Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ)

Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ) Макаров В. В. 2017 г.
СОДЕРЖАНИЕ Основные условные обозначения Предисловие Введение Глава 1. ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ 1. 1.
РЕЗЮМЕ (по главе 1 «Измерения при испытании двигателей» ). Вопросы Глава 2. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ
Глава 4. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 4. 1. Структура испытательной станции 4. 2. Испытательные
6. 1. 1. Способ определения НЗП путем испытаний ГТД на режимах, подобных его работе
Глава 7. ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД С ИМИТАЦИЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ 7. 1. Технология испытаний ГТД
8. 3. 1. Основные понятия и определения 8. 3. 2. Длительные эксплуатационные испытания ГТД
9. 2. Испытания по определению акустических характеристик ГТД 9. 2. 1. Характеристики звука и
10. 4. Испытания форсажной камеры 10. 5. Испытания турбины 10. 6. Испытания газогенераторов (ГГ)
12. 2. Основы методики обработки результатов испытаний 12. 3. Методы и способы уменьшения погрешностей
14. 2. 1. Основные задачи испытаний, решаемые автоматизированной системой 14. 2. 2. Основные требования
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Условные обозначения γ — удельная масса (плотность), кг/м 3, кг/к. Н,
h — высота столба жидкости; H — высота полета, м (км); «потолок» ;
Т — температура, К\ период времени, год; ч; м; с; межремонтный ресурс, ч; t—
Се— удельный эффективный расход топлива (отнесенный к эффективной мощности), кг/(к. Вт ч); Суд— удельный
о— земной, взлетный; об— оборудование; opt— оптимальный; охл— охлаждение; п— полет; пл— планер; пр—
к— компрессор, сечение за компрессором; к. II, в. II— сечение за компрессором (вентилятором) второго
тк— турбокомпрессор; то— техническое обслуживание; mc— топливная система; т. км— тонно-километр; уд— удельный; ут—
Сокращения АСИ— автоматизированная система испытаний; АТ— аэродинамическая труба; БПЛА— беспилотный летательный аппарат; БСИ— бортовые
ИВК— измерительно-вычислителъный комплекс; ИКАО— международная организация гражданской авиации; ИП— измерительный прибор; КВД— компрессор высокого
НТЗ— научно-технический задел; НТР— научно-технические работы; ОКР— опытно-конструкторские работы; ОТД— основные технические данные; ОТК—
ТРДД— двухконтурный турбореактивный двигатель; ТУ— технические условия; ТХА— термопара хромель-алюмель; ТХК— термопара хромель-копель;
ПРЕДИСЛОВИЕ Развитие и совершенствование авиационных двигателей всегда сопровождалось симметричным развитием испытательной базы, методов и
В 1992 г. вышел под общей редакцией А. Я. Черкеза, подготовленный группой авторов из
объединения «Сатурн» (г. Рыбинск) (ОАО «НПО «Сатурн» ), положен в основу данного учебника. Предисловие
ВВЕДЕНИЕ Авиадвигателестроение относится к одной из стратегически важных отраслей обеспечивающих высокий уровень технологического развития.
Существующие теоретические основы оптимального проектирования авиационных ГТД позволяют выбирать наилучший в определенном смысле облик
В результате планирования необходимо получить ответ на вопрос: что, когда и как делать. При
обоснования видов, объемов и последовательности испытаний, для выбора измеряемых и контролируемых параметров, для обоснования
Работоспособность двигателя определяется одновременным влиянием большого количества факторов, имеющих подчас противоречивый характер. В этих
Даже небольшие несоответствия в расчетных и реальных показателях эффективности узлов и прочности деталей приводят
Имеются также трудности с определением качества выполненных проектных работ, связанные с отсутствием четких
• взаимодействие элементов, влияние вторичных факторов, неравномерность и нестационарность потоков, тепловое состояние элементов
В завершающей стадии отработки двигателя, когда получены все основные характеристики, определяющие технический уровень,
В процессе серийного производства каждый экземпляр двигателя проходит кратковременные испытания — предъявительские и приемосдаточные
Поскольку избежать этих затрат невозможно, то приходится уделять особое внимание повышению информативности испытаний,
• эне р го с бере га ющ ие пр и нципы
метод комплексного анализа результатов испытаний на установившихся и переходных режимах с использованием математических моделей;
Глава 1 ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ 1. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ При испытаниях ГТД
Параметры ГТД, измеренные при испытаниях, представляют собой физические величины (р, Т, Р ,
Метод совпадений основан на совпадении равномерно чередующихся отметок или сигналов измеряемой величины с
Систематическими погрешностями измерения называют такие, значение которых в данном ряде измерений остается
наибольшей относительной погрешности прибора, выраженной в процентах 100 (1. 3) Где Δ- диапазон измерения.
2. Предельная относительная погрешность произведения (частного) (6 У) равна сумме относительных погрешностей сомножителей, то
Под средством измерения понимают техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерения,
δ = Δу /Δх. Рис. 1. 1. Статические характеристики средств измерений: а и
Порог чувствительности — это свойство средства измерения, характеризуемое наименьшим изменением измеряемой величины,
1. 3 ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД Достижения в разработке и миниатюризации элементов измерительных
(на струйную систему управления положением летательного аппарата, на сдув пограничного слоя и другие),
Оценка погрешностей средств измерения и форма представления результатов измерений должны соответствовать требованиям государственных стандартов
1. 4 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ При изучении движения жидкости и газа различают понятия статического давления
1. 1. Требования к точности измерения основных параметров ГТД Измеренный параметр двигателя Диапазон измере
12. Перепад между р и и р в при испытаниях НЗ +50 Па (+5
20. Амплитуда виброскорости, виброускорения, виброперемещения при колебаниях с частотой ротора НЗ 10. .
Рис. 1. 2. Схема приемника давления заторможенного потока: 1 - приемная трубка; 2
где к — отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и при постоянном
Применение Г-образных насадков основано на том, что на поверхности осесимметричного тела вращения с
трубка образует с направлением потока. Размеры такого комбинированного насадка определяются по нормалям (стандартам) и
p 2 =p H +p h. (1. 10) Жидкостные
Рис. 1. 4. Чашечный манометр: 1 — измерительная трубка; 2 — расходный сосуд
Механические манометры обычно используются для измерения высоких давлений. Наиболее распространено применение манометра с трубчатой
распространение получили электрические манометры с индуктивными датчиками давления. Принцип их действия основан на том,
Рис. 1. 5. Схема многоточечного измерения давлений с помощью сканеров
Сканеры измерения давления являются аппаратным элементом многоточечных систем измерения давлений в режиме реального времени
Для работы каждого сканера давления необходим подвод опорного (базового) давления; на испытательных стендах источником
Термометры электросопротивления — это приборы, в которых для измерения температуры используется свойство металлов при
Недостатки полупроводниковых термометров сопротивления следующие: отсутствие взаимозаменяемости (каждый термистор требуется градуировать индивидуально); нелинейный характер
Термоэлектрические термометры (термопары). Принцип работы термопары основан на том, что в цепи, составленной
Рис. 1. 7 Схема устройства германиевого термометра сопротивления: 1 – чувствительный элемент; 2 –
1. 2. Типы термопар Тип ТП Материалы пар термоэлектродов Диапазон изме ряемых темпера тур
К недостаткам платиновых термопар следует отнести: малые величины развиваемых при измерении термоэлектродвижущих сил (в
Рис. 1. 10. Схемы неэкранированной термопары (а) и термопар с экранированными (б, в, г)
На рис. 1. 10 показаны схемы термоприемников разного вида, имеющих разные значения коэффициента восстановления
Рис. 1. 11. Конструктивная схема поверхностной термопары: 1 — «горячий» спай; 2 — защитная
лампы. При этом в качестве чувствительного элемента наличия или отсутствия равенства яркостей служит человеческий
Рис. 1. 13. Схема установки пирометра на двигателе (а) и схема первичного преобразователя (б):
В дальнейшем они используются для расшифровки результатов экспериментов. Термоиндикаторные краски регистрируют максимальную температуру во
(1. 11) где α — коэффициент расхода; F — площадь отверстия; ρ — плотность
Рис. 1. 14. Схемы течения рабочей среды в сужающих устройствах: а — стандартная диафрагма;
Рис. 1. 15. Схема ротаметра: 1 — конусная стеклянная трубка: 2 — чувствительный элемент;
И в той, и в другой схеме движущаяся вверх жидкость поднимает поплавок до уровня,
1. 18. Схема измерения расхода воздуха при стендовом испытании ГТД По окружности насадка расположены
(1. 12) где константа F B — площадь мерного сечения, м 2 ; q(λ
Термопары могут быть расположены на гребенке пневмометрических трубок. Расход продуктов сгорания двигателя G г
Приведенная скорость X определяется с помощью газодинамических функций в соответствии с величиной р /
Рис. 1. 19. Приемники и флюгарки для измерения направления потока: а 6 — одноточечные
Рис. 1. 21. Приемники неориентируемые для измерения А. и направления потока: а, б, в
Напряжения, возникающие в конструкции элемента двигателя, оценивают через измерение величин деформаций. Измерение деформаций проводится
сила которого измеряется и регистрируется с предварительной градуировкой в месте установки тензодатчика. Подключение напряжения
Рис. 1. 22. Измерение силы с помощью рейтерных весов: 1 — рычаг 2 -го
Угол α служит мерой измеряемой силы, что отмечается на шкале с помощью указателя. Маятниковые
Рис. 1. 25. Компенсационная диафрагменная месдоза [32]: 1 — поршень: 2 — корпус: 3
Измеряемая сила Р через грузоприемный рычаг 1 и ленту 2 передается на этот квадрант,
Тензорезисторы включены в мостовую схему. Все четыре плеча моста активны. Это увеличивает чувствительность датчика
В электрической схеме датчика ТВС предусмотрена термокомпенсация изменения электрического сопротивления тензорезисторов под действием температуры
Рис. 1. 27. Схема вибрационно-частотного преобразователя силы: 1 — мембрана; 2 — корпус; 3
В первом случае измеряется сила, приложенная на известном плече для уравновешивания измеряемого крутящего момента.
Рис. 1. 29. Схема измерения крутящего момента электрическим тормозом [32 J: 1 — корпус
Кроме перечисленных загрузочных устройств в практике применяют малоинерционные электрические измерители крутящего момента — торсиометры,
Электрическое питание на мост подается через пару индуктивно связанных катушек 5 и через выпрямитель-стабилизатор,
1. 11. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ В практике испытаний авиационных ГТД частота вращения измеряется тахометрами,
1. 12. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИЙ Появляющиеся в процессе работы двигателя переменные силы — неуравновешенность вращающихся
1. 13. ИЗМЕРЕНИЕ ЭМИССИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В настоящее время особое значение приобрела оценка эмиссии
Все технические характеристики и состояние анализаторов должны соответствовать требованиям стандарта ICAO. Точность измерения концентрации
После выполнения всех подготовительных операций двигатель запускается, прогревается на режиме «малый газ» и далее
На каждом установившемся режиме работы двигателя отбор проб для определения химического состава должен выполняться
. Безразмерное число дымности SN характеризуется абсолютными отражательными способностями загрязненного и чистого фильтров. Получаемые
1. 14. ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА Для измерения шума, генерируемого двигателем, применяется акустическая аппаратура, состоящая
1. 15. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ХОДЕ ИСПЫТАНИЙ ГТД В процессе
Примером специальных методов контроля является использование индикатора поломки лопаток турбомашин. В ряде случаев собственно
Среди таких методов контроля большое распространение получили оптические смотровые приборы (бороскопы, эндоскопы и т.
РЕЗЮМЕ (по главе 1 «Измерения при испытании двигателей» ) 1. Измерение — это нахождение
4. При изучении движения жидкости и газа различают понятия статического давления и давления заторможенного
Давления газов или жидкостей измеряют с помощью манометров. При испытаниях ГТД наибольшее распространение получили
7. Наиболее распространенными являются два способа измерения расхода воздуха в двигателях: использование лемнискатного
В тензодатчиках используется свойство проводников изменять электрическое противление при растяжении. Тензодатчик наклеивается на исследуемую
В первом случае измеряется сила, приложенная на известном плече для уравновешивания измеряемого крутящего момента.
Для проведения стендовых испытаний ГТД с замером эмиссии испытательный стенд должен быть оснащен специальной
ВОПРОСЫ 1. Что такое измерения, виды измерений при испытаниях ГТД, прямое измерение, косвенное измерение?
10. Измерение крутящего момента — применяемые методы, средства и устройства — назовите принцип действия
Глава 2 ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ ГТД Каждый авиационный двигатель, пройдя этапы проектирования, конструирования и
В зависимости от характера проводимых экспериментов условно различают: • научно-исследовательские испытания (научно-исследовательский эксперимент);
2. 1. СОЗДАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА И ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ Научно-исследовательские эксперименты Такие испытания проводятся
Пример. Канадский филиал фирмы PW длительное время вел экспериментальные исследования центробежных ступеней компрессора.
Испытания отдельных узлов двигателя на автономных стендах являются эффективным средством опережающей отработки новых технических
В автономных испытаниях основной камеры сгорания выбранной конструкции (для кольцевых камер допускается испытание отсека)
2. 2. ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ ГТД Основная задача — доводка рабочего процесса и конструкции двигателя
• отработка взаимодействия элементов и систем при переменных режимах — приемистости, дросселировании,
Для того чтобы двигатель мог быть предъявлен для прохождения государственных испытаний (ГИ) и сертифицирован,
Сертификационные и государственные испытания До начала летной эксплуатации опытные двигатели гражданской авиации проходят сертификацию,
В программы сертификационных испытаний входят также экспериментальное определение характеристик компрессора, камеры сгорания, проверка прочности
Заключительным этапом испытаний опытного ГТД являются ГИ, которые обычно повторяют 150 -часовую программу чистовых
2. 3. ИСПЫТАНИЕ СЕРИЙНЫХ ГТД Здесь задача испытаний иная — всесторонняя проверка качества выпускаемой
После предъявительских испытаний двигатель отправляют на разборку для осмотра и контроля состояния его деталей.
Приемосдаточные (контрольные) испытания состоят из двух этапов. На I этапе приемосдаточных (контрольных) испытаний работу
• комплексирование операций и совершенствование методик их выполнения, в том числе проведение их
• наличии перечня и характеристик диагностических признаков, полученных в процессе доводки и подтвержденных
3. Квалификационные испытания. Целью квалификационных испытаний являются: • проверка соответствия двигателей требованиям конструкторской
Квалификационные испытания считают неудовлетворительными в случаях: • несоответствия основных параметров двигателя ТУ;
Периодические испытания. Общая наработка двигателя в процессе предъявительских и приемосдаточных испытаний обычно не
Специальные (например, высотно-скоростные ) испытания. В них проверяют соответствие высотных данных серийного двигателя стендовой
Двигатель для проведения периодических испытаний выбирается из числа 2— 5 двигателей, изготовленных в
При неудовлетворительных результатах периодических испытаний изготовитель совместно с разработчиком и представительством Заказчика при изготовителе
Правила испытаний и приемки серийных ГТД. Испытания и приемка двигателей серийного производства должны проводиться
Турбовинтовые и турбовинтовентиляторные двигатели должны проходить стендовые испытания с воздушным винтом (винтовентилятором), тип и
Испытания двигателей должны проводиться на основных или дублирующих арках топлива и масла, указанных в
2. 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ И ОРГАНИЗАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ ГТД Основные документы, регламентирующие испытания Требования к
Виды основных экспериментальных характеристик ГТД При испытаниях ГТД обычно снимают следующие виды экспериментальных характеристик:
Основная техническая документация при испытаниях ГТД Программа испытании. Это основной документ, регламентирующий проведение испытания
Основные мероприятия по подготовке к испытаниям В процессе подготовки к испытаниям ГТД должны быть
• паспорта испытательных стендов, акты аттестации и допуска к эксплуатации. Кроме того,
Программа обеспечения безопасности испытаний включает процедуры контроля за выполнением запланированных испытаний и за отчетностью
Проверка состояния деталей и узлов АД после испытаний. Для этого важного аспекта процесса испытаний
Принципы подхода к подготовке программы испытаний ГТД Каждый авиационный двигатель обладает определенными особенностями конструкции
Применение новых материалов или рабочих тел может потребовать введения специальных испытаний. Так, например,
Сохранение работоспособности двигателя в особых условиях эксплуатации необходимо проверять специальными испытаниями. Так, например, если
РЕЗЮМЕ (по главе 2 «Виды испытаний авиационных ГТД» ) /. Испытание это экспериментальное определение
5. Для автономного испытания компрессора стенд должен быть оборудован приводом от электродвигателя или газовой
10. Серийные двигатели проходят кратковременные испытания (представительские и приемосдаточные), основной целью которых является проверка
ВОПРОСЫ 1. Какие виды испытаний используют для авиационных ГТД? 2. Назовите особенности узловых испытаний.
ГЛАВА 3. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД 3. 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Затраты
Рис. 3. 1. Методы повышения эффективности экспериментального исследования ГТД Рис. 3. 2. Схема сложного
Третья группа представляет собой m-мерный вектор Z неконтролируемых, а следовательно, и неуправляемых входных параметров.
Рис. 3. 3. Поверхность отклика Рис. 3. 4. Типы поверхностей отклика факторов, где расположен
Где ξ— число параллельных опытов, проведенных при одинаковых условиях (обычно £е 2, 4). Затем
называемую оценкой дисперсии воспроизводимости. С ней связано число степеней свободы f = N(k -
Экспериментально изучая влияние х, на у, получают таблицу измерений табл. 3. 1). 3. 1.
Между наблюдаемым значением у и и расчетным значением у и существует разница Δу, называемая
Аналогичным образом матрица [y M ] получается из матрицы [у]: [y M ]=[x*][y]
Матрица [Д] называется ковариационной или матрицей ошибок. Она имеет первостепенное значение при построении моделей,
• композиционность плана, т. е. возможность использования точек плана первого этапа исследования в
• минимизация максимальной оси эллипсоида рассеяния оценок параметров, так называемая Е-оптимальность, при которой
3. 2. ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 3. 2. 1. Полный факторный эксперимент (ПФЭ) дает
Функция отклика в окрестности нового начала координат может быть разложена в ряд Тейлора: где
В табл. 3. 2 и 3. 3 приведены условия проведения опытов полного двухфакторного и
Номер опыта Факторы Функция отклика Х 1 Х 2 Х 3 1 -1 -1
(3. 21) где N — число опытов ПФЭ; i — номер опыта; j, l,
где t — табличное значение критерия Стьюдента. Далее полученное уравнение регрессии проверяют на адекватность
до 13, 3 Па величина ст02 возрастает, а затем стабилизируется. С увеличением температуры σ
3. 5. Кодированные значения факторов Фактор Уровни Нижний (-1) Нулевой (0) Верхний (+1) Х
3. 6. Матрица планирования № х 0 х 1 х 2 Отклик s i
При уровне значимости α = 0, 05 G = 0, 684. Поскольку G p
Доверительный интервал констант b 1 , и b 12 определялся по формуле: где t
3. 2. 2. Дробный факторный эксперимент С увеличением количества факторов резко возрастает количество опытов
объем эксперимента, воспользовавшись методом дробного факторного эксперимента (ДФЭ). Для нахождения математического описания процесса используется
3. 8. Матрица планирования типа 2 3 -1 Номер опыта Х 1
Для получения зависимостей был выбран план эксперимента с варьированием факторов на двух уровнях (табл.
Нормированные переменные х i связаны с натуральными соотношениями: (3. 29) Для сокращения объема эксперимент
3. 10. Матрица планирования 2 5 -2
По t-критерию Стьюдента значимыми в модели для расхода топлива оказались константы при аргументах х
3. 11. Изменения гидравлических параметров форсунок Изменение геометрических параметров ΔG7, кг/ч Δα, град расч.
3. 2. 3. Центральное композиционное планирование эксперимента В случаях, когда в области факторного пространства
3. 12. Значения звездного плеча αЗначения звездного плеча а для ЦКП для различных значений
j – номер опыта; i — номер фактора введены для того, чтобы матрица планирования
3. 13. Ортогональное ЦКП для двух факторов Системы опытов Номер опыта Х 1 Х
Рис. 3. 8. Схема опытов ортогонального ЦКП для двух факторов: О — полный факторный
Оценку дисперсии коэффициентов регрессии проводят по формулам:
Коэффициент |b i |, является значимым, если |b i | S bi t.
При ротатабельном ЦКП для определения коэффициентов регрессии и соответствующих дисперсий находят следующие константы: где
Формулы для расчета коэффициентов регрессии имеют вид: (3. 42) Дисперсии коэффициентов регрессии определяют по
Коэффициент |bi|, является значимым, если |bi| Sbit. Дисперсию адекватности рассчитывают по формуле:
Проведение данного эксперимента было совмещено с исследованием других характеристик двигателя, вследствие этого диапазон
3. 15. План эксперимента для определения констант двухфакторной регрессионной модели 2 -го порядка №
3. 16. Кодированные значения факторов х ij ζ = п, ζ 2 =
Оценивая константы регрессионной модели и подставляя значения у, из табл. 3. 17 в табл.
N° точки y 1 = Р, кг y 2 =G m , кг/ч
Рис. 3. 9. Дросселем характеристика двигателя, построенная по рефессионной модели (1. 9): ⁰ -
Для получения зависимости расхода топлива у 2 от факторов х 1 и х 2
На рис 3. 10 приведена сетка характеристики Gm =f(H, n), полученная по регрессионной модели
Для всех остальных факторов шаги движения к оптимальным значениям определяют по формуле: (3. 52)
Рис. 3. 11. Оптимизация по методу крутого восхождения Очевидно, оптимум, найденный в результате первого
х1— выступание свечи; x 2 — диаметр камеры воспламенителя; X 3 – площадь отверстия
Рис 3. 12. Экспериментальный пусковой воспламенитель: 1 — камера воспламенителя; 2 — форсунка; 3
№ п/п Порядок реализации Матрица планирования Функции отклика Х 1 Х 2 Х
Испытания проводились по плану ДФЭ 2 3 -1 с генерирующим соотношением х 3 =
Х 1 Х 2 Х 3 Н, км ω п
На первом шаге высотность устойчивой работы воспламенителя увеличилась до 9 км. Улучшились также остальные
Симплексный метод, так же как и метод крутого восхождения, является локальным методом поиска экстремума.
При пользовании симплексным методом не обязательно дублировать опыты. Ошибка в отдельном опыте может только
Рис. 3. 14. Турбовальный двигатель (б), устанавливаемый на вертолет (а) и схема двигателя (в)
Оптимизируемой (целевой) функцией является неравномерность поля температур ΔТ* max а варьируемыми факторами — углы
Рис. 3. 15. Симплексный метод отладки температурного поля
Неравномерность А ΔТ* max определяется в трех точках плоскости (φ л , φ п
Имея в виду сложный характер указанных зависимостей, при проведении эксперимента по получению ВСХ применяют
где Т г *, Т к * — температуры газа перед турбиной и воздуха
K p = π* к /G B Пр (π* к — степень повышения
Однако при доводке опытных двигателей и при их серийном производстве возникают задачи, требующие
3. 5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГТД С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАНИРОВАННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА Эффективность планирования
• показатель П т , характеризующий точность регрессионной модели, описывающей исследуемый объект (процесс),
Многократная оптимизация обеспечивается варьированием в зависимости (3. 57) значений коэффициентов А, В, С и
Рис. 3. 17. Схема камеры сгорания Стоимость затрат С на обеспечение требуемого давления воздуха
Рис. 3. 18. Область Парето-оптимальных решений в пространстве фактических (о) и нормированных (б) значений
РЕЗЮМЕ (по главе 3 «Планирование эксперимента при испытаниях ГТД» ) 1. Наряду с использованием
5. Применение планирования эксперимента эффективно при решении, в основном, двух видов задач: — планирование
14. В чем особенности ортогонального и ротатабельного ЦКП? 15. Каким образом проводится оптимизация процесса
Глава 4 ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 4. 1. СТРУКТУРА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ Экспериментальное исследование авиационных
Рис. 4. 1. Структура испытательной станции
Типичный испытательный стенд (рис. 4. 2) обычно состоит из испытательного бокса, кабины наблюдения и
Рис. 4. 2. Схема испытательного стенда: / — испытываемый ГТД; 2 — силоизмерительный датчик;
Глушители аэродинамического шума представляют собой чаще всего специальные лабиринты или камеры, образованные щитами, пластинами
Рис. 4. 3. Различные виды оформления входа и выхода испытательных стендов: ~~ входная часть;
Рис. 4. 4. Г-образный испытательный бокс [49]: 1 — входная шахта; 2 — глушители
Рис. 4. 5. Бокс с вертикальным расположением шахт: 1 — входная шахта; 2 —
Персонал, проводящий испытание, и пульт управления испытываемым двигателем и системами стенда располагаются в кабине
4. 2. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТАНКИ И УСТРОЙСТВА Испытательные станки представляют собой устройства, предназначенные для закрепления
Нежесткие станки, кроме основного назначения (крепления двигателя) позволяют проводить измерение тяги. Наибольшее распространение получили
• должна быть обеспечена возможность испытаний двигателей разных тяг; Рис. 4. 7. Схема
Рис. 4. 8. Схема для измерения горизонтальной и вертикальной тяги силоизмерительного устройства с одной
• влияние системы коммуникаций на измеренную тягу должно быть минимальным. Градуировку силоизмерительного устройства
Рис. 4. 10. Схема испытательного силоизмерительного устройства для определения эквивалентной мощности ТВД [32]: I
Рис. 4. 11. Схема станка с подвеской к потолку [42]: / — испытываемый двигатель;
4. 3. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ СТЕНДОВ Все испытательные стенды имеют приборно-измерительные службы и должны быть
К установкам топливо может подаваться по нескольким магистралям. Требуемый для питания двигателя сорт топлива
Рис. 4. 12. Вариант схемы топливной системы: 1 — топливные расходные баки; 2 —
Гидравлическая система необходима на испытательной станции в тех случаях, когда испытывают двигатели с установленными
Рис. 4. 13. Схема стендовой замкнутой масляной системы: / — расходный масляный бак; 2
Рис. 4. 14. Схема внешней масляной системы стенда: 1 — расходный масляный бак; 2
Рис. 4. 15. Схема водяной системы: 1 — расходный бак; 2 — кран подачи
4. 4. ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ЛЕТАЮЩИЕ ЛАБОРАТОРИИ Летные испытания (ЛИ) ГТД проводят для отработки их
Рис. 4. 16. Основные этапы летных испытаний ГТД, проводимые в процессе его доводки, освоения
Пятый этап летных испытаний ГТД проводится в процессе их модификации после многих лет серийного
Проведение на ЛЛ летных испытаний опытных двигателей СУ самолетов и БПЛА является необходимым условием
Используемый в составе ЛЛ летательный аппарат ниже обозначается термином «носитель» . Выбор носителя, проектирование
Для создания ожидаемых эксплуатационных условий конструкция ЛЛ и ее экспериментальное оборудование должны обеспечивать: максимально
• возможность испытаний двигателя и СУ в условиях естественного обледенения с контролем процессов
4. 5. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ Усложнение конструкций авиационных ГТД, выбор значений параметров рабочего процесса на
В 1980 -1990 годы НИЦ ЦИАМ прошел значительную модернизацию [36[. Это позволило использовать его
РЕЗЮМЕ (по главе 4 «Испытательные стенды и оборудование» ) 1. Авиационные ГТД подвергают испытаниям,
8. Питание двигателя топливом и измерение его расхода осуществляют с помощью топливной системы,
16. Экспериментальное оборудование летающей лаборатории обеспечивает измерение, управляемый сбор, регистрацию, передачу на землю или
ВОПРОСЫ 1. Дайте характеристику основным помещениям испытательного стенда. 2. Какие документы готовят для испытания
Глава 5 ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ УСЛОВИЙ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННЫХ ГТД Основная задача испытаний ГТД
Такая картина означает, что, будучи измерены при испытаниях конкретного экземпляра серийного ГТД в стендовых
5. 1 ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Изменение рабочего процесса под влиянием t H Значительное
Рис. 5. 2 Дроссельная характеристика ТРД, изме ренная при разных значениях температуры наруж
Приведенная частота вращения n пр = n(288/T H *) 0. 5 с понижением t
Изменение геометрических характеристик проточной части при испытаниях ГТД происходит как при изменении t H
Т. е. имело место изменение величины более чем в 2— 3 раза. У
Иногда они могут быть пренебрежимо малы (F CA ТНД), НО иногда (на некоторых высотных
Влияние таких отклонений на характеристики ГТД рассмотрим на примере испытаний газогенератора ТРДД (фактически 2
5. 6. Влияние изменения F c на положение линии рабочих режимов (а) и на
Рис. 5. 7. Влияние изменения утечек на положение линии рабочих режимов (а) и на
Относительное влияние на КПД примерно одинаково для компрессора и турбины (рис. 5. 8).
Рис. 5. 9. Влияние увеличения относительного радиального зазора (Δr) на положение линии рабочих режимов
Существующие допуски на изготовление и сборку серийных ГТД среднего размера (G В 200
5. 2 ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ Из экспериментов установлено, что изменение р н при t
• при обтекании самолетного крыла Re Kp 1, 5 ∙ 106; •
Рис. 5. 10. Зависимость относительного коэффициента трения от числа Re
На рис. 5. 11 показано влияние атмосферного давления р н на дроссельную характеристику ТРД
Рис. 5. 12. Влияние величины числа Reи режима работы на КПД компрессора. Рис. 5.
5. 3 ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОЙ ВЛАЖНОСТИ Влажность атмосферного воздуха характеризуется несколькими пара метрами. Удельная влажность
В средней полосе РФ для атмосферных условий характерно t Hmax ≈ +30 °С и
В связи с такими изменениями параметров рабочего тела влияние атмосферной влажности проявляется как на
Рис. 5. 15. Влияние влажности воздуха на по ложение рабочей точки ТВД при t
Рис. 5. 17. Учет влияния относительной влажности и температуры атмосферного воздуха на параметры ГТД
5. 4 ВЛИЯНИЕ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ ГТД НА ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Система автоматического управления ГТД должна
При максимальном расходе воздуха через компрессор это равнозначно получению максимума полной тяги. Поддержание n
Рис. 5. 18. Влияние закона управления ТРД на характер перемещения рабочей точки на ЛРР
Это меньше, чем было бы в случае n = const, но тем не менее
Рис. 5. 20. Характер изменения характеристик одновального ТВД при законе управления n = const,
5. 5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОРМУЛ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ ПРИ АНАЛИЗЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ Влияние атмосферных
Формулы для приведения параметров ГТД определены на базе основной теоремы теории размерностей (π-теоремы). Согласно
Формулы приведения типа и другие не учитывают: 1) изменение геометрических размеров в проточной части
Рис. 5. 21. Схема определения частных поправочных коэффициентов Для учета этих влияний в формулы
где . В этом выражении
РЕЗЮМЕ (по главе 5 «Влияние атмосферных условий на экспериментальные характеристики авиационных ГТД» ) 1.
7. Снижение атмосферного давления, начиная с высоты 8. . . 10 км, начинает приводить
ВОПРОСЫ 1. Что такое основные технические данные и с какой целью их определяют? 2.
Глава 6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДАННЫХ АВИАЦИОННЫХ ГТД Дроссельными характеристиками называют зависимости
Таким образом, нормальными значениями параметров (НЗП) называют параметры двигателя, измеренные в САУ
