No abstract

Представлені результати експериментальних досліджень статичних характеристик регулятора обертів вільної турбіни насоса-регулятора типу НР-3, призначеного для турбовального газотурбінного двигуна типу ТВ3-117. В результаті аналізу експериментальних статичних характеристик регулятора виявлені нелінійні ділянки. Нелінійність статичної характеристики регулятора може призводити до незадовільної роботи системи автоматичного регулювання двигуном. Показано, що статична характеристика регулятора обертів вільної турбіни є підтвердженням якості виготовлення або ремонту насосів-регуляторів типу НР-3 при приймально-здавальних випробуваннях.

Self-oscillations are one of the common problems in the complex automatic system, that can occur due to the features of the workflow and the design of the governor. The development of digital control systems has made it possible to damp self-oscillations by applying complex control laws. However, for hydromechanical systems, such way is unacceptable due to the design complexity and the governor cost. The objective of this work is to determine the parameters of the hydromechanical free turbine speed controller, ensuring the absence of self-oscillations during ground tests of the turboshaft engine with a hydraulic dynamometer. The TV3-117VM engine (Ukraine) with the NR-3VM regulator pump (Ukraine) was selected as the object of the study. However, self-oscillations can also occur in any modifications of the TV3-117 engine with any NR-3 regulator pump. The results of the research may be of interest to engineers and scientists who investigate the dynamics of automatic control systems for similar engines. The paper analyses the nonlinear features of the empirical characteristics of the FTSC leading to self-oscillations of the engine speed. The authors propose the mathematical model of the automatic control system dynamics, which takes into account all the features of the engine and regulator pump. It is shown that the load characteristics of the water brake and the helicopter main rotor can differ significantly. Research of the dynamic characteristics of the TV3-117VM engine was carried out. The analysis showed a good agreement between the calculation results and the field test results, and made it possible to determine the parameters of the controller, which lead to self-oscillations during test. Two cases are considered. The first case includes ground tests of the engine with a water brake; the second case—flight tests of the engine as part of the helicopter’s power plant. The data obtained make it possible to develop recommendations for adjusting the hydromechanical governor without testing it on the engine.

This paper is a continuation of research into the causes and ways to eliminate the generation of self-oscillations in the system of automatic regulation of rotations of the free turbine in the turboshaft gas turbine engines of helicopters. The study of dynamic processes in the system of automatic regulation of free turbine’s rotations in a turboshaft GTE has shown that one of the reasons for the development of self-oscillations is the poor performance of the control valve of the type «nozzle-flap» in the rotation regulator’s hydraulic drive. At a pump-regulator plant, the criterion for the quality of control valve execution or repair implies that the geometric size of the valve parts and the flow rate of working fluid through the valve when the flap is closed meet the technical requirements. As practice shows, this is not enough. With this approach, valve defects manifest themselves only during the tests of assemblies as part of the engine. This paper proposes a method to examine the characteristics of control valves such as «nozzle-flap», as well as criteria for assessing the quality of their execution. Experimental characteristics of control valves such as «nozzle-flap» for an actual regulator of free turbine rotation frequency are given. New data on the outflow of liquid from the nozzle with a flap have been obtained. It is shown that the destruction of the stagnation zone in the nozzle tip could result in that the valve flow rate increases, which negatively affects the characteristics of the hydraulic drive and regulator in general. A technique has been proposed to improve the stability of the valve’s performance by increasing the relative length of the nozzle. It is shown that the most informative characteristic of the valve is the dependence of flow rate on the position of the flap. Based on this characteristic, it is possible to determine the criteria for rejecting valves without testing them as part of the assembly

При наземних випробуваннях газотурбінних двигунів ТВ3-117 на гідравлічних гальмівних установках часто реєструють автоколивання частоти обертання ротора вільної турбіни і параметрів турбокомпресора в області роботи регулятора обертів вільної турбіни. Однією з причин розвитку автоколивань в системі автоматичного регулювання вільної турбіни є невідповідність завантажувальних характеристик гідрогальмівної установки завантажувальним характеристикам несучого гвинта вертольота. При наземних випробуваннях об'єктом регулювання є вільна турбіна з підключеним ротором гідрогальма. При роботі двигуна в складі силової установки вертольота об'єктом регулювання є вільна турбіна з підключеним ротором несучого гвинта. Зміна параметрів об'єкта регулювання без відповідної корекції параметрів регулятора може призводити до незадовільної динаміки системи автоматичного регулювання. Іншою причиною розвитку автоколивань є нелінійність характеристик елементів системи автоматичного регулювання. Розроблено математичну модель системи автоматичного регулювання обертів вільної турбіни, що враховує нелінійні особливості характеристик реальних регуляторів. Проведено розрахункові дослідження впливу розриву статичної характеристики і зони нечутливості регулятора на розвиток автоколивань в системі автоматичного регулювання обертів вільної турбіни при наземних випробуваннях вертолітного двигуна. Дано рекомендації щодо вибору параметрів регулятора обертів вільної турбіни для запобігання виникненню і розвитку автоколивань обертів турбокомпресора і вільної турбіни.