Максимально допустимые обороты турбокомпрессоров и температура газа перед турбиной компрессора

2. Система «шаг—газ»

Система «шаг — газ» первоначально была установлена на вертолете Ми-6 и применяется до сих пор на всех этих вертоле­тах выпуска до 1970 г. включительно. Система «шаг — газ» пре­дусмотрена и для вертолета Ми-8 в качестве резервной (аварий­ной) на случай отказа автоматической системы управления дви­гателями и винтом.

Принцип управления двигателями и винтом с помощью си­стемы «шаг — газ» заключается в том, что между шагом винта и сектором газа двигателя (для вертолета Ми-8 рычагами уп­равления насосом-регулятором) имеется механическая програм­мная связь (для вертолета Ми-8 система тяг и качалок), обеспе­чивающая при перемещении ручки общего шага такое одновре­менное изменение шага винта и режима работы двигателей, при котором обороты несущего винта сохраняются практически по-

¹ Указанные системы управления расположены в порядке их совершен­ства.

стоянными. Но указанная механическая связь позволяет со­хранять постоянное число оборотов несущего винта лишь при определенных условиях: температуре и давлении окружающей среды, полетном весе вертолета, режиме и высоте полета. При других же указанных условиях изменение положения ручки об­щего шага 2 (рис. 38) приводит к изменению оборотов несуще­го винта и тогда пилоту необходимо воздействовать корректо-

Рис. 38. Принципиальная схема системы «шаг—газ» у вертолета с газотурбинными двигателями:

/—регулятор числа оборотов турбокомпрессора; 2 —ручка «шаг—газ»; 3 —корректор режима работы турбокомпрессора; 4— механизм связи режима работы двигателей и винта; 5—камера сгорания двигателя; а—сигнал на изменение ре­жима работы двигателей; б—подача топлива в двигатели; в —сигнал на изменение шага винта; г —сигнал на поддер­жание постоянных оборотов турбокомпрессора; д —сигнал по температуре окружающей среды; е— сигнал по давлению окружающей среды

ром газа 3 для сохранения заданных номинальных оборотов. От корректора газа 3 подается сигнал а на изменение режима ра­боты двигателей, минуя механическую связь шага винта и газа двигателей 4. При этом регулятор оборотов турбокомпрессора 1 изменяет подачу топлива по связи б в двигатели, и число обо­ротов несущего винта изменяется на нужную величину, т. е. пи­лот их удерживает постоянными — оптимальными.

Для изменения же режима работы двигателей, нужного для нового режима полета, пилот при помощи ручки общего шага 2 воздействует через программный механизм связи 4 одновремен­но на шаг винта по связи в и на газ двигателя по связи а и да­лее через регулятор 1 по связи б. Тогда новое количество топ­лива— строго дозированное — подается в камеры сгорания дви­гателей. Двигатели выходят на новый режим работы. При этом располагаемая и потребная мощности для вращения винта урав­новешиваются. Если обороты несущего винта будут уходить от заданных, пилот опять при помощи корректора газа удержит их в нужных пределах.

ны быть взлетными и соответствовать графику рис. 30 в зависи­мости от температуры окружающего воздуха. Обороты несу­щего винта при этом должны быть 95+2% (см. точку е на рис. 39 и рис. 40,а, б). При дальнейшем движении ручки общего ша­га вверх обороты турбокомпрессора практически не меняются, а обороты несущего винта уменьшаются. При достижении обо­ротов несущего винта 92—93% двигатели и несущий винт пе-

90 а)

90 90

б)

95п_дг%

Рис. 40. Характеристика системы «шаг—газ» с правой коррек­цией на режиме висения вертолета Ми-8:

а —изменение оборотов турбокомпрессоров в зависимости от общего шага несущего винта (р = 716 мм рт. ст., #=120 м, ^=—8° С); б—изме­нение оборотов несущего винта в зависимости от общего шага несу­щего винта (р = 760 мм рт. ст., Я=0 м, { = —8° С); в—изменение оборо­тов несущего винта в зависимости от оборотов турбокомпрессоров (р = 760 мм рт. ст., #=0 м, ^ = —8° С)

