестой 23 коммутаторы, инерционное звено 24, первую схему 25 сравнения,датчик 26 положения регулируемого соплового аппарата, вторую схему 27сравнения, первый элемент НЕ 28,третью схему 29 сравнения, второйблок 30 задания нелинейности, первыи коммутатор 31, датчик 32 топливного крана, третий элемент НЕ 33, инвертор 34, усилитель 35 и блок 36 умножения.Ограничитель 18 включает резисторы 37 и диод 38. Звено 24 содержит усилитель 39, резисторы 40 и конденсатор 41.Кнопка 1 выключения батарей черезэлемент И 4 и триггер 9 соединенас коммутатором 14, выход которогосоединен с четвертым входом инерцион"ного звена 24, выход которого через 5последовательно соединенные второйблок 30 задания нелинейности, сумматор 16, датчик 26 положения РСА, коммутатор 31, усилитель 35, блок 36умножения, интегратор 12 и сумматор15 соединен с первым входом инерционного звена 24, выход которого соединен с вторым входом сумматора 17,выход последнего соединен со вторыми входами датчика 26 положения РСА 15и коммутатора 31, третий вход которого соединен с выходом схемы сравнения 27, вход последнего соединенс вторым входом сумматора 16 и выходом интегратора 12 и через выпрямительный диод 11 с вторым входоминтегратора 12.Датчик 32 топливного крана черезэлемент И 7 соединен с коммутатором13, выход и вход которого соответст- двенно соединены с третьим входоминерционного звена 24 и выходом блока 8 задания нелинейности, вход .последнего соединен с выходом датчика 6 положения педали топлива. Выход инерционного звена 24 через последовательно соединенные схему 29сравнения и элемент НЕ 33 соединенс первым входом коммутатора 21, второй вход которого через ограничитель18 напряжения соединен с вторым входом инерционного звена 24, через конденсатор 20 с вторым входом коммутатора 23 и через резистор 19 с вторымвходом коммутатора 22, выход которо 40го одновременно соединен с выходамикоммутаторов 21 и 23, инерционногозвена 24 и входом схемы 25 сравнения, выход которой соединен с вторыми входами элемента И 7 и элементаИЛИ 10, выход последнего соединен45с вторым входом триггера 9. Третийвход элемента ИЛИ 10 через кнопку3 "Стоп" соединен с источником напряжения, выключателем батарей и черезкнопку 2 "Пуск" с вторым входом элемента И 4, первый вход которой сое"динен с другим выводом 1 выключателябатарей и через элемент НЕ 5 с первым входом элемента ИЛИ 10.Устройство работает следующим образом,Для запуска двигателя водительоткрывает топливный кран. При этом на выходе датчика 32 топливного крана появляется сигнал, соответствующий "1". Датчик топливного крана представляет собой микровыключатель, механически связанный с рукояткой топливного крана. "1" с выхода датчи. ка 32 топливного крана поступаетна4 вход элемента И 7 и на вход элемента НЕ 28, на выходе которого формируется "0", который в свою очередь, отключает коммутатор 22, в результате чего резистор 19 выключается из обратной связи инерционного звена 24.Кроме того, при незапущенном двигателе напряжение на выходе инерционного звена 24 равно нулю, а поэтому и сигнал на выходе схем 25 и 29 соответствует "0". В результате на выходе элемента НЕ 33 имеет сигналкоторый с помощью коммутатора 23 включает конденсатор 20 в цепи обратной связи, чем увеличивается постоянная времени инерционного звена 24, а с помощью коммутатора 21 включает в обратную связь инерционного звена 24 ограничитель 18 напрякения.Далее водитель включает кнопку 1 выключения батарей, нажимает на 2-3.с и отпускает кнопку 2 "Пуск", в результате чего на обоих входах элемент И 4, а следовательно, и на его выходе появляется "1". Последняя подается на вход триггера 9, на выходе которого появляется сигнал " 1" который с помощью коммутатора 14 подключает к .четвертому входу инерционного звена 24 напряжение, пропорционное крутящему моменту стартера.На выходе инерционного звена 24 формируется напряжение 1, проткпорциональное оборотам турбокомпрессора, Запуск газотурбинного двигателя осуществляется автоматически после нажатия и отпускания кнопки "Пуск".