Испытания форсажных камер сгорания

 

Задачи испытаний форсажных камер и прямоточных камер сгорания (ПВРД) в основном аналогичны рассмотренным выше задачам исследования основных камер сгорания (исключая исследования полей температур газа на выходе), и поэтому принципы устройства экспериментальных стендов и применяемые методы измерений близки. Конкретные же конструктивные решения и рабочие параметры стендов могут существенно отличаться. Так, при исследовании форсажных камер ТРДФ на входе в камеру подогрев воздуха осуществляется путем сжигания топлива (газовый подогреватель). В случае камеры сгорания ТРДДФ дополнительно подводится воздух, имитирующий поток внешнего контура. Подогрев его происходит в теплообменнике.

Специфическими вопросами исследования и доводки прямоточных камер сгорания являются обеспечение высоких значений h_г при составах смеси, близких к стехиометрическим (a_S=1,1...1,2), и предотвращение вибрационного горения. Для получения высоких значений h_г необходимо тщательное распределение топлива по сечению форсажной камеры с учетом местных значений скоростей и концентраций кислорода. Обычно это достигается путем подбора расхода топлива через каждый из концентрических коллекторов, устанавливаемых перед фронтовым устройством (три-четыре коллектора). При этом целесообразно применение методов теории планирования эксперимента (например, симплекс-метода).

При исследовании вибрационного горения необходимо измерять пульсации давления, которые могут характеризоваться широким диапазоном изменения частот и амплитуд. Поэтому в этом случае тщательно контролируются динамические характеристики измерительных каналов и первичных преобразователей, которые подвергаются индивидуальной градуировке. Для устранения вибрационного горения могут также оказаться необходимыми исследования процессов смесеобразования, газодинамики проточной части камеры, в особенности вблизи фронтового устройства, с целью выявления и устранения отрывных зон и нестабильностей течения.

Большие технические и методические трудности возникают при исследовании камер сгорания ПВРД со сжиганием топлива в сверхзвуковом потоке. На входе в рабочую часть экспериментальной установки в этом случае должно обеспечиваться течение газа с числами М=1,5…2,5 при температуре торможения Т*_в=1500...3000 К.

Зачастую питание воздухом высокого давления таких стендов осуществляется от газобаллонных станций. Для подогрева его используются различного типа подогреватели - электрические дуговые, теплообменники регенеративного типа. Применяется также подогрев путем сжигания топлива с последующим подводом в поток кислорода для восстановления его содержания до концентраций, соответствующих воздуху. Большую сложность представляет измерение параметров сверхзвукового реагирующего потока. Для этих целей в настоящее время разрабатываются оптические методы, используется радиационная пирометрия и др.

Интегральные же характеристики (полнота сгорания топлива, потери полного давления) часто определяются по измерениям статического давления по длине камеры сгорания.

 

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. В чем состоят задачи автономных испытаний лопаточных машин?

2. Каковы преимущества и недостатки модельных испытаний лопаточных машин?

3. В чем состоят задачи исследования неподвижных лопаточных венцов турбомашин?

4.Какие параметры необходимо измерять при исследовании подвижных лопаточных венцов турбомашин?

5. Какие измерения необходимо выполнять, чтобы определить КПД компрессора при его автономных испытаниях?

6. Как определяются характеристики турбин при их автономных испытаниях?

7. В чем состоят основные задачи испытаний полноразмерных камер сгорания, отсеков камер сгорания, форсажных камер сгорания?

8. Какие измерения выполняются при автономных испытаниях камер сгорания?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981. 207 с.

2. Борнео» Б.П.., Овсянников В.А., Солохин Э.Л. Основы теории и точности эксперимента при испытаниях двигателей летательных аппаратов: Учеб. пособие. М.: Изд-во МАИ. 1985. 71 с.

3. Бурдуи Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Изд-во стандартов, 1985. 256 с.

4. Иванова Г. М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В. С. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоиздат, 1984. 230 с.

5. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И. Эквивалентные испытания газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1976. 213 с.

6. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований. М.: Наука, 1983. 392 с.

7. Нечаев Ю.И., Федоров P.M. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Ч. 1. М.: Машиностроение, 1977. 312 с.

8. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Ч. 2. М.: Машиностроение, 1978. 336 с.

9. Нормы летной годности гражданских самолетов СССР. Издание третье, 1984. 464 с.

10. Обработка и анализ информации при автоматизированных испытаниях ГТД / Адгамов Р.И., Боровик В.О., Дмитриев С.В. и др. М.: Машиностроение, 1987. 216 с.

11. Павлов Ю. И., Шайн Ю. Я., Абрамов Б. И. Проектирование испытательных стендов для авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1979. 151 с.

12. Солохин Э.Л. Испытания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1975. 256 с.

13. Теории и расчет воздушно-реактивных двигателей / Под ред. Шляхтенко С.М. М.: Машиностроение, 1987. 568 с.