решли на взлетный режим (см. табл. 1). При этом общий шаг винта около 10° (см. рис. 40, а, б). На взлетном режиме обороты несущего винта уменьшились по сравнению с оборотами на Дру­гих режимах до 92—93% за счет соответствующего затяжеления несущего винта, эти обороты являются оптимальными для взлет­ного режима — винт развивает максимальную тягу. При даль­нейшем движении общего шага показания лимба продолжают увеличиваться и при достижении шага 14° должны быть 90— 105% (точки д, з на рис. 39). При работающих двигателях на режиме висения такое движение ручки общего шага вызывает перетяжеление несущего винта. При этом обороты винта и его тяга будут уменьшаться.

Здесь описана (и представлена на рис. 39 и 40) система «шаг — газ» вертолега Ми-8 при правой коррекции (90°), когда работает автоматическая система поддержания постоянных оп­тимальных оборотов несущего винта 95+2%, т. е. когда подачей

топлива в двигатели управляет регулятор оборотов несущего винта РО-40ВР. Если при любом шаге несущего винта коррек­тор газа не доводить до крайнего правого положения (за пунк­тирную линию б, ж рис. 39), то автоматическая система посто­янства оборотов несущего винта отключена, и подачей топлива в двигатели управляет пилот при помощи общего шага винта и корректора газа, т. е. управление двигателями и винтом пере­ведено на обычную вертолетную систему «шаг — газ».

На площади, описанной замкнутой кривой а, б, ж, з, и на рис. 39, можно представить величину общего шага по указате­лю и положение рукоятки корректора газа для установления то­го или иного режима работы двигателей согласно табл. 1 для совершения того или иного режима полета вертолета на всем диапазоне скоростей и высот по системе «шаг — газ». Специаль­ными летными испытаниями установлено, что наборы высоты с поступательной скоростью на номинальном режиме работы дви­гателей на наивыгоднейшей скорости набора (120 км) в зависи­мости от веса и высоты осуществляются при шаге 8—10°, а для удержания оборотов несущего винта в пределах номинальных 93—97% корректор газа должен занимать среднее положение (зона /, рис. 39).

Режимы горизонтального полета совершаются на шаге 6—8° в зависимости от скорости полета, высоты и веса вертолета. При этих режимах для удержания номинальных обо­ротов несущего винта рукоятка корректора газа также занима­ет не правое и не левое положение, а среднее или близкое к крайним положениям (зона 2, рис. 39). Снижение с работающи­ми двигателями совершается при шаге 4—6,5° с теми же поло­жениями рукоятки корректора газа (зона 3, рис. 39). Режимы планирования с убранным газом обоих двигателей совершаются на шаге 1—3° при левой коррекции (зона 4, рис. 39).

Следовательно, почти на всех режимах полета для установ­ления номинальных оборотов несущего винта пилоту приходит­ся управлять корректором газа, внимательно следить за оборо­тами и удерживать их в пределах номинальных, беспрерывно действуя корректором газа. Особенно это характерно для пере­ходных режимов полета.

Система «шаг — газ» полностью удовлетворяет только пер­вому требованию к системам управления, указанным выше (на­дежная работа), и не полностью удовлетворяет второму и треть­ему требованиям.

Ввиду недостатков системы «шаг — газ» и была введена для вертолетов с газотурбинными двигателями, в том числе и для вертолета Ми-8, автоматическая система поддержания опти­мальных оборотов несущего винта на всех режимах полета вер­толета. Система же «шаг — газ» является для вертолета Ми-8 резервной, на случай отказа — автоматической.