6. 1. Схема определения нормальных значений параметров ТРДД (ТРД) Рис. 6. 2. К определению
6. 1 ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЗП ГТД Следует различать методы приведения параметров к САУ
Способ III. Определение НЗП путем обеспечения стендовыми системами заданных значений t вх
Рис. 6. 3. Схема определения НЗП ТРДД по приведенной дроссельной характеристике
1 нор м А, к -, N : э норм N. к и т.
• для оценки изменения основных параметров ГТД при длительном испытании, например, с помощью
Рис. 6. 4. Оценка изменения основных параметров ТРДДФ при длительном испытании
6. 1. 3. Экспериментальный метод определения нормализующих коэффициентов для ТРДД Принципиально для ГТД с
Рис. 6. 5. Определение приведенной дроссельной характеристики Рис. 6. 6. Схема определения значений 6.
3. Задаются при р н = const несколькими произвольными значениями t H ≠+15 °С
Рис. 6. 8. Типичный вид зависимостей коэффициентов пересчета от t H и р н
Особыми режимами, когда без нормализующих коэффициентов также не обойтись, являются реверсирование и малый газ.
6. 1. 4. Особенности определения НЗП ТРДД Для ТРДД с нерегулируемыми соплами определение нормализующих
Рис. 6. 13. Зависимость коэффициента пере- счета К n нд для ТРДДФ Так как
Рис. 6. 16. Схема определения НЗП на бесфорсажных режимах ТРДДФ При регулировании форсажных режимов
У ТРДД обычно измеряют суммарный расход воздуха через двигатель, так как раздельное измерение расходов
устанавливаемые на срезе реактивного сопла. Однако требуемые, как правило, различные перепады давления на соплах
6. 1. 6. Особенности испытания форсажных ТРД и ТРДД При испытаниях форсажных двигателей, в
4. Температура газа на выходе из форсажной камеры (6. 5) 5. Коэффициент полноты сгорания
Если двигатель работает с включенной системой регулирования частоты вращения, то она восстанавливает первоначальную частоту
где р т исх — статическое давление за турбиной на исходном (предшествующем форсажу) режиме;
6. 1. 7. Особенности испытания ТРДЦ с реверсом Эффективность реверсивного устройства двигателя оценивается коэффициентом
В боксе, предназначенном для испытания двигателей с реверсивным устройством, должен быть организован отвод выхлопных
1) определение коэффициента реверсирования в зависимости от скорости обдувающего потока; 2) определение условий попадания
6. 1. 8. Особенности испытаний ГТД с отклоняемым вектором прямой тяги В отличие от
Многокомпонентные силоизмерительные устройства обладают метрологи ческими особенностями, которые обусловлены взаимным влиянием их изме
6. 2. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЗП ГТД СТ И ТВД 6. 2.
Испытания с гидротормозом. Мощность, развиваемая турбовинтовым или турбовальным ГТД (ГТД СТ), может быть
Испытания ТВД с воздушными винтами на стенде. При этих испытаниях ТВД укрепляется на
У ТВД во время 150 -часовых испытаний проверяется работа механизации и зашиты воздушного винта,
а) проведение испытаний в два этапа. На первом этапе испытывать в «горячем режиме» свободную
6. 2. 2. Особенности экспериментального определения нормальных значений параметров ТВД Порядок действий по определению
Рис. 6. 17. Влияние двух степеней свободы ТВД на его приведенную дроссельную характеристику (
Опытные ТВД поступают обычно на гидротормозной стенд. Там на режимах, подобных
Если же двигатель, в пределах допуска, не обеспечивает требуемой N B (N B =
Зависимость коэффициента пересчета винтовой мощности N B современного самолетного (одновального) ТВД для взлетного режима
6. 2. 3. Методика экспериментального определения косвенным способом нормализующих коэффициентов для параметров ТВД Чтобы
Рис. 6. 20. Схема получения поля нагрузочных характеристик ТВД Н = 0; V=
Для перестройки полученных приведенных дроссельных характеристик делается их сечение при нескольких значениях G m
2. Задаются произвольной температурой t H * +15 °С при давлении р н -
4. Определяют, какую мощность развил бы при этом двигатель в выбранных условиях t H
6. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЗП ГТД ПУТЕМ ПОДДЕРЖАНИЯ СТЕНДОВЫМИ СИСТЕМАМИ ЗАДАННЫХ ЗНАЧЕНИЙ t н
6. 3. 1 Высотно-скоростные испытания ГТД в АТ Аэродинамическая труба для испытаний авиационных двигателей
Рис. 6. 23. Аэродинамическая труба для испытаний авиационных ГТД: / — рабочее сопло АТ;
К основными недостаткам сверхзвуковой аэродинамической трубы относится невозможность снимать полные характеристики двигателя с самолетным
6. 3. 2. Высотно-скоростные натурные испытания ГТД в термобарокамере (ТБК) Испытания в ТБК (рис.
6. 4. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЯ ПВРД В отличие от других ВРД, у прямоточных двигателей
Наиболее полные сведения о работе двигателя на земных установках получают в моторных аэродинамических трубах.
При проведении испытаний серийных ПВРД нет необходимости проводить предъявительские испытания, так как не
РЕЗЮМЕ (по главе 6 «Экспериментальные методы определения основных технических данных авиационных ГТД» ) 1.
7. Так как прямое измерение тяги ТРДД большой степени двухконтурности сильно зависит от потерь,
насосом, необходимого для обеспечения работы на этом режиме. 14. Определение НЗП опытных ТВД (двигателей
ВОПРОСЫ 1. Что такое «нормальные значения параметров» ГТД? 2. В чем заключаются отличия трех
Глава 7 ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД С ИМИТАЦИЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИИ Испытания авиационных двигателей проводятся, как
7. 1. ТЕХНОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ ГТД НА ВЫСОТНЫХ СТЕНДАХ Одной из основных операций технологического процесса
Предварительное сжатие воздуха необходимо для компенсации потерь давления в воздухоочистителе 4 и влагопоглотителе
Рис. 7. 2. Принципиальная схема компрессорно-эксгаустерной станции, созданной на базе специально спроектированного оборудования: 1
Общая электрическая мощность всех приводов подобных установок достигает 100 тыс. к. Вт и
Далее воздух поступает в термобарокамеру (ТБК) 25, где находится испытываемый двигатель 26. Разрежение на
Рис. 7. 3 Стенд для высотно-климатических испытаний ВГТД (вариант 1): 1, 35 - источники
Источник сжатого воздуха Количе ство ис точников Комбинации турбодетандеров Параметры воздуха на выходе из
Система предварительного «захолаживания» ВКС предназначена для обес печения высотных условий по температуре в ТБК
7. 1. 1. Испытания в аэродинамической трубе Аэродинамические трубы позволяют определить влияние условий полета
Аэродинамические двигательные трубы в отличие от обычных аэродинамических труб, работающих, как правило,
На некоторых очень больших околозвуковых и сверхзвуковых аэродинами ческих трубах наряду с чисто аэродинамическими
Улавливатель выхлопных газов (диаметром 2 м), имеющих температуру 2200 К, выполнен из трех частей.
7. 1. 2. Испытания в ТБК с присоединенным трубопроводом Термобарокамеры являются рабочими участками высотных
Рис. 7. 6. Схемы расположения двигателя в ТБК высотного стенда: а — компоновка двигателя
Примеры. Комплекс ASTFНИЦ им. Арнольда оборудован двумя ТБК диаметром 8, 6 м и длиной
При этой компоновке двигателя в ТБК высотного стенда все его агрегаты и стендовые устройства
Этот метод применим для большинства видов высотных испытаний ГТД. При условии отсутствия рециркуляции потока
7. 1. 3. Испытания с частичной имитацией высотно-скоростных условий Испытания на стендах с подогревом
7. 8. Схемы установок для испытания двигателя с подогревом воздуха на входе [49]: а
Испытания на стендах с наддувом воздуха на входе в двигатель. Давление воздуха на
Рис. 7. 9. Схема установки для испытания двигателя с наддувом и подогревом воздуха на
При испытании двигателя на стендах рассматриваемого типа на многих режимах, в частности,
Все перечисленные факторы влияют на газодинамические и прочностные параметры двигателя (запас устойчивой работы,
Рис. 7. 11. Схема испытания двигателя с имитатором: а — сеточный имитатор: б —
При испытании подфюзеляжных секторов или коробчатых воздухозаборников на аэродинамическом стенде компоновка стенда и объектов
Цель испытаний полноразмерного ПВРД состоит в получении характеристик двигателя и систем его регулирования как
Рис. 7. 12. Схемы экспериментальных стендов для испытания ПВРД: а — в закрытой сверхзвуковой
Испытываемый ПВРД (см. рис. 7. 12, б) размешается в барокамере 4. Поворотное
7. 2. СИСТЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОТНЫ) УСЛОВИЙ НА ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СТЕНДАХ Компрессоры и
При необходимости подачи большого количества воздуха при небольшом (до 600 к. Па) или среднем
На рис. 7. 13 показан общий вид компрессорного зала НИЦ ЦИАМ. Применение компрессоров среднего
Рис. 7. 15. Схема подключения ГТД в качестве генератора газа к турбокомпрессорному агрегату: 1
При незначительном дооборудо вании, обеспечивающем изменение количества газа, подмешиваемого от пото ка внутреннего
Подогрев воздуха на входе в двигатель осуществляется одним из следующих способов [37]: •
Для исследований ГПВРД требуется моделирование условий полета соответственно М = 5. . . 8,
Осушка воздуха При испытаниях необходимо обеспечить подачу воздуха с влагосодержанием, соответствующим заданной высоте
Для охлаждения воды используются градирни. Создаются мощные водонасосные станции. Метод охлаждения воды
Пары холодильного агента из двух низкотемпературных испарителей И 2 последовательно сжимаются в первых двух
• последовательная работа ХОС и холодильных турбин агрегатов ТХА-1 А, в которых
Регулирование разрежения на выходе из двигателя достигается посредством газовых дросселей системы автоматического регулирования режима
На высотных стендах, не имеющих эксгаустеров с силовым приводом, эжекторы различных схем
Рис. 7. 20. Схема двухступенчатого эжектора: 1, 3 — эжектор первой и второй
Система обеспечения паром двух ступеней сверхзвукового эжектора с расходом 160 кг/с в течение 60
7. 3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ВЫСОТНЫХ СТЕНДОВ Экспериментальные исследования ГТД в высотно-скоростных и климатических
источников с различной температурой и давлением создается поток с требуемыми характеристиками для заданных имитируемой
Рис. 7. 22. Схема стенда Ц-4 Н с универсальным имитатором и двигателем
Рис. 7. 23. Стенд Ц-1 А Стенд позволяет проводить высотные испытания авиационных силовых установок
Стенд Ц-3 (рис. 7. 24) предназначен для исследовательских и доводочных испытаний полноразмерных компрессоров одноконтурных
Рис. 7. 24. Стенд Ц-3 Рис. 7. 25. Стенд Ц-5
Параметры Стенд Ц-5/1 Стенд Ц-5/2 Стенд Ц-5/4 Первый контур Второй контур Расход воздуха, кг/с
Максимальная температура воздуха на входе в аэродинамическое сопло стенда 2300 К, давление 5 МПа,
Рис. 7. 27. Стенд Ц-17 Рис. 7. 28. Стенд ТС-2 (рис. 7. 28) предназначен
Стенд Ц-22 представляет собой дозвуковую аэродинамическую трубу эжекторного типа с открытой рабочей частью и
РЕЗЮМЕ (по главе 7 «Испытания авиационных ГТД с имитацией эксплуатационных условий» ) 1. В
6. Испытания с частичной имитацией высотно-скоростных условий применяются в заводских условиях для двигателей, предназначенных
ВОПРОСЫ 1. В чем преимущества и недостатки испытаний ГТД на высотных стендах и летающих
Глава 8 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА И НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ГТД 8. 1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КРИТЕРИИ
испытания, производство и эксплуатацию техники. При создании самолета Ил-86 впервые были применены количественные показатели
Сохраняемость — это свойство объекта сохранять обусловленные показатели в течение срока хранения и после
Рис. 8. 1. График функций P(t) и Q(t) Рис. 8. 2. График плотности вероятности
Отношение величины вероятности отказа в малом интервале (t, t+ Δt) к продолжительности этого
Для восстанавливаемых объектов наработка на отказ определяется как отно шение наработки объекта к математическому
Коэффициенты К 1000 оп , К 1000 вп имеют большое значение для
Для практического использования результатов количественной оценки надежности принята следующая классификация отказов авиационных двигателей:
Кроме общих требований по обеспечению безопасности полетов к авиаци онным двигателям предъявляются специальные требования
Рис. 8. 3. Изменение затрат в зависимости от вероятности безотказной работы двигателя Кривая же
8. 2. МОДЕЛИ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ (РАСХОДОВАНИЯ РЕСУРСА) ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ Повреждаемость двигателя — это свойство, определяющее
Для корректного учета повреждаемостей основных деталей двигателя необходимо определять в каждый момент полета (наземных
Модели разрушения могут быть представлены в детерминированной и статистической формах. В первом случае действующие
В условиях эксплуатации деталь будет работать в различных промежутках времени t i при
8. 2. 2 Малоцикловая усталость Нагружение на выносливость или усталость испытывают детали, подвергающиеся действию
По аналогии с длительной прочностью, если вместо времени нагружения использовать число циклов N
Рис. 8. 5. Кривые усталости: a - для стали 40 ХН 2 МА при
Для углеродистых сталей кривые усталости имеют точку перегиба при N * = N 0
8. 2. 4. Модель долговечности в условиях длительного статического и циклического нагружений Если деталь
8. 2. 5. Модель долговечности при разнородных повреждениях При одновременном воздействии многоцикловой усталости, а
8. 2. 6. Износ и контактная усталость являются одними из важных причин выхода из
Постоянная с зависит от типа соединения, в котором происходит износ, от
(8. 16) Где h - средняя толщина изношенного слоя в процессе эрозии; -
8. 3. РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД 8. 3. 1. Основные понятия и определения Ресурс
Регламентируются следующие виды ресурсов двигателя (рис. 8. 6). Срок службы (эксплуатации и (или) хранения)
Поэтому его принимают равным минимальному значению назначенного ресурса у тех основных деталей ГТД, которые
Межремонтный ресурс двигателя — установленная в НТД для данного этапа серийного производства и эксплуатации
Для определения выработки ресурсов основных деталей в целом в эксплуатации и при ресурсных испытаниях
В качестве параметров двигателя, характеризующих режимы его работы при выполнении типового полета ДА,
Испытательный цикл (ИЦ) — изменение во времени частот вращения роторов, положений регулирующих органов,
Однако аналитическое установление оптимального ресурса является чрезвычайно сложной задачей. На практике для достижения оптимального
где / п — длительность среднестатистического полетного цикла. Межремонтные ресурсы устанавливают в пределах назначенного
Рис. 8. 7. К установлению дифференциро ванной величины ресурса: 1 — исходное состояние:
Для основных деталей ГТД начальную величину назначенного ресурса определяют на основе стендовой наработки большого
2. В дополнение к этому на одном—двух выработавших ресурс двигателях без разборки проводят стендовые
Однако пилоты часто по привычке используют взлетный режим и в этих случаях, что
Рис. 8. 9. Характер изменения коэффициен та К 1000 дсд Для однотипных двигателей, экс
В настоящее время требуемые величины ресурсов самолета до списания составляют 30 000. . .
Роль УИ возрастает при переходе изделий на эксплуатацию «по техническому состоянию» , поскольку
Рис. 8. 10. Классификация ускоренных испытаний по способу ускорения
Разновидностью метода ускоренных испытаний являются определенные стандартом метод ступенчатого нагружения (Локати) и ускоренные испытания
Для технических изделий типа авиационных ГТД, ввиду многообразия факторов, определяющих их надежность
Рис. 8. 11. Классификация методов сокращения длительности ресурсных испытаний
Факторы Детали двигателя Длител ьная проч но сть Износ и контактна я вынослив ость
Статистический метод основан на принципе Седякина Н. М. |16|, предло женном для
Требуется определить условия проведения ускоренных испытаний двигателя на стенде. Распределение статистических данных по отказам
При r = 100, означающем, что стендовые испытания проводятся с использованием только максимальных режимов,
Длительность наработки с учетом повреждений, связанных с длительной прочностью, определяется по наиболее слабому элементу
Рис. 8. 12. Схема определения эквивалентных условий по фактору «длительная прочность» Принцип замены наработки
имеющего место в эксплуатации. Если z — число циклов нагружений и теплосмен,
Рис. 8. 13. Зависимость предела длительной прочности материала при Т м = 1250 К
Холодные запуски с выходом на взлетный режим предусматривают проверку на тепловой удар горячих деталей,
замков крепления лопаток и бандажных полок. Режимы испытаний, предусмотренные программой длительных испытаний (номинальный;
где n — частота вращения ротора; τ — наработка на критических частотах вращения.
Рис. 8. 14. Типовой этап программы ускоренных эквивалентных испытаний двигателя дозвукового самолета на 5000
Реализация прочностного метода позволяет обеспечивать эквивалентность ресурсных испытаний по ограниченному числу элементов изделия. При
Обобщенный метод основан на представлении процесса расходования ресурса изделия в виде обобщенной математической модели,
Где К э - коэффициент ускорения испытании, принимаемый для изделия в целом; К эij
Наиболее эффективно прогнозирование при проведении испытаний по Q- и G-планам эксперимента, позволяющим минимизировать
8. 3. 4. Циклические испытания Для проверки прочности элементов горячей части и роторов ГТД
При ресурсных циклических испытаниях в системе двигателя всегда есть проблема, заключающаяся в воспроизведении режимов
Так как повреждаемость охлаждаемых рабочих лопаток турбин определяется. в основном, термоциклическим нагружением,
На рис. 8. 16 приведен испытательный цикл, соответствующий 40 -минутному полетному циклу с равномерным
(n = 80 ; максимальный режим (М) — n = 80 ),
Число циклов нагружения от МГ до М в ускоренном ИЦ должно быть эквивалентно по
8. 3. 5. Формирование программ эквивалентно-циклических испытаний основных деталей двигателя Назначенный ресурс основных деталей
где N Э — число полетных циклов, ранее отработанное данной испытываемой деталью в эксплуатации
8. 3. 6. Экспериментальная доводка опытных ГТД до 150 -часового ресурса В процессе такой
Рис. 8. 17. Типовой этап программы 150 -часовых ЭЦИ Программа ЭЦИ эквивалентна 600 -часовой
По окончании испытания двигатель разбирают и контролируют состоят деталей. Если во время испытания и
Рис. 8. 17. Типовой этап программы 150 -часовых ЭЦИ
8. 4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГТД ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ При больших ресурсах ГТД (6000. . .
В связи с такими различиями в пони мании ресурса естественно отличаются и цифры максимально
• методы и средства диагностирования и контроля обеспечивают выявлении неисправностей на ранней стадии;
Рис. 8. 18. Зависимость надежности ГТД от на- работки (Т* оп — наработка на
интенсивности отказов от времени экс плуатации: участок А — приработка деталей; Б — нормаль
Система диагностирования является комплексной. Она требует применения как бортовых, так и наземно-бортовых
При ЭТС ресурс основных деталей не должен превосходить подтвержденных безопасных значений. Эксплуатация по техническому
Рис. 8. 22. Причины успешной реализации эксплуатации авиационных двигателей но техническому состоянию и основные
• должна быть разработана математическая модель теплового состояния деталей двигателя, адекватно воспроизводящая стационарные
За рубежом двигатели магистральных самолетов эксплуатируются по техни ческому состоянию, в основном, без
8. 5. ОСНОВНЫЕ СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСОМ ГТД В процессе развития авиационных ГТД методология управления
Рис. 8. 23. Основные стратегии управления ресурсом двигателя
1) установление и увеличение всех видов ресурсов двигателя (назначенного, до первого капитального ремонта, межремонтного)
имеется положительный опыт эксплуатации двигателя и(или) двигателей- аналогов, отражающий анализ результатов эксплуатации парка двигателей
Достаточность такого подхо да в части оценки несущей способности деталей, их длительной прочности обоснована
Пример. В качестве примера можно привести результаты прогнозирования ресурса дисков компрессора высокого давления двигателя
Выбор пути в каждом конкретном случае определяется как техническими соображениями (оценка достоверности прогноза, достаточность
Рис. 8. 24. Схема обоснования ресурса основных деталей ГТД в рамках второй стратегии управления
Рис. 8. 25. Схема перехода на ЭТС и содержание плана управления ресурсами двигателя
Новая методология управления ресурсом двигателей была со значительным экономическим эффектом использована в двигателях ПС-90
8. 6. ПОРЯДОК ЗАДАНИЯ, УСТАНОВЛЕНИЯ И УВЕЛИЧЕНИЯ РЕСУРСА Методы повышения ресурса двигателей авиапромышленности регламентируются
• соответствие показателей безотказности нормированным значениям; • конструктивные особенности двигателя увеличенного ресурса;
согласовываются с НИИ промышленности и Заказчиком. С целью обеспечения назначенного ресурса двигателя, в том
Увеличенный назначенный ресурс двигателя подтверждается: • удовлетворительными результатами стендовых испытаний на увеличенный назначенный
• характеристики допустимых ресурсных повреждений основных и неосновных (например, сопловые аппараты, жаровые
8. 6. 4. Установление и увеличение ресурса и сроков службы агрегатов и комплектующих изделий
промышленности, Заказчика и ВНИИПП. Подтверждение сроков службы агрегатов производится одновременно с двигателем.
8. 7. ПОДХОДЫ К ПОДТВЕРЖДЕНИЮ РЕСУРСА ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ГТД В соответствии с новыми подходами
пластичностью) и при этом надежно выявлялся обычно используемыми методами неразрушающего контроля. Таким образом, при
Рис. 8. 26. Процедура установления (увеличения) ресурса основных деталей применении концепции безопасной долговечности
Важнейшими условиями применения этого метода являются достаточная пластичность сплава и возможность описания рассеяния долговечности
Метод предполагает расчет методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния во всех потенциально-опасных зонах концентрации напряжений
8. 7. 2. Метод «допустимых повреждений» Метод безопасной долговечности предполагает, что к моменту отработки
Предполагается, что дефект может располагаться в опасной по напряженно-деформированному состоя нию зоне (у
Таким образом, метод «допустимых повреждений» уже довольно долго используется в авиадвигателестроении.
РЕЗЮМЕ (по главе 8 «Экспериментальные методы определения ресурса и надежности авиационных ГТД» ) 1.
• Регламентируются следующие виды ресурсов двигателя: назначенный, до первого капитального ремонта,
• При испытании технических изделий и их элементов, узлов, систем и
12. Факторами, сдерживающими реализацию эксплуатации по техническому состоянию, являются: • дефекты комплектующих и
• установление и увеличение ресурсов на основании совмещения стратегий, на пример,
17. Концепция «допустимых повреждений» основана на предположении, что в материала
ВОПРОСЫ 1. Какие виды ресурсов характеризуют авиационные ГТД на различных этапах жизненного цикла? 2.
16. Каким образом оценивается повреждаемость элементов ГТД при различных видах нагружения? 17. Как обеспечивается
Глава 9 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД Специспытания — это особый вид испытаний ГТД на
9. 1. ИСПЫТАНИЯ ГТД ПО ПРОВЕРКЕ ЗАПАСОВ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ Неустойчивая работа ГТД (помпаж двигателя)
Рис. 9. 1. Изменение параметров ТРДД АИ-25 в момент неустойчивой работы компрессора высокого давления
Рис. 9. 3. Типичная характеристика компрессора с «горизонтальными» напорными ветвями: лрр - линия
Потеря устойчивости вызывается различными элементами ГТД: воздухозаборником, компрессором, камерой сгорания, турбиной
При расчете запаса устойчивости для каждого типа ГТД требуется учитывать целый ряд факторов,
9. 1. 1. Экспериментальное определение запасов устойчивости путем подъема линии рабочих режимов Экспериментальное исследование
2. Определение границы устойчивости впрыском воды в камеру сгорания реализуется следующим образом: впрыскиваемая в
Применение перечисленных способов подъема линии рабочих режимов на современных высоконагруженных многовальных ГТД имеет ряд
В первом случае потеря устойчивости чаше всего возникает под влиянием внутридвигательных возмущений и, если
Рис. 9. 7. Смешение линии рабочих режимов, границы устойчивости и напорной ветки компрессора под
Чтобы уйти от индивидуальной чувствительности конкретного компрессора, устойчивость ГТД оценивается по комплексному критерию,
Рис. 9. 8. Схема испытания ГТД с генера тором неоднородности входного потока: I —
Для подтверждения достаточности принятых запасов ГДУ компрессора ПС-90 А были проведены специальные испытания натурного
9. 2. ИСПЫТАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГТД Акустическое (шумовое) воздействие летательных аппаратов воздушного
Звуковое давление р (Па = Н/м 2 ) — переменное относительно невозмущенной воздушной среды
Уровень звуковой мощности в децибелах: (9. 8) Где W — полная звуковая мощность источника,
Рис. 9. 10. Спектр шума двигателя: 1 - шум реактивной струи; 2 — шум
пиками интенсивности 2 в области средних частот, связанными с работой лопаточных машин
Рис. 9. 11. Равные уровни воспринимаемого шума уровнем равного воспринимаемого шума в PN д.
воспринимаемого шума выражается в EPN д. Б, установленных ГОСТ 17229 -85. Система EPNL используется
Рис. 9. 12. Типичный спектр шума ТРДД: 1 — линия широкополосного шума: 2 —
ножа по тарелке и гудок океанского лайнера). Поэтому звук одинаковой силы Z. , но
Современным вентиляторам характерны сверхзвуковые окружные скорости, что вызывает ударные волны и создает очень
холодных струй, К= 44 д. Б для ТРД. Рис. 9. 13. Источники шума
национальными стандартами (табл. 9. 1) и приведена на рис. 9. 14 Номер точки Этап
Рис. 9. 14. Схема размещения контрольных точек измерения уровня шума, создаваемою самолетом на местности
Самолет/ГТД Контрольная точка 1 2 3 Ту-154 (М 0 = 86 т)/НК-8 -2 У
Суммарный уровень допустимого шума в трех точках для самолетов взлетной массой менее 20 т
Экспериментальная оценка шума, создаваемого на местности существующими самолетами, проводится в соответствии с требованиями
• разработки эксплуатационных приемов уменьшения авиационного шума (трассы минимального шума, предпочтительной по
Акустическую характеристику ГТД определяют при стендовых испытаниях. Исследование шума двигателя проводят на открытых стендах.
Рис. 9. 18. Схема расположения точек измерения шума в ближнем звуковом поле Рис. 9.
Измерения шума проводят специальными приборами-шумомерами, которые определяют уровни звукового давления. Типичная блок-схема прибора приведена
Тем не менее, такие стенды эффективны при акустической доводке ГТД. Наряду с проверкой акустических
2. Использование в двигателе одноступенчатого вентилятора без входного направляющего аппарата вместо двухступенчатого позволяет снизить
Рис. 9. 20. Схема размещения и размеры звукопоглощающих конструкций на двигателе Д-ЗОКУ-154 Рис. 9.
1. Существует концепция полой лопатки вентилятора с каркасом из титанового сплава и оболочкой из
9. 3. ИСПЫТАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АВИАЦИОННЫМИ ГТД Большую часть загрязнения атмосферы
9. 3. 1. Закономерности образования загрязняющих веществ в авиационных ГТД При сгорании керосиноподобных топлив
Рис. 9. 22. Схема идеального (теоретически полного) и реального сгорания углеводородного топлива в авиадвигателе
Рис. 9. 23. Типичные зависимости удельных показателей образования загрязняющих веществ, г/кг топлива, от относительной
С уменьшением тяги удельное выделение СО и С п H т быстро увеличивается. Это
Удельный показатель выброса ЕI каждого загрязняющего вещества определяют для всех типов авиадвигателя экспериментально по
Режим Тяга (в от P взл Время, мин Расход топлива , кг/с Индекс
Рис. 9. 24. Стандартный взлетно-посадочный цикл ИКАО
Характерные операции самолета (этапы ВПЦ) и соответствующие им режимы работы авиадвигателей в зоне аэродрома,
Этап взлетно-посадочного цикла Дозвуковые самолеты Сверхзвуковые самолеты Тяга двигателя на этапе Продолжительность этапа, мин
Для турбореактивных и турбовентиляторных двигателей дозвуковых самолетов нормативные значения ЗВ следующие: • для
Очередное ужесточение требований к выбросам ЗВ авиадвигателями ВС в зоне аэродрома ожидается уже в
9. 3. 3. Измерение содержания загрязняющих веществ в отработавших газах ГТД Испытания по определению
Для двигателей с форсажной камерой пробоотборник устанавливается на расстоянии, равном 25 -и диаметрам
Действие приборов, предназначенных для измерения концентраций СО и С 0 2 , основано на
Рис. 9. 25. Схема смешивающего пробоотборника (о) и схема системы отбора и анализа проб
Измерение содержания оксидов азота осуществляется по методу хемилюминесценции, т. е. измеряется излучение, выделяющееся
При движении через колонку компоненты смеси вследствие различий в сорбции разделяются и группируются в
Схема системы для измерения дымности выхлопных газов ГТД фильтрационным методом SAE представлена на рис.
С помощью линейной зависимости SN' =f(log. M/A), где М — масса выхлоп ных газов,
• сокращение времени испытаний путем совершенствования технологии и методологии испытаний, а также за
Кардинальным путем решения проблемы уменьшения сажеобразования и дымности выхлопных газов ГТД является переход к
Компанией исследовались различные конструктивные схемы и способы организации рабочего процесса в камерах сгорания (рис.
9. 4. ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД НА ОБЛЕДЕНЕНИЕ Переохлажденные капли воды или кристаллы льда, находящиеся
Рис. 9. 29. Вероятность обледенения в облаках в зависимости от температуры окружающего воздуха
Рис. 9. 30. Обледенение входной части воздухозаборника и элементов ГТД: а — рабочих лопаток;
Этапы, связанные с проведением испытаний противообледенительных систем (ПОС), включают: • термометрирование лопаток, стоек
• термометрирование обогреваемых элементов на двигателе на всех режимах с замером расхода теплоносителя
силы тяжести и увлекаются потоком воздуха в двигатель. Размер льдинок обычно 5 x 20
Рис. 9. 32. Универсальная летающая лаборатория «Танкер» для исследования в условиях искусственного обледенения:
• термобарокамера, в которой испытания двигателя проводятся по параметрам торможения при М =
9. 5. ИСПЫТАНИЯ ГТД ПО ПОПАДАНИЮ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ По характеру воздействия на работу силовой
Наименование постороннего предмета Необходимость включения в испытания Количество, шт. Режим работы двигателя Скорость
Наименование постороннего предмета Воздействующие факторы и количество Режим работы двигателя Скорость заброса 1. Дождь
Причины попадания посторонних предметов и их влияние на повреждаемость ГТД Среди причин, по которым
• заброс посторонних предметов га зовоздушными струями подъемных двигателей на самолетах вертикального взлета
Рис. 9. 34. Открытый стенд для проведения сертификационных испытаний ГТД по забросу града Все
При работе ГТД в запыленных условиях степень повреждения поверхностей лопаток НА компрессора и других
Для заброса в двигатель мелких посторонних частиц песка, бетонной крошки, мелких камней со средним
Более крупные частицы забрасываются в двигатель через специальные бункеры, лотки или пневмопушкой. Бункеры
4) струйная защита, основанная на создании воздушной пелены с повышенным давления перед входным устройством
9. 6 ИСПЫТАНИЯ ГТД НА СТОЙКОСТЬ ПРОТИВ ПОПАДАНИЯ ПТИЦ Первое столкновение летательных аппаратов с
движения, массы птиц, высоты полета, от угла и места контакта птицы с летательным аппаратом,
Вид повреждения Частота повреждения, Деформация и повреждение лопаток компрессора (рис. 9. 37) 85,
В качестве примеров можно привести попадание аиста в кабину самолета-истребителя после взлета на высоте
Рис. 9. 37. Результаты попадания в двигатель чайки Рис. 9. 38. Разрушения вследствие столкновения
Для проведения испытаний на попадание птиц стенд оборудуется устройством для разгона тушек птиц: специальными
Рис. 9. 39. Общая схема пневмопушки: 1 — ресивер для сжатого воздуха; 2 —
Масса забрасывае мых птиц Количество птиц, забрасываемых в двигатель Количество и частота соударений
2. Средние птицы мас сой до 0, 7 кг (например, чайки) Одна птица
Мероприятия по предупреждению столкновений и защите ГТД от повреждений при попадании птиц Мероприятия,
• утолщение входных кромок рабочих лопаток первой ступени КНД и утонение выходных кромок
является заблаговременная информация экипажей о наличии птиц в зонах полета и на маршрутах,
Влияние дождя может проявляться на различных этапах полета. При работе ГТД в условиях ливневого
Основными факторами, ухудшающими газодинамические свойства двигателя , длительно работающего в условиях воздействия воды, являются:
На входное устройство ГТД поступают два основных потока жидких частиц, вызывающих эрозионный износ