14. Шишков А.А., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1985. 208 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Автоматизация испытаний Автоматизированная система испытаний (АСИ) - ПЭВМ Акустическая аппаратура - характеристика Безотказность Вентури труба Взаимодействие факторов Вибрационное горение Вибрационная характеристика Влажность воздуха Высотно-скоростные характеристики Газоанализирующая аппаратура Газодинамическая устойчивость двигателя Гидротормоз Градуировка Дисперсия адекватности - воспроизводимости - оценка - параллельных опытов Длительная прочность Доверительная вероятность Доверительный интервал Измерительно-командный канал АСИ Измерительные приборы - система - установки Индекс выброса Интерполяция Интерфейс Испытания автономные - камер сгорания - компрессоров - метрологические - противообледенительной системы - прочностные - пусковой системы - турбин Испытания двигателей - автоматизированные - виды - высотные - государственные -доводочные - длительные - заводские - климатические - комиссионные - контрольные - прочностные - ресурсные - сдаточные - специальные - технологические - узловые - эквивалентно-циклические - свойства Полетный цикл Преобразователь первичный - измерительный - индуктивный - индукционный - оптоэлектрический - пьезоэлектрический - резисторный - реостатный - частотный - электростатический Приемник давления Пробоотборник Препарирование двигателя Распределение нормальное - Стьюдента Расходомер массовый - объемный - переменного перепада давлений - турбинный Силоизмерительное устройство - гидравлическое (пневматическое) - механическое - с упругим чувствительным элементом Симплекс-планирование Система стендовая измерения усилий - масляная - осушки воздуха - подача воздуха - подогрева и охлаждения воздуха - топливная Цикл взлетно-посадочных операций Шум авиационный - максимально допустимые уровни Шумоглушение Эксгаустер Эксперимент

Доводка двигателя - газодинамическая - прочностная Долговечность Дробная реплика Дроссельная характеристика Загрязняющие вещества Запуск двигателя горячий -холодный Измерения вибраций - давлений - косвенные - метод - моментов - принципы - прямые - скоростей - средства - расходов - температур - точность - усилий - частоты вращения Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) КАМАК Коэффициенты регрессии - значимость Лазерная доплеровская измерительная система Малоцикловая усталость Математическое ожидание - оценка Матрица планирования Мера ресурса Метрологическое обеспечение АСИ Модель математическая - адекватность -разрушения - статистическая Несгоревшие углеводороды Окислы азота Окись водорода Оптимизация Отказы с опасными последствиями Отклик Отсек камеры сгорания Параметр выброса сажи Пирометр Плоская решетка Плотность вероятностей Погрешность грубая - косвенного измерения - систематическая - случайная Полный факторный эксперимент Средства измерений - характеристики - чувствительность Стенд высотный - испытаний элементов двигателя на усталость - испытательный бокс - кабина наблюдения - климатический - открытый - закрытый Температруа газа перед турбиной Термоанемометр Термобарокамера Термокраски Термометр - жидкостно-стеклянный - термоэлектрический - сопротивления Термометрирование элементов двигателя Топливохранилище Торсиометр Удельная масса выброса Уравнения регрессии Условия моделирование лопаточных машин Усталость Фактор - интервал варьирования Формулы приведения Фотоумножитель Функция распределения Характеристика градуировочная - дробный факторный (ДФЭ) - многофакторный - научно-исследовательский - однофакторный - план - традиционный Эталон двигателя

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.. 3

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.. 4

ВВЕДЕНИЕ.. 6

Глава 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ... 13

Глава 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 13

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ИСПЫТАНИЯ.. 13

2.2. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ЭКСПЕРИМЕНТ.. 13

2.3. УЗЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ.. 16

2.4. ДОВОДОЧНЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ.. 21

2.5. ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ.. 28

2.6. ИСПЫТАНИЯ СЕРИЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 31

Глава 3. ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ..

ДВИГАТЕЛЕЙ.. 39

3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗМЕРЕНИЯ.. 39

3.2. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ.. 42

3.3. ВИДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ,

ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 49

Глава 4. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ И

УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 79

4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВ 79

4.2. ОТКРЫТЫЕ СТЕНДЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ 81

4.3. СТЕНДЫ ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ 96

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ.. 98

5.1. СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА. СТАНДАРТНЫЕ АТМОСФЕРНЫЕ УСЛОВИЯ.. 99

5.2. ПРИВЕДЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ К СТАНДАРТНЫМ АТМОСФЕРНЫМ УСЛОВИЯМ... 100

5.3. ОТЛАДКА ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ.. 106

5.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГИ ДВИГАТЕЛЯ.. 109

5.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА, ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ДВИГАТЕЛЕЙ 118

5.6. ИСПЫТАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ.. 129

Глава 6. ИСПЫТАНИЯ ПО ПРОВЕРКЕ РЕСУРСА ДВИГАТЕЛЯ 136

6.1. РОЛЬ ИСПЫТАНИЯ В ОБЕСПЕЧЕНИИ РЕСУРСА И НАДЕЖНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 136

6.2. ЭКВИВАЛЕНТНО-ЦИКЛИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 138

6.3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ 144

Глава 7. ИСПЫТАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ.. 155

7.1. ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ.. 155

7.2. АВИАЦИОННЫЙ ШУМ... 169

Глава 8. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И ЗАДАЧИ ДОВОДКИ УЗЛОВ ДВИГАТЕЛЯ.. 180

8.1. ЗНАЧЕНИЕ ПОУЗЛОВОЙ ДОВОДКИ В МЕТОДОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ.. 180

8.2. ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН 181

8.3. ИСПЫТАНИЯ КАМЕР СГОРАНИЯ.. 194

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 202

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ. 204

ОГЛАВЛЕНИЕ.. 208

Учебное издание