3. Автоматическое регулирование постоянства оборотов несущего винта на всех режимах полета вертолета

Эта система включает в себя обычную вертолетную систе­му «шаг — газ», регулятор оборотов турбокомпрессора и регуля­тор оборотов свободной турбины (винта). Принцип работы системы заключается в следующем. Пилот может управлять дви­гателями и винтом при помощи системы «шаг — газ», пользу­ясь ручкой общего шага 1 (рис. 41) и корректором газа 2. При

Рис. 41. Принципиальная схема автоматического поддер­жания постоянства оборотов несущего винта на всех ре­жимах полета:

/—ручка общего шага; 2—корректор режима работы турбокомпрес­сора; 3 —механизм связи режима работы двигателей и винта («шаг—газ»); 4— несущий винт; 5—регулятор оборотов несущего винта; 6— турбина винта; 7—турбина компрессора; 8— камера сго­рания двигателя; 9 —дозирующее устройство; 10 —регулятор оборо­тов турбокомпрессора; а —сигнал на изменение шага винта; б—сиг­нал на изменение режима работы двигателей; в—сигнал по оборо­там винта; г—сигнал на изменение подачи топлива в двигатели от регулятора оборотов несущего винта; д —подача топлива в дви­гатели; е—сигнал по числу оборотов турбокомпрессора

этом по связи а меняется общий шаг винта, а по связи б и да­лее по связи д меняется режим работы двигателей.

На установившемся режиме двигателей регулятор оборотов турбокомпрессора 10 поддерживает заданные пилотом обороты по связи е. Обороты же несущего винта в зависимости от ус­ловий могут изменяться от оптимальных в сторону увеличения или уменьшения, тогда пилот их удерживает в пределах опти­мальных при помощи корректора газа, изменяя соответствую­щим образом режим работы двигателей по связи б и д через ре­гулятор оборотов турбокомпрессора. При этом для удержания других оборотов несущего винта будут назначены и другие обо­роты турбокомпрессора. Регулятор оборотов турбокомпрессора 10 опять будет их поддерживать заданными.

На переходных режимах полета, изменяя режим работы дви­гателей и шаг несущего винта при помощи ручки общего шага, пилот добивается нужных оборотов турбокомпрессора, при этом обороты несущего винта могут выйти за оптимальные и даже за допустимые. Тогда пилот опять будет их удерживать в пределах необходимых, воздействуя на режим работы двигателей коррек­тором газа.

При описанной работе системы «шаг — газ» регулятор обо­ротов несущего винта 5 не работает. Дозирование топлива для нужного режима работы двигателям осуществлялось на пере­ходных режимах пилотом с помощью ручки общего шага и кор­ректора газа, а на установившихся режимах — регулятором оборотов турбокомпрессора 10. При этом по сигналу е в зависи­мости от оборотов турбокомпрессора не только происходит под­держание их постоянными, заданными пилотом, но и ограниче­ние максимально допустимого числа оборотов. Система «шаг— газ» должна задавать мощность двигателям, равную потребной для вращения винта на данном шаге, а для этого должна быть строго определенная дозировка топлива, которой пилот и добива­ется ручкой общего шага и корректором газа. При этом кор­ректор газа не доходит до своего крайнего правого положения, а остается в положении, указанном на рис. 39 влево от пунктир­ной линии б, ж.

Для того чтобы включить в работу регулятор оборотов не­сущего винта 5 (рис. 41) на любом данном шаге его, необходи­мо довести корректор газа в крайнее правое положение, тогда по сигналам б и затем д через регулятор оборотов турбоком­прессора в двигатели начнет поступать большее количество топ­лива через дозирующее устройство, двигатели перейдут на по­вышенную мощность, увеличивая обороты турбокомпрессора, а соответственно и несущего винта. Но так как регулятор оборо­тов несущего винта 5 настроен на оптимальные обороты, а кор­ректором газа они задаются большие, то регулятор оборотов 5 подает сигнал г на уменьшение подачи топлива в двигатели че­рез дозирующее устройство 9. Двигатели уменьшат режим и вос­становятся оптимальные обороты несущего винта. Если же обо­роты несущего винта начнут уменьшаться по какой-либо причи­не и выйдут из пределов оптимальных, регулятор оборотов несущего винта прекратит подачу сигнала на уменьшение топли­ва, а так как его подастся больше, чем положено для оптималь­ных оборотов при помощи корректора газа, то и обороты несу­щего винта будут стремиться к оптимальным. Следовательно, теперь на установившемся режиме работы двигателей управляет подачей топлива в двигатели не регулятор оборотов турбоком­прессора, а регулятор оборотов несущего винта, изменяя соот­ветствующим образом режим работы двигателей для сохране­ния оптимальных оборотов несущего винта, заложенных про­граммой.

