Определение тяги двигателя в высотно-скоростных условиях

Наибольшее распространение для определения характеристик двигателя в высотных условиях получили испытания по схеме с присоединенным трубопроводом (рис. 5.7). Двигатель устанавливается на динамометрическую платформу. Входной трубопровод разделен на две части. Первая, неподвижная, с коллекторным входом связана с ресивером, примыкающим к барокамере; вторая часть, подвижная, соединена с двигателем и динамометрической платформой. В месте сочленения частей имеется уплотнение, чаще всего лабиринтного типа. В ресивер стенда подается воздух от высотно-компрессорной станции, и во входном сечении двигателя обеспечиваются требуемые значения полного давления р*_в и температуры торможения воздуха Т*_в, соответствующие полетным условиям, Н, М. В термобарокамере стенда с помощью эксгаустеров создается давление р_н, соответствующее высоте полета Н.

При выводе уравнения тяги будем рассматривать схему простого лабиринтного уплотнения (см. рис. 5.7). Наружная поверхность подвижной части цилиндрическая, площадь торцевой поверхности DF_y ,площадь внутреннего сечения трубопровода F_y.

Для определения составляющих тяги выбираем вблизи торца сечение «у», в котором можно надежно измерить статическое давление в поперечном сечении трубопровода р_у, измеряется также давление на торце трубопровода р'_у. Сила, действующая на силоизмерительное устройство стенда Р_ст, складывается из следующих составляющих:

где Р'_упл - сила, действующая на торцевую поверхность трубопровода; Р_вн - сила, действующая на внутренние поверхности трубопровода и двигателя: Р_нар - сила, действующая на наружные поверхности трубопровода и двигателя; Р_обд - сила сопротивления, возникающая при обтекании вентиляционным воздухом поверхностей твердых тел. связанных с динамометрической платформой. В уравнении (5.11) за положительное направление принято направление полета.

Запишем уравнение количества движения для контура, охватывающего поток, проходящий внутри трубопровода и двигателя (положительное направление по оси х):

G_гc_с-G_вc_у=р_уF_у+Р'_вн-р_сF_с. (5.12)

Здесь сила Р'_вн действует со стороны внутренних поверхностей трубопровода и двигателя на поток контура. Учитывая, что сила Р'_вн по абсолютной величине равна силе Р_вн и направлена в противоположную сторону, из (5.12) найдем:

Р_вн=G_гc_с+р_сF_с-р_уF_у-G_вc_у. (5.13)

Так как и сила Р'_вн направлена по полету, то сила Р_вн направлена против полета.

При нахождении силы Р_нар будем предполагать, что давление на наружной поверхности двигателя и трубопровода равно давлению окружающей среды р_н, тогда

Р_нар=(F_у+DF_у- F_c)p_н. (5.14)

Сила, действующая на торец уплотнения,

Р'_упл= DF_ур'_у. (5.15)

Сила Р_обд, действующая на наружные поверхности трубопровода и двигателя, на коммуникации, подмоторную раму при движении вентиляционного воздуха, пропускаемого через барокамеру для ее охлаждения, определяется экспериментально специальной градуировкой. На неработающем двигателе создаются различные скорости вентиляционного воздуха и непосредственно измеряется сила Р_обд.

Подставляя в (5.11) формулы (5.13), (5.14) и (5.15) и проведя преобразования, получим

(5.16)

Таким образом, в определение значения импульса потока в выходном сечении входят как непосредственно измеряемая сила, так и параметры потока в трубопроводе и барокамере. Расход воздуха G_в, входящий в уравнение (5.16), измеряется с помощью специального устройства, расположенного в ресивере стенда либо в мерном сечении трубопровода, способом, указанным в разд. 2.4. Во входном трубопроводе измеряется также и температура торможения воздуха Т*_в.

Для нахождения скорости потока с_у в контрольном сечении измеряется статическое давление р_у .Из выражения расхода

находится газодинамическая функция у(l_y), и по ней вычисляется приведенная скорость l_y, а затем скорость течения потока:

Полное давление на входе в двигатель находится из приведенного выше выражения расхода для входного сечения двигателя "в" (см. рис. 5.7), в котором измеряется статическое давление р_в, т.е. по газодинамической функции у(l_в) определяется значение p(l_в) и

В общем случае реализованные при испытаниях значения полного давления р*_в, температуры торможения Т*_в и давления окружающей среды р_н, например, из-за ограничений высотно-компрессорной станции, погрешностей системы автоматического управления стендом могут отличаться от номинальных значений р*_{в ном}, Т*_{в ном}, р_{н ном}, при которых требуется найти по программе испытаний параметры двигателя. Укажем общее решение задачи. Вначале производится приведение параметров двигателя, в том числе и импульса в выходном сечении сопла, к номинальным значениям полного давления и температуры торможения:

(5.17)

После нахождения перечисленных параметров в номинальных условиях полетная тяга двигателя определяется по формуле:

которая справедлива при соблюдении подобия. Нарушение подобия может произойти, например, при переходе от реализованного при испытаниях отношения давлений р*_в/р_н к номинальному отношению р*_в.ном/р_н.ном в случае работы двигателя при докритической степени понижения давления в сопле. В таких случаях в формулы вводятся поправки, учитывающие нарушение подобия, определяемые экспериментальным или расчетным путем.

Если при испытаниях неточно выдержана требуемая температура воздуха на входе при определении тяги, например на максимальном режиме, то может потребоваться, введение поправки на отличие режима по приведенной частоте вращения.