Количество воды, подаваемое в двигатель Длительность подачи воды Скорость попадания Режимы работы двигателя
9. 8. ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ Испытания по обеспечению боевой живучести и пожарной безопасности ЛА
Эти комплексы оснащены аппаратурой и оборудованием, необходимыми для измерения скоростей поражающих элементов (пуль, снарядов,
Проведение испытаний конструкции на БЖ требует регистрации большого объема информации о напряженном состоянии элементов
Боевые повреждения авиационных ГТД Для боевых повреждений элементов конструкции ГТД характерны следующие особенности [48]:
Пример. Боевые повреждения ГТД, исходя изданных по конфликтам в Афганистане и Чечне, характеризуются,
Основные виды боевых повреждений маслосистемы следующие: пробоины масля ных радиаторов, баков, трубопроводов и
В испытаниях с «холодным» тушением пожара самолет, вертолет или отсек с двигателем устанавливают в
Рис. 9. 41. Схема испытательного комплекса, имитирующего обдув ЛА при исследовании его пожароопасности:
Как правило, отказы авиационных ГТД связаны не с прямым попаданием разряда в двигатель, а
3. Для таких испытаний чаще всего используются сменные сотовые аппараты (СЛ) турбины (а у
7. Шум — это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и силы. Количественно шум можно
• оценка шума самолета с испытуемыми двигателями в контрольных точках (на основе матриц
19. Все современные авиационные ГТД проходят испытания на заброс на вход двигателя различных посторонних
8. На каких принципах основаны способы определения запасов газодинамической устойчивости двигателя? 9. Какими способами
22. Какие методы используются при проведении испытаний ГТД на обледенение? 23. Какие посторонние предметы,
Глава 10 ИСПЫТАНИЯ И ДОВОДКА УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Эффективность
10. 1. ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН Характеристики лопаточных машин определяют тремя методами 1321:
де т — масштаб моделирования; μ — коэффициент вязкости; R — газовая постоянная;
Рис. 10. 1. Схема стенда, выполненного по замкнутому контуру с барокамерой для испы тания
Рис. 10. 2. Схема стенда с эжектором для испытаний ступеней или малоступенчатых компрессоров: /
В целях обеспечения испытаний и исследований компрессора (вентилятора) гтд создается объект испытания, включающий корпус,
Параметры потока в промежуточных сечениях и давления у корпуса за лопаточными венцами должны быть
• токосъемники для обеспечения передачи измерительного сигнала с вращающихся элементов при тензометрировании и
Работа компрессора может при этом определяться по измеренным значени ям температур (10. 3) а
Рис. 10. 3. Схема установки для испытаний отсеков камер сгорания: 1 – подводящий воздухопровод;
заторможенного потока в выходном сечении, температуры стенок камеры сгорания. Отбирают пробы газа в выходном
• ресурс КС и ее тепловое состояние, в том числе и при нестационарных
10. 4. ИСПЫТАНИЯ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ Процесс испытаний и доводки ФК, как правило, ведется на
В процессе доводки двигателя должны быть обеспечены значения газодинамической эффективности всех элементов турбины (сопловых
Принятое в расчете на прочность тепловое состояние горячих элементов турбины обеспечивается соблюдением требований нормативно-технической
Одновременно измеряется температура охлаждающего рабочие лопасти воздуха подошвой лопаток и температуры тела лопаток. По
Рис. 10. 5. Схема стенда для испытаний натурных турбин, работающих на просос от эксгаустера:
Измерения температур рабочих лопаток желательно выполнять с помощью средств и методов, обеспечивающих максимально
• для получения реальных приведенных характеристик ГГ в составе двигателя необходимо перед КВД
После чего строится зависимость коэффициента к от частоты вращения ротора и определяется зависимость
10. 7. ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Испытания системы автоматического управления двигателя ЛА проводятся с
методикам проверяются: • характеристики и качество работы систем автоматического управления при запуске двигателя,
установки требуют для привода больших мощностей. Кроме того, величина механического КПД редуктора, определенная по
При наличии в редукторе ГТД двух соосных валов в установке применяют две замкнутые передачи
10. 9. ИСПЫТАНИЯ СТАРТЕРОВ В отличие от двигателя основной режим работы стартера — неустановившийся
Одним из важных испытаний в процессе доводочных работ является проверка гарантийных свойств турбостартера при
10. ИСПЫТАНИЯ НАСОСОВ И ФОРСУНОК При испытании насосов снимают расходные характеристики (зависимости объемной производительности
Угол распыливания измеряется визуально по транспортиру. При снятии расходной характеристики форсунки для разных давлений
10. 11. ИСПЫТАНИЯ ТОПЛИВОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ Для испытания топливорегулирующей аппаратуры и связанной с ней автоматики
со статической характеристикой, заложенной в нее, вырабатывается сигнал о необходимой частоте вращения топливорегулирующего агрегата.
Для большинства параметров можно подобрать стандартные преобразователи, применяемые в приборостроении и испытательных установках.
РЕЗЮМЕ (по главе 10 «Испытания и доводка узлов и агрегатов авиационных двигателей и энергетических
5. При автономных испытаниях компрессоров обычно используется ряд специальных устройств: поворотная турель на выходе
8. Испытания системы автоматического управления двигателя ДА проводятся с целью отработки качества функционирования, надежности
12. Испытания форсунок проводят для определения расходной характеристики, угла распыливания, дисперсности распыления и окружной
ВОПРОСЫ 1. Назовите цели и задачи испытаний узлов двигателя. 2. В чем
Глава 11 СЕРТИФИКАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГТД Сертификация — это подтверждение соответствия продукции установленным требованиям. Под
• соответствие установленному ресурсу при ресурсных (комиссионных) испытаниях серийных двигателей; • качество
Авиационные правила (АП) — принятый государством свод процедур, правил, норм и стандартов, выполнение
допустимых температуры газа и частоты вращения делает необходимым проектирование двигателя с запасом по этим
11. 1. СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ Разнообразие условий применения авиационных двигателей, предельный
мероприятий. Система должна учитывать все возможные нарушения функционирования авиационных двигателей и его компонентов и
11. 2. РАЗВИТИЕ ТРЕБОВАНИЙ НОРМ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ. ЗАКОНОДАТЕЛЬНАЯ БАЗА СИСТЕМЫ СЕРТИФИКАЦИИ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Эволюция
Рис. 11. 1 Эволюция норм летной годности авиационных двигателей: ICAO— Международная организация гражданской авиации;
Рис. 11. 2. Самолеты и двигатели 3 -го поколения, сертифицированные по НЛГС-2
НЛГС-3 использованы, в частности, при отборе конкурсного маршевого двигателя ПС-90 А для пассажирских самолетов
Рис. 11. 3. Самолеты и двигатели 4 -го поколения, сертифицированные по НЛГС-3
ЗАРУБЕЖНАЯ ПРАКТИКА ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ПРАКТИКА Учет опыта фирмы, прототипов, анализа. Сертификационные проверки по схеме:
Полный назначенный ресурс основных деталей определяется по одобренной регистром методологии фирмы на базе концепции
В последних изданиях АП-21, АП-33 обобщен накопленный опыт и сделан большой шаг на пути
с федеральными авиационными правилами и схему взаимодействия уполномоченного органа по сертификации, разработчика, изготовителя и
Рис. 11. 4. Последовательность сертификации авиационных двигателей 3. Сертификационные заводские испытания (СЗИ) двигателя (этап
акты по ресурсным, 150 -часовым и специальным испытаниям;   • заключение сертификационного центра по
• таблица соответствия двигателя требованиям сертификационного базиса, уточненная по результатам СКИ; •
Комплектующие изделия сертифицируются отдельно от двигателя и лета тельного аппарата. При этом они делятся
Сертификация отечественных двигателей — это многоступенчатый процесс рассмотрения доказательной документации, что и является основной
Роторные детали, при разрушении которых не обеспечивается локализация обломков внутри корпуса двигателя,
Прочность (§ 33. 19). В соответствии с данным пунктом двигатель должен быть
Расчет напряженно-деформированного состояния производится для наиболее тяжелых режимов по температуре дисков, определенных с
Испытаниями необходимо показать, что неоднородность воздушного потока на входе в двигатель или неравномерность
• без повышения температуры газа выше допустимой, указанной в руководстве по эксплуатации;
При испытаниях необходимо обеспечить работу двигателя на режиме авторотации в течение времени, как
Рис. 11. 5. Стенд для испытаний вентилятора на стойкость к удару птиц
Параметр твд тввд ТРДД (т * 15) Частота вращения n 0 , 1/мин 750.
При испытаниях на птицестойкость желательна установка акселерометров на подшипники и обязательно наличие высокоскоростной кинокамеры.
Первые должны проводиться с самолетным или представительным воздухозаборником при установленных отборах воздуха и различных
Наименование режима Форма реализации режима 1. Взлетный режим и режим малого газа 1 час
Общее количество запусков, из которых: 100 осуществляемых не ранее чем через 2 ч после
При сборке двигателей для данных испытаний должны быть определены размеры узлов и деталей турбины
• работа в течение 5 мин на взлетном режиме при номинальных значениях параметров;
Проверка локализации лопаток и дисбаланса ротора (§ 33. 94). Проверкой обеспечиваются: а) подтверждение непробиваемости
Пример. Двигатель Trent 1000 производства Rolls-Royce, устанавливаемый на самолет Boeing 787,
Нелокализованные разрушения компрессора происходят под механическим и тепловым воздействиями на конструкцию ДА. Механическое
Нелокализованные отказы турбины происходят при разрушениях дисков (15, 2 ), лопаток (42.
Нелокализованные разрушения статоров турбины, как правило, вторичны и связаны с нарушениями теплового состояния лопаток
Детали и системы двигателя Диагностические признаки Отказы В полете На земле Локали зован ные
Коллекторы камеры сгорания Срабатывание пожар ного сигнала — + — Форсажные коллекторы — —
Нелокализованные отказы деталей двигателя ТРДДФ: • лопатки вентилятора; жаровая труба; сопловые лопатки ТВД;
Существует несколько методов обрыва. По одному методу заданное сечение ослабляется до запаса прочности, который
Рис. 11. 6. Зашита при испытании двигателя на непробиваемость корпуса лопатки турбокомпрессора: / —
На рис. 11. 7 представлено сечение лопатки в корневом сечении с установленными детонирующими удлиненными
Перед разборкой всех агрегатов двигателя (насосы, приводы, клапана и др. ) должны быть проведены
Сертификация двигателей на экологические требования В рамках СНГ уровень шума нормируется Авиационными правилами —
В настоящее время действуют требования главы 3 тома I Приложения 16 стандарта ICAO. С
Отечественная система сертификации была разработана Госавиарегистром СССР, созданным в 1973 г. Для организации планомерной
Программа состоит из отдельных этапов, включающих эскизный проект, макет самолета, постройку самолета, заводские, государственные
Рис. 11. 9. Сертификационные испытания самолета Ил-86 при касании хвостовой пяты фюзеляжа о бетон
Для методического обеспечения летных сертификационных испытаний новых самолетов, в том числе Ил-96, Ту-204
Рис. 11. 10. Типовая программа сертификационных летных испытаний
Рис. 11. Структурная схема комплексной программы сертификации
Рис. 11. 12. Характеристики сертификационных испытаний
РЕЗЮМЕ (по главе 11 «Сертификационные испытания ГТД» ) 1. Воздушный Кодекс Российской Федерации, обеспечивающий
В этом случае еще на ранних стадиях создания воздушного судна могут быть вскрыты недостатки
ВОПРОСЫ 1. Что означают термины «сертификация» , «авиационные правила» ? 2.
16. Каково назначение и каким образом реализуются сертификационные испытания при повышенной температуре? 17.
Глава 12 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ Испытания авиационных ГТД на современной испытательной базе автоматизированы. Вместе
окружности. Однако разместить приемники и преобразователи равномерно не всегда удается по ряду причин, причем
Кроме термодинамических параметров по сечениям вдоль проточной части двигателя стендовые системы измеряют: •
За камерой сгорания препарирование обычно не делают, а параметры (Т г *, р г
12. 2. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ Каждое предприятие для каждого своего двигателя разрабатывает
Вторичная обработка экспериментальных данных проводится по результатам первичной обработки и предусматривает, прежде всего, вычисление
Использование более точных средств измерения. Этот способ применим в тех случаях, когда
Для уменьшения влияния дополнительных погрешностей проводят мероприятия по ограничению условий применения средств измерения:
Выполнение многократных наблюдений с последующим усреднением их результатов. При значительной величине случайной составляющей
На компаратор подаются измерительный сигнал и сигнал, эквивалентный мере (эталон). Мера может быть регулируемой
При проведении испытаний газотурбинных двигателей для определения величины давления, температуры в сечении используют
анализа результатов испытаний. На рабочем месте конструктор-расчетчик имеет специальные программы, которые позволяют провести проверку
результатов. Метод малых отклонений основывается на возможности замены многочисленных и сложных уравнений, описывающих рабочий
По результатам обсуждения принимается решение о направлении дальнейших работ по доводке двигателя или составляется
РЕЗЮМЕ (по главе 12 «Обработка результатов испытаний» ) 1. Для получения измерительной информации,
7. При несоответствии с заявленными параметрами проводится «увязка» измеренных и расчетных параметров. 8. На
ВОПРОСЫ 1. В каких случаях проведения испытаний ГТД сохраняется ведение протокола испытания? 2. С
Глава 13 ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИСПЫТАНИЯХ ГТД Одним из главных элементов автоматизированной системы
• угловых перемещений (а РУД, регулировочных элементов); • давлений и температур (до
В практике обычно применяются два типа ТС: • металлические, где в качестве материала
Технически чистый никель отличается высоким температурным коэффициентом сопротивления и практически линейной зависимостью удельного сопротивления
В общем случае уравнение преобразования термистора выражается соотношением: (13. 3) где A , В,
Термопары. Под термопарой принято понимать два проводника из разнородных металлов (термоэлектроды), соединенных
На испытательных стендах невыгодно тянуть длинные и достаточно дороги» термопарные провода от точки измерения
Компенсационные провода, удаляя свободные концы в точку В с температурой t 0
Обозначение промышленного термопреобразователя Обозначение типа термопары Термоэлектродный материал Положительный Отрицательный Вольфрам-рений/ вольфрамрениевые ТВР А-1,
Обозначение промышленного термопреобразователя Обозначен ие типа термопары Термоэлектродный материал Положительный Отрицательный Платинородий/плати- новые ТПР
Никель-хром-кремний/никель- кремниевые (нихросилнисиловые)* ТНН N Сплав нихросил Сплав нисил (83. 49 + 84, 89)Ni+
Реальный, изготовленный в соответствии с требованиями ГОСТ экземпляр термопары имеет свою индивидуальную зависимость ТЭДС
ТХК L 2 От 600 до 1800 0, 0025 t 3 От -200 до
ТМК Т 3 От -200 до -66 Св. -66 до +40 0, 015|t| 1,
Термопары обладают рядом несомненных достоинств по сравнению с термопреобразователями сопротивления: • малыми габаритами,
Рис. 13. 4. Преобразователь термоэлектрический хромель-алюмелевый 1 ХА 9425 Для вворачивания термопары в
Рис. 13. 5. Электрическая схема включения одноточечной (а) и сдвоенной (б) термопар Тип и
Преобразователь обычно располагается в головке термопары. На оболочке двигателя, в месте расположения головки термопары,
• грузопоршневые, когда измеряемое давление уравновешивается весом поршня с комплектом образцовых гирь; Системы
• электрические, когда давление определяется на основании зависимости электрических параметров (сопротивления, емкости, заряда,
легко засоряются, большего дают значительную ошибку измерения. Кромки отверстий не должны иметь заусенцев, фасок
Рис. 13. 6. Датчики давления с упругими чувствительными элементами: / — упругий подвес: 2
Односильфонный датчик давления (рис 13. 6, г). Используется вакуумированный сильфон, который
Рис. 13. 7. Структурная схема тензорезисторного ИПД Рис. 13. 8. Датчик «Метран-100»
Диапазоны измерения давлений: минимальный 0. . . 0, 04 к. Па, максимальный 0. .
Для расчета частоты вращения обычно используют счетчик количества импульсов за интервал времени (13. 5)
Рис. 13. 9. Принцип действия индукционного датчика: 1 — постоянный магнит; 2 —
В схеме измерения используется датчик типа ДЧВ-2500 А (рис. 13. 10). Датчик ДЧВ-2500 А
Сигналы со схем измерения частоты вращения валов поступают в систему автоматического управления газотурбинной установки
При вращении ротора на выходе из ДТ формируется электрический сигнал в виде синусоидального напряжения.
Осредненные значения расхода используются при снятии характеристики двигателя. Устройства, предназначенные для измерения расхода топлива,
(13. 8) где ρ — плотность жидкости; К — константа, определяемая в некотором диапазоне
где к — коэффициент наклона характеристики расходомера; f— частота сигнала на выходе индукционной катушки.
Схема электромагнитного расходомера приведена на рис 13. Рис. 13. Электромагнитный расходомер и схема формирования
Расходомер состоит из двух катушек, создающих магнитное поле, и двух элек тродов для съема
При движении среды в трубопроводе за телом обтекания появляется вихревая дорожка, частота появления вихрей
пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу. В свою очередь,
Рис. 13. 17. Конструкция кориолисового расходомера На рис. 13. 17 приведена схема, поясняющая принцип
Примером кориолисового расходомера может служить расходомер Метран- 60 (рис. 13. 18), который применяется для
13. 5. ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ ОТ ТЯГИ Испытательный стенд, предназначенный для испытания авиационной техники,
Рис. 13. 19. Функциональная схема силоизмерительной системы стенда испытания двигателя НК-93: ГТД — газотурбинный
Рис. 13. 20. Кинематическая схема силоизмерительной системы: — испытываемое изделие; 2 — динамометрическая
Усилие от тяги двигателя воздействует на динамометрическую платформу, которая, смещаясь, воздействует
Датчики типа ТВС выпускаются на разные диапазоны измерения силы. Максимальная величина измеряемого усилия
На рис. 13. 22 приведена схема, поясняющая принцип работы датчика крутя- го момента. С
Рис. 13. 23. Торсиометр для непрерывного режима работы Предусмотрен ряд мероприятий, устраняющих влияние осевых,
Большие зазоры могут резко ухудшить характеристики двигателя за счет перетекания рабочего тела через площадь
Рис. 13. 24. Внешний вид датчика ОВТД-ВВ-15 (а) и преобразователя СУ-02 (с тем же
Метод предусматривает возбуждение LR- моста, включающего рабочее и компенсационное плечи ОВТД (согласующие трансформаторы СТ
Рис. 13. 25. Преобразователь сигналов ОВТД Рис. 13. 26. Схема датчика ОВТД-ВВ в разрезе:
Рис. 13. 27. Схема соединений элементов системы измерения радиальных зазоров двигателя НК-93 Сигналы с
13. 8. ЗОНДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СРЕД Необходимость измерения пульсаций давления в элементах
Существуют конструкции датчиков, которые выдерживают температуру до +700 0 С, но их габариты
Рис. 13. 28. Схемы зондов пульсаций давления: а — схема зонда с датчиком абсолютного
РЕЗЮМЕ (по главе 13 «Первичные преобразователи при автоматизированных испытаниях ГТД» ) 1. Первичные преобразователи
4. В качестве измерительных преобразователей давления используются индукционные, потенциометрические, вибрационно-частотные, тензометрические и емкостные
8. Измерение крутящегося момента осуществляется с помощью датчиков, работающих на принципе измерения угла скручивания
ВОПРОСЫ 1. Какие датчики используются для измерения тяги? 2. Как устроен датчик ТВС? 3.
Глава 14 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ ГТД Основным направлением повышения эффективности испытаний ГТД является их автоматизация.
Рис. 14. 1. Блок-схема технологического процесса проведения испытания ГТД Трудоемкость отдельных операций технологического цикла
Вилы испытаний Подготовитель ные, заключи тельные операции Сбор и обработка информации Вторичная обработка
14. 1. 1. Подготовительно-заключительные операции К подготовительно-заключительным операциям (П 30) относятся: • подготовка
Для монтажа и демонтажа двигателя с подмоторной рамы в боксе требуется обычно по одному
Объем измеряемых параметров существенно зависит от вида испытаний. На серийных испытаниях объем меньше,
Давление воздуха (газов) до 50 до 150 до 800 Температура воздуха (газов) до 50
Время испытаний двигателя существенно сокращается при использовании АСИ даже с частичной автоматизацией процесса регистрации
14. 1. 4. Отладка параметров двигателя является одной из главных операций при предъявительских и
Для автоматизации отладки двигателя необходимо: • Применение исполнительных органов дистанционного регулирования (при этом
Термодинамический анализ ГТД необходим для: • определения оптимального направления доводки опытных двигателей;
Задачи, решаемые в ходе эксперимента называются экспресс-анализом. после проведения испытания это: • восстановление
14. 2. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АСИ ГТД 14. 2. 1. Основные задачи испытаний, решаемые автоматизированной
14. 2. 2. Основные требования к АСИ ГТД При разработке АСИ ГТД необходимо учитывать
7. Применение серийных технических средств (первичных преобразователей, устройств связи с объектом (УСО) и т.
14. 2. 3. Типовая схема АСИ ГТД На рис. 14. 2 представлена структурная схема
КОМ — коммутаторы для последовательного подсоединения датчиков к нормализаторам; Норм — нормализаторы, предназначенные для
При обработке измерительной информации могут использоваться данные о результатах предыдущих испытаний, которые хранятся
Главный интерфейс АСИ — это стык УСО с ЭВМ. Если какие-либо элементы системы
14. 3. УСТРОЙСТВА СВЯЗИ С ОБЪЕКТОМ (УСО) УСО — одно из наиболее важных устройств
• ввод сигналов с термопар; • ввод сигналов с термометров сопротивления;
Коммутаторы обычно состоят из двух узлов: переключателя и узла управления. Переключатели разделяют на две
В такой схеме один из входных каналов открыт, остальные закрыты. Сигнал поступающий на вход
В пирамидальной схеме параллельно включенных входных каналов значительно меньше. Но и эта схема
Амплитуда импульсов при этом соответствует мгновенным значениям функции, взятым в моменты t 1
Элементной базой триггеров являются транзисторы. Триггеры могут работать совместно с логическими электронными схемами, которые
Цепочка последовательно соединенных логических триггеров составляет основу счетного регистра. В счетном регистре каждый последующий
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговых сигналов, поступающих с датчиков,
Генератор электрических импульсов — вырабатывает высокочастотные электрические сигналы. При подаче сигнала включения на выходе
Рис. 14. 7. Временная диаграмма работы АЦП последовательного счета Логическая схема «И» пропускает на
Величина аналогового электрического сигнала пропорциональна записан ному в регистре числу. Принцип работы практически всех
При приходе каждого нового импульса (увеличили на единицу записанного в регистре числа) U вых
Рис. 14. 9. Диаграмма изменения U вых ЦАП: Рис. 14. 10. Преобразователь частоты следования
где Q например, расход топлива; k — коэффициент пропорциональности, то расход, выраженный через
В качестве предварительного усилителя [5] используют дифференциальный усилитель, выполненный в виде интегральной микросхемы
Рис. 14. 13. Схема подключения к усилителю термопреобразователей Дифференциальный усилитель характеризуется следующими основными параметрами:
Наиболее применяемым является метод ограничения энергии, запасенной в электрической цепи, т. е. организация
Технические характеристики элементарного электрооборудования не долж ны превышать значений: • по напряжению 1,
Модуль LC-227 Многофункциональный модуль LC-227 с гальванической развязкой отдельных каналов служит для измерения медленно
Модуль LC-П 1 Модуль измерения сигналов в диапазоне 0. . . 10 В LC-111
На основе перечисленных модулей можно создать систему, обеспечивающую ввод, преобразование и обработку информации
14. 4. ЭВМ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В настоящее время автоматизированные системы испытаний авиационных ГТД
Периферийные устройства ПЭВМ можно подразделить на: • устройства ввода информации; • устройства
Для обмена информацией с другими компьютерами используется модем. По конструктивному исполнению модемы бывают
Борьба с воздействиями вибраций идет проще всего по пути создания прочного шасси и
Некоторые особенности конструкции внешнего оборудования Количество слотов расширения может достигать 20, что позволяет создавать
Рабочие станции Другой разновидностью «индустриальных» компьютеров являются рабочие станции (рис. 14. 17). Рабочая
Рис. 14. 18. Панельный компьютер РРС-100 Панельные компьютеры Отличительной особенностью панельных компьютеров являются их
На процессорной плате имеется отдельный разъем для подвода питающие напряжений, минуя системную шину. Это
Ноутбуки серии А (рис. 14. 19) применяются для условий более жестких, чем офисные условия,
Важной отличительной особенностью большинства промышленных ноутбуков являются расширяемость и легкость модернизации. На рис. 14.
Рис. 14. 19. Возможности расширения конфигурации ноутбука серии А Для обеспечения работоспособности ноутбуков серии
Параметры воздействия окружающей среды сертифицированы на соответствие военным стандартам. Математическое обеспечение (МО) является неотъемлемой
Рис. 14. 20. Структурная схема МО ИВК
Обрабатывающие программы ОС обеспечивают отладку программ пользователей, их трансляцию с языков программирования,
Требования к математическому обеспечению ИВК: • возможность составления рабочего задания на каждое испытание
• обеспечение возможности работы со специальными типами входных анналов (ступенчатые, импульсные, синусоидальные),
14. 5. СИСТЕМА СБОРА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД, АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ В
Рис. 14. 21. Структурная схема измерительного комплекса
Программное обеспечение, поддерживающее аппаратуру в этом стандарте, имеет высокую степень унификации. Прогрессивные инструментальные среды
Все пользователи данных испытаний получают информацию посредство корпоративной вычислительной сети. При этом обработка данных
ИВК включает в себя центральную ЭВМ, периферийные (на каждом стенде) ПЭВМ, линии
• калибровку и автотестирование каналов и элементов измерительной системы, электрических схем и электрических
РЕЗЮМЕ (по главе 14 «Автоматизация испытаний ГТД» ) 1. Автоматизация испытании ГТД направлена на
программы испытания. Автоматизированная система испытаний ГТД работает в интерактивном режиме. 5. Устройство связи с
Наиболее предпочтительно использовать устройства сбора данных в стандарте VXI, представляющем собой стандарт на
ВОПРОСЫ 1. Назовите типовые операции при испытаниях авиационных ГТД. 2. В чем состоит сущность
Глава 15 ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ Специфика определения термогазодинамического состояния ГТД
15. 1. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Для анализа и интерпретации результатов испытаний ГТД большое значение
α = 1 - р — уровень значимости; f= n - 1 —
Поэтому на следующем этапе контроля качества измерений осуществляется проверка попадания полученного значения цифрового кода
Измерения температуры и давления в проточной части двигателя осуществ ляются, как правило,
Рис. 15. 4. Контроль качества измерений параметров с использованием априорных дроссельных характеристик двигателя:
В качестве априорной дроссельной характеристики может быть использова на характеристика, полученная на предыдущих
Рассеивание характеристик отдельных не отлаженных двигателей подчиня ется закону распределения, близкому к нормальному. При
Рис. 15. 6. Корреляционная связь Р пр с G m np для двигателей
где а и b — коэффициенты уравнения регрессии. Степень тесноты корреляционной связи оценивается величиной
то значение параметра признается определенным с грубой ошибкой. Такой способ контроля качества измерения
15. 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ После измерения параметров двигателя в крайней экспериментальной
Поскольку количество экспериментальных точек при определении характеристик двигателя мало, а некоторые из них
полученных во всех точках обучающей и контролирующей выборок минималь но и меньше погрешности экспериментального
Максимальные значения невязок Δ при использовании этих моделей в 3. . . раза меньше
Метод наименьших модулей [35]. Сущность метода наименьших модулей состоит в аппроксимации погрешностей измерения случайными
Такое разложение погрешности измерения соответствует представлению ее в виде суммы нормальной погрешности и некоторого
Рис. 15. 7. Восстановление истинной характеристики (1) по экспериментальным точкам (*) методом наименьших квадратов
Для того чтобы повысить адекватность результатов, в этом случае необходи мо проводить аппроксимацию
Величина коэффициента регуляризации а определяет степень влияния используемой априорной характеристики на получаемый результат. Если
Если основные данные двигателя соответствуют нормам ТУ, то по получен ным параметрам отлаживается аппаратура
Наоборот, повышение эффективности двигателя (отрицательные отклонения δС уд и δТ т * δ
15. 3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ В настоящее время в практике создания двигателя чаще
где δP j — отклонение измеренного значения j-го параметра двигателя от его расчетной величины,
Целесообразность идентификации линеаризованной математической модели двигателя определяется тем, что она позволяет: • применять
где F(t) — функция Хубера; δΘ 0 i — априорная оценка отклонения
Физический смысл коэффициентов веса γ j и γ i введенных в функцию
15. 4. ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ И ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ На основании математической
На основании сопоставления полученных отклонений выходных парамет ров двигателя с закономерностями отклонений параметров двигателей
Рис. 15. 9. Укрупненный алгоритм автоматизированной работы термогазодинамического анализа результатов испытаний ГТД
РЕЗЮМЕ (по главе 15 «Особенности обработки экспериментальных данных при автоматизации испытаний» ) 1. При
6. Приведенный метод идентификации математической модели двигателя основан на комплексном использовании экспериментальной информации о
ВОПРОСЫ 1. В чем заключаются особенности обработки экспериментальных данных при автоматизации испытаний ГТД? 2.
12. Что такое линейная математическая модель ГТД и почему ее целесообразно использовать в автоматизированной
Глава 16 ЭКСПЕРИМЕНТ - ОСНОВА ПРОВЕРКИ КАЧЕСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ ГТД Развитие ГТД осуществляется
оценка качества конструкции возможна только по результатам, получаемым путем проведения измерений в ходе эффективного,
Конкуренция в сфере создания авиационных ГТД ведет к необходимости сокращать сроки создания и модернизации
2. Изучается фактически достигнутый в эксплуатации уровень надежности двигателей и их основных узлов,
6. Проводятся стендовые испытания двигателя в наземных и высотных условиях и на летающих лабораториях
За последнее десятилетие в России существенно изменилось соотношение цен на разные виды товаров и
Основные направления развития экспериментально-исследовательской и испытательной баз Основной принцип или критерий в формировании экспериментально-исследовательской
области компьютерной техники. Очень важным сегодня является внедрение новых информационных технологий, благодаря которым в
Кроме того, внедрение, наряду с упомянутыми выше информационными хронологиями, новых средств измерений (сканеров температур,
для выполнения обязательных операций, например: выполнение центровки после монтажа двигателя со свободной турбиной или
Список литературы 1. Авиационные правила. 4. 21. Процедуры сертификации авиационной техники. Т. 1. Разделы
11. Гишваров А. С. Многокритериальное планирование эксперимента при исследовании технических систем. Уфа: Гилем, 2006.
23. Елисеев Ю. С. , Крымов В. В. , Малиновский К. А. , Попов
34. Макрос Ж. Дискретизация и квантование. М. : Энергия, 1969. 143 с. 35. Мудров
44. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М. : Энергия, 1978. 704 с.
55. Шибанов Г. П. Автоматизации испытаний и контроля авиационных ГТД. М. : Машиностроение,
Скачать презентацию Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ) Скачать презентацию Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ)