ществлено системой «шаг — газ». При этом центробежные силы грузиков 9, приложенные к оси иглы 10, таковы по величине, что они не могут преодолеть силу пружины 12. Рычаг 8 запирает плоским клапаном 7 выход топливу через жиклер 6 по каналу Б из полости между жиклером и дроссельным пакетом регулято­ра оборотов компрессора насоса-регулятора НР-40ВР. В этом слу­чае регулятор оборотов РО-40ВР отключен от топливной системы дви­гателя и не работает. При указанном положении корректора газа мощ­ность двигателей такова, что она не дает развить несущему винту обороты оптимальные, установлен­ные регулировочным вин­том 14. На установив­шемся режиме работы двигателей регулятор обо­ротов ротора компрессора удерживает заданные обороты компрессора руч­кой общего шага и кор­ректора газа независимо от высоты полета и тем­пературы окружающего воздуха. И если режим работы двигателей ниже взлетного, то мощность их с подъемом на высоту или с увеличением тем­пературы уменьшается, и наоборот. Обороты несу­щего винта при этом мо­гут изменяться при помо­щи корректора газа или

в зависимости от облегчения или затяжеления винта по условию полета.

Если корректор газа перевести в крайнее правое положение при любом шаге винта, то мощность двигателей будет больше потребной мощности для вращения несущего винта на данном шаге, при этом обороты компрессоров и несущего винта будут увеличены, и когда обороты несущего винта станут больше оп­тимальных, установленных регулировочным винтом 14, цент­робежные силы грузиков 9 увеличатся, игла 10 поднимется вверх, преодолевая силу натяжения пружины 12, рычаг 8 повер­нется, и клапан 7 откроет отверстие канала Б, через жиклер ко-

торого топливо из иолости между жиклером и дроссельным па­кетом всережимного регулятора оборотов турбокомпрессора бу­дет перетекать на слив через канал А и далее через си­стему слива насоса-регулятора НР-40ВР. Это вызовет пониже­ние давления в указанной полости, произойдет перемещение дозирующей иглы агрегата НР-40ВР в сторону уменьшения пода­чи топлива в двигатели, что приведет к снижению оборотов ро­торов турбокомпрессоров и предотвратит раскрутку ротора сво­бодной турбины (несущего винта). Обороты будут соответство­вать заданным регулировочным винтом 14. Теперь подачей топ­лива в двигатели через дозирующую иглу, а значит, и мощно-стью двигателей и их оборотами будет управлять регулятор обо­ротов несущего винта РО-40ВР.

Если обороты несущего винта увеличатся выше заданных самостоятельно по условию полета, слив топлива через жиклер 6 увеличится, подача топлива в двигатели через дозирующую иглу уменьшится, обороты турбокомпрессора уменьшатся, мощ­ность, передаваемая на винт, тоже уменьшится и опять предот-вратится раскрутка винта.

Если обороты несущего винта самостоятельно уменьшатся В1виду затяжеления винта по условию полета, слив топлива через жиклер 6 уменьшится или прекратится совсем, будет подан сиг­нал дозирующей игле на увеличение количества топлива в дви­гатели, компрессоры разовьют обороты, несущий винт получит большую мощность и дальнейшее падение его оборотов прекра­тится. При этом обороты турбокомпрессора увеличатся, но не бо­лее, чем это задано правой коррекцией при данном шаге, они будут меньше взлетных, если общий шаг винта будет меньше 10°.

Управление двигателями и несущим винтом теперь будет осуществляться только ручкой общего шага, но при правой кор­рекции на всех режимах работы двигателей во время полета. При движении ручки общего шага вверх общий шаг винта будет увеличен, рычаг управления насоса-регулятора НР-40ВР по­вернется на большую подачу топлива в двигатели, двигатели разовьют большие обороты, свободная турбина получит большую мощность, но обороты ее не увеличатся, так как регулятор РО-40ВР будет их поддерживать заданными на всех режимах ра­боты двигателей и полета вертолета (почему регулятор и полу­чил название «однорежимный»). Если ручку общего шага опу­стить вниз, то все процессы будут протекать аналогично описан­ным, но в обратном порядке в сторону уменьшения мощности. Обороты несущего винта будут заданы регулировкой винта /4РО-40ВР.

