Вътрешна стабилност на газотурбинния двигател

Под собствена стабилност означава способността на двигателя, след произволно отклонение от даден режим, с течение на времето, да се върне независимо в този режим с фиксирана позиция на регулиращия орган (RO).

Основният фактор, определящ това свойство на GTE, е потокът от статични характеристики на зависимостите на въртящия момент на турбината (Mt) и момента на съпротивлението на компресора (Mk) на скоростта на въртене на ротора на турбокомпресора (TC), показана на фиг. десет.

Ако е близо до зададената скорост (не), съответстващ на равновесния режим на работа на двигателя (Mt = Mk), тези характеристики протичат, както е показано на фиг. 10а, двигателят е стабилен обект и по принцип може да работи стабилно без контролер. Всъщност при такъв ход на характеристиките в случай на отклонение на скоростта на въртене (н) от (не) на вала на двигателя има излишен въртящ момент (ΔMt) на такъв знак, че с течение на времето скоростта на ротора се връща към стойността (не).

Фигура: 10. Статични характеристики на GTE

Ако статичните характеристики протичат, както е показано на фиг. 10б, двигателят е нестабилен обект. При най-малкото отклонение на скоростта на въртене от (не) двигателят ще се отклонява все повече и повече от първоначалния режим с течение на времето. Скоростта или ще намалява непрекъснато, ако първоначално (н не).

Потокът от статични характеристики от своя страна зависи от това как е съотношението между необходимите (GTtr) и налични (GTrasp) доставки на гориво.

Под необходимо снабдяване се разбира като такова подаване на гориво към двигателя, което е необходимо за поддържане на равновесен режим на работа на двигателя при дадена скорост на въртене при специфични полетни условия.

Еднократна храна се нарича подаване на гориво, определено при даден режим от позицията на регулатора. В горивни системи, където се използват нерегулирани горивни помпи, байпасните клапани действат като регулиращо тяло (RO). Фиксираното положение на такъв клапан осигурява постоянно подаване на гориво към двигателя, независимо от скоростта на ротора на двигателя и производителността на горивната помпа.

Типични характеристики (GTtr) и (GTrasp) по отношение на скоростта на ротора на двигателя с неподвижна помпа са показани на фиг. единадесет.

Вижда се от характеристиките, които във всички режими са разположени на дясно от режима на границата на потока (n3o), двигателят е стабилен обект. В тези режими със случайно отклонение на скоростта на въртене от зададената стойност на стойността (± Δn) прекомерно подаване на гориво (ΔGT = GTtr - GTrasp) ще има знак, който ще помогне за възстановяване на посочения режим.

При увеличаване, например, скоростта над определената (+Δn), наличното подаване на гориво към двигателя става недостатъчно, т.е. (GTtr - GTrasp = - ΔGT).

Фигура: 11. Да се изследва стабилността на газотурбинен двигател според характеристиките на необходимите и налични запаси от гориво

Това води до намаляване на температурата на газа пред турбината и като следствие до намаляване на въртящия момент на турбината (MT). В същото време моментът на съпротива (MK) се увеличава, в резултат на което отрицателен излишен въртящ момент "спирачен момент" (−ΔMTORM). Очевидно в този случай скоростта на ротора ще започне да намалява, като се стреми към първоначалната стойност.

В случай на случайно намаляване на скоростта в тези режими, съответно подаването на гориво към двигателя ще стане прекомерно и на вала на двигателя ще се появи положителен излишен въртящ момент, който ще осигури възстановяване на скоростта до зададената стойност.

Във всички режими, разположени на графиката наляво от граничния режим (n3o), двигателят е нестабилен обект, тъй като тук стойността на излишното подаване на гориво със случайно отклонение на скоростта на въртене допринася за появата на моменти, склонни да увеличат това отклонение.

Трябва също така да се има предвид, че присъщата стабилност на двигателя, като обект на регулиране (ИЛИ), зависи не само от неговия режим на работа, но и от условията на полета. С увеличаване на височината на полета например тя се влошава значително. Следователно получаването на задоволителни динамични характеристики на САУ с такъв обект на управление е трудна задача и изисква широко използване на различни видове стабилизиращи устройства.