mmk_ispytania_i_kontrol_kachestva_izdeliy_2017.pptx
  • Размер: 55.6 Мб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 935

Описание презентации Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ) по слайдам

Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ) Макаров В. В. 2017 г. Испытания и контроль качества изделий (ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ) Макаров В. В. 2017 г.

СОДЕРЖАНИЕ Основные условные обозначения Предисловие Введение Глава 1. ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ 1. 1.СОДЕРЖАНИЕ Основные условные обозначения Предисловие Введение Глава 1. ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ 1. 1. Виды и методы измерений 1. 2. Средства измерений 1. 3. Особенности измерений при испытаниях ГТД 1. 4. Измерение давлений 1. 5. Измерение температур 1. 6. Измерение расхода топлива 1. 7. Измерение расхода воздуха 1. 8. Измерение скорости потока 1. 9. Измерение напряжений в элементах ГТД 1. 10. Измерение силы и крутящего момента 1. 11. Измерение частоты вращения 1. 12. Измерение вибраций 1. 13. Измерение эмиссии вредных веществ 1. 14. Измерение шума 1. 15. Методы контроля состояния и обнаружения дефектов в ходе испытаний ГТД

РЕЗЮМЕ (по главе 1 «Измерения при испытании двигателей» ). Вопросы Глава 2. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙРЕЗЮМЕ (по главе 1 «Измерения при испытании двигателей» ). Вопросы Глава 2. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ ГТД 2. 1. Создание научно-технического задела и его экспериментальное подтверждение 2. 2. Испытания опытных ГТД 2. 3. Испытание серийных ГТД 2. 4. Техническое и организационное обеспечение испытаний ГТД РЕЗЮМЕ (по главе 2 «Виды испытаний авиационных ГТД» ) Вопросы Глава 3. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД 3. 1. Основные понятия и определения 3. 2. Планирование и проведение эксперимента 3. 2. 1. Полный факторный эксперимент 3. 2. 2. Дробный факторный эксперимент 3. 2. 3. Центральное композиционное планирование эксперимента 3. 3. Применение планирования эксперимента при оптимизации исследуемых процессов 3. 3. 1. Метод крутого восхождения 3. 3. 2. Симплексный метод 3. 4 Опыт применения планирования эксперимента в авиадвигателестроении 3. 5. Перспективы развития методов экспериментального исследования ГТД с применением планированного эксперимента РЕЗЮМЕ (по главе 3 «Планирование эксперимента при испытаниях ГТД» ) Вопросы

Глава 4. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 4. 1. Структура испытательной станции 4. 2. ИспытательныеГлава 4. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 4. 1. Структура испытательной станции 4. 2. Испытательные станки и устройства 4. 3. Основные системы стендов 4. 4. Летные испытания, летающие лаборатории 4. 5. Испытательные комплексы РЕЗЮМЕ (по главе 4 «Испытательные стенды и оборудование» ) Вопросы Глава 5. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ УСЛОВИЙ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ-НЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННЫХ ГТД 5. 1. Влияние атмосферной температуры. Изменение рабочего процесса под влиянием t H 5. 2. Влияние атмосферного давления 5. 3. Влияние атмосферной влажности 5. 4. Влияние законов управления ГТД на их характеристики 5. 5. Использование формул теории подобия газовых потоков при анализе результатов экспериментов РЕЗЮМЕ (по главе 5 «Влияние атмосферных условий на экспериментальные характеристики авиационных ГТД» ) Вопросы Глава 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДАННЫХ АВИАЦИОННЫХ ГТД 6. 1. Основные способы определения НЗП ГТД

6. 1. 1. Способ определения НЗП путем испытаний ГТД на режимах, подобных его работе6. 1. 1. Способ определения НЗП путем испытаний ГТД на режимах, подобных его работе в стандартных атмосферных условиях (САУ) 6. 1. 2. Способ определения НЗП с помощью специальных коэффициентов пересчета 6. 1. 3. Экспериментальный метод определения нормализующих коэффициентов для ТРДД 6. 1. 4. Особенности определения НЗП ТРДД 6. 1. 5. Особенности испытаний ТРДД 6. 1. 6. Особенности испытания форсажных ТРД и ТРДД 6. 1. 7. Особенности испытания ТРДД с реверсом 6. 1. 8. Особенности испытаний ГТД с отклоняемым вектором прямой тяги 6. 2. Основные особенности испытаний и определения НЗП ГТД СТи. ТВД 6. 2. 1. Особенности испытаний ГТД СТ и ТВД 6. 2. 2 Особенности экспериментального определения нормальных значений параметров ТВД 6. 2. 3. Методика экспериментального определения косвенным способом нормализующих коэффициентов для параметров ТВД 6. 3. Экспериментальное определение НЗП ГТД путем поддержания стендовыми системами заданных значении t n *, t n >*, М n 6. 3. 1. Высотно-скоростные испытания ГТД в АТ 6. 3. 2. Высотно-скоростные натурные испытания ГТД в термобарокамере (ТБК) 6. 4. Основные особенности испытания ПВРД РЕЗЮМЕ (по главе 6 «Экспериментальные методы определения основных технических данных авиационных ГТД» ) Вопросы

Глава 7. ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД С ИМИТАЦИЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ 7. 1. Технология испытаний ГТДГлава 7. ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД С ИМИТАЦИЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ 7. 1. Технология испытаний ГТД на высотных стендах 7. 1. 1. Испытания в аэродинамической трубе 7. 1. 2. Испытания в ТБК с присоединенным трубопроводом 7. 1. 3. Испытания с частичной имитацией высотно-скоростных условий 7. 1. 4. Испытания с самолетным воздухозаборником 7. 1. 5. Особенности создания эксплуатационных условий при испытаниях ПВРД и ГПВРД 7. 2. Системы и оборудование для создания высотных условий на испытательных стендах 7. 3. Краткая характеристика отечественных высотных стендов РЕЗЮМЕ (по главе 7 «Испытания авиационных ГТД с имитацией эксплуатационных условий» ) Вопросы Глава 8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА И НАДЕЖНОСТИ АВИАЦИОННЫХ ГГД 8. 1. Эксплуатационные критерии надежности авиационных ГТД 8. 2. Модели повреждаемости (расходования ресурса) деталей двигателя 8. 2. 1. Длительная прочность 8. 2. 2. Малоцикловая усталость 8. 2. 3. Усталость 8. 2. 4. Модель долговечности в условиях длительного статического и циклического нагружения 8. 2. 5. Модель долговечности при разнородных повреждениях 8. 2. 6. Износ и контактная усталость 8. 2. 7. Эрозия и газовая коррозия 8. 3. Ресурсные испытания авиационных ГТД

8. 3. 1. Основные понятия и определения 8. 3. 2. Длительные эксплуатационные испытания ГТД8. 3. 1. Основные понятия и определения 8. 3. 2. Длительные эксплуатационные испытания ГТД на повышенный ресурс 8. 3. 3. Ускоренные эквивалентно-циклические испытания ГТД 8. 3. 4. Циклические испытания 8. 3. 5. Формирование программ эквивалентно-циклических испытаний основных деталей двигателя 8. 3. 6. Экспериментальная доводка опытных ГТД до 150 -часового ресурса 8. 4. Эксплуатация ГТД по техническому состоянию 8. 5. Основные стратегии управления ресурсом ГТД 8. 6. Порядок задания, установления и увеличения ресурса 8. 6. 1. Установление и увеличение назначенных ресурсов основных деталей двигателя 8. 6. 2. Установление назначенного ресурса двигателя 8. 6. 3. Установление и увеличение ресурса новых двигателей при стратегиях управления ресурсом 2 и 3 8. 6. 4. Установление и увеличение ресурса и сроков службы агрегатов и комплектующих изделий 8. 7. Подходы к подтверждению ресурса основных деталей ГТД 8. 7. 1. Метод «безопасной долговечности» 8. 7. 2. Метод «допустимых повреждений» РЕЗЮМЕ (по главе 8 «Экспериментальные методы определения ресурса и надежности авиационных ГТД» ) Вопросы Глава 9. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД 9. 1. Испытания ГТД по проверке запасов газодинамической устойчивости 9. 1. 1. Экспериментальное определение запасов устойчивости путем подъема линии рабочих режимов 9. 1. 2. Экспериментальное определение запасов устойчивости путем создания предельных возмущений в потоке на входе в ГТД

9. 2. Испытания по определению акустических характеристик ГТД 9. 2. 1. Характеристики звука и9. 2. Испытания по определению акустических характеристик ГТД 9. 2. 1. Характеристики звука и шума 9. 2. 2. Источники авиационного шума 9. 2. 3. Нормирование авиационного шума 9. 2. 4. Экспериментальное исследование шума ГТД 9. 2. 5. Методы снижения шума ГТД 9. 3. Испытания по определению выбросов загрязняющих веществ авиационными ГТД 9. 3. 1. Закономерности образования загрязняющих веществ в авиационных ГТД 9. 3. 2. Нормирование загрязнения атмосферы авиационными ГТД 9. 3. 3. Измерение содержания загрязняющих веществ в отработавших газах ГТД 9. 3. 4. Уменьшение эмиссии авиационных ГТД при стендовых испытаниях 9. 4. Испытания авиационных ГТД на обледенение   9. 5. Испытания ГТД по попаданию посторонних предметов 9. 6. Испытания ГТД на стойкость против попадания птиц 9. 7. Испытания ГТД в условиях дождя 9. 8. Испытания систем защиты РЕЗЮМЕ (по главе 9 «Специальные испытания авиационных ГТД» ) Вопросы Глава 10. ИСПЫТАНИЯ И ДОВОДКА УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 10. 1. Испытания авиационных лопаточных машин 10. 2. Испытания компрессора (вентилятора) 10. 3. Испытания основной камеры сгорания

10. 4. Испытания форсажной камеры 10. 5. Испытания турбины 10. 6. Испытания газогенераторов (ГГ)10. 4. Испытания форсажной камеры 10. 5. Испытания турбины 10. 6. Испытания газогенераторов (ГГ) 10. 7. Испытания систем автоматического управления 10. 8. Испытания редукторов 10. 9. Испытания стартеров 10. Испытания насосов и форсунок 10. 11. Испытания топливорегулирующей аппаратуры РЕЗЮМЕ (по главе 10 «Испытания и доводка узлов и агрегатов авиационных двигателей и энергетических установок» ) Вопросы Глава 11 СЕРТИФИКАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГТД 11. 1. СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ 11. 2. Развитие требований норм летной годности. Законодательная база системы сертификации авиационных двигателей 11. 3. Основные этапы сертификации авиационных двигателей 11. 4. Особенности сертификации авиационных двигателей 11. 5. Сертификация двигателя в составе летательного аппарата РЕЗЮМЕ (по главе 11 «Сертификационные испытания ГТД» ) Вопросы Глава 12. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ 12. 1. Приемы препарирования испытываемого ГТД

12. 2. Основы методики обработки результатов испытаний 12. 3. Методы и способы уменьшения погрешностей12. 2. Основы методики обработки результатов испытаний 12. 3. Методы и способы уменьшения погрешностей получения экспериментальных данных 12. 4. Обработка результатов измерений, выполненных в ходе автоматизированных испытаний ГТД РЕЗЮМЕ (по глава 12 «Обработка результатов испытаний» ). Вопросы Глава 13. ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИСПЫТАНИЯХ ГТД 13. 1. Измерение температуры 13. 2. Измерение давления 13. 3. Датчики измерения частоты вращения   13. 4. Датчики измерения расхода топлива (топливного газа) 13. 5. Датчики измерения усилия от тяги 13. 6. Датчики измерения крутящего момента 13. 7. Датчики измерения зазоров, перемещений 13. 8. Зонды измерения пульсаций давления газовых сред РЕЗЮМЕ (по главе 13 «Первичные преобразователи при автоматизированных испытаниях ГТД» ) Вопросы Глава 14. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ ГТД 14. 1. Типовые операции при испытаниях ГТД 14. 1. 1. Подготовительно-заключительные операции 14. 1. 2. Испытания по заданной программе 14. 1. 3. Управление режимами работы двигателя 14. 1. 4. Отладка параметров двигателя 14. 1. 5. Обработка результатов испытаний и их анализ 14. 2. Основы построения АСИ ГТД

14. 2. 1. Основные задачи испытаний, решаемые автоматизированной системой 14. 2. 2. Основные требования14. 2. 1. Основные задачи испытаний, решаемые автоматизированной системой 14. 2. 2. Основные требования к АСИ ГТД 14. 2. 3. Типовая схема АСИ ГТД 14. 3. Устройства связи с объектом (УСО) 14. 3. 1. Основные функциональные элементы модулей УСО 14. 3. 2. Модули УСО 14. 4. ЭВМ и математическое обеспечение 14. 5. Система сбора и обработки информации при испытаниях ГТД, автоматизация испытаний РЕЗЮМЕ (по главе 14 «Автоматизация испытаний ГТД» ) Вопросы Глава 15. ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ 15. 1. Контроль качества измерений 15. 2. Восстановление характеристик по экспериментальным данным 15. 3. Идентификация математической модели двигателя 15. 4. Общая процедура автоматизированной обработки и термогазодинамического анализа результатов испытаний РЕЗЮМЕ (по главе 15 «Особенности обработки экспериментальных данных при автоматизации испытаний» ) Вопросы Глава 16. ЭКСПЕРИМЕНТ — ОСНОВА ПРОВЕРКИ КАЧЕСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОЗДАНИЯ ГТД Список литературы

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Условные обозначения γ — удельная масса (плотность), кг/м 3, кг/к. Н,ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Условные обозначения γ — удельная масса (плотность), кг/м 3, кг/к. Н, кг/к. Вт; угол выхода потока; τ — угол, отрезок времени; φ — угол; шаг винта; η — коэффициент полезного действия, коэффициент; λ — приведенная относительная скорость; μ — коэффициент расхода; ν — коэффициент расхода охлаждающего воздуха, вязкость; π — степень повышения (понижения) давления; ω — угловая скорость, рад/с; σ — коэффициент восстановления заторможенного давления; η г — коэффициент полноты сгорания; ΔК у — коэффициент запаса устойчивой работы; α — коэффициент; скорость звука, м/с; С — скорость потока в элементах ГТД, м/с; аэродинамический коэффициент; °С — градусы Цельсия; d — удельная влажность; D — диаметр, м; F — площадь, м; сила, к. Н; f — функция; частота, Гц; G в , G г , G m — массовый расход воздуха, газа, топлива, кг/с;

h — высота столба жидкости; H — высота полета, м (км); «потолок» ;h — высота столба жидкости; H — высота полета, м (км); «потолок» ; H u — низшая удельная теплота сгорания; I — интенсивность звука, Вт/м 2; i — энтальпия, к. Дж/кг; K — класс точности; коэффициент; k — показатель адиабаты; L — длина, м; дальность полета, км; работа, к. Дж/кг; l — плечо, м; L 0 — количество воздуха, теоретически необходимое для полного сжигания 1 кг воздуха; L w — уровень звуковой мощности; M — число Маха; N — количество опытов; n — частота вращения, мин-1; показатель политропы; число двигателей на ЛА; Ne — эффективная мощность, к. Вт; Nэ — эквивалентная мощность, эк. Вт; ρ — плотность, кг/м 3; коэффициент восстановления температуры; коэффициент трения; q(Х), π (Х), τ(Х) — газодинамические функции; q m — относительный расход топлива; R — газовая постоянная, к. Дж. Дкг-К); плечо, м; r — радиус, м; S — энтропия, к. Дж/кг; стоимость, руб; у. е. ;

Т — температура, К\ период времени, год; ч; м; с; межремонтный ресурс, ч; t—Т — температура, К\ период времени, год; ч; м; с; межремонтный ресурс, ч; t— время; температура, °С; U— окружная скорость, м/с; V— скорость полета, м/с; W— количество контролируемых параметров; x— оптимизируемый параметр; аргумент функции; координата; y— критерий эффективности; целевая функция; координата; Y— множество функций; ζ— число ступеней; количество ЛА; количество двигателей в партии; количество неконтролируемых параметров; Δ— разность, интервал, предельная погрешность; σ— относительная погрешность, чувствительность средства; —ϴ сила, к. Н; B— коэффициент избытка воздуха; ширина; коэффициент; в— хорда; коэффициент; М— масса, кг; М кр — крутящий момент; П— производительность; Р— сила тяги, к. Н; вероятность; р— давление, к. Па; с— удельная теплоемкость;  

Се— удельный эффективный расход топлива (отнесенный к эффективной мощности), кг/(к. Вт ч); Суд— удельныйСе— удельный эффективный расход топлива (отнесенный к эффективной мощности), кг/(к. Вт ч); Суд— удельный расход топлива (отнесенный к тяге), кг/(к. Н-ч); Сэ— удельный эквивалентный расход топлива (отнесенный к эквивалентной мощности), кг. Дэк. Вт ч); Х— множество параметров, параметр. Индексы ам — амортизационный; б, баз — базовый; бп — относимый к бортпроводникам; в — воздух, вход, сечение перед компрессором, вентилятор, винт, вал; верт — вертолет, вертолетный; взл — взлетный;   вх— вход; входной; вых— выход; выходной; г— сечение перед турбиной; газ; габ— габаритный; гг— газогенератор; дв— двигатель; е— эффективный; ж. дв— относящийся к жизненному циклу ГТД; ж. ЛА— относящийся к жизненному циклу ЛА; гсм— горюче-смазочные материалы;

о— земной, взлетный; об— оборудование; opt— оптимальный; охл— охлаждение; п— полет; пл— планер; пр—о— земной, взлетный; об— оборудование; opt— оптимальный; охл— охлаждение; п— полет; пл— планер; пр— приведенный, практический; пол— политропный; потр— потребный; пуст— пустой; р— расчетный; ред— редуктор; рес— ресурс; рем— ремонт; рк— рабочее колесо; с— сопло, совершенствование, секундный; СА— сопловой аппарат; S— изоэнтропический; сл— служебный; сн— снаряженный; ср— средний; ст— свободная турбина; статический, ступень;

к— компрессор, сечение за компрессором; к. II, в. II— сечение за компрессором (вентилятором) второгок— компрессор, сечение за компрессором; к. II, в. II— сечение за компрессором (вентилятором) второго контура; кн— коммерческая нагрузка; кр— крейсерский, критический, крыло; кс— камера сгорания; л— лопасть; лоп— лопатка; ЛА— летательный аппарат; лм— лопаточные машины; L— отнесенный к дальности; м— механический, масло; мг— малый газ; max— максимальный, минимальный; min— начальный; н — отнесенный к сечению возмущенной атмосферы; нв— несущий винт; норм— нормальный; НЗ— навигационный запас; нс— начало серийного производства; су— силовая установка; т— турбина, техническая; m— топливо;

тк— турбокомпрессор; то— техническое обслуживание; mc— топливная система; т. км— тонно-километр; уд— удельный; ут—тк— турбокомпрессор; то— техническое обслуживание; mc— топливная система; т. км— тонно-километр; уд— удельный; ут— утечки; ф— форсажный; фюз— фюзеляж; ч— часовой; э— эквивалентный; эв— эволюции; эксп— эксплуатационный; Σ— суммарный; G— отнесенный к расходу; M— отнесенный к массе; F— отнесенный к площади; P— отнесенный к тяге; N— отнесенный к мощности; Су+m— силовая установка плюс топливо; Дв+m— двигатель плюс топливо; *— параметры заторможенного потока.

Сокращения АСИ— автоматизированная система испытаний; АТ— аэродинамическая труба; БПЛА— беспилотный летательный аппарат; БСИ— бортовыеСокращения АСИ— автоматизированная система испытаний; АТ— аэродинамическая труба; БПЛА— беспилотный летательный аппарат; БСИ— бортовые системы измерения; БСК— бортовые системы контроля; ВВС— военно-воздушные силы; ВГТД— вспомогательный ГТД; ВД— высокое давление; ВП— верхний предел; ВРД— воздушно-реактивный двигатель; ВСХ— высотно-скоростные характеристики; ГГ— газогенератор; ГДУ— газодинамическая устойчивость; ГПВРД— гиперпрямоточный ВРД; ГТД— газотурбинный двигатель; ГТД СТ— ГТД со свободной турбиной; ДФЭ— дробный факторный эксперимент; ДХ— дроссельные характеристики; ЕНЛГС— единые нормы летной годности самолетов; ИВ— измеряемая величина;

ИВК— измерительно-вычислителъный комплекс; ИКАО— международная организация гражданской авиации; ИП— измерительный прибор; КВД— компрессор высокогоИВК— измерительно-вычислителъный комплекс; ИКАО— международная организация гражданской авиации; ИП— измерительный прибор; КВД— компрессор высокого давления; КНД— компрессор низкого давления; КПД— коэффициент полезного действия; КС— камера сгорания; ЛА— летательный аппарат; ЛИ— летные испытания; ЛЛ— летающая лаборатория; МАК— межгосударственный авиационный комитет; МГТД— малоразмерный ГТД; МСА— международная стандартная атмосфера; МЦУ— малоцикловая усталость; НА— направляющий аппарат лопаточных машин; НВ— несущий винт; НД— низкое давление; НЗ— нормированное значение; НЗП— нормальные значения параметров; НИИ— научно-исследовательские институты; НИР— научно-исследовательские работы; НИЦ— научно-исследовательский центр; НИЭР— научно-исследовательские экспериментальные работы;

НТЗ— научно-технический задел; НТР— научно-технические работы; ОКР— опытно-конструкторские работы; ОТД— основные технические данные; ОТК—НТЗ— научно-технический задел; НТР— научно-технические работы; ОКР— опытно-конструкторские работы; ОТД— основные технические данные; ОТК— отдел технического контроля; ОТУ— общие технические условия; ПВРД— прямоточный ВРД; ПФЭ— полный факторный эксперимент; РСА— регулируемый сопловой аппарат; РУД— рычаг управления двигателем; САУ— стандартные атмосферные условия; СИУ— силоизмерительное устройство; СТ— свободная турбина; СУ— силовая установка; ТБК— термобарокамера; ТВД— турбовинтовой двигатель; ТВР— термопара вольфрам-рений; ТЗ— техническое задание;   ТМК— термопара медь-копель; ТП— техническое предложение; термопара; ТПП— термопара платинородиевая; ТПР— термопара платинородий; ТРД— турбореактивный двигатель;

ТРДД— двухконтурный турбореактивный двигатель; ТУ— технические условия; ТХА— термопара хромель-алюмель; ТХК— термопара хромель-копель;ТРДД— двухконтурный турбореактивный двигатель; ТУ— технические условия; ТХА— термопара хромель-алюмель; ТХК— термопара хромель-копель; УИ— ускоренные испытания; УСО— устройство связи с объектом; ФГУП— федеральное государственное унитарное предприятие; ФК— форсажная камера; ЦИАМ— Центральный институт авиационного моторостроения; ЦКП— центральное композиционное планирование; ЭДС— электродвижущая сила; ЭТИ— эквивалентно-технические испытания; ЭТС— эксплуатация по техническому состоянию.

ПРЕДИСЛОВИЕ Развитие и совершенствование авиационных двигателей всегда сопровождалось симметричным развитием испытательной базы, методов иПРЕДИСЛОВИЕ Развитие и совершенствование авиационных двигателей всегда сопровождалось симметричным развитием испытательной базы, методов и измерений параметров, существенными изменениями организационных основ испытаний. Эти изменения всегда требовали высокопрофессиональных специалистов, которые разбираются в рабочем процессе и конструкции авиационных двигателей и имеют основательную подготовку по всем вопросам испытаний этих двигателей. Взаимозависимость развития авиационных двигателей и методов их испытаний с качеством подготовки специалистов, обеспечивающих эти процессы, всегда находила свое отражение в совершенствовании соответствующих учебных курсов и учебной литературы. Основы учебных дисциплин по испытанию авиационных двигателей были заложены в 50 -е годы при создании учебника по теории ВРД под редакцией Б. С. Стечкина, продолжены В. А. Тютюновым в учебнике «Испытания турбореактивных двигателей» (1959 г. ) и В. М. Дорофеевым, В. Я. Левиным в учебнике «Испытания воздушно-реактивных двигателей» (1961 г. ). Учебное пособие Г. М. Горбунова, Э. Л. Солохина «Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей» (1967 г. ) и учебник Л. С. Скубачевского «Испытания воздушно-реактивных двигателей» (1972 г. ) обеспечили дальнейшее укрепление учебной дисциплины по испытанию авиационных двигателей. Особое значение имеет учебник Э. Л. Солохина «Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей» (1975 г. ). Широта и глубина изложения материала, предвидение направлений развития вопросов испытания, доступность изложения заслуженно принесли этому изданию известность и на долгое время сделали его основным учебником по этому курсу.

В 1992 г. вышел под общей редакцией А. Я. Черкеза, подготовленный группой авторов изВ 1992 г. вышел под общей редакцией А. Я. Черкеза, подготовленный группой авторов из ЦИАМ и МАИ учебник «Испытания воздушно-реактивных двигателей» . Второе издание этого учебника «Испытания и обеспечение надежности авиационных двигателей и энергетических установок» под общей редакцией И. И. Онищика вышло в 2004 г. Эти два издания являют собой средоточие огромного практического опыта испытаний, накопленного в процессе создания, доводки и эксплуатации практически 4 -х поколений авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Наблюдавшийся на протяжении почти 15 лет спад отечественного авиационного двигателестроения завершен. Многие предприятия продолжили разработку перспективных двигателей, используя для этого качественно новые производства, информационные технологии высокого уровня, новейшие испытательные базы. Не стояли на месте и методы подготовки специалистов. Новейшие методы специальных испытаний, вопросы установления ресурса, постоянно развивающиеся методы измерений и широкое применение в процессе испытаний информационных технологий, — все это находит свое применение в учебных курсах по испытаниям авиационных двигателей. Такой опыт, накопленный в Самарском государственном аэрокосмическом университете (СГАУ), в Уфимском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ), в Рыбинской государственной авиационно-технологической академии (РГАТА), существенно дополненный последними передовыми производственными достижениями Самарского научно-технического комплекса имени Н. Д. Кузнецова (СНТК им. Н. Д. Кузнецова) и ОАО Научно-производственного

объединения «Сатурн» (г. Рыбинск) (ОАО «НПО «Сатурн» ), положен в основу данного учебника. Предисловиеобъединения «Сатурн» (г. Рыбинск) (ОАО «НПО «Сатурн» ), положен в основу данного учебника. Предисловие написано В. А. Григорьевым (СГАУ). Введение — А. С. Гишваровым (УГАТУ). Главы 1, 2, 4, 6, 16 — В. А. Григорьевым и С. П. Кузнецовым (ОАО «НПО «Сатурн» ), Глава 3 — А. С. Гишваровым. Глава 5 — В. А. Григорьевым. Главы 7, 8, 9 — А. С. Гишваровым и В. А. Григорьевым. Главы 10, 12 — А. Н. Белоусовым (СГАУ), В. А. Григорьевым и С. П. Кузнецовым. Глава 11 — А. С. Гишваровым, В. А. Григорьевым и В. Т. Шепелем. Главы 13 и 14 — С. К. Бочкаревым (СГАУ), В. А. Григорьевым и С. А. Ильинским (СНТК им. Н. Д. Кузнецова). Глава 15 — С. К. Бочкаревым. Авторы выражают большую благодарность дирекциям инновационной образовательной программы в СГАУ и УГАТУ, чья помощь и поддержка помогли решить большинство технических и организационных вопросов, связанных с подготовкой рукописи. Особую благодарность авторы выносят академику В. П. Шорину и кафедре «Авиационные двигатели и энергетические установки» Казанского государственного технического университета за замечания и советы, высказанные при рецензировании учебника, Генеральному директору ФГУП ЦИАМ им. П И. Баранова В. А. Скибину и начальнику отдела ЦИАМ Б. А. Пономареву за рекомендации, высказанные при формировании структуры учебника, И. И. Морозову за огромный объем работы, связанный с оформлением рукописи. Авторы выражают признательность ведущим специалистам ОАО «НПО «Сатурн» Н. А. Бурову, А. В. Латышеву, А. А. Данилюку, Ю. Т. Долгих, В. А. Кучерову за большую помощь в подготовке материалов к изданию.

ВВЕДЕНИЕ Авиадвигателестроение относится к одной из стратегически важных отраслей обеспечивающих высокий уровень технологического развития.ВВЕДЕНИЕ Авиадвигателестроение относится к одной из стратегически важных отраслей обеспечивающих высокий уровень технологического развития. Снижение сроков и стоимости разработки двигателей нового поколения обеспечиваются за счет комплексного развития направлений, охватывающих работы по ЗЭ-методам моделирования, новым конструкционным материалам, фундаментальным исследованиям проблем эмиссии и шума ГТД, технологиям изготовления, а также по методическим работам по снижению стоимости жизненного цикла двигателя. В процессе создания и производства авиационных двигателей проводится большое количество различных по сложности испытаний, начиная от научно- исследовательских и завершая летными испытаниями. При этом для проведения испытаний ГТД затрачивается значительное количество времени, материальных, финансовых и людских ресурсов. По мере повышения требований к характеристикам летательных аппаратов (ЛА) и связанного с этим их технического усложнения роль испытаний в процессе изготовления авиационных ГТД становится все более значительной. При разработке современных ЛА из-за невозможности получения адекватного теоретического описания примерно до 40 % всех возникающих проблем решаются при помощи испытаний. При этом большая стоимость испытаний и длительность их проведения становятся определяющими в общих затратах и сроках, необходимых для создания ЛА и двигателя. Поэтому сокращение сроков создания и стоимости разработки ЛА и двигателей во многом сводится к рациональной организации процесса ее экспериментальной отработки, включая оптимальное планирование испытаний.

Существующие теоретические основы оптимального проектирования авиационных ГТД позволяют выбирать наилучший в определенном смысле обликСуществующие теоретические основы оптимального проектирования авиационных ГТД позволяют выбирать наилучший в определенном смысле облик рабочего процесса и конструктивные параметры, его обеспечивающие, законы управления и другие характеристики двигателя. Но, к сожалению, еще отсутствует приемлемая теория испытаний, позволяющая оптимизировать этот весьма важный этап жизненного цикла двигателя. Причиной этому является тот факт, что испытания авиационного ГТД, как и любой сложной технической системы, представляют собой процесс, характеризующийся огромной разнородностью решаемых задач, многоуровневостью этапов испытаний, неоднородностью информационных потоков, циркулирующих в самой системе испытаний, многообразием оцениваемых характеристик, наличием ограниченного числа двигателей, выделяемых для испытаний, и др. Испытания двигателей различают в широком и узком смыслах. В узком смысле испытания определяются теми конкретными задачами, которые решаются с использованием информации, полученной в процессе проведения испытаний (доработки двигателя, уточнения его математической модели, сдачи двигателя заказчику, контроля состояния системы, диагностики, оценки характеристик надежности и т. д. ). Широкий смысл испытаний заключается в достижении основной цели, т. е. получении информации о состоянии испытываемого двигателя, которая в дальнейшем может использоваться для решения самых различных задач. В любом испытании можно выделить четыре этапа (фазы): планирование испытания, его проведение, обработка результатов испытаний, анализ полученных результатов и выработка решения. Планирование является неотъемлемым важнейшим этапом выполнения любых работ и любых действий.

В результате планирования необходимо получить ответ на вопрос: что, когда и как делать. ПриВ результате планирования необходимо получить ответ на вопрос: что, когда и как делать. При этом предусматривается также решение вопросов, связанных с распределением и использованием материальных, временных, финансовых и людских ресурсов. На этапе планирования испытаний составляется программа, которая включает в себя цель и задачи испытаний, описание объекта испытаний, порядок их проведения и обеспечения, объем, последовательность и методики испытаний, порядок обработки полученных результатов, форму и порядок отчетности. Программа испытаний, как правило, создается параллельно с созданием двигателя. Само проведение испытаний связано с реализацией во времени и пространстве программы испытаний. Разделение этапов обработки и анализа результатов испытаний является весьма условным и во многом определяется характером испытаний и сложностью испытываемого двигателя. Общим для обоих этапов является то, что на них производится преобразование информации. В основу планирования любой операции, как правило, закладывается принцип оптимальности. Для реализации этого принципа необходимо иметь показатель эффективности функционирования системы и модель. При решении задач планирования работы сложных систем, какой является система испытаний ГТД, необходимо использовать математическую модель. Выбор и обоснование показателей и критериев эффективности испытаний, а также построение математической модели испытаний являются достаточно сложной проблемой и пока еще должного освещения в научно- технической литературе не получили. Кроме того, на этом этапе должна быть построена математическая модель и испытываемого двигателя, предназначенная для определения и

обоснования видов, объемов и последовательности испытаний, для выбора измеряемых и контролируемых параметров, для обоснованияобоснования видов, объемов и последовательности испытаний, для выбора измеряемых и контролируемых параметров, для обоснования вида и характеристик тестовых (испытательных) сигналов и др. При проведении испытаний начинается реализация их программы, осуществляется сбор информации об испытываемом объекте и его функционировании. Для испытаний, как правило, характерны динамичность, ограниченность временных ресурсов, оперативность. Поэтому вполне естественным является требование получения максимума информации при минимальных (ограниченных) материальных и временных затратах. На этапе анализа и выработки решения первостепенными задачами являются определение показателей и критериев оценки результатов испытаний, выбор методов идентификации, технической диагностики, прогнозирования технического состояния двигателя и др. Современный период развития авиационной техники характеризуется созданием новых летательных аппаратов, в особенности широкофюзеляжных самолетов с большой пассажировместимостью, что неизменно ведет к росту значения надежности авиационных двигателей. Повышение уровня параметров двигателей для обеспечения его конкурентоспособности связано с интенсификацией всех рабочих процессов. Применение высоких степеней сжатия и температуры газа перед турбиной существенно усложняет обеспечение высокой надежности, выдвигая этот показатель в качестве первостепенного.

Работоспособность двигателя определяется одновременным влиянием большого количества факторов, имеющих подчас противоречивый характер. В этихРаботоспособность двигателя определяется одновременным влиянием большого количества факторов, имеющих подчас противоречивый характер. В этих условиях разрешение противоречий является основным методом работы. Надежность двигателя закладывается при его проектировании, отрабатывается на стадии доводки, обеспечивается в серийном производстве и реализуется в процессе его эксплуатации. Важнейшим этапом является проектирование конструкции двигателя. При создании новых авиационных ГТД конструкторские решения, как правило, принимаются в результате поиска оптимума в многоэкстремальных задачах. При этом учитываются такие подчас противоречивые факторы, как необходимость обеспечения заданных прочностных показателей, выбор материалов с определенными свойствами и технологических процессов с учетом влияния технологической наследственности и т. д. Решение таких задач проводится с применением систем автоматизированного проектирования с учетом достижений современных информационных технологий, основу которых составляют CAD/CAM/CAE-системы, позволяющие решать задачи как по проектированию двигателя, так и по геометрическому моделированию с выпуском чертежной документации, проведению инженерного анализа и подготовке производства, вплоть до выпуска программ для станков с ЧПУ. Однако практика показывает, что даже оптимально спроектированный двигатель требует длительной доводки. Причина заключается, прежде всего, в наличии ряда проблем, возникающих при проектировании. Как правило, двигатель закладывается на пределе существующих возможностей по КПД узлов, прочности материалов, массовым характеристикам и часто даже с учетом перспективы их развития. Поскольку только так может быть обеспечена конкурентоспособность двигателя к моменту выхода в эксплуатацию.