Напряжение Оц, будет нарастать1 кдо тех пор, пока оно не будет ограничено ограничителем 18 напряжения. В этом случае срабатывает схема 25 сравнения, с выхода которой сигнал "1" через элемент ИЛИ 10 перебрасывает триггер 9 в исходное положение, т.е. на выходе триггера 9 появляется 0, который с помощью коммутатора 14 отключает от четвертого входа звена 24 напряжение, пропорциональное крутящему моменту стартера. Сигнал "1" с выхода схемы 25 сравнения по7 112168ступает на второй вход элемента И 7,на выходе которого появляется такжесигнал "1", подключающий с помощьюкоммутатора 13 выход блока 8 к третье-му входу инерционного звена 24, т.е. 5двигатель считается запущенным и управление напряжением 0 ык производится с помощью датчика 6.Если необходимо по какой-либо причине прекратить процесс запуска, товодитель нажимает на кнопку Стоп"ипи выключает кнопку 1 выключениябатарей. В этом случае через элементИЛИ 10 на вход триггера 9 поступаетсигнал "1", который переводит триггер 9 в исходное состояние и тем самым с помощью коммутатора 14 отключает от четвертого входа инерционного звена 24 напряжение, пропорциональное крутящему моменту стартера.Для вывода двигателя на рабочийрежим необходимо сделать перегазовку, для чего водитель нажимает педаль топлива так, чтобы обороты турбокомпрессора превышали 85 Х. В этомслучае срабатывает схема 29 сравнения, на выходекоторой появляется" 1" и через элемент НЕ 33 с помощьюкоммутаторов 21 и 23 отключает соответственно ограничитель 18 и конденсатор 20,В результате этого появляется возможность с помощью педали топливаустанавливать напряжение 11 ц,к, про- .порциональное 1007., и уменьшаетсяпостоянная времени инерционного звена 24, что приводит к более резкомуизменению 0 ы к в зависимости от положения педали топлива. Этим моделируется факт включения второй группы 40форсунок в камере сгорания. Причемсхема 29 сравнения настроена так,что она срабатывает при Цы, , пропор-.ткциональном 80-853 оборотов турбокомпрессора, а обратное ее выключениепроисходит при Оц, соответствующем 30-403 оборотов турбокомпрессорбв, что приводит к остановке двигателя и переводу его в исходное состояние для повторного запуска. где 1 - момент инерции, приведенный к валу силовой турбины;- угловая скорость вращениясиловой турбины;Г - крутящий момент, действующий на силовую турбину;20 Мс - момент сопротивления вращения.Уравнение (1) решается с помощьюинтегратора 12.Диод 11 служит для предотвращения 25. раскрутки силовои турбины в противоиположную сторону от основного направления вращения, вызываемой напряжением, пропорциональным МЗначение 1, пропорционального 30 М определяется иэ выражения для рабочего режима двигателя45Моделирование выражения в квадрат.ных скобках осуществляется при помощи сумматора 16, на который поступает напряжение, пропорциональноеоборотам силовой турбины, с интегратора 12 и напряжение, пропорциональное крутящему моменту М, с блока 30.Блок 30 формирует напряжение, определяемое зависимостью М=1(Як)приЮ.с=О (фиг. 3).Напряжение, пропорциональное эна"чению выражения в квадратных скобках, поступает на датчик 26. Положение движка датчика 26 определяет веОстановка двигателя осуществляется при закрывании топливного крана. В этом случае с датчика 32 топливно- ного крана напряжение равно. нулю, что соответствует сигналу "0". Этот сигнал поступает на вход элемента И 7, на выходе которого появляется сигнал "0", далее этот сигнал с цомощью коммутатора 13 отключает выход" ное напряжение блока 8 от входа инерционного звена 24. В результате это" го напряжение 0 ы, на выходе инерционного звена 24 будет уменьшаться до нуля.Устройство в режиме запущенного двигателя работает следующим образом.Основное уравнение, на котором основана работа устройства, имеет видст(1)д стсМ.фтк 1."ст 1 А(Ытк)ф"где ю, - угловая скорость вращения вала турбокомпрессора;- момент, приложенный ксиловой турбине, какфункция от Я приИ =0; - коэффициенты;- коэффициент, определяемый положением лопатокРСА..Пч Подписно Тираж 698Государственного комитета СССам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб Заказ 798 НИИПИ по дел 13035 илиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,