Системы автоматического управления ГТД

Лаборатория автоматики и топливопитания авиационных двигателей, которая в настоящее время превратилась в отделение систем автоматического управления (САУ) авиационными силовыми установками (СУ), появилась одновременно с созданием ЦИАМ. Это подразделение института на всех этапах своей работы являлось ведущей научной организацией отрасли.

Характеристики ГТД в значительной степени зависят от совершенства САУ. Высокая точность регулирования на установившихся и переходных режимах позволяет реализовать параметры термодинамического цикла, близкие к предельным, и обеспечить при этом сохранение необходимых запасов устойчивости рабочих процессов, а также выполнение требований к динамическим характеристикам СУ, определяемым условиями эксплуатации.

САУ современных двигателей предполагает использование элементов искусственного интеллекта. В связи с этим огромное значение имеет создание математических моделей двигателей и САУ. Но теоретические исследования нельзя проводить в отрыве от экспериментальных работ. В институте существует двигательный стенд для отработки методов управления двигателем, проверки новых аппаратных решений и принципов обеспечения безотказности САУ.

Совершенствование систем мониторинга и диагностики сегодня во всем мире признается одним из ключевых направлений развития науки и техники. Надежный контроль состояния сложных технических систем признается ключевой технологией на пути предотвращения техногенных катастроф и радикального улучшения экономических показателей хозяйственной деятельности человечества.

Техническое диагностирование АД – одно из главных направлений работы по повышению надежности и эксплуатационной технологичности АД в течение жизненного цикла. Важнейшим фактором, позволяющим осуществлять эксплуатацию двигателя по состоянию, а не по фиксированному ресурсу, является внедрение эффективных и достоверных средств технической диагностики.

Системы контроля и диагностики АД в своем развитии прошли несколько поколений, от световых сигнализаторов до бортовых компьютерных систем с элементами нейросетевых технологий. Сегодня интенсивно развиваются новые диагностические технологии на основе виброаккустических, ультразвуковых, вихретоковых и других методов неразрушающего контроля.

В ЦИАМ трудами таких специалистов, как В.М. Акимов, И.А. Биргер, Н.Г. Дубравский, была создана научная школа, благодаря которой диагностика авиадвигателей превратилась в самостоятельное научное направление, призванное обеспечить теоретическую и экспериментальную базу для создания промышленных образцов систем диагностики.

Направления работ

В целях обеспечения создания научно-технического задела, необходимого для разработки перспективных авиационных двигателей, в институте ведутся исследования методов управления двигателями и аппаратного построения реализующих их систем.

Ученые ЦИАМ участвуют в создании новых методов управления ГТД, позволяющих адаптировать характеристики силовой установки к условиям эксплуатации (изменению теплового состояния двигателя, износу узлов и др.), осуществить интеграцию систем управления двигателем и самолетом, компенсацию отказов в двигателе и САУ. Реализация этих методов в САУ позволит перейти к созданию интеллектуального ГТД, в котором осуществляется активное управление процессом горения в камере сгорания, зазорами в лопаточных машинах, запасами газодинамической устойчивости в компрессорах. Эффективным способом повышения надежности и качества интеллектуального управления ГТД является применение в САУ встроенной (бортовой) математической модели двигателя, что позволит выявлять и компенсировать отказы, осуществлять управление двигателем по параметрам, более точно характеризующим его состояние, но недоступным для измерения.

Специалисты института осуществляют построение распределенных цифровых электронных САУ на базе интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, высокотемпературной элементной базы и высокоскоростных линий связи. Применение таких САУ позволит повысить надежность, уменьшить массу системы, упростить модернизацию и понизить стоимость жизненного цикла системы.

Одним из направлений деятельности ЦИАМ является построение систем для «электрического» газотурбинного двигателя – двигателя для «электрического» самолета. В таком двигателе применены электрические приводы топливных насосов и органов механизации, встроенный стартер-генератор, электроприводная система смазки, магнитные подшипники, нет коробки приводов самолетных и двигательных агрегатов, нет отбора воздуха на самолетные нужды.

В ЦИАМ ведутся исследования по созданию высокоэффективной системы управления ГТД нового поколения на основе беспроводных технологий обмена информацией.

Проверку и реализацию теоретических разработок позволяет осуществить комплекс испытательных стендов, включающий в себя двигательный стенд для работ по автоматическому управлению, стенды для испытаний электронных регуляторов на устойчивость к воздействию вторичных разрядов молнии и нестабильности питания бортовой электросети, стенд для испытаний системы топливопитания.