Даже небольшие несоответствия в расчетных и реальных показателях эффективности узлов и прочности деталей приводятДаже небольшие несоответствия в расчетных и реальных показателях эффективности узлов и прочности деталей приводят к невыполнению технических требований и, значит, к необходимости тщательной экспериментальной отработки как рабочего процесса, так и прочности двигателя. Уже на начальной стадии разработки нового двигателя, после выбора типа, конструктивной схемы и некоторых основных параметров рабочего процесса, необходимо располагать надежными, экспериментально подтвержденными данными о реально достижимых КПД узлов и элементов проточной части, протекании их характеристик, прочностных показателях применяемых материалов и т. д. Этап доводки двигателя более трудоемкий и продолжительный по времени, чем этап проектирования, и характеризуется большим напряжением в работе. По определению генерального конструктора, академика Н. Д. Кузнецова: «Доводка — это период неудач и успехов, проявления острых эмоций, оправдавшихся надежд и разочарований, неожиданных трудностей, пора «загадок» и «открытий» , провалов и радостных находок, переоценки некоторых «умных» идей и замыслов и иногда открытие истины в простых решениях, забытых, отвергнутых ранее» . В процессе доводки в конструкцию вносится множество изменений, и все они в обязательном порядке должны быть проверены экспериментально, какими бы правильными и очевидными они ни казались. Один из ответственных этапов создания двигателя — это выявление и прогнозирование критических состояний. В этой области существующие теоретические методы не всегда достаточно эффективны, и конструктор чаше всего вынужден полагаться на специальные эксперименты. Несовершенства и недостатки спроектированного двигателя часто возникают из-за отставания развития прикладных наук от уровня развития техники. Это относится к конструкционной прочности, газодинамике, теории горения и другим отраслям знаний.

Имеются также трудности с определением качества выполненных проектных работ, связанные с отсутствием четкихИмеются также трудности с определением качества выполненных проектных работ, связанные с отсутствием четких критериев оценки и наличием довольно большого объема новых технических решений в проекте. Достоверность расчетов снижают такие факторы, как многорежимность и широкий диапазон внешних условий, ограничения и упрощения расчетных схем, узкий диапазон адекватности моделирования. Очевидно, что численные методы с использованием ЭВМ более удобны, чем экспериментальные, позволяя при известных данных проводить для выбранной математической модели расчет трехмерных задач деформаций, напряжений и прочности при упругом и неупругом поведении материала. Однако при разработке новых конструкций этого недостаточно и требуется применение экспериментальных методов определения нагруженности элементов двигателей, поскольку: • д ейс т ву ющ ие на к о нс т ру к цию на г ру з к и м ог у т б ы т ь из ве ст ны л и шь пр ибл и з ит ел ь н о ил и опр ед ел е ны н ед о ст аточ н о т оч но , ч то т ребует про вед е ни я из ме ре ни й на д етал я х и к о нс т ру к ция х су ще с т ву ющ их д в игател е й в ус л ов и я х их ра б от ы ; • ре ал ь ный мат е ри ал р ас с м ат р ива е мой к о нс т ру к ци и не в пол ной мер е с о от вет с т вует д опу ще ния м , пр ин я т ы м в те ор ии р асч ет а ; • не вс е с у ще с т вен но вл и я ющ ие о с обен но ст и р а сч ет а с л ож н ой к он с т ру к ции мож н о у ч е ст ь в р асч ет е при пр им ене ни и с ущес т ву ющ их Э В М; • д аж е с а мые с о вер шен ные мат емат ич е ск и е мод ел и , и с пол ь зуе мы е в р асч ета х Г ТД , баз и ру ют ся на у пр още нны х с хе ма х т еч ен ия и н ед ос т ат оч н о пол но у ч и тывают

• взаимодействие элементов, влияние вторичных факторов, неравномерность и нестационарность потоков, тепловое состояние элементов • взаимодействие элементов, влияние вторичных факторов, неравномерность и нестационарность потоков, тепловое состояние элементов конструкции и т. д. ; • в расчетные формулы входит множество эмпирических коэффициентов и поправок, иногда лишь приближенно применимых в расчете характеристик нового двигателя, отличающегося конструкцией, параметрами процесса, режимами работы, т. е. все расчетные результаты должны быть проверены экспериментально. Испытанию полноразмерного двигателя предшествуют испытания на специальных установках для отдельных деталей, узлов и систем по отработке прочности, газодинамических процессов, процессов горения и регулирования. От полноты и качества этой «поузловой» отработки в значительной степени зависит эффективность отработки двигателя в целом. Подавляющее число дефектов опытного двигателя — это дефекты прочностного характера. Поэтому особое внимание уделяется обеспечению конструкционной прочности на основе рационального выполнения конструирования, расчетов на прочность, выбора материалов и технологии изготовления, а также учета эксплуатационных факторов. Большое значение придается обеспечению технологической надежности опытного двигателя, поскольку при испытании натурных узлов и двигателя в целом, наряду с конструктивными дефектами, выявляются и производственные дефекты, связанные с недостатками технологии и ее исполнения. Стендовая отработка двигателей базируется на проведении экспериментальных, длительных, ускоренных эквивалентных и специальных испытаний. Внедрение ускоренных (эквивалентно-циклических) испытаний позволяет более быстро оценивать надежность и выявлять «слабые места» двигателя, проводить проверку новых конструктивных и технологических решений.

В завершающей стадии отработки двигателя, когда получены все основные характеристики, определяющие технический уровень,В завершающей стадии отработки двигателя, когда получены все основные характеристики, определяющие технический уровень, проверена длительными испытаниями надежность двигателя на установленный ресурс и, таким образом, определена окончательная типовая конструкция двигателя, проводится обширная программа специальных испытаний (более 50 видов). К составлению, рассмотрению и утверждению методик таких испытаний привлекаются отраслевые институты и эксплуатирующие организации. На выполнение этих испытаний затрачивается несколько тысяч газочасов. К ним относятся испытания по определению газодинамической устойчивости компрессора, устойчивости процессов горения, по оценке влияния отборов воздуха, испытания в условиях максимальных и минимальных окружающих температур, по проверке надежности основных узлов и двигателя в целом, по оценке летно-эксплуатационных характеристик в термобарокамере и на самолете. К специальным видам испытаний относится проверка двигателя при попадании на вход птиц, льда и др. Важнейшим условием обеспечения безопасности полетов является сертификация авиационных двигателей, проводимая путем подтверждения соответствия научно-обоснованным и общепризнанным нормам летной годности. Поэтому в этом плане актуальным является обоснование условий и методик проведения сертификационных испытаний двигателя. После проведения доводочных работ и выполнения обширного перечня специальных стендовых и летных испытаний двигатель, в зависимости от назначения, предъявляется на сертификационные или государственные испытания — официальную приемку заказчиком.

В процессе серийного производства каждый экземпляр двигателя проходит кратковременные испытания — предъявительские и приемосдаточныеВ процессе серийного производства каждый экземпляр двигателя проходит кратковременные испытания — предъявительские и приемосдаточные — с целью оценки качества изготовления и сборки, а также отладки агрегатов и систем. Помимо кратковременных испытаний периодически проводится выборочная проверка двигателя ресурсными испытаниями с оценкой соответствия его по основным данным, устойчивости, надежности образцу, прошедшему государственные испытания. В ходе серийного производства и эксплуатации двигателей на ЛА выясняется целесообразность введения некоторых конструктивных или технологических изменений в принятый эталон с целью улучшения основных данных и надежности, увеличения ресурса, устранения или предотвращения дефектов, повышения технологичности производства, испытания, обслуживания. Для экспериментальной проверки этих мероприятий проводят типовые испытания. Таким образом, весь жизненный цикл авиационного двигателя (от разработки до широкой эксплуатации) сопровождается проведением испытаний. Экспериментальные стенды, на которых проводятся испытания двигателей, компрессоров, турбин, камер сгорания, представляют собой сложные сооружения, оснащенные комплексом энергетического оборудования, топливопитания, газовоздушными коммуникациями. Проведение испытаний двигателей и их узлов сопряжено с очень большими затратами. Создание испытательных установок может оказаться сложной и более трудоемкой задачей, чем создание самого двигателя. Это, в первую очередь, относится к сложным и дорогостоящим стендам, имитирующим высотно-скоростные условия (аэродинамические трубы, термобарокамеры, а также к их системам).

Поскольку избежать этих затрат невозможно, то приходится уделять особое внимание повышению информативности испытаний, Поскольку избежать этих затрат невозможно, то приходится уделять особое внимание повышению информативности испытаний, т. е. увеличению объема, точности, достоверности результатов и сведений, получаемых в результате про ведения каждой экспериментальной работы. Наряду с использованием более совершенного оборудования и измерительной техники, автоматизацией проведения и обработки испытаний, комплексированием программ в практике испытаний двигателей широко используется математическое планирование эксперимента. Это позволяет обоснованно назначать число и условия проведения опытов и таким образом уменьшить объем испытаний, требующийся для получения заданной информации; повысить точность результатов; облегчить оптимизацию характеристик объекта; обобщить полученные данные. Таким образом, экспериментальные исследования играют важнейшую роль в достижении требуемых характеристик двигателя и создании опережающего научно-технического задела, являющегося ключевым звеном современной методологии создания авиационных ГТД. В этом плане актуальными направлениями авиадвигателестроения являются разработка новых и совершенствование существующих методов и средств испытаний авиационных ГТД. Основными результатами работ данного направления являются: 1. комплекс высокоэффективных методов и технических средств для исследования современных ГТД, их деталей и узлов; 2. концепция развития отраслевой научно-исследовательской базы, соответствующей современным требованиям, в основу которой положены: • . на иб ол ее пол на я и ми та ция пол ет н ых ус л о в ий д ви гател я н а ис пыт ат ел ь ном о б оруд овани и ; • . ис пол ь зо ва ни е м ат ем ат ич е с к о го м од ел и рован ия проце с с ов , пр оте к аю щи х ; в д в игател е ;

• эне р го с бере га ющ ие пр и нципы • эне р го с бере га ющ ие пр и нципы ф ор ми ро ва ни я эк с пер им ен та л ь ной баз ы тех нол ог ий ис п ыта ни й, вк л юч аю щи х поу зл ово е и с с л ед о ва ни е и д овод к у д в игател е й; • с озд ан ие но во го пок ол е ни я с и с те м а вто мат ич ес к ого у пра вл е ни я и спы та ни я ми , ис п ол ь зу ю щи х мате м ат и ч е с ки е мод ел и с т ен д о в, их эл е ме нто в и т ех нол о ги ч е с к их с и с те м; • ис п ол ь зо ва ни е р езул ьтато в и с пыт ани й д л я фо р мир ован ия о пе реж ающей нау ч но — тех ни ч е с к ого з а д ел а , я вл я ю щего с я н ау ч но й о с новой с озд ан ия к он к у ре нт ос по с об ных д в игател е й но вы х пок ол ен ий ; • с т рат ег ии ус та новл ен ия и у пр а вл ен ия р ес урс о м Г ТД , поз вол я ющ ие нау ч но о б ос но в ыват ь ре с ур с ос н ов ны х д ет ал е й д ви гател я , а та к ж е вес т и эк с пл уат аци ю д в игат ел ей по т ех н ич ес к о м у с о с то я ни ю; методология испытаний двигателей и их элементов, значительно повышающая информативность испытательного комплекса, включая: усовершенствованные методы имитации неоднородности давления и температуры на входе в двигатель в диапазоне эксплуатации современных лета тельных аппаратов; методы определения основных характеристик двухконтурных двигaтeлeй со сверхвысокой степенью двухконтурности; энергосберегающий метод определения дроссельных характеристик двигателя с малоградиентным изменением параметров при испытаниях; метод исследования высотно-скоростных характеристик на основе планирования эксперимента для верификации математической модели с учетом ограничений по параметрам двигателя и высотно-компрессорной станции стенда,

метод комплексного анализа результатов испытаний на установившихся и переходных режимах с использованием математических моделей;метод комплексного анализа результатов испытаний на установившихся и переходных режимах с использованием математических моделей; идентификацию математических моделей двигателей по результатам испытаний; автоматизацию испытаний, формирование систем измерений, сбора и обработки информации, работающих в реальном масштабе времени при стендовых испытаниях двигателей; методологию тепловых испытаний и доводки охлаждаемых деталей двигателя в расплаве высокотеплопроводного металла и с использованием тепловидения и др. Как и любая дисциплина, испытания и обеспечение надежности авиационных ГТД постоянно развиваются, поскольку создание высокоэффективных и конкурентоспособных двигателей невозможно без постоянного совершенствования производственной и испытательной баз, а также решения целого ряда комплексных задач, исследование которых проводится в математическом, физическом, технологическом, методическом, информационном и инженерно-техническом аспектах.

Глава 1 ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ 1. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ При испытаниях ГТДГлава 1 ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ДВИГАТЕЛЕЙ 1. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ При испытаниях ГТД проводят значительный объем самых разнообразных измерений. В проточной части двигателя выполняют измерения параметров потоков воздуха и газа (давления, температуры, скорости, расхода). Для получения показателей, характеризующих тяговые и мошностные выходные данные двигателя, измеряют силу тяги и крутящий момент. Привязка к режиму и важнейший параметр двигателя — частота вращения ротора измеряются наиболее точными приборами. В экспериментах по испытанию ГТД требуются измерения деформаций и напряжений в элементах двигателя, их температурных условий, вибраций, состава продуктов сгорания, параметров состояния систем. При испытаниях авиационных ГТД количество измеряемых параметров постоянно растет. От нескольких десятков в 50 -е годы прошлого столетия до двух тысяч измерений в настоящее время. Анализ результатов измерений позволяет оценить рабочий процесс, определить тепловое состояние и напряжения в элементах конструкции, оценить соответствие двигателя заданным техническим нормам. Средства измерений непрерывно совершенствуются, улучшаются их характеристики, растет надежность [49, 52].

Параметры ГТД, измеренные при испытаниях, представляют собой физические величины (р, Т, Р ,Параметры ГТД, измеренные при испытаниях, представляют собой физические величины (р, Т, Р , М кр и т. п. ) [43]. Измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Различают следующие основные виды измерений: прямые, косвенные, совокупные и совместные. В практике испытаний ГТД находят применение прямые и косвенные измерения. Совокупные и совместные измерения применяются, как правило, в лабораторных метрологических исследованиях. Прямыми измерениями называют такие, результат которых получается непосредственно с помощью прибора. Прямые измерения могут быть проведены различными методами. Наиболее часто встречаются на практике метод непосредственной оценки, дифференциальный метод и метод совпадений. Метод непосредственной оценки основан на том, что измеряемая величина определяется непосредственно измерительным прибором (измерение длины линейкой, температуры — термометром, давления — манометром и др. ). Дифференциальный метод — это метод определения разности между измеряе мой величиной известной (измерение давления дифманометром). Частным случаем является нулевой метод, когда разность сравниваемых величин равна нулю (измерение массы весами).

Метод совпадений основан на совпадении равномерно чередующихся отметок или сигналов измеряемой величины сМетод совпадений основан на совпадении равномерно чередующихся отметок или сигналов измеряемой величины с известным рядом отметок или сигналов (нониус, стробоскоп и др. ). Косвенное измерение — результат решения уравнения, в которое входят параметры, определенные с помощью прямых измерений. Например, определение расхода жидкости и газа в дроссельных приборах по известным площадям, плотности и перепаду давления; скорости потока по измеренным статическому давлению, давлению заторможенного потока и температуре и т. п. Погрешности измерений. В задачу измерения физической величины входят не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении погрешности. На практике все измерения выполняются с определенной степенью приближения. Возникновение погрешностей связано с несовершенством методов и средств измерений, влиянием условий измерений и действиями персонала, выполняющего измерения. Погрешность измерения — это разность между результатом измерения и действительным значением измеряемой величины. Погрешности измерений делят на три класса: случайные, систематические и грубые. Случайными погрешностями измерения называют такие, которые возникают случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Эти погрешности не могут быть исключены опытным путем, но их влияние на результаты может быть уменьшено многократным повторением измерений и применением в обработке результатов этих измерений теории вероятностей и методов статистики.

Систематическими погрешностями измерения называют такие, значение которых в данном ряде измерений остаетсяСистематическими погрешностями измерения называют такие, значение которых в данном ряде измерений остается постоянным или закономерно изменяется. Причинами их появления могут быть: смещение стрелки или шкалы относительно номинального положения, неточная регулировка при бора, постоянно повторяющееся неправильное положение наблюдателя от носительно прибора, изменение внешних условий и другие. Влияние систе матических погрешностей на результат измерения учитывается градуировкой аппаратуры. Грубые погрешности (промахи) — ошибки экспериментатора, неисправность измерительной аппаратуры — существенно искажающие результаты измере ний. Грубые погрешности весьма опасны при единичных измерениях, когда их трудно обнаружить. При многократных измерениях одной и той же величины промахи можно выявить, используя приемы математической теории ошибок. При обработке полученных экспериментальных данных промахи необходимо исключать. Количественно погрешность оценивается разностью между измеренным «Х изм » и истинным «Х» значениями измеряемой величины(1. 1) ΔХ=Х изм -Х Истинное значение измеряемой величины обычно неизвестно из-за отсутствия. Реальных методов измерения. Поэтому на практике вместо истинного. Истинное значение измеряемой величины обычно неизвестно из-за отсутствия Реальных методов измерения. Поэтому на практике вместо истинного значения измеряемой величины пользуются действительным ее значением, полученным с помощью более точных средств измерения Часто для оценки точности измерений пользуются безразмерной величиной — относительной погрешностью δ. Это отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины 100% (1. 2) Величина погрешности прямых измерений зависит от класса точности измерения Класс точности прибора — это обобщенная характеристика средств измерения, численно равная

наибольшей относительной погрешности прибора, выраженной в процентах 100 (1. 3) Где Δ- диапазон измерения.наибольшей относительной погрешности прибора, выраженной в процентах 100% (1. 3) Где Δ- диапазон измерения. Зная класс точности измерительного прибора и его диапазон измерения (максимальную величину измерения), можно вычислить абсолютную и относительную погрешность измерения. Например для измерения давления р изм = 750 к. Па используется прибор 1 -го класса (К= 1) с диапазоном измерения 0. . . 1000 к. Па, В соответствии с ( 1. 3) Р дельная погрешность прибора, к. Па, =10 Относительная погрешность. При измерении давления 200 к. Па этим же прибором относительная погрешность составит уже 5 %. Отсюда вытекает известное в практике правило: при измерениях необходимо стремиться к тому, чтобы измеряемая величина находилась в последних 2/3 шкалы. Если измерение производится в первой трети шкалы, то относительная погрешность существенно возрастает. Погрешности косвенных измерений обычно определяются с помощью двух простых правил: 1. Предельная абсолютная погрешность суммы (разности) (ΔY) Равна сумме абсолютных погрешностей слагаемых, т. е. Если Y=X 1 +X 2 +…+X n То ΔY=| ΔX 1 |+|ΔX 2 |+…+|ΔX n |. (1. 4)

2. Предельная относительная погрешность произведения (частного) (6 У) равна сумме относительных погрешностей сомножителей, то2. Предельная относительная погрешность произведения (частного) (6 У) равна сумме относительных погрешностей сомножителей, то есть если Y=X 1 X 2 …X n, То δY=| δX 1 |+| δX 2 |+…+| δX n | (1. 5)

Под средством измерения понимают техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерения, Под средством измерения понимают техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерения, имеющее нормированные метрологические характеристики и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой остается неизменной в течение известного интервала времени Основной характеристикой средств измерений является статическая (градуировочная) характеристика — функциональная зависимость между выходной величиной у (перемещение указателя прибора или выходной сигнал преобразователя) и входной величиной х в установившемся режиме [44] y =f ( х ). (1. 6) Статическая (градуировочная) характеристика может быть задана аналитически, графически (рис. 1. 1) или таблично. В общем случае статическая характеристика может быть линейной и нелинейной. Для средств измерений в большинстве случаев предпочтительна линейная статическая характеристика. Нелинейные статические характеристики допускаются только в тех случаях, когда они обусловлены применяемым принципом измерения и нелинейность не может быть полностью устранена. Чувствительность средства измерения 8 — это его свойство, определяемое отношением выходного сигнала ДУ к вызывающему изменению входной величины Δх 1. 2 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

δ = Δу /Δх. Рис. 1. 1. Статические характеристики средств измерений: а иδ = Δу /Δх. Рис. 1. 1. Статические характеристики средств измерений: а и б — линейные; в — нелинейная

Порог чувствительности — это свойство средства измерения, характеризуемое наименьшим изменением измеряемой величины,Порог чувствительности — это свойство средства измерения, характеризуемое наименьшим изменением измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение выходного сигнала. Диапазон показаний — область значений шкалы прибора, ограниченная конечным и начальным значениями. Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в пределах которой нормирован допуск предельной погрешности средства измерения. Вариация показаний измерительного прибора — это разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе со стороны большего и со стороны меньшего значений к этой точке. Показание средства измерения — число, отметка, сигнал на отсчетном устройстве, соответствующие значению физической величины в момент отсчета. Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне, как правило, в форме наиболее доступной для восприятия. По характеру выходного сигнала (или показаний) приборы подразделяются на аналоговые и цифровые. Первые имеют показания или выходной сигнал в виде непрерывной функции от измеряемой величины. Во вторых показания представлены в цифровой форме, которая является результатом дискретного преобразования сигналов измерительной информации. Средства измерения и, прежде всего, показывающие аналоговые приборы, обычно имеют шкалу (это часть отсчитывающего устройства, которое показывает значения измеряемой величины), которая представляет собой упорядоченный ряд отметок, соответствующих последовательному ряду значений физической величины. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называют делением шкалы. Разность значений величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы, называется ценой деления шкалы

1. 3 ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД Достижения в разработке и миниатюризации элементов измерительных1. 3 ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД Достижения в разработке и миниатюризации элементов измерительных устройств позволяют существенно увеличивать объем измерений при испытаниях авиационных ГТД. Однако установка дополнительных приемников давления, термопар и датчиков других параметров может оказать влияние на параметры потока, изменить гидравлические сопротивления, ослабить детали и т. п. В зависимости от принятой на двигателе системы управления и способа отладки измерение параметров проводится на режимах, соответствующих измеренным или приведенным значениям частоты вращения ротора двигателя данного режима, а также на режимах с ограничением по отдельным параметрам (частоте вращения одного из роторов, степени повышения давления воздуха за компрессором, температуре газов перед или за турбиной и других) [49]. Режим работы двигателя задается положением рычага управления двигателя (РУД). При этом в соответствии с принятой программой регулирования должны обеспечиваться получение основных данных на заданном режиме и ограничение режима по максимально допустимой величине частоты вращения роторов, степе ни повышения давления в компрессоре, температуры газов за турбиной и др. При измерении параметра несколькими датчиками разработаны порядок оценки достоверности проводимых измерений, а также порядок выбраковки отдельных измерений и перепроверок в тех случаях, когда оценка величины измеряемого параметра производится по осреднению показателей этих датчиков. Параметры двигателя, как правило, измеряются на основных режимах без отбора воздуха на нужды воздушного судна (ВС) и без загрузки агрегатов, установленных на двигателе и используемых на нужды ВС. На двигателях, на которых техническими условиями дополнительно обусловлен и режим с повышенным отбором воздуха на нужды ВС

(на струйную систему управления положением летательного аппарата, на сдув пограничного слоя и другие),(на струйную систему управления положением летательного аппарата, на сдув пограничного слоя и другие), некоторые параметры измеряются также на режимах с отбором воздуха в количестве, установленном техническими условиями. Для отладки и проверки ограничителей максимальных значений отдельных параметров, установленных на двигателе (частоты вращения роторов, температуры газов, давления воздуха за компрессором), могут на время испытаний применяться съемные устройства (переходные мультипликаторы для приводных датчиков частоты вращения, подача воздуха от внешнего источника и др. ). Регламент вывода двигателя на контролируемый режим и порядок измерения параметров оговорены в программе на проведение испытаний. Время выдержки двигателя на заданном режиме при проведении измерений на режимах, по которым оценивается соответствие двигателя техническим условиям, должно быть не менее времени, при котором обеспечивается установившийся характер всех контролируемых параметров. Величина этого времени оценивается экспериментальным путем и оговаривается в программе. Время выдержки перед измерением параметров на отдельных режимах, на которых недопустима продолжительная работа, может быть уменьшено до ве личины, устанавливаемой разработчиком. В этих случаях должен быть обусловлен порядок определения параметров для оценки основных данных двигателя (узла) на таких режимах. При испытаниях двигателей на стендах предприятий используются средства измерений, допущенные Госстандартом РФ к применению, после их государственной или ведомственной метрологической аттестации и средства измерений специального назначения после ведомственной метрологической аттестации, имеющие аттестаты, свидетельства и поверительные клейма. Ко всей измерительной аппаратуре, применяемой при испытаниях двигателей, прилагается техническая документация, регламентирующая эксплуатацию и поверку средств измерений.

Оценка погрешностей средств измерения и форма представления результатов измерений должны соответствовать требованиям государственных стандартовОценка погрешностей средств измерения и форма представления результатов измерений должны соответствовать требованиям государственных стандартов и методике измерения. Вся техническая документация метрологического обеспечения испытаний (программы метрологической аттестации, методики поверки, методики выполнения измерения) проходит метрологическую экспертизу в отделе главного метролога изготовителя двигателя. Измерения параметров двигателя необходимо проводить по методикам выполнения измерения, разработанным и аттестованным в соответствии с требованиями государственных стандартов. Методика выполнения измерения для двигателя согласовывается с НИИ промышленности и заказчика. Погрешность измерения параметров двигателя определяется интервалом, в котором с установленной вероятностью Р = 0, 95 находится суммарная погрешность измерения. В тех случаях, когда измерение нельзя повторить, помимо границ погрешности результата измерения, соответствующих доверительной вероятности Р = 0, 95, допускается указывать границы для доверительной вероятности Р = 0, 99. Определение суммарных погрешностей измеряемых параметров двигателя необходимо проводить для рабочих условий, указанных в программах стендовых испытаний. Требования к точности измерения основных параметров ГТД на установившихся режимах приведены в табл. 1. 1. Требования к объему и точности измерения параметров для конкретного типа двигателя должны устанавливаться разработчиком с учетом обеспечения метрологической точности определения параметров в зависимости от заданной точности их поддержания в техническом задании. Для выносных коробок приводов агрегатов, редукторов и трансмиссии требования к допустимой погрешности измерения параметров устанавливаются разработчиком и согласовываются с НИИ промышленности и заказчика.

1. 4 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ При изучении движения жидкости и газа различают понятия статического давления1. 4 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ При изучении движения жидкости и газа различают понятия статического давления и давления заторможенного потока. Статическое давление в невозмущенном потоке можно определить как давление, которое действовало бы на стенку тела, движущегося вместе с потоком, или стенку, расположенную параллельно движению потока. Давлением, которое учитывает скоростной, динамический напор ( р К 2 ) / 2 , называется давление заторможенного без потерь потока. Исходя из этого, формируются методы определения указанных параметров. Измерение давления заторможенного потока. Если в движущийся поток поместить тело (например, цилиндр), то оно будет оказывать тормозящее воздействие на окружающий поток, в результате чего на поверхности тела установится определенное распределение давления. В центральной точке носка, расположенной на оси тела (критическая точка), поток тормозится полностью и его скорость равна нулю. Если в месте расположения критической точки выполнить отверстие и соединить его трубопроводом с манометром, то прибор покажет величину давления заторможенного потока. Это — простейший цилиндрический приемник давления заторможенного потока. Такой приемник, несмотря на свою простоту, имеет достаточно хорошую точностную характеристику (погрешность измерения давления составляет менее 1 %).

1. 1. Требования к точности измерения основных параметров ГТД Измеренный параметр двигателя Диапазон измере1. 1. Требования к точности измерения основных параметров ГТД Измеренный параметр двигателя Диапазон измере ния или норми руемые значения Погрешность при до верительной вероятно сти Р = 0, 95 1. Усилия оттяги или момента От 0, 7 до взлетно го (форсажного) +0, 5 % от ИВ 2. Расход топлива То же ± 0, 5 % от ИВ 3. Расход воздуха То же +0, 7 % от ИВ 4. Частота вращения 20. . . 100 % или до возможной в эксплуатации +0, 2 % от ВП 5. Прокачка масла НЗ +0, 3 % от НЗ 6. Расход масла То же +0, 5 % от НЗ 7. Температура воздуха на входе в двигатель 215. . . 325 К 325. . . 600 К +1, 6 К +6, 0 К 8. Температура воздуха за компрессором НЗ ± 1, 0 % от ВП НЗ 9. Температура газов за турбиной НЗ + 1, 0 % от ВП НЗ 10. Температура масла на входе в двигатель НЗ +1, 5 % от ВП НЗ 11. Давление атмосферного воздуха НЗ +67 Па (+0, 5 мм рт. ст. )

12. Перепад между р и и р в при испытаниях НЗ +50 Па (+512. Перепад между р и и р в при испытаниях НЗ +50 Па (+5 мм вод. ст. ) от ИВ 13. Давление воздуха на входе в двигатель при испытаниях его с наддувом НЗ +0, 4 % от НЗ 14. Перепад между полным и статическим давлениями в мерном участке входною коллектора НЗ ± 50 Па (+5 мм вод. ст. ) от ИВ 15. Давление воздуха за компрессором НЗ +0, 5 % от ВП НЗ 16. Давление газов за турбиной НЗ +0, 5 % от ВП НЗ 17. Давление топлива в предусмотренных точках топливной системы НЗ +1, 0 % от ВП НЗ 18. Давление масла в предусмотренных точках «масляной» системы НЗ +1, 0 % от ВП НЗ 19. Относительная влажность атмосферного воздуха на территории испытательной : станции 0. . . 100 % при 273. . . 337 К 0. . . 100 % при 213. . . 273 К ± 2, 0 % от ВП ± 4, 0 % от ВП

20. Амплитуда виброскорости, виброускорения, виброперемещения при колебаниях с частотой ротора НЗ 10. .20. Амплитуда виброскорости, виброускорения, виброперемещения при колебаниях с частотой ротора НЗ 10. . . 12 % от ВП НЗ усилия меньше 0, 7 от максимального, устанавливается для данного типа двигателя изготовителем и согласовывается с разработчиком двигателя. НЗ — нормируемое значение, ИВ — измеряемая величина; ВП — верхний предел измерения.

Рис. 1. 2. Схема приемника давления заторможенного потока: 1 - приемная трубка; 2Рис. 1. 2. Схема приемника давления заторможенного потока: 1 — приемная трубка; 2 — направляющая втулка; С — скорость потока Недостатком цилиндрического приемника является его высокая чувствительность к изменению угла набегания потока (не более ± 12 °). Это объясняется тем, что если поток набегает под некоторым углом к оси приемника, то критическая точка перемещается на другое место, и манометр, соединенный с отверстием на оси приемника, уже показывает меньшее давление. С целью устранения недостатка обычно меняют форму головки приемника, а именно: выполняют конус на входе приемного отверстия (рис. 1. 2), применяют двойную трубку (формируют камеру торможения) и т. п. В двигателях, чтобы не загромождать проточную часть, приемники давления заторможенного потока обычно размещают внутри обтекаемых тел (например, внутри сопловых или спрямляющих аппаратов, стоек и т. п. с обеспечением выхода приемной части камеры торможения в проточную часть). При измерениях в сверхзвуковом потоке перед приемником давления заторможенного потока возникает ударная волна (скачок). В этом случае измеряемое давление из-за потерь в ударной волне будет меньше полного давления в невозмущенном потоке, что необходимо учитывать при обработке результатов измерений. Отношение давлений заторможенного потока за скачком уплотнения потока и перед ним определяется по формуле Рэлея:

где к — отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и при постоянномгде к — отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и при постоянном объеме; р* — давление заторможенного потока перед скачком; р* н — давление заторможенного потока за скачком; М — число Маха. Форма и геометрические размеры насадка приемника для измерения давле ния заторможенного потока определяются в зависимости от конкретных условий применения. Измерение статического давления на поверхности тел и стенок каналов осуществляется с помощью дренажирования, то есть с применением специально выполняемых дренажных отверстий в стенках тел и каналов. К форме и расположению дренажных отверстий предъявляются определенные требования: ось отверстия должна быть строго перпендикулярна поверхности; диаметр 0, 5. . . 1, 5 мм (отверстия меньшего диаметра быстро засоряются, большего — дают значительную ошибку измерения); отношение толщины стенки к диаметру отверстия не должно быть меньше 3; кромки отверстия не должны иметь заусенцев, скруглений и фасок, так как иначе возможны заметные погрешности измерения. Для измерения статического давления в потоке также применяются Г-образные и дисковые насадки различных конструкций.