Нельзя понимать так, что если в работу по управлению до­зированием топлива при правой коррекции вступил регулятор оборотов несущего винта РО-40ВР, то всережимный регулятор оборотов ротора компрессора прекратит свою работу. На­против, если регулятор оборотов РО-40ВР уменьшил обороты

турбокомпрессоров для уменьшения оборото/в винта, то вслед за этим всережимный регулятор оборотов турбокомпрессора будет стремиться их опять увеличить до тех, которые заданы общим шагом и правой коррекцией, а они заданы больше, чем требуется для удержания заданных оборотов несущему винту. Следо;вательно, оба регулятора оборотов работают совместно, стремясь удержать обороты несущего винта, за­данные регулировкой, т. е. всережимный регулятор оборотов компрессоров стремится обороты винта увеличить выше нормы, а регулятор РО-40ВР не допускает их выше нормы.

У двигателя ТВ2-117А предусмотрены также автоматические ограничения для обеспечения прочности всех деталей двигателя по величине максимальной мощности (расходу топлива), по •степени повышения давления в последних ступенях компрессо­ра, по максимальным оборотам турбокомпрессора и по темпе­ратуре газов перед турбиной компрессора.

У вертолета Ми-8 на всех установившихся режимах полета (висение, набор высоты с поступательной скоростью, горизон­тальный полет, снижение по наклонной траектории с работаю­щими двигателями) и на всех высотах при включенной автома^: тической системе поддержания постоянных оборотов несущего винта (правой коррекции) обороты несущего винта поддержива­ются постоянными (оптимальными) в пределах 95+2% по ука­зателю. На неустановившихся режимах полета (взлет, посадка, развороты, торможение скорости, разгон скорости, полет в не­спокойной атмосфере) обороты несущего винта будут самостоя­тельно изменяться в сторону уменьшения или увеличения от ука­занных выше ввиду затяжеления или облегчения несущего вин­та при действии ручкой общего шага или другими рычагами уп­равления, а также действием воздушных масс воздуха на не­сущий винт. При этом автоматическая система не успевает удер­жать обороты несущего винта, установленные регулировкой (95+2%). Установлены ограничения по оборотам несущего вин­та: они должны быть не менее 89% и не более 103% кратко­временно не более 30 с. На режиме малого газа допускаются мак­симальные обороты несущего винта до 105% в течение не более 5 с.

На режиме авторотации обороты несущего винта поддержи­ваются ручкой общего шага приблизительно в тех же пределах, что и при полете с работающими двигателями.

Максимальные обороты несущего винта ограничены по ус­ловию прочности несущего винта и свободной турбины, а также и по флаттеру и сжимаемости, а минимальные—по срыву потока с концов лопастей в азимуте 270° и по ухудшению управляемости. На взлетном режиме работы двигателей независимо от ре­жима полета вертолета (вертикальный или с поступательной скоростью) оптимальными оборотами несущего винта являются

92—93% по указателю. Достигаются эти обороты соответствую­щим затяжелением несущего винта, и поэтому, несмотря на ра­боту регулятора РО-40ВР, они не могут увеличиться до 95± ±2%. Это вызвано тем, что двигатели работают на взлетном режиме, а винт поставлен на соответствующий шаг (на висении около 10°, а на режимах с поступательной скоростью больше 10°).

При выполнении вынужденных и тренировочных посадок с коротким пробегом с одним и двумя неработающими двигате­лями на малой высоте, у земли, непосредственно перед призем­лением, за счет полного затяжеления несущего винта до макси­мального шага обороты несущего винта могут доходить до 70%.

У вертолета Ми-8 управление двигателями и винтом на всех режимах полета, в том числе и на земле, фактически осуществ­ляется системой «шаг — газ» вместе с автоматической системой поддержания постоянных оборотов несущего винта. Эта система обеспечивает л