Применение Г-образных насадков основано на том, что на поверхности осесимметричного тела вращения сПрименение Г-образных насадков основано на том, что на поверхности осесимметричного тела вращения с обтекаемой головной частью на расстоянии более 3 -х диаметров отверстия от носка давление практически равно статическому. На этом расстоянии осуществляется отбор давления. Эти насадки обеспечивают возможность достаточно измерить статическое давление в широком диапазоне изменения дозвуковой скорости (λ =0. . . 0, 8). Дисковые насадки можно изготовить меньших размеров, чем Г-образные. Их конструкция более жесткая. Значительным достоинством дисковых насадков является нечувствительность к углу натекания в плоскости измерения. Од нако, при наличии угла между направлением потока и плоскостью измерения более 5. . . 8 0 дисковые насадки дают значительные погрешности. Для измерения статического давления в сверхзвуковом потоке применяют иглообразные насадки, в которых приемные отверстия располагают на значительном расстоянии от головной части. Чтобы избежать большой погрешности измерения, необходимо угол заострения головной части делать меньше предельного угла, при котором возникает отсоединенная волна на конусе. К недостаткам рассматриваемых насадков следует отнести малую жесткость, вследствие чего они подвержены колебаниям (вибрациям). Вибрации могут иска жать показания величины статического давления и приводить к быстрым поломкам насадков. Измерение динамического напора. Динамический напор представляет собой разность между давлением заторможенного потока и статическим Δр = (р* -р) и м ожет быть измерен с помощью дифференциального манометра, к которому подключены трубки отбора указанных давлений. Широкое распространение получила двойная напорная трубка, так называемая «трубка Прандтля» , в которой устройства для отбора статического и полного давлений объединены в одном корпусе. Эта трубка позволяет непосредственно измерить динамический напор в любой точке поперечного сечения потока и при этом на получаемые значения не оказывает какого-либо сильного влияния угол, который

трубка образует с направлением потока. Размеры такого комбинированного насадка определяются по нормалям (стандартам) итрубка образует с направлением потока. Размеры такого комбинированного насадка определяются по нормалям (стандартам) и зависят т его диаметра. Приборы для измерения давлений. Давления газов или жидкостей измеряют с помощью манометров. При испытаниях ГТД наибольшее распространение получили жидкостные, механические и электрические манометры, а также преобразователи давления — тензорезисторные дифференциальные датчики, датчики избыточного давления, датчики разрежения (Сапфир, Метран, Honeywell, Kulite, >ruck и др. ). Принципиальное их отличие состоит в способах уравновешивания давления и регистрации его величины. В жидкостных манометрах измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости, залитой в манометр, в механических и электрических — грузом или силой упругости деформируемого элемента, электрических манометрах (преобразователях давления) деформация упругого момента преобразуется в электрический сигнал, что уменьшает инерционность прибора и позволяет передать сигнал на необходимые расстояния. Жидкостные манометры. Простейший жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой U-образную трубку, в которой измеряемая разность давлений. (р 2 –р 1 ) уравновешивается давлением столба жидкости, заполняющей эту трубку (рис. 1. 3): р 2 -р 1 = ρh, (1. 9) где р — плотность жидкости, залитой в пьезометр; h — высота столба жидкости (разница в уровнях жидкости в коленах трубки, измеряемых относительно нулевого равновесного уровня). При измерении абсолютного давления в какой-либо точке одна из трубок жидкостного манометра сообщается с атмосферой. Тогда измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости и атмосферным давлением:

p 2 =p H +p h. (1. 10) Жидкостныеp 2 =p H +p h. (1. 10) Жидкостные манометры нашли применение в качестве средства для измерения давлений, незначительно отличающихся от атмосферного. Диапазон применения пьезометров обычно находится в пределах 3. . . 30 к. Па и в каждом конкретном случае зависит от плотности используемой жидкости. В жидкостных манометрах чаще всего используются такие жидкости, как вода (р = 1, 0 кг/дм 3 ), спирт метиловый (р = 0, 792 кг/дм 3 ), ртуть (р = 13, 54 кг/дм 3 ). Основным достоинством таких манометров является малая погрешность ( « 0, 1 %). Недостатками U-образных манометров являются невозможность динамических измерений, бесперспективность автоматизации и необходимость фиксирования величин уровней в двух трубках. Однотрубчатый манометр (рис. 1. 4) лишен последнего недостатка. Резервуар такого манометра имеет по сравнению с трубкой значительно больший диаметр, для того чтобы изменение уровня жидкости в нем было пренебрежимо мало. В испытаниях ГТД из всех жидкостных манометров практическое применение нашел и так называемый батарейный манометр, который состоит из нескольких трубчатых манометров и позволяет определять поля давлений (например, на входе в двигатель). Точки, в которых измеряется давление, соединены с трубками, а общий резервуар соединен с атмосферой. Показания батарейного манометра могут фотографироваться. Для регистрации показаний используют фотоэлектрический преобразователь, который с помощью специальной каретки перемещается вдоль пьезометрических трубок и фиксирует положение Уровней жидкости поочередно во всех трубках. Результаты измерения в этом случае передаются сразу на вход вычислительной машины, исключая длинный и трудоемкий процесс расшифровки и обработки результатов, зафиксированных на фото или видеопленке.

Рис. 1. 4. Чашечный манометр: 1 — измерительная трубка; 2 — расходный сосуд Рис. 1. 4. Чашечный манометр: 1 — измерительная трубка; 2 — расходный сосуд

Механические манометры обычно используются для измерения высоких давлений. Наиболее распространено применение манометра с трубчатойМеханические манометры обычно используются для измерения высоких давлений. Наиболее распространено применение манометра с трубчатой пружиной (трубкой Бурдона). В такой конструкции давление через штуцер манометра подается в трубку, которая под действием этого давления стремится распрямиться, и через рычажный механизм возникающее при распрямлении перемещение передается на указывающую стрелку. Сравнительно часто применяются мембранные и сильфонные механические манометры, чувствительными элементами в которых являются металлическая гофрированная мембрана или сильфон. В таких манометрах измеряемое давление подается в герметичный объем, закрытый мембраной. Под давлением мембрана прогибается, а сильфон растягивается, и через передающее устройство поворачивают стрелку прибора. Общим недостатком рассмотренных выше типов манометров является зависимость характеристик упругих элементов от температуры, а также существенная инерция при измерении. Достоинствами рассматриваемых типов приборов являются простота конструкции и низкая чувствительность к вибрациям. Выбор класса точности механического манометра с упругим чувствительным элементом определяется областью применения прибора. Рабочие манометры выпускаются пяти классов точности: 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0. Образцовые манометры используются для градуировки рабочих манометров и имеют два класса точности: 0, 2 и 0, 4. Электрические манометры (датчики). Основным недостатком механических манометров и жидкостных пьезометров является невозможность использования их для регистрации быстропротекающих процессов по причине значительной инерции чувствительных элементов. У электрических манометров указанный недостаток отсутствует. Они обладают малыми габаритами и малой инерцией. Существует большое количество конструкций электрических манометров. Наибольшее

распространение получили электрические манометры с индуктивными датчиками давления. Принцип их действия основан на том,распространение получили электрические манометры с индуктивными датчиками давления. Принцип их действия основан на том, что индуктивные датчики преобразовывают механическую величину — давление в электрическую величину — сопротивление. Конструктивно датчик выполнен в виде мембран-ной коробки с двумя электрическими катушками, расположенными по разные стороны относительно металлической мембраны. Таким образом, индуктивное сопротивление катушек зависит от положения мембраны, которое задается разностью измеряемых давлений р1 и р2. Электрические катушки в цепи являются плечами электрического моста Уинстона. В зависимости от сопротивления катушек меняются электрические потенциалы в точках разветвления электрической цепи к катушкам, что соответствует разности измеряемых давлений. В настоящее время промышленность выпускает индуктивные датчики трех типов: ДМИ-1, ДМИ-2, ДМИ-3. Измеряемые перепады давлений до 1, 0 МПа. Основная погрешность не превышает +3 % от диапазона измерения. Датчики работоспособны при температурах от -60 до +100 °С, вибрациях 10. . . 600 Гц и перегрузках до 20 g с амплитудой не менее 1 мм. Срок службы около 30 часов. Для обеспечения получения результатов в режиме реального времени все более широкое применение находят сканеры, которые вводятся в состав каналов ‘стендовых систем измерения давлений

Рис. 1. 5. Схема многоточечного измерения давлений с помощью сканеров Рис. 1. 5. Схема многоточечного измерения давлений с помощью сканеров

Сканеры измерения давления являются аппаратным элементом многоточечных систем измерения давлений в режиме реального времениСканеры измерения давления являются аппаратным элементом многоточечных систем измерения давлений в режиме реального времени (в темпе эксперимента). Сканеры давления (например, серии 9000) позволяют выполнять измерения давления в диапазоне от 2, 5 к. Па до 69 000 к. Па. Система многоточечного измерения давления выполняет измерения давления в двигателе и на испытательной установке и состоит из многоточечных измерителей давления, каждый измеритель имеет 16 каналов, распределительных коробок и сетевых переключателей (рис. 1. 5). Трубки из различных точек на двигателе, редукторе и установке подсоединены к многоточечным измерителям давления, которые осуществляют измерение и преобразование значений давления в сигналы технических единиц. Каждый многоточечный измеритель (сканер давления) имеет пьезоэлектрические датчики давления, распределительный трубопровод продувки (для продувки датчиков) и электрические соединения для электропитания, синхроимпульсов и связи по сети для передачи оцифрованного сигнала в систему сбора Данных для обработки и конвертации в физическую величину. Интерфейс каждого пьезоэлектрического датчика представляет собой 0, 125 -дюймовый вход на корпусе сканера. Работа сканера осуществляется при подаче на него постоянного тока с напряжением 24 В; для обеспечения питанием каждого сканера на испытательных стендах устанавливаются распределительные коробки, от которых к каждому сканеру подводится питающая линия; подключение осуществляется через восстанавливаемые предохранители. Сработавший предохранитель возвращают в исходное состояние путем устранения короткого замыкания, выключения и повторного включения источника питания постоянного тока (24 В) многоточечных измерителей.

Для работы каждого сканера давления необходим подвод опорного (базового) давления; на испытательных стендах источникомДля работы каждого сканера давления необходим подвод опорного (базового) давления; на испытательных стендах источником базового давления окружающей среды для каждого многоточечного измерителя является распределительный трубопровод, соединенный с имеющимся на установке барометром. 1. 5. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР Измерение температуры — один из самых важных и в то же время сложных и трудоемких видов измерения. По температуре рабочего тела в различных сечениях газовоздушного тракта определяют термодинамическую эффективность узлов и двигателя в целом. Условия измерения температуры при испытаниях ГТД весьма разнообразны. Удовлетворить всем требованиям измерения при столь различных условиях конструкцией только одного прибора практически невозможно. Поэтому на практике применяются многочисленные методы измерения температуры и соответствующие им измерительные приборы. Жидкостные термометры. Работа жидкостных термометров основана на изменении объема жидкости при изменении температуры. В качестве рабочих жидкостей применяют: ртуть, толуол, этиловый спирт и некоторые другие. Жидкостные термометры в испытаниях ГТД применяются для измерения температуры окружающей среды, воздуха и жидкостей в трубопроводах, а также для контроля состояния других приборов. Широкое применение жидкостных термометров объясняется рядом преимуществ, которыми они обладают: широкий диапазон измеряемых температур (— 200. . . +1200 С), простота в обращении, высокая точность, отсутствие специальных источников питания и дополнительных приборов измерения. К недостаткам относятся: невозможность измерения температуры в точке поверхности или объеме, чувствительность к ударам и вибрациям, невозможность непосредственного измерения разности температур, значительная инерционность, невозможность дистанционной передачи измерений.

Термометры электросопротивления — это приборы, в которых для измерения температуры используется свойство металлов приТермометры электросопротивления — это приборы, в которых для измерения температуры используется свойство металлов при нагревании или охлаждении изменять электрическое сопротивление. Чувствительным элементом в таком термометре является проволока, которая наматывается на изолирующий каркас стекло, фарфор) и вместе с ним помещается в корпус, защищающий чувствительный элемент от механического и химического воздействий окружающей среды (рис. 1. 6).   В практике испытаний авиационных ГТД обычно применяют платиновые (особо точные) и медные термометры сопротивления. Платиновые термометры сопротивления выпускаются на пределы измерения от — 260 до +1100°С. Медные термометры сопротивления используют для измерения температуры от -50 до +200 °С. К достоинствам металлических термосопротивлений следует отнести: высокую точность измерения температуры; возможность дистанционной передачи показаний и включения в состав информационно-измерительных систем. К недостаткам таких приборов относятся: необходимость в источнике питания, большая инерционность, невозможность измерения температуры в точке, погрешности, вносимые изменением сопротивления соединительных проводов под воздействием температуры. В качестве материалов для чувствительных элементов полупроводниковых термосопротивлений (термисторов) используют смеси оксидов меди и марганца, кобальта и марганца, диоксида титана с оксидами магния, германия и других. На рис. 1. 7 показана схема германиевого термистора. Наиболее распространенными формами чувствительных элементов термисторов являются цилиндрические, шайбовые, бусинковые. Термисторы применяют в диапазоне измерения температуры от -100 до +300 °С. К достоинствам термисторов относятся: малые размеры (измерение практически в точке), малая инерционность и сравнительно малое влияние сопротивления соединительных проводов.

Недостатки полупроводниковых термометров сопротивления следующие: отсутствие взаимозаменяемости (каждый термистор требуется градуировать индивидуально); нелинейный характерНедостатки полупроводниковых термометров сопротивления следующие: отсутствие взаимозаменяемости (каждый термистор требуется градуировать индивидуально); нелинейный характер зависимости электрического сопротивления от температуры; малая допускаемая мощность рассеяния при прохождении измерительного тока. Рис. 1. 7. Схема устройства германиевого термометра сопротивления: 1 — чувствительный элемент; 2 — выводы из платиновой проволоки; 3 — защитная гильза; 4 — стеклянная головка; 5 — электроизоляционная пленка (p изб =0, 02 МПа); 6 – термоукупорка.

Термоэлектрические термометры (термопары). Принцип работы термопары основан на том, что в цепи, составленнойТермоэлектрические термометры (термопары). Принцип работы термопары основан на том, что в цепи, составленной из двух разнородных проводников (термоэлектродов), возникает электрический ток, если места соединения проводников (спаи) имеют разную температуру. Силы, вызывающие этот ток, называются термоэлектродвижущимися силами. Величина электродвижущей силы в общем случае может быть различной при одинаковой разности температур в зависимости от их абсолютных значений. Эта зависимость будет однозначной только в том случае, если температуру одного из соединений поддерживать постоянной. Спай термопары, помещаемый в измеряемую среду, называют «горячим» (рабочим). Спай, температуру которого поддерживают постоянной, называют «холодным» (свободным). На рис. 1. 8 показаны схемы вариантов включения термопар в измерительную цепь. Обычно холодный спай помещают в среду с температурой тающего льда (0 °С). До начала измерений у термопар снимают градуировочную характеристику, в процессе градуировки рабочий спай термопары последовательно нагревают до различных температур и определяют термоэлектродвижущую силу. В табл. 1. 2 приведены типы изготавливаемых термопар и соответствующие диапазоны измеряемых температур. По материалу проводников, применяемых в термопарах, их можно разбить на две группы: термопары из благородных и термопары из неблагородных металлов. Из первой группы наиболее широкое применение нашли термопары платинородиевые-платинородивые и платинородиевые-платиновые. Они применяются для регистрации высоких температур (до 1600 °С) при исследовании провесов горения основных и форсажных камер сгорания. На рис. 1. 9 показано общее конструктивное устройство термопар.

Рис. 1. 7 Схема устройства германиевого термометра сопротивления: 1 – чувствительный элемент; 2 –Рис. 1. 7 Схема устройства германиевого термометра сопротивления: 1 – чувствительный элемент; 2 – выводы из платиновой проволоки; 3 – защитная гильза; 4 – стеклянная головка; 5 – электроизоляционная пленка.

1. 2. Типы термопар Тип ТП Материалы пар термоэлектродов Диапазон изме ряемых темпера тур1. 2. Типы термопар Тип ТП Материалы пар термоэлектродов Диапазон изме ряемых темпера тур в длительном режиме, °С Допустимый диа пазон температур при кратковремен но м режиме, °С Благ ород ные мета ллы ТВР Вольфрамрений (рений 5 %) Вольфрамрений (рений 20 %) 0. . . +2200 2500 ТПР Платинородий (30 % родия) Платинородий (6 % родия) 300. . . + 1600 1800 ТПП Платинородий (10 % родия) Платина 0. . . +1300 1600 Небл агоро дные мета ллы ТХА Хромель (10 % хрома, 90 % никеля) Алюмель(2%алюминия, кремния, 2% марганца, 1% кобальта, 94% никеля) -200. . . + 1000 1300 ТХК Хромель-копель (44% никеля+кобальт, 56% медь) -200. . . +600 800 тмк Медь-копель -200. . . +

К недостаткам платиновых термопар следует отнести: малые величины развиваемых при измерении термоэлектродвижущих сил (вК недостаткам платиновых термопар следует отнести: малые величины развиваемых при измерении термоэлектродвижущих сил (в связи с чем требуется высокочувствительная электроизмерительная аппаратура); значительное удельное электросопротивление, а также высокая стоимость. Основные достоинства термопар второй группы — доступность и относительно низкая стоимость термоэлектродного материала. Благодаря этому, электроды можно делать существенно большей толщины (если при измерениях не имеет значения инерционность показаний), что увеличивает механическую прочность и снижает электросопротивление электродов. Основными разновидностями термопар второй группы являются хромель-алюмелевая и хромель-копелевая термопары. Недостаток этих термопар — относительно невысокая рабочая температура (порядка 1000 °С). Для измерения более высоких температур применяются платинородиевые и другие термопары, которые размещаются в охлаждаемых корпусах и позволяют измерять температуры до 1800 °С и выше. Измерение температуры газа, движущегося с большой скоростью, является неотъемлемой частью исследований, проводимых на авиационных газотурбинных двигателях. Для количественной оценки сложного процесса торможения газового потока на поверхности «горячего» спая термопары используется понятие коэффициента восстановления (или торможения) — который характеризует способность термоприемника улавливать динамическую составляющую температуры торможения.

Рис. 1. 10. Схемы неэкранированной термопары (а) и термопар с экранированными (б, в, г)Рис. 1. 10. Схемы неэкранированной термопары (а) и термопар с экранированными (б, в, г) камерами торможения: а — неэкранированная, ξ = 0, 7. . . 0, 9; б — поперечно обтекаемая. ξ= 0. 90. . . 0. 96; в – продольно обтекаемая с поперечным расположением спая, ξ = 0, 92. . . 0, 97; г — продольно обтекаемая с продольным расположением спая, ξ = 0, 97. . . 0.

На рис. 1. 10 показаны схемы термоприемников разного вида, имеющих разные значения коэффициента восстановленияНа рис. 1. 10 показаны схемы термоприемников разного вида, имеющих разные значения коэффициента восстановления Для измерения температуры на поверхности лопаток, дисков и других элементов ГТД широко применяются различные конструкции поверхностных термопар. Один из вариантов такой конструкции показан на рис. 1. 11. Термо ЭДС в термоэлектрическом пирометре измеряют милливольтметром или потенциометром. Милливольтметры, выпускаемые промышленностью, имеют шкалу, градуированную в градусах и милливольтах. Каждый милливольтметр предназначен к использованию в комплекте с определенной термопарой. Измерение термо. ЭДС с помощью потенциометра основано на уравновешивании измеряемого напряжения известным напряжением. Погрешность измерений не превышает ± 1 %. Средства измерения температуры тел по их тепловому излучению принято называть пирометрами. При таком измерении температурное поле объекта не искажается, так как измерение, осуществляемое пирометром, не требует непосредственного соприкосновения [44|. Оптические пирометры с так называемой «исчезающей» нитью переменного накаливания широко применяются для измерения яркостной температуры в видимой области спектра. Интервал измеряемых температур с помощью таких устройств установлен от 700 до 8000 °С. Измерение с помощью таких пирометров основано на сравнении в видимой области спектра яркости исследуемого тела с яркостью нити пирометрической

Рис. 1. 11. Конструктивная схема поверхностной термопары: 1 — «горячий» спай; 2 — защитнаяРис. 1. 11. Конструктивная схема поверхностной термопары: 1 — «горячий» спай; 2 — защитная фольга; 3 — слюда (электроизолятор); 4 — термометрируемая деталь Рис. 1. 12. Принципиальная схема оптического (яркостного) пирометра [44]: 1 — телескоп; 2, 5 — входная и выходная диафрагмы; 3 — поглощающее стекло; 4 — красный светофильтр; 6 — окуляр; 7 — пирометрическая лампа; 8 — измерительный прибор; 9 — реостат настройки яркости нити

лампы. При этом в качестве чувствительного элемента наличия или отсутствия равенства яркостей служит человеческийлампы. При этом в качестве чувствительного элемента наличия или отсутствия равенства яркостей служит человеческий глаз. Пирометр (рис. 1. 12) состоит из первичного преобразователя — телескопа, измерительного прибора и источника питания. Если яркость вольфрамовой нити накаливания пирометрической лампы будет меньше яркости фона изображения источника измерения, то нить представится черной. Если фон имеет меньшую по сравнению с нитью яркость, то нить будет выглядеть светлой на более темном фоне. Меняя сопротивление реостата, можно установить такую силу тока, при которой равенство яркостей нити и фона создает эффект исчезновения нити, которая перестает быть видимой. В настоящее время при испытаниях двигателей для измерения температур элементов конструкции нашли применение яркостные пирометры, созданные на базе фотоэлектрических приемников лучистой энергии (рис. 1. 13). С помощью линзы 4 поле зрения первичного преобразователя ограничено небольшим (5. . . 6 мм) участком. Пирометр измеряет температуру на кромке и части спинки каждой рабочей лопатки. Защитное стекло 3, выполненное из сапфира, предохраняет линзу от загрязнения и перегрева. Сигнал по световоду 5 передается к фотодетектору. Термоиндикаторные краски — химические вещества, изменяющие свой цвет при нагреве выше определенной температуры и сохраняющие его затем при охлаждении. Указанное свойство используется при определении температур дета  лей двигателя. Набором термоиндикаторных красок можно измерять температуры от 40 до 1100 °С с удовлетворительной степенью точности, а также получать распределение температур по поверхности. Перед экспериментом образцы красок наносят на детали, которые нагревают в электропечи до различных температур и фиксируют температуры перехода и получаемые оттенки.

Рис. 1. 13. Схема установки пирометра на двигателе (а) и схема первичного преобразователя (б):Рис. 1. 13. Схема установки пирометра на двигателе (а) и схема первичного преобразователя (б): / — подвод охлаждающего воздуха; 2 — первичный преобразователь; 3 — защитное стекло; 4 — линза; 5 — световод

В дальнейшем они используются для расшифровки результатов экспериментов. Термоиндикаторные краски регистрируют максимальную температуру воВ дальнейшем они используются для расшифровки результатов экспериментов. Термоиндикаторные краски регистрируют максимальную температуру во время опыта, поэтому выход на исследуемый режим не должен сопровождаться забросом температур. Метод измерения температуры с помощью термоиндикаторных красок обладает рядом преимуществ: не нарушаются целостность детали, условия теплообмена с окружающей средой; их можно применять на вращающихся деталях; не требуется специальное измерительное оборудование; краски просты в применении и механически прочны. Недостатки метода — он не позволяет измерять температуру деталей на переменных режимах и распределение температур в глубине материала. 1. 6. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА При испытаниях авиационных двигателей в стендовых условиях и в полете одним из основных параметров, дающих возможность определить экономичность двигателя, является расход топлива. Существует достаточно большое количество методов измерения расходов топлива, основанных на различных физических принципах (дроссельные расходомеры, скоростные расходомеры, объемные и массовые расходомеры, ультразвуковые расходомеры). Наиболее распространенными являются дроссельные и скоростные расходомеры, позволяющие измерять мгновенные и суммарные расходы топлива соответственно. Дроссельные расходомеры относятся к устройствам переменного перепада давлений и представляют собой местное сужение трубопровода, в котором поток разгоняется, а статическое давление уменьшается. На рис. 1. 14 показаны схемы течения через стандартную диафрагму, сопло и трубу Вентури. Расход определяется по рабочей формуле

(1. 11) где α — коэффициент расхода; F — площадь отверстия; ρ — плотность(1. 11) где α — коэффициент расхода; F — площадь отверстия; ρ — плотность жидкости; р 2 — измеряемые давления. Точность измерения расхода жидкости не хуже 1 %. Расходомеры постоянного перепада давления — поплавковые ротаметры — относятся к расходомерам обтекания. Ротаметр в простейшем виде состоит из вертикальной конической стеклянной трубки, через которую проходит жидкость (рис. 1. 15). Внутри трубки находится чувствительный элемент, выполненный в виде поплавка. Его верхний обод имеет канавки, выполненные под углом к оси поплавка. Под действием потока жидкости или газа поплавок перемещается вертикально и одновременно приходит во вращательное движение, центрируясь в середине потока. По перемещению поплавка судят об объемном расходе в единицу времени (м 3 /ч).

Рис. 1. 14. Схемы течения рабочей среды в сужающих устройствах: а — стандартная диафрагма;Рис. 1. 14. Схемы течения рабочей среды в сужающих устройствах: а — стандартная диафрагма; б — схема измерения и характер течения в канале с диафрагмой; в — характер течения и распределение давлений в канале с сужающим соплом; г — характер потока и распределение давлений в канале с трубой Вентури; р 1 , p 2 — давление до и после дроссельного прибора, Δр — перепад давления на дроссельном приборе; р п — потеря давления на дроссельном приборе На рис. 1. 16 показан поплавковый расходомер, который состоит из конического поплавка 1 и седла поплавка 2, размещенных внутри цилиндрического участка трубопровода. Конический поплавок выполняет ту же роль, что и коническая трубка у ротаметра.

Рис. 1. 15. Схема ротаметра: 1 — конусная стеклянная трубка: 2 — чувствительный элемент;Рис. 1. 15. Схема ротаметра: 1 — конусная стеклянная трубка: 2 — чувствительный элемент; 3 — шкала. Рис. 1. 17. Тахометрический расходомер: 1 — корпус; 2, 4 — выходной и входной НА; 3 — турбина с ферромагнитными лопастями; 5 — передающий преобразователь

И в той, и в другой схеме движущаяся вверх жидкость поднимает поплавок до уровня,И в той, и в другой схеме движущаяся вверх жидкость поднимает поплавок до уровня, при котором аэродинамическое сопротивление (перепад давления) уравновешивает силу тяжести поплавка. Высота подъема служит мерой измеряемого расхода. Для измерения мгновенного и суммарного расходов применяются электрические турбинные расходомеры, которые бывают нагруженного и ненагруженного типов. В ненагруженных расходомерах (рис. 1. 17) импульсы тока получают при прохождении ферромагнитных лопастей вблизи магнитопровода преобразователя, который формирует ЭДС. Скорость вращения турбинки связана определенным соотношением с расходом. Частота вращения турбинки определяется по количеству импульсов в единицу времени, поступающих с индукционного преобразователя. Простейшие конструкции таких расходомеров после проливки (градуировки) на специальных стендах обеспечивают точность измерения расхода на уровне 0, 3 %. В нагруженных турбинных расходомерах турбинка связана механической передачей с устройством, выдающим электрический сигнал, пропорциональный частоте вращения. 1. 7. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА Наиболее распространенными являются два способа измерения расхода воздуха в двигателях. Это использование лемнискатного насадка на входе в двигатель и установка гребенки для измерения полных и статических давлений на выходе из сопла двигателя. Входной насадок, устанавливаемый на входе в двигатель (рис. 1. 18), имеет плавную входную часть (выполненную по лемнискате) для получения равномерных профилей скоростей по сечениям входного канала. Лемнискатный профиль (лемниската Бернулли, уравнение которой в полярных координатах имеет вид г 2 = а 2 л cos 2α, где а л = (0, 6. . . 0, 8)D в )

1. 18. Схема измерения расхода воздуха при стендовом испытании ГТД По окружности насадка расположены1. 18. Схема измерения расхода воздуха при стендовом испытании ГТД По окружности насадка расположены трубки отбора статического давления, которые объединены в коллектор для определения среднего по окружности статического давления. Измеряются значения перепада между давлением заторможенного потока и статическим Δр в = р* в — р в и температура Т* в. Причем, в силу высокого качества чистоты выполнения внутренней поверхности входного насадка, обычно принимают, что его σ вх ≈ 1, а р* в = р н. Тогда расход воздуха, кг/с, определяют по формуле

(1. 12) где константа F B — площадь мерного сечения, м 2 ; q(λ(1. 12) где константа F B — площадь мерного сечения, м 2 ; q(λ B ) — приведенная плотность тока, определяется по таблицам газодинамических функций по значению π(λ в ), которое вычисляется по результатам измерения Δр* в и р* в (1. 13) Конструкция двигателя не всегда позволяет установить лемнискатный насадок. В этом случае удобен способ измерения расхода с помощью пневмометрических трубок, располагаемых в выходном сечении сопла двигателя. Для этого выходная часть сопла условно разбивается на ряд колец с равными площадями и каждое такое кольцо для измерения давления заторможенного потока снабжается отдельными пневмометрическими трубками, которые обычно объединены в одну гребенку. На стенке сопла измеряется статическое давление. Температура потока по сечению неравномерна, поэтому по измерениям в нескольких точках сечения определяется средняя величина температуры заторможенного потока.

Термопары могут быть расположены на гребенке пневмометрических трубок. Расход продуктов сгорания двигателя G гТермопары могут быть расположены на гребенке пневмометрических трубок. Расход продуктов сгорания двигателя G г определяется по той же формуле, что и для воздуха. Для продуктов сгорания авиационного топлива m г = 39, 7 (кг∙К)/к. Дж (для керосина). Расход воздуха будет равен G B = G r — G m , где G m — расход топлива, измеренный любым из перечисленных выше способов. 1. 8. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПОТОКА Определение величины скорости потока при испытании двигателей производят по уравнению Бернулли. Для газовых потоков малой скорости (М ≤ 0, 25 ) пользуются формулой для несжимаемой жидкости (1. 14) где Δр — перепад между давлением заторможенного потока и статическим давлением; р — плотность газа. Для потоков большой скорости используют соотношение (1. 15)

Приведенная скорость X определяется с помощью газодинамических функций в соответствии с величиной р /Приведенная скорость X определяется с помощью газодинамических функций в соответствии с величиной р / р* , полученной при измерениях, также как и температура Т*. Определение направления скорости в потоках. Для этого могут быть использованы методы визуализации потоков. Стенки канала выполняют прозрачными, а поток делают видимым за счет введения специальных наполнителей. Методы визуализации дают хорошие результаты при сравнительно малых скоростях потока (до 50 м/с). Метод нитей состоит в том, что в поток помещаются на тонких проволочках легкие шелковые нити или флажки (для горячих потоков — из листовой платины), которые принимают положение линий тока при плавном течении или сильно колеблются в зонах отрыва. Частицы, нити, флажки могут наблюдаться невооруженным глазом или фотографироваться в прямом или отраженном свете. Эти методы успешно применяются при исследовании течений вблизи поверхности тел, а также при определении направления потока и областей затенения в испытательных боксах. В тех случаях, когда прямой доступ для определения направления потока отсутствует, используют специальные приемники давления. Приемники давления для таких измерений и флюгарки показаны на рис. 1. 19, приемники, ориентированные по потоку, — на рис. 1. 20, неориентируемые — на рис. 1. 21. Чувствительным элементом приемника (рис. 1. 21, г, д) является сферическая головка, на которой выполнено пять отверстий, четыре из которых расположены симметрично относительно пятого (центрального) отверстия. Принцип действия прибора состоит в том, что в зависимости от направления потока вокруг головки приемника формируется вполне определенное поле давлений, которое воспринимается через отверстия приемника.

Рис. 1. 19. Приемники и флюгарки для измерения направления потока: а 6 — одноточечныеРис. 1. 19. Приемники и флюгарки для измерения направления потока: а< 6 — одноточечные поворотные; в, г — ориентируемые двухточечные; д — четырехточечный, ориентируемый в двух плоскостях; е — флюгарка Рис. 1. 20. Приемники ориентируемые для измерения X. и направления потока: а б — насадки для измерения X. ; в, г — насадки для измерения X и направления потока; д — насадок для измерения X и направления потока трехточечный; е — насадок трехточечный веерообразный для измерения X и направления потока в пограничном слое

Рис. 1. 21. Приемники неориентируемые для измерения А. и направления потока: а, б, вРис. 1. 21. Приемники неориентируемые для измерения А. и направления потока: а, б, в — используются для измерения параметров в двухмерном потоке; г, д — в трехмерном; а, б — насадки трехточечные на цилиндрическом стержне; в — насадок трехточечный с протоком; г — шаровой пятиточечный насадок; д — Г-образный трубчатый пятиточечный насадок Методом сравнения экспериментально полученного поля давлений с имеющимися для каждого приемника образцами аналогичных полей, хранящимися в каталоге, определяют направление потока. В частности, если поле давлений симметрично, то это означает, что приемник ориентирован по потоку. Этим свойством часто пользуются — изменяют при проведении эксперимента положение приемника, добиваясь его ориентации по потоку, тем самым определяя направление потока. 1. 9. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ГТД В ходе исследовательских и доводочных работ по двигателю обязательно проводят испытания, включающие определение напряжений, возникающих в элементах двигателя в процессе его работы. По величине этих напряжений определяются работоспособность конструкции элемента, а также характер его работы на эксплуатационных режимах.

Напряжения, возникающие в конструкции элемента двигателя, оценивают через измерение величин деформаций. Измерение деформаций проводитсяНапряжения, возникающие в конструкции элемента двигателя, оценивают через измерение величин деформаций. Измерение деформаций проводится методом тензометрирования. В основе этого метода лежит использование тензометрических преобразователей (тензодатчиков) в качестве первичного средства измерения. В тензодатчиках используется свойство проводников изменять электрическое сопротивление при растяжении. Конструкция тензодатчика представляет собой тонкую проволоку с диаметром сечения 0, 02. . . 0, 04 мм, наклеенную зигзагообразно на подложку (бумагу, пленку, фольгу и т. п. ) и заклеенную сверху таким же материалом, как и подложка. К выведенным концам тонкой проволоки подсоединяются проводники для подвода электрического тока. Тензодатчик наклеивается на исследуемую деталь так, чтобы он мог воспринимать деформации детали. В качестве клея применяются клеящие составы, выбор которых зависит от температурных условий работы и материала исследуемой детали. Это могут быть карбонильные и фенолоформальдегидные клеи, жаростойкие термоцементы, жаростойкие силикатные эмали, кремнийорганические лаки и др. Слой клея между деталью и тензодатчиком должен быть минимально возможной толщины (несколько сотых долей миллиметра) для того, чтобы не исказить величины измеряемых деформаций. Основными параметрами тензодатчика являются база (2, 0. . . 150 мм), ширина (2, 0. . . 50 мм) и электрическое сопротивление (100. . . 250 Ом). Материал проволоки тензодатчика должен обеспечивать: — минимальный коэффициент температурного электросопротивления для минимизации погрешностей; — большое удельное сопротивление для минимизации габаритных размеров. При проведении работ по тензометрированию к тензодатчику подводится питание электрическим током,

сила которого измеряется и регистрируется с предварительной градуировкой в месте установки тензодатчика. Подключение напряжениясила которого измеряется и регистрируется с предварительной градуировкой в месте установки тензодатчика. Подключение напряжения питания от источника постоянного тока выполняется либо по схеме цепи делителя для регистрации только переменной составляющей деформации, либо по мостовой схеме для регистрации как статических, так и динамических измерений деформаций. Сигнал в виде величины электрического тока, проходящего через тензодатчик, передается по цепи от тензодатчика на регистрирующую аппаратуру. В обеспечение передачи и регистрации электрических сигналов используются специальные токосъемные устройства, позволяющие передавать сигнал с тензодатчика, расположенного на вращающейся при работе двигателя детали (рабочая лопатка, вал, диск и др. ) на статорную часть и регистрирующую аппаратуру. В качестве токосъемных устройств применяются щеточные токосъемники, где сигнал передается через контакт на щетках; ртутные токосъемники, в которых сигнал передается через ртуть, которая заполняет полость между вращающимся кольцом и статором, и телеметрические устройства (радиотокосъемники), у которых сигнал с вращающегося вместе с ротором токосъемника преобразуется в радиосигнал, передаваемый на специальную приемную антенну, расположенную на статорной части двигателя. 1. 10. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ И КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Измерение силы (тяги) при испытаниях ГТД осуществляют с помощью механических, гидравлических динамометров и упругих силоизмерителей с электрическими датчиками. Измерение, в основном, сводится к уравновешиванию тем или иным способом измеряемого усилия неизвестной величины. Принцип действия механических динамометров заключается в уравновешивании измеряемой силы с помощью системы рычагов, меньшим грузом или силой упругости деформируемого элемента.

Рис. 1. 22. Измерение силы с помощью рейтерных весов: 1 — рычаг 2 -гоРис. 1. 22. Измерение силы с помощью рейтерных весов: 1 — рычаг 2 -го рода; 2 — опора; 3 — рейтер, подвижный груз В рычажном динамометре рейтерного типа (рис. 1. 22) измеряемая сила Р, приложенная к малому плечу l 1 уравновешивается меньшим грузом Q (рейтером подвижным грузом), перемещающимся на большем плече рычажного устройства, до момента возникновения равновесия (плечо l 2 ). Величина плеча l 2 является мерой измеряемой силы. На рис. 1. 23 приведена принципиальная схема маятникового динамометра, который представляет собой угловое коромысло AОВ, к малому плечу которою приложена измеряемая сила Р, на конце большого плеча R закреплен груз Q. В момент равновесия возникает равенство (1. 14)

Угол α служит мерой измеряемой силы, что отмечается на шкале с помощью указателя. МаятниковыеУгол α служит мерой измеряемой силы, что отмечается на шкале с помощью указателя. Маятниковые динамометры значительно уступают по точности динамометрическим головкам (рис. 1. 24), которые с помощью промежуточных рычагов, уменьшающих передаваемое усилие, могут быть приспособлены для измерения сил практически любой величины, допуская при этом погрешность не более ± 0, 2 %. Здесь основной сравнивающий узел — квадрант 3 подвешен на двух гибких лентах к кронштейну 4. Рис. 1. 23. Схема маятникового динамометра Рис. 1. 24. Схема весовой (динамометрической головки): 1 — грузоприемный рычаг; 2, 5, 9 — ленты; 3 — квадрант; 4 — кронштейн; 6 — барабан; 7— указательная стрелка; 8 — грузик; 10 — демпфер; 11 — серьга тарной нагрузки; 12 — тяга

Рис. 1. 25. Компенсационная диафрагменная месдоза [32]: 1 — поршень: 2 — корпус: 3Рис. 1. 25. Компенсационная диафрагменная месдоза [32]: 1 — поршень: 2 — корпус: 3 — фланцевое кольцо: 4 — диафрагма; 5 — вставка; 6 — подающий клапан; 7 — сливной клапан; 8 — толкатель; 9— шариковый затвор; 10— расходный баллон; 11 – компенсационный баллон; 12 — маслобак; 13 — приемник давления; 14 — весовая головка

Измеряемая сила Р через грузоприемный рычаг 1 и ленту 2 передается на этот квадрант,Измеряемая сила Р через грузоприемный рычаг 1 и ленту 2 передается на этот квадрант, который, имея противовес, каждый раз занимает положение, определяемое равенством моментов от измеряемой силы и )т противовеса. При этом величина приложенной к динамометру силы определяется по указателю 7, соединенному с квадрантом 3. Постоянное натяжение ленты 5 обеспечивается грузиком 8. Для исключения колебания всей измерительной системы при колебаниях силы Р рычаг 1 снабжен демпфером 10 и начальной нагрузкой 11. Гидравлические динамометры могут быть трех типов: непроточные, проточные и компенсационные (полупроточные). Широко распространены компенсационные диафрагменные месдозы (рис. 1. 25). Особенностью их конструкции является наличие подающего и дивного клапанов, регулирующих подвод или отвод жесткости (глицерин, митральные масла) из рабочей полости, при изменении под действием измеряемой силы положения поршня относительно нейтрального. С помощью этих клапанов давление жидкости устанавливается таким, чтобы оно уравновешивало приложенное усилие. Наибольшее применение получили упругие силоизмерители с электрическими первичными преобразователями. В них деформация упругого элемента преобразуется в изменение какого-либо электрического параметра. Схема тензорезисторного датчика типа ТВС приведена на рис. 1. 26. Работа того датчика основана на преобразовании деформации упругого элемента в электрический сигнал, пропорциональный измеряемой нагрузке. Тензорезисторы собираются по схеме электрического моста. Упругий элемент 1 силоизмерителя опирается на подставку 3, выполненную в виде цилиндрической призмы. Деформация изгиба приложении нагрузки передается тензорезисторам 5, вызывая растяжение нижних и сжатие верхних тензорезисторов, что изменяет их электрическое сопротивление.

Тензорезисторы включены в мостовую схему. Все четыре плеча моста активны. Это увеличивает чувствительность датчикаТензорезисторы включены в мостовую схему. Все четыре плеча моста активны. Это увеличивает чувствительность датчика и позволяет получить линейное уравнение связи усилия с выходным электрическим сигналом в виде напряжения постоянного тока. Чувствительный элемент силоизмерителя заключен в герметичный корпус 4, который заполняется кремнийорганической жидкостью для защиты тензорезисторов от влаги и для смазки опорных поверхностей. Герметизация полости осуществляется посредством мембраны 2. Датчики типа ТВС выпускаются на разные диапазоны измерения силы. Максимальная величина измеряемого усилия — 320 к. Н (32 тс). Номинальное выходное напряжение датчика — 50 м. В. Рис. 1. 26. Схема датчика ТВС: 1 — упругий элемент; 2 — защитная мембрана; 3 подставка под упругий элемент; 4 — корпус; 5 — тензорезисторы

В электрической схеме датчика ТВС предусмотрена термокомпенсация изменения электрического сопротивления тензорезисторов под действием температурыВ электрической схеме датчика ТВС предусмотрена термокомпенсация изменения электрического сопротивления тензорезисторов под действием температуры окружающего воздуха. Погрешность датчиков ТВС не более 0, 3 %. В практике испытаний находят применение вибрационно-частотные преобразователи силы, предназначенные для измерения статических и медленно изменяющихся усилий сжатия. Преобразователи выпускаются нескольких типоразмеров, отличающихся верхними пределами измеряемых усилий Р (от 1 до 1000 к. Н). Упругие элементы преобразователей на нагрузки свыше 10 к. Н выполнены в виде бруска 5 (рис. 1. 27), внутри которого образована виброперемычка 3. При приложении нагрузки брусок деформируется, в виброперемычке возникают растягивающие напряжения и частота ее собственных колебаний увеличивается. Для возбуждения колебаний и измерения их частоты служат два электромагнитных преобразователя 4. Один из них является возбудителем колебаний, другой — адаптером, преобразующим механические колебания виброперемычки в электрические. Упругий элемент помещен в корпус 2. Мембрана 1 предназначена для устранения влияния внеосевых сил на упругий элемент преобразователя. Измерения крутящего момента необходимо при испытаниях турбовальных двигателей, турбовинтовых двигателей, а также при автономных испытаниях компрессоров и турбин. Измерения осуществляются или с помощью балансирных моментоизмерительных систем, или с помощью торсионных моментомеров.

Рис. 1. 27. Схема вибрационно-частотного преобразователя силы: 1 — мембрана; 2 — корпус; 3Рис. 1. 27. Схема вибрационно-частотного преобразователя силы: 1 — мембрана; 2 — корпус; 3 — виброперемычка; 4 — электро- магнитные преобразователи; 5 — упругий элемент (брусок) Рис. 1. 28. Схема гидротормоза и его нагрузочная характеристика: 1 — расходный бак воды; 2 — трубопроводы подачи воды; 3 — статор гидротормоза; 4 — ротор гидротормоза; 5 — подшипники подвески статора; 6 — подшипники ротора; 7 — фланец валопровода; 8 — отвод воды; 9 — бассейн со струйным охлаждением отработанной воды

В первом случае измеряется сила, приложенная на известном плече для уравновешивания измеряемого крутящего момента.В первом случае измеряется сила, приложенная на известном плече для уравновешивания измеряемого крутящего момента. Статор такого измерителя при этом должен быть установлен таким образом (подвешен на подшипниках), чтобы обеспечивалась возможность его свободного поворота на некоторый угол в плоскости крутящего момента (балансирный подвес). Тормозные моментоизмерители одновременно решают две задачи: поглощают (преобразуют) подведенную мощность и уравновешивают подведенный крутящий момент. На рис. 1. 28 приведена схема гидротормоза и его нагрузочная характеристика. Жидкость, находящаяся в гидротормозе, приводится во вращение движущимся ротором. За счет трения крутящий момент передается от ротора вращающемуся кольцу жидкости, а от него на подвижный статор. На нем установлен рычаг известной длины, на конце которого возникает сила. Измерив ее, определяют крутящий момент М кр = FI, а зная частоту вращения ротора, можно определить мощность. Схема измерения крутящего момента электрическим тормозом приведена на рис. 1. 29. Ротор электрического генератора связан с ротором испытуемого двигателя. За счет изменения оператором напряжения в обмотках возбуждения можно регулировать силы электромагнитного взаимодействия между ротором и статором. На статоре возникает крутящий момент, схема измерения которого аналогична гидротормозу. Электрический тормоз (генератор) позволяет, кроме того, измерить подводимую мощность по параметрам электрического тока, вырабатываемого генератором и поглощаемого системой резисторов. В случае применения торсиометров измеряется угловая деформация или механические напряжения, возникающие на некотором участке вала, передающего крутящий момент.

Рис. 1. 29. Схема измерения крутящего момента электрическим тормозом [32 J: 1 — корпусРис. 1. 29. Схема измерения крутящего момента электрическим тормозом [32 J: 1 — корпус электрического генератора; 2 — якорь электрогенератора (ротор тормоза); 3 обмотки возбуждения, регулирующие с помощью изменяемого тока, силу электромагнитного взаимодействия между ротором и статором; 4 — подшипники ротора; 5 — подшипники статора; 6 — валопровод, соединяющий ротор тормоза с двигателем; 7— рычаг (длиной L). установленный на статоре; 8 — электрический датчик усилия (в учебной лаборатории — вибрационно-частотный); 9 — вторичный прибор для измерения усилия (например — цифровой частотомер)

Кроме перечисленных загрузочных устройств в практике применяют малоинерционные электрические измерители крутящего момента — торсиометры,Кроме перечисленных загрузочных устройств в практике применяют малоинерционные электрические измерители крутящего момента — торсиометры, в которых мерой момента служит деформация упругих элементов, преобразованная в параметры электрического тока. Из торсиометров с бесконтактными токосъемниками наиболее широко применяются торсиометры с проволочными преобразователями. На вал, передающий измеряемый момент, наклеиваются два тензометра, расположенные перпендикулярно другу и под углом 45° к оси вала (по направлению главных напряжений). Оба преобразователя включаются в два соседних плеча измерительного электрического моста. Фотоэлектрический торсиометр не нуждается в токосъемном устройстве. В двух местах вала, на базовом расстоянии L, жестко укрепляются диски с радиальными прорезями. Между дисками расположен источник света. С другой стороны каждого диска за диафрагмой с узкой щелью располагаются фотоэлементы. Положение дисков относительно друга регулируется так, чтобы при вращении с нулевой нагрузкой в момент прохождения прорезями диафрагм свет одновременно попадал на оба фотоэлемента. Во время измерения, когда крутящий момент не равен нулю, за счет упругих деформаций вала диски окажутся сдвинутыми относительно друга и фотоэлементы будут освежаться не одновременно. Импульсы от фотоэлемента поступают в специальное Устройство, в котором измеряется промежуток времени от одного до другого импульса. На рис. 1. 30 представлена схема торсионного тензорезисторного бесконтактного моментомера. Его ротор 1 представляет собой торсионный вал с двумя фланцами. Суженный трубчатый участок вала — упругий элемент, на котором склеены тензорезисторы 6, соединенные в мост. Статор 3 моментомера установлен на подшипниках 2.

Электрическое питание на мост подается через пару индуктивно связанных катушек 5 и через выпрямитель-стабилизатор,Электрическое питание на мост подается через пару индуктивно связанных катушек 5 и через выпрямитель-стабилизатор, разменный внутри вала. Напряжение разбаланса моста, возникающее при нагруби вала крутящим моментом, преобразуется в частотно-модулированный сигнал, который через двухполюсный кольцевой конденсатор 4 с воздушным изолятором поступает на статор, а затем — в измерительную систему. Рис. 1. 30. Схема торсионного тензорезисторного моментомера: 1 — ротор: 2 — подшипник; 3 — статор; 4 — обкладка конденсатора; 5 — обмотка трансформатора; 6 — тензорезистор Электрическое питание на мост подается через пару индуктивно связанных катушек 5 и через выпрямитель-стабилизатор, разменный внутри вала. Напряжение разбаланса моста, возникающее при нагруби вала крутящим моментом, преобразуется в частотно-модулированный сигнал, который через двухполюсный кольцевой конденсатор 4 с воздушным ротором поступает на статор, а затем — в измерительную систему. Торсионные моментомеры позволяют в ряде случаев обеспечить более высокую точность измерения (0, 2. . . 0, 3 %) по сравнению с балансирными системами >1, 2. . . 1, 5 %).

1. 11. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ В практике испытаний авиационных ГТД частота вращения измеряется тахометрами,1. 11. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ В практике испытаний авиационных ГТД частота вращения измеряется тахометрами, в комплект которых входят первичный преобразователь и указатель. Первичный преобразователь представляет собой миниатюрный генератор (фазного тока 5 (рис. 1. 31), вал которого связан через коробку приводов с ротором двигателя. Электрический ток приводит во вращение якорь 4 электродвигателя указателя. Вместе с якорем вращается узел постоянных магнитов 3, от чего в диске 2 возникают вихревые токи. При их взаимодействии с магнитным полем узла 3 создается крутящий момент, пропорциональный частоте вращения, который преодолевает противодействующий момент спиральной пружины и отклоняет стрелку указателя. Информативным сигналом первичного преобразователя является также частота переменного тока, которая измеряется частотомером. Точность измерения до 0, 2. . . 0, 5%. Рис. 1. 31. Схема магнитоиндукционного тахометра: 1 — спиральная пружина; 2 — диск (чувствительный элемент); 3 — магнитный узел; 4 — якорь синхронного электродвигателя указателя; 5 — якорь первичного преобразователя тахометра

1. 12. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИЙ Появляющиеся в процессе работы двигателя переменные силы — неуравновешенность вращающихся1. 12. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИЙ Появляющиеся в процессе работы двигателя переменные силы — неуравновешенность вращающихся деталей, нарушение балансировки и др. — являются источниками возбуждения колебаний, приводящих к целому ряду дефектов двигателя (к разрушениям опор, уплотнений и т. п. ). Поэтому необходимы постоянный контроль вибраций и специальные испытания двигателя с вибрографированием, целью которых является определение уровня вибраций и режима, где этот уровень наибольший. Первичные преобразователи для измерения вибраций обычно устанавливают в плоскости опор ротора, на агрегатах, в воздухозаборнике, на форсажной камере и других элементах, где ожидается повышенный уровень вибрации. Если в рабочем диапазоне частоты вращения вибрации не превышают допустимых пределов, то считается, что двигатель успешно прошел испытания вибрографированием. Для этих целей используют измерители вибраций, основанные на различных физических принципах (индуктивные, пьезоэлектрические, сейсмические и др. ). В схеме преобразователя сейсмического типа сейсмическая масса (магнит) остается во время вибрации практически неподвижной, а корпус, скрепленный с объектом измерения, совершает колебания вместе с ним. Вокруг корпуса выполнена обмотка из проводника электрического тока. В результате пересечения обмоткой магнитных линий магнита в обмотке индуцируется электрический ток, пропорциональный уровню вибрации.

1. 13. ИЗМЕРЕНИЕ ЭМИССИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В настоящее время особое значение приобрела оценка эмиссии1. 13. ИЗМЕРЕНИЕ ЭМИССИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В настоящее время особое значение приобрела оценка эмиссии вредных веществ и дыма в атмосферу с выхлопными газами ГТД. Количественно эмиссия вредных газообразных веществ (кроме дыма) оценивается индексом эмиссии Е 1, который представляет собой отношение массы вредного вещества к одному килограмму израсходованного топлива (расчетная величина). Оценка эмиссии проводится путем измерений в ходе сертификационных, квалификационных и типовых стендовых испытаний ГТД. По результатам измерений определяется степень соответствия ГТД требованиям Международных норм, ограничивающих эмиссию авиационных ГТД (ICAO), или общих санитарных норм, ограничивающих вредные выбросы в атмосферу ГТД промышленного и энергетического применения. Для проведения стендовых испытаний ГТД с замером эмиссии испытательный стенд должен быть оснащен специальной стендовой системой отбора проб выхлопных газов и анализа отобранных проб. Двигатель монтируется на стенд для испытаний. За соплом двигателя устанавливается пробоотборник, приемные отверстия которого должны располагаться в плоскости, перпендикулярной направлению движения струи выхлопных газов из сопла двигателя на расстоянии не более 0, 5 диаметра сопла. Линия подачи отбираемой пробы к газоанализатору проверяется на герметичность и прогревается до температуры 150. . . 160 °С с целью исключения влияния тепло-обмена на состав отбираемой пробы. Далее выполняют проверку линии на чистоту включением подачи пробы в анализаторы на неработающем двигателе. На проверенных таким образом диапазонах анализаторов отклонение указателей от нулевого значения не должно превышать 1 % шкалы.

Все технические характеристики и состояние анализаторов должны соответствовать требованиям стандарта ICAO. Точность измерения концентрацииВсе технические характеристики и состояние анализаторов должны соответствовать требованиям стандарта ICAO. Точность измерения концентрации несгоревших углеводородов зависит от влияния на отклик ионизационного детектора состава углеводородной молекулы, наличия и количества кислорода в пробе, что называют синоргическим эффектом. Степень отмеченного синоргического эффекта ограничивается и определяется специальным испытанием конкретного анализатора. Система отбора и измерения эмиссии готова к работе, если дрейф нуля анализаторов не превышает 1 % в течение 0, 5 ч, а температура линии отбора пробы изменяется в пределах ± 5 °С от заданной величины. Непосредственно перед проведением испытания необходимо выполнить градуировку и калибровку газоанализирующей аппаратуры, в качестве которой используется системы «BECKMAN» , «ROSEMOUNT» , «EMERSON» . Калибровку анализаторов необходимо проводить с использованием эталонных газов и эталонных газовых смесей до и после испытания двигателя, а по осредненным данным двух калибровок проводить расшифровку результатов измерений величины эмиссии.

После выполнения всех подготовительных операций двигатель запускается, прогревается на режиме «малый газ» и далееПосле выполнения всех подготовительных операций двигатель запускается, прогревается на режиме «малый газ» и далее выполняется отбор проб на всех сжимах от малого газа до взлетного, что определяется программой испытания, ходе испытания кроме измерения эмиссии должны регистрироваться такие параметры как: • тяга (мощность) двигателя; • частота вращения роторов двигателя; • давление воздуха за компрессором; • температура воздуха за компрессором; • массовый расход топлива; • расход воздуха через газогенератор; • температура воздуха на входе в двигатель; • давление воздуха на входе в двигатель; • атмосферное давление; • влажность воздуха на входе в двигатель.

На каждом установившемся режиме работы двигателя отбор проб для определения химического состава должен выполнятьсяНа каждом установившемся режиме работы двигателя отбор проб для определения химического состава должен выполняться после стабилизации параметров работы двигателя (2 мин) при последовательной смене режимов работы двигателя в обоих направлениях. Процедуру отбора нужно производить с таким расходом отбираемого газа, чтобы время транспортирования пробы от пробоотборника до анализирующей аппаратуры не превышало 10 с. При определении эмиссионных характеристик двигателя измеряются концентрации следующих компонентов; • оксид углерода СО; • диоксид углерода СО 2 ; • суммарные углеводороды СН; • оксиды азота NO x. Качество процедур отбора и анализа оценивается расчетным коэффициентом качества отбора и анализа проб, путем проверки баланса углерода, определяемого сравнением отношения расхода воздуха к расходу топлива, рассчитанного по общей концентрации углерода в пробе (за исключением углерода в составе дыма), с отношением измеренных расходов воздуха и топлива через двигатель. Коэффициент качества отбора и анализа проб для режима «малый газ» должен находиться в диапазоне 0, 85 < К п < 1, 15, а для всех остальных режимов работы двигателя в диапазоне 0, 9 < К п < 1, 0. Производится расчет индекса эмиссии EI для каждого из компонентов в пробе, и выполняется приведение рассчитанного индекса эмиссии к условиям стандартной атмосферы на уровне моря. Для испытуемого двигателя определяются массы каждого загрязняющего компонента X, выделяемые работающим двигателем за стандартный взлетно-посадочный цикл. Содержание дыма определяется методом фильтрации пробы выхлопных газов через белый бумажный фильтр. Расчетная масса пробы определяется из условия пропускания 16, 2 кг газа на 1 м 2 площади фильтра

. Безразмерное число дымности SN характеризуется абсолютными отражательными способностями загрязненного и чистого фильтров. Получаемые. Безразмерное число дымности SN характеризуется абсолютными отражательными способностями загрязненного и чистого фильтров. Получаемые числа дымности должны быть меньше максимально допустимых значений [4]. Итогом таких испытаний двигателя является оценка уровня эмиссии газообразных загрязняющих веществ, которая производится сопоставлением замеренных величин эмиссии вредных компонентов СО, СН, NO x с нормативными уровнями эмиссии.

1. 14. ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА Для измерения шума, генерируемого двигателем, применяется акустическая аппаратура, состоящая1. 14. ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА Для измерения шума, генерируемого двигателем, применяется акустическая аппаратура, состоящая из микрофонов, усилителей, калибратора и системы регистрации информации. К микрофонам должны предъявляться следующие требования: • в диапазоне частот 40. . . 20 000 Гц неравномерности частотной характеристики и поля звукового давления должны быть ± 0, 5 д. Б, не более; • они должны быть всенаправленными. Калибратор измерительной системы должен быть универсальным и адаптивным и иметь возможность калибровки микрофонов разного типа. Выходной сигнал анализирующей системы должен состоять из одной трети октавного диапазона уровней звукового давления. Этот диапазон охватывается 30 фильтрами анализатора. Акустическая аппаратура должна осуществлять измерения уровней шума от 0 до 160 д. Б и спектрального состава шума при температуре окружающей среды от -30 до +100 °С с точностью до 1 д. Б.

1. 15. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ХОДЕ ИСПЫТАНИЙ ГТД В процессе1. 15. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ХОДЕ ИСПЫТАНИЙ ГТД В процессе испытаний в двигателе происходит большое число физических изменений и повреждений. К ним относятся: эрозия, коррозия, загрязнение, оплавление, разрушение посторонними предметами, износ уплотнений, увеличение радиальных зазоров, прогары и коробление рабочих и сопловых лопаток турбины, частичная или полная поломка лопаток, трещин лопаток или дисков ротора, вызванные усталостью или работой в условиях, выходящих за установленные пределы, засорение топливных форсунок и т. д. Поэтому главной задачей контроля состояния двигателя является получение достоверной информации о дефектах на ранней стадии их развития, когда дефект еще не влияет на работу детали или узла, а следовательно, и на параметры работы двигателя. Своевременное обнаружение неисправностей и снятие дефектного двигателя с самолета для ремонта позволяют повысить безопасность его эксплуатации. Для раннего обнаружения дефекта прежде всего необходимы контроль уровня вибраций корпуса и подшипников, а также анализ состояния проточной части двигателя. Контроль за уровнем вибраций ведется с помощью первичных преобразователей, один из которых рассмотрен выше. Анализ состояния газовоздушной проточной части, в которую входят обтекаемые газом каналы, компрессоры, камера сгорания, турбины и сопла, основывается, во-первых, на результатах измерений основных параметров (таких, как давления заторможенного потока и статические давления в характерных сечениях, температуры за компрессором, перед и за турбиной, расход топлива и другие) и, во-вторых, на специальных методах контроля.

Примером специальных методов контроля является использование индикатора поломки лопаток турбомашин. В ряде случаев собственноПримером специальных методов контроля является использование индикатора поломки лопаток турбомашин. В ряде случаев собственно поломка лопатки рабочего колеса турбины или компрессора происходит незаметно, но отсутствие в роторе целой лопатки или ее части приводит к появлению дисбаланса ротора и, следовательно, увеличению вибрационных нагрузок на подшипники. Кроме того, нарушается обтекание как самого венца рабочего колеса, так и соседних сопловых аппаратов, что приводит к ухудшению условий их работы и к возможному нарастанию разрушений. Для того чтобы вовремя обнаружить и исключить подобный дефект при работающем двигателе без его частичной разборки и осмотра применяют индикатор поломки лопаток турбомашин. В корпусе турбины над лопатками рабочего колеса устанавливают индукционный импульсный первичный преобразователь, генерирующий электрический импульс в момент прохождения мимо него лопатки турбины. Импульсы датчика усиливаются и поступают для регистрации в регистрирующую аппаратуру (осциллограф, магнитограф, анализатор частот и др. ). Если все лопатки колеса целы, то импульсы первичного преобразователя следуют через равные промежутки времени. В случае поломки одной или нескольких лопаток периодичность импульсов нарушается, так как оборванная лопатка не возбуждает импульса в первичном преобразователе. Такие повреждения, как усталостные трещины дисков роторов или лопаток или разъедание коррозией структуры материала, не обнаруживаются никакими измерениями и должны выявляться с помощью визуальных методов контроля без снятия двигателя с самолета или стенда.

Среди таких методов контроля большое распространение получили оптические смотровые приборы (бороскопы, эндоскопы и т.Среди таких методов контроля большое распространение получили оптические смотровые приборы (бороскопы, эндоскопы и т. д. ), которые представляют собой гибкую или жесткую трубку с системой ахроматических линз и объективом, совмещенным с миниатюрной лампой накаливания или световодом с выносным источником света. Объектив такого прибора может иметь прямой или боковой обзор. Все это позволяет проводить осмотр труднодоступных деталей без разбора двигателя. Оптические смотровые приборы имеют приспособленные к ним фотографические камеры и достаточно мощные лампы-вспышки. Такие приборы могут располагать и телевизионной системой для одновременного наблюдения осматриваемого пространства группой наблюдателей и видеосъемки. В отдельных случаях применяются рентгеноскопия, рентгенография и другие методы. О многом может сказать и контроль масляной системы. Наличие стружки в масле говорит о трущихся деталях. Периодически сравнивая результаты анализа масла, можно судить о развитии дефекта, а по материалу стружки определить дефектные детали. Проведение подобного анализа и сравнение его с полученными измерениями в газовом тракте, анализ уровней вибраций корпуса двигателя и его деталей, а также результаты визуальных методов контроля взаимно дополняют друга и дают возможность получить правильную информацию о состоянии двигателя.

РЕЗЮМЕ (по главе 1 «Измерения при испытании двигателей» ) 1. Измерение — это нахождениеРЕЗЮМЕ (по главе 1 «Измерения при испытании двигателей» ) 1. Измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Виды измерений: прямые, косвенные, совокупные и совместные. На практике все измерения выполняются с определенной степенью приближения. Возникновение погрешностей связано с несовершенством методов и средств измерений, влиянием условий измерений и действиями персонала, выполняющего измерения. Класс точности прибора — это обобщенная характеристика средств измерения, численно равная наибольшей относительной погрешности прибора, выраженной в процентах. 2. Под средством измерения понимают техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерения, имеющее нормированные метрологические характеристики и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой остается неизменным в течение известного интервала времени. Чувствительность средства измерения δ — это его свойство, определяемое отношением выходного сигнала Δу к вызывающему изменению входной величины Δх. 3. Параметры двигателя измеряются на основных режимах без отбора воздуха на нужды воздушного судна (ВС) и без загрузки агрегатов, установленных на двигателе и используемых на нужды ВС. Погрешность измерения параметров двигателя определяется интервалом, в котором с установленной вероятностью Р = 0, 95 находится суммарная погрешность измерения. В тех случаях, когда измерение нельзя повторить, помимо границ погрешности результата измерения, соответствующих доверительной вероятности Р = 0, 95, допускается указывать границы для доверительной вероятности Р = 0, 99.

4. При изучении движения жидкости и газа различают понятия статического давления и давления заторможенного4. При изучении движения жидкости и газа различают понятия статического давления и давления заторможенного потока. Давлением, которое учитывает скоростной, динамический напор (p. V 2)/2, называется давление заторможенного без потерь потока. Исходя из этого, формируются методы определения указанных параметров. Если в месте расположения критической точки выполнить отверстие и соединить его трубопроводом с манометром, то прибор покажет величину давления заторможенного потока. Это — простейший цилиндрический приемник давления заторможенного потока. Такой приемник, несмотря на свою простоту, имеет достаточно хорошую точностную характеристику (погрешность измерения давления оставляет менее 1 %). Измерение статического давления на поверхности тел и стенок каналов осуществляется с помощью дренажирования, т. е. с применением специально выполняемых дренажных отверстий в стенках тел и каналов. К форме и расположению дренажных отверстий предъявляются определенные требования: ось отверстия должна быть строго перпендикулярна поверхности; диаметр должен быть в пределах 0, 5. . . 1, 5 мм. Для измерения статического давления в потоке также применяются Г-образные и дисковые насадки различных конструкций.

Давления газов или жидкостей измеряют с помощью манометров. При испытаниях ГТД наибольшее распространение получилиДавления газов или жидкостей измеряют с помощью манометров. При испытаниях ГТД наибольшее распространение получили жидкостные, механические и электрические манометры, а также преобразователи давления — тензорезисторные дифференциальные датчики, датчики избыточного давления, датчики разряжения (Сапфир, Метран, Honeywell, Kulite, Druck и др. . ). 5. На практике применяются многочисленные методы измерения температуры. Жидкостные термометры. Работа жидкостных термометров основана на изменении объема жидкости при изменении температуры. Термометры электросопротивления — это приборы, в которых для измерения температуры используется свойство металлов при нагревании или охлаждении изменять электрическое сопротивление. Термоэлектрические термометры (термопары). Принцип работы термопары основан на том, что в цепи, составленной из двух разнородных проводников (термоэлектродов), возникает электрический ток, если места соединения проводников (спаи) имеют разную температуру. Силы, вызывающие этот ток, называются термоэлектродвижущимися силами. Термоиндикаторные краски — химические вещества, изменяющие свой цвет при нагреве выше определенной температуры и сохраняющие его затем при охлаждении. 6. Существует достаточно большое количество методов измерения расходов топлива, основанных на различных физических принципах (дроссельные расходомеры, скоростные расходомеры, объемные и массовые расходомеры, ультразвуковые расходомеры). Наиболее распространенными являются дроссельные и скоростные расходомеры, позволяющие измерять мгновенные и суммарные расходы топлива соответственно Дроссельные расходомеры относятся к устройствам переменного перепада давлений и представляют собой местное сужение трубопровода, в котором поток разгоняется, а статическое давление уменьшается.

7. Наиболее распространенными являются два способа измерения расхода воздуха в двигателях: использование лемнискатного7. Наиболее распространенными являются два способа измерения расхода воздуха в двигателях: использование лемнискатного насадка с расходомерным коллектором и установка гребенки для измерения перепада между давлением заторможенного потока и статическим давлением. Конструкция двигателя не всегда позволяет установить лемнискатный насадок. В этом случае удобен способ измерения расхода с помощью пневмометрических трубок, располагаемых в выходном сечении сопла двигателя. Для этого выходная часть сопла условно разбивается на ряд колец с равными площадями и каждое такое кольцо для измерения давления заторможенного потока снабжается отдельными пневмометрическими трубками, которые обычно объединены в одну гребенку 8. Определение величины скорости потока при испытании двигателей производят по уравнению Бернулли. Для газовых потоков малой скорости (M ≤ 0, 25) пользуются формулой для несжимаемой жидкости. Приведенная скорость λ определяется с помощью газодинамических функций в соответствии с величиной р / р*, полученной при измерениях, также как и температура Т * Определение направления скорости в потоках. Для этого могут быть использованы методы визуализации потоков. Стенки канала выполняют прозрачными, а поток делают видимым за счет введения специальных наполнителей. Методы визуализации дают хорошие результаты при сравнительно малых скоростях потока (до 50 м/с). 9. Оценка напряжений, возникающих в конструкции элемента двигателя, производится через измерение величин деформаций. Измерение деформаций производится методом тензометрирования.

В тензодатчиках используется свойство проводников изменять электрическое противление при растяжении. Тензодатчик наклеивается на исследуемуюВ тензодатчиках используется свойство проводников изменять электрическое противление при растяжении. Тензодатчик наклеивается на исследуемую деталь так, чтобы он мог воспринимать деформации детали. Основными параметрами тензодатчика являются база (2, 0. . . 150 мм), ширина (1, 0. . . 50 мм) и электрическое сопротивление (100. . . 250 Ом). Сигнал в виде величины электрического тока, проходящего через тензодатчик, передается по цепи от тензодатчика на регистрирующую аппаратуру. 10. Измерение силы (тяги) при испытаниях ГТД осуществляют с помощью механических, гидравлических динамометров и упругих силоизмерителей с электрическими датчиками. Измерение сводится к уравновешиванию тем или иным способом измеряемого усилия неизвестной величины. Принцип действия механических динамометров заключается в уравновешивании измеряемой силы с помощью системы рычагов, меньшим грузом или силой упругости деформируемого элемента. Наибольшее применение получили упругие силоизмерители с электрическими первичными преобразователями. В них деформация упругого элемента преобразуется в изменение какого-либо электрического параметра. Работа этого датчика основана на преобразовании деформации упругого элемента в электрический сигнал, пропорциональный измеряемой нагрузке. 11. Измерения крутящего момента необходимо при испытаниях турбовальных двигателей, турбовинтовых двигателей, а также при автономных испытаниях компрессоров и турбин. Измерения осуществляются или с помощью балансирных моментоизмерительных систем, или с помощью торсионных моментомеров.

В первом случае измеряется сила, приложенная на известном плече для уравновешивания измеряемого крутящего момента.В первом случае измеряется сила, приложенная на известном плече для уравновешивания измеряемого крутящего момента. В случае применения торсиометров измеряется угловая деформация или механические напряжения, возникающие на некотором участке вала, передающего крутящий момент. Торсионные моментомеры позволяют в ряде случаев обеспечить более высокую юность измерения (0, 2. . . 0, 3 %) по сравнению с балансирными системами (0, 5. . . 1, 5%). 12. В практике испытаний авиационных ГТД частота вращения измеряется тахометрами, в комплект которых входят первичный преобразователь и указала 13. Измерение вибраций. Переменные силы, появляющиеся в процессе работы двигателя, — неуравновешенность вращающихся деталей, нарушение балансировки и др. — являются источниками возбуждения колебаний, приводящих к целому ряду дефектов двигателя (к разрушениям опор, уплотнений п. п. ). Первичные преобразователи для измерения вибраций обычно устанавливают в 1 скости опор ротора, на агрегатах, в воздухозаборнике, на форсажной камере и упругих элементах, где ожидается повышенный уровень вибрации. 14. Оценка эмиссии производится путем измерений в ходе сертификационных, квалификационных и типовых стендовых испытаний ГТД. По результатам измерений определяется степень соответствия ГТД требованиям Международных норм, ограничивающих эмиссию авиационных ГТД (ICAO), или общих санитарных норм, ограничивающих вредные выбросы в атмосферу ГТД промышленного и энергетического применения.

Для проведения стендовых испытаний ГТД с замером эмиссии испытательный стенд должен быть оснащен специальнойДля проведения стендовых испытаний ГТД с замером эмиссии испытательный стенд должен быть оснащен специальной стендовой системой отбора проб выхлопных газов и анализа отобранных проб. При определении эмиссионных характеристик двигателя измеряются концентрации следующих компонентов: оксид углерода СО; диоксид углерода СО 2 ; суммарные углеводороды СН; оксиды азота NО X. 15. Для измерения шума, генерируемого двигателем, применяется акустическая аппаратура, состоящая из микрофонов, усилителей, калибратора и системы регистрации информации. 16. Анализ состояния газовоздушной проточной части, в которую входят обтекаемые газом каналы, компрессоры, камера сгорания, турбины и сопла, основывается, во-первых, на результатах измерений основных параметров (таких, как давления заторможенного потока и статические давления в характерных сечениях, температур за компрессором, перед и за турбиной, расхода топлива и других) и, во-вторых, на специальных методах контроля. Такие повреждения, как усталостные трещины дисков роторов или лопаток или разъедание коррозией структуры материала, не обнаруживаются никакими измерениями и должны выявляться с помощью визуальных методов контроля без снятия двигателя с самолета или стенда.

ВОПРОСЫ 1. Что такое измерения, виды измерений при испытаниях ГТД, прямое измерение, косвенное измерение?ВОПРОСЫ 1. Что такое измерения, виды измерений при испытаниях ГТД, прямое измерение, косвенное измерение? 2. В чем состоят метод непосредственной оценки, дифференциальный метод, метод совпадений? 3. Что такое погрешности измерений, класс точности прибора? 4. Измерение давлений — измерение полного давления (принципы, методы), измерение статического давления (принципы, методы), измерение динамического напора (принципы, методы) — назовите. 5. Приборы для измерения давлений — жидкостные манометры, механические манометры, электрические манометры (датчики) — назовите принципы действия, области применения. 6. Измерение температур, приборы для измерения температур жидкостные термометры, термометры электросопротивления, термоэлектрические пирометры (термопары), термоиндикаторые краски — назовите принципы действия, области применения. 7. Измерение расхода топлива, приборы для измерения расхода топлива дроссельные расходомеры, скоростные расходомеры — назовите принципы действия, области применения. 8. Измерение расхода воздуха — назовите применяемые способы, средства, методы оценки. 9. Измерение скорости потока жидкости и газа — определение величины скорости потока, направления скорости в потоках — назовите методы, применяемые средства.

10. Измерение крутящего момента — применяемые методы, средства и устройства — назовите принцип действия10. Измерение крутящего момента — применяемые методы, средства и устройства — назовите принцип действия устройств, методы измерения и определяемые параметры и характеристики. 11. Измерение частоты вращения, вибраций, напряжений в элементах ГТД — назовите применяемые методы, средства и устройства, принципы их действия. 12. Назовите методы контроля состояния ГТД и обнаружения дефектов в ходе испытаний ГТД. 13. Измерение шума, генерируемого двигателем, особенности оснащения испытательного стенда — назовите методы и средства измерений. 14. Измерение эмиссии ГТД — назовите особенности оснащения испытательного стенда, методы и средства измерений.

Глава 2 ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ ГТД Каждый авиационный двигатель, пройдя этапы проектирования, конструирования иГлава 2 ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ ГТД Каждый авиационный двигатель, пройдя этапы проектирования, конструирования и изготовления, подвергается испытанию [19, 21, 26, 33, 48, 49]. Единственная возможность убедиться в надежной работе и в обеспечении тех параметров, которые были заложены при проектировании, — это провести испытание двигателя. Таким образом, испытания — это экспериментальное определение (оценивание) и контроль количественных и качественных характеристик свойств объекта испытаний как результат воздействия на него при его функционировании. Результаты испытаний зависят от условий — совокупности воздействующих факторов и режимов функционирования объекта при испытаниях [3]. Испытание авиационного двигателя преследует три цели: 1. Проверку соответствия основных технических данных двигателя (ОТД) параметрам, заданным в технических условиях (ТУ). 2. Определение ресурса, проверку работоспособности и надежности двигателя. 3. Определение фактического состояния рабочего процесса и напряжений в конструкции двигателя. Авиационный ГТД на различных этапах жизненного цикла (разработки, производства, эксплуатации) подвергается большому количеству испытаний. Испытания можно классифицировать по различным признакам: назначению; месту проведения; типу производства и другим.

В зависимости от характера проводимых экспериментов условно различают: • научно-исследовательские испытания (научно-исследовательский эксперимент);В зависимости от характера проводимых экспериментов условно различают: • научно-исследовательские испытания (научно-исследовательский эксперимент); • испытания отдельных узлов создаваемого двигателя; • доводочные и специальные испытания опытного двигателя; • государственные и сертификационные испытания двигателя; • испытания серийных двигателей. Условность деления подчеркивается тем обстоятельством, что различные испытания могут иметь общие решения по подготовке, проведению, используемому оборудованию, технике измерений.

2. 1. СОЗДАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА И ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ Научно-исследовательские эксперименты Такие испытания проводятся2. 1. СОЗДАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА И ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ Научно-исследовательские эксперименты Такие испытания проводятся на стадии подготовки к разработке двигателя. Современная методология разработки двигателей, направленная на сокращение суммарных затрат и сроков создания путем широкого применения методов математического моделирования и проектирования, опережающей разработки научно-технического задела по ключевым технологиям, узлам, системам, базовым газогенераторам, включая создание и экспериментальную отработку двигателей-демонстраторов, предполагает перераспределение объемов затрат на научно-исследовательские работы (НИР и НИОР) и ОКР в пользу НИР и научно-исследовательских экспериментальных работ (НИЭР). Их главные задачи — изучение и анализ происходящих в двигателе процессов, определение характеристик элементов и возможных средств их улучшения. Конечная цель НИР — разработка рациональных методов расчета, конструирования и производства двигателя, накопление справочного материала применительно к условиям использования в будущих проектах и конструкциях. Надо заметить, что отношение к НИР складывается в разных странах по-разному. Например, коэффициент АГНИР, учитывающий относительную стоимость НИР в общей стоимости НИР и ОКР, К НИР =S НИР /S ОКР , характеризуется следующими количественными значениями: РФ —К НИР ≈ 0, 2; США — К НИР ≈ 0, 4. . . 0, 5. Заметно, что американская школа традиционно строится на основе эксперимента, а советская и российская школы и в какой-то мере немецкая базируют свои разработки на более глубокой теоретической проработке.

Пример. Канадский филиал фирмы PW длительное время вел экспериментальные исследования центробежных ступеней компрессора.Пример. Канадский филиал фирмы PW длительное время вел экспериментальные исследования центробежных ступеней компрессора. И вот, пока основная часть таких ступеней, применяемых в авиационных двигателях, имеет n* = 3. . . 7, фирма довела в экспериментальных ступенях величину n к до 10. . . 12. Используемые в настоящее время математические модели расчета трехмерных течений позволяют в короткое время получить результаты (по форме и размерам центробежного колеса, форме и размерам проточных межлопаточных каналов), очень близкие к тем, которые были получены в результате многолетней экспериментальной доводки. Среди различных исследовательских экспериментов по ГТД обычно выделяют следующие: • исследование новых принципиальных схем двигателей и отдельных узлов; • изучение рабочего процесса двигателей и влияние различных условий на эти процессы; • исследование новых видов топлив; • исследование живучести различных элементов конструкций; • продувки элементов лопаточных машин; • изучение рабочего процесса основных и форсажных камер; • изучение свойств новых конструкционных материалов, покрытий, шумоглушащих конструкций, контактных уплотнений, конструкций опор, демпферных устройств и других элементов.   Создание научно-технического задела (НТЗ) фактически базируется на результатах, получаемых при различных НИР. С другой стороны, подтверждение эффективности основных элементов НТЗ также требует проведения научно- исследовательских экспериментов.

Испытания отдельных узлов двигателя на автономных стендах являются эффективным средством опережающей отработки новых техническихИспытания отдельных узлов двигателя на автономных стендах являются эффективным средством опережающей отработки новых технических решений, позволяющим сократить объем, стоимость и общие сроки работ по созданию нового ГТД. Опыт создания современных двигателей свидетельствует о том, что большая часть экспериментальных работ переносится на поузловые испытания и их доводку. Узловые испытания компрессора (вентилятора) проводятся на стендах (рис. 2. 1), оборудованных приводом от электродвигателя или газовой турбины. При необходимости используется редуктор (мультипликатор) с требуемым передаточным отношением. Стенд должен быть оснащен устройствами для дросселирования потока на выходе из компрессора и для измерения на приводе крутящего момента. При испытаниях на автономном турбинном стенде (рис. 2. 2) помимо газодинамических исследований проводят термометрирование и тензометрирование лопаток, дисков и корпусов.

В автономных испытаниях основной камеры сгорания выбранной конструкции (для кольцевых камер допускается испытание отсека)В автономных испытаниях основной камеры сгорания выбранной конструкции (для кольцевых камер допускается испытание отсека) проверяются ее гидравлические характеристики, эффективность горения топлива, устойчивость горения, высотность запуска, отсутствие виброгорения, уровень дымления и выделения вредных веществ. Полученные для узлов данные впоследствии требуют проверки в реальной компоновке двигателя или газогенератора. Поузловые испытания имеют большую эффективность не только на ранней стадии работы, но и в период доводки полноразмерного двигателя с целью поиска и реализации в узлах резервов по повышению КПД, улучшению протекания характеристик и снижению массы. Значительную роль при разработке ГТД играют испытания газогенератора, который собирается из узлов создаваемого двигателя. Газогенератор является наиболее напряженным комплексом узлов, требующим наибольшей экспериментальной отработки. Он может быть создан и испытан на начальной стадии работы, когда еще окончательно не определены многие основные параметры двигателя. На базе одного и того же разработанного газогенератора впоследствии может быть создано семейство различных двигателей.

2. 2. ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ ГТД Основная задача — доводка рабочего процесса и конструкции двигателя2. 2. ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНЫХ ГТД Основная задача — доводка рабочего процесса и конструкции двигателя [16, 18, 29]. Доводка — внесение изменений в конструкцию двигателя, для решения основной задачи — обеспечение его проектных показателей. Первые экземпляры нового двигателя по основным показателям эффективности и прочности обычно значительно отличаются от соответствующих проектных величин, записанных в технических условиях. Выйти на заявленные величины по параметрам во всех условиях эксплуатации и по ресурсу удается только после тщательной экспериментальной отработки — газодинамической и прочностной доводки. Доводка двигателя — это длительный процесс. Так, если доводка ЛА продолжается 4 -5 лет, то доводка двигателя длится 6— 7 лет. Всегда стоит задача сократить этот срок. В процессе доводки решаются вопросы, связанные главным образом с газодинамическими и прочностными факторами. В процессе газодинамической доводки решается также множество дополнительных задач [25]: • отработка запуска двигателя; • обеспечение выхода элементов двигателя при их совместной работе на расчетные или оптимальные режимы, что может потребовать корректировки площади сопловых аппаратов турбины, сопла, смесителя двухконтурного ГТД и др. ;

• отработка взаимодействия элементов и систем при переменных режимах — приемистости, дросселировании, • отработка взаимодействия элементов и систем при переменных режимах — приемистости, дросселировании, включении и выключении форсажа; • определение фактических запасов газодинамической устойчивости; • уточнение выбранных законов управления и ограничения режимов. Эффективность всех вводимых мероприятий по улучшению параметров двигателя определяется, в первую очередь, контролем его дроссельной стендовой характеристики. Ряд доводочных работ требуют проведения испытаний опытного двигателя на высотных стендах, где имитируются условия работы двигателя в высотноскоростных условиях. Прочностная доводка, целью которой является обеспечение надежной работы двигателя в течение установленного ресурса, включает в себя следующие испытания [25]: • определение уровня переменных напряжений в лопатках, дисках, валах компрессора и турбины; проверка отсутствия автоколебаний лопаток компрессора (вентилятора); • термометрирование деталей горячей части с целью проверки возможности работы при требуемой температуре газа; • определение осевых сил в подшипниках, определение их температурного состояния; • определение уровня вибраций на корпусе двигателя и на установленных агрегатах; • тензометрирование трубопроводов внешней обвязки двигателя; • ресурсные испытания.

Для того чтобы двигатель мог быть предъявлен для прохождения государственных испытаний (ГИ) и сертифицирован,Для того чтобы двигатель мог быть предъявлен для прохождения государственных испытаний (ГИ) и сертифицирован, он должен успешно пройти также целый ряд специальных испытаний. После реализации и экспериментальной проверки доводочных мероприятий определяется окончательная компоновка двигателя, удовлетворяющая по основным показателям ТЗ заказчика. Конечная цель доводки — провести с удовлетворительной оценкой так называемые чистовые испытания на полный ресурс, а также ряд дополнительных специальных испытаний с тем, чтобы иметь возможность предъявить опытный двигатель на государственные испытания. По окончании доводочных испытаний, когда двигатель пройдет все экспериментальные проверки (чистовые доводочные испытания), его представляют на государственные (межведомственные) испытания. Доводка современных ГТД отнимает много сил и средств. В зависимости от сложности разрабатываемого двигателя и мощности опытно-конструкторского бюро (ОКБ) на доводку обычно уходит до 10 лет. За это время изготавливают Для доводки от 20 до 35 опытных экземпляров авиационных ГТД, каждый из которых стоит в 3— 5 раз дороже серийного образца (причем 2/3 из них в процессе доводки разрушаются). А характерная цена 1 серийного современного ГТД в зависимости от его размера составляет 0, 5. . . 1 млн долл, и более. Статистикой установлено, что для завершения доводки ГТД и предъявления его на ГИ требуется наработать на всех опытных экземплярах от 5000. . . 7000 до 25 000 газовых часов при стендовых испытаниях и несколько меньше — при летных. Для сокращения сроков доводки существенное значение имеет повышение интенсивности работы опытно-конструкторских бюро. Так, если в 50 -е годы для наработки 4000 газовых часов требовалось 6. . . 7 лет, то в 80 -е годы уже 3. . . 3, 5 года. В настоящее время эта проблема вновь становится актуальной.

Сертификационные и государственные испытания До начала летной эксплуатации опытные двигатели гражданской авиации проходят сертификацию,Сертификационные и государственные испытания До начала летной эксплуатации опытные двигатели гражданской авиации проходят сертификацию, основной составляющей которой являются сертификационные испытания [40, 45, 47]. Двигатели военной авиации проходят государственные стендовые испытания. Сертификация — установление соответствия двигателя требованиям норм летной годности. Для оценки выполнения правил сертификации, сертификационных работ, технической документации формируются рабочие органы. В организациях, разрабатывающих и изготавливающих двигатели, действует Независимая инспекция, функции которой в Российской Федерации осуществляют военные представительства Министерства Обороны РФ. Эта инспекция осуществляет контроль за соблюдением процедур сертификации, согласование результатов сертификационных работ, контроль качества авиационных двигателей, приемку экземпляра этой техники и выдачу на них сертификатов летной годности и других документов. Сертификационные испытания включают в себя несколько групп испытаний. Калибровочные испытания позволяют определить тяговые (мощностные) характеристики двигателя в стандартных атмосферных условиях (САУ). Вибрационные испытания предназначены для определения вибрационных характеристик дисков и валов роторов, рабочих и статорных лопаток вентилятора, компрессора и турбины, корпусов и трубопроводов. Длительные 150 -часовые испытания предусматривают наработку на наиболее напряженных режимах, воспроизведение циклических нагрузок (запуски, пробы приемистости), моделирование неблагоприятных условий работы. Эксплуатационные испытания проверяют работу двигателя во всех условиях эксплуатации.

В программы сертификационных испытаний входят также экспериментальное определение характеристик компрессора, камеры сгорания, проверка прочностиВ программы сертификационных испытаний входят также экспериментальное определение характеристик компрессора, камеры сгорания, проверка прочности корпусов и др. Для сертификации необходимо провести комплекс специальных испытаний (испытания по проверке локализации лопаток внутри двигателя при обрывах, по проверке работы двигателя при попадании посторонних предметов, при повышенной температуре газа, в условиях авторотации и т. п. [25]. Государственные испытания двигателей военного назначения проводит Государственная комиссия, создаваемая из представителей Заказчика и Исполнителя. В задачу государственных испытаний входят: 1. Установление соответствия параметров двигателя параметрам, заданным в ТЗ. 2. Проверка двигателя по 150 -часовой программе испытаний. 3. Оценка уровня внедрения на двигателе унифицированных и стандартизованных изделий и конструкций. 4. Оценка эксплуатационного совершенства двигателя, контролепригодности, ремонтопригодности, обслуживаемости. 5. Установление эталона двигателя для серийного производства. Двигатель, предназначенный для государственных испытаний, предъявляется комиссии в разобранном виде после прохождения чистовых доводочных испытаний. Сборка производится под наблюдением представителей комиссии. Длительные испытания авиационного ГТД у нас в стране считаются неудовлетворительными, если во время испытаний или при разборке после удовлетворительно прошедшего испытания обнаруживают выход из строя деталей, поломка или повреждение которых в эксплуатации опасны или недопустимы. При этом длительные испытания начинают вновь с самого начала вне зависимости от того, на каком часе произошла поломка.

Заключительным этапом испытаний опытного ГТД являются ГИ, которые обычно повторяют 150 -часовую программу чистовыхЗаключительным этапом испытаний опытного ГТД являются ГИ, которые обычно повторяют 150 -часовую программу чистовых длительных испытаний. В случае удовлетворительной оценки вся документация по новому ГТД, передаваемая в серийное производство, сверяется по экземпляру, прошедшему ГИ. По результатам государственного испытания комиссией составляется акт, который после утверждения является основанием для серийного производства и приемки двигателей заказчиком. В акте Государственной комиссии приводятся также перечни отмеченных недостатков, которые должны быть устранены разработчиком в намеченные сроки. Двигатель, проходивший государственные испытания, хранится как эталон, принятый заказчиком, а основные данные и характеристики, установленные при испытаниях, используются для составления ТУ на приемку серийных двигателей.

2. 3. ИСПЫТАНИЕ СЕРИЙНЫХ ГТД Здесь задача испытаний иная — всесторонняя проверка качества выпускаемой2. 3. ИСПЫТАНИЕ СЕРИЙНЫХ ГТД Здесь задача испытаний иная — всесторонняя проверка качества выпускаемой заводом серийной продукции. Эти испытания регламентируются для каждого двигателя специальными ТУ, разработанными соответствующими ОКБ. Кратковременные испытания. Каждый двигатель, изготовленный на серийном заводе, проходит кратковременные стендовые испытания. Эти испытания серийных ГТД принято разделять на предъявительские и приемосдаточные, а также квалификационные. 1. Предъявительские (сдаточные) испытания проходят все двигатели, выпускаемые серийным заводом, а также прошедшие ремонт после выработки межремонтного ресурса. Назначение предъявительских (сдаточных) испытаний состоит в приработке деталей двигателя (обкатка), в проверке качества сборки, качества работы агрегатов двигателя и оценке соответствия параметров двигателя заданным ТУ. Работу двигателя проверяют на всех эксплуатационных режимах, при этом производится соответствующая отладка агрегатов. Приемку предъявительского (сдаточного) испытания осуществляет отдел технического контроля (ОТК) предприятия. Результаты предъявительских испытаний считаются положительными, а двигатель — выдержавшим испытания, если он испытан в полном объеме, установленном программой и соответствует всем требованиям этой программы. В случае выявления какого-либо дефекта двигателя, препятствующего ведению испытаний, или при отклонении основных параметров от норм, оговоренных для предъявительских испытаний, предъявительское испытание аннулируется.

После предъявительских испытаний двигатель отправляют на разборку для осмотра и контроля состояния его деталей.После предъявительских испытаний двигатель отправляют на разборку для осмотра и контроля состояния его деталей. На осмотре присутствуют работники ОТК совместно с представителем заказчика. Двигатель, прошедший предъявительские испытания, подвергается полной разборке и дефектации по действующей документации. После дефектации разобранного двигателя ОТК изготовителя составляют ведомость дефектации с заключениями по выявленным недостаткам. Замена забракованных деталей, узлов (сборочных единиц) и агрегатов производится в соответствии с инструкцией по замене деталей, сборочных единиц, фрегатов при устранении дефектов после предъявительских испытаний. Износы, наклепы, прижоги и другие изменения в состоянии деталей и сборочных единиц после предъявительских испытаний должны соответствовать нормам повреждаемости и контрольным образцам, установленным для данного типа двигателя. Обнаруженные дефекты (разрешенные) устраняют, после чего двигатель вновь собирают и отправляют на приемосдаточные (контрольные) испытания. 2. Целью приемосдаточных (контрольных) испытаний двигателя являются: • проверка соответствия техническим условиям качества повторной (после предъявительских испытаний) сборки двигателя; • проведение приработки деталей и агрегатов, комплектующих двигатель; • отладка и проверка регулировки двигателя и проверка соответствия параметров и характеристик заданным ТУ; • приемка двигателя представителем заказчика по акту сдачи.

Приемосдаточные (контрольные) испытания состоят из двух этапов. На I этапе приемосдаточных (контрольных) испытаний работуПриемосдаточные (контрольные) испытания состоят из двух этапов. На I этапе приемосдаточных (контрольных) испытаний работу двигателя повторно проверяют на всех эксплуатационных режимах и окончательно отлаживают регуляторы, проверяют после регулировки данные на соответствие ТУ, осле чего двигатель и его характеристика на всех режимах предъявляются заказчику. На II этапе испытания повторяют в присутствии заказчика. Если двигатель не бракуется, оформляется акт сдачи двигателя представителю заказчика. Двигатель консервируют и отправляют в экспедицию для упаковки и отправки потребителю. Таким образом, в отличие от предъявительских, приемосдаточные испытания проводят в присутствии как представителя ОТК, так и заказчика (гос- приемка). После приемосдаточных испытаний проводятся внутренняя консервация двигателя и другие работы, предусмотренные технической документацией. Для двигателей, находящихся в серийном производстве, допускается проведение совмещенных (предъявительских и приемосдаточных) испытаний. Сокращение объемов и трудоемкости предъявительских и приемо-сдаточных испытаний без снижения их информативности и качества проводится в следующих направлениях: • более полное использование возможностей автоматизированных информационно-измерительных систем стендов, совершенствование их программного обеспечения и методик обработки результатов испытаний, что позволяет получать необходимую информацию при меньшем количестве режимов в про-грамме испытаний; • выполнение контрольных операций в ходе испытаний, с минимальным числом режимов, используемых только для контроля, в том числе и совмещение I и II этапов приемосдаточных испытаний; •

• комплексирование операций и совершенствование методик их выполнения, в том числе проведение их • комплексирование операций и совершенствование методик их выполнения, в том числе проведение их на режимах с меньшим расходом топлива, исключение повторов из программы испытаний; • постепенное уменьшение количества двигателей, проходящих специальные испытания, включенные в программу приемосдаточных испытаний (проверка ГДУ, приработка приводов агрегатов ВС под загрузкой, проверка границ запуска и др. ), вплоть до полного прекращения таких специальных испытаний; • сокращение объема разборки двигателей после предъявительских испытаний за счет перехода на частичную (поузловую, модульную) разборку; • переход на одноразовую сборку и проведение приемосдаточных испытаний при одновременном совмещении отдельных видов проверок, проводимых при предъявительских испытаниях. Переход на одноразовую сборку и совмещенные предъявительские и приемосдаточные испытания возможен при следующих условиях: • отсутствии на двигателях в эксплуатации неисправностей, которые могут быть выявлены только при разборке и дефектации после предъявительских испытаний; • стабильном производстве и ремонте двигателей; • отсутствии предъявительских и приемосдаточных испытаниях неисправностей, которые не могут быть обнаружены и устранены без разборки двигателя или его узлов (сборочных единиц); • контролепригодности двигателя и наличии методов и средств для контроля и диагностики технического состояния двигателя без его разборки; •

• наличии перечня и характеристик диагностических признаков, полученных в процессе доводки и подтвержденных • наличии перечня и характеристик диагностических признаков, полученных в процессе доводки и подтвержденных эксплуатацией, позволяющих оценить состояние двигателя; • наличии положительного опыта работы по выпуску двигателей с поузловой (модульной) разборкой после предъявительских испытаний; • применении, в случае необходимости, предварительной обкатки отдельных узлов, модулей и агрегатов до постановки их на двигатель; • наличии положительного опыта использования одноразовой сборки при доводке модифицированных двигателей на этапе ОКР. Уменьшение количества двигателей, проходящих специальные испытания в серийном производстве, возможно при следующих условиях: • стабильном производстве и ремонте двигателей; • положительных результатах проведенных ранее специальных испытаний; • отсутствии в эксплуатации и при стендовых испытаниях отказов и дефектов, связанных с характеристиками, проверяемыми специальными испытаниями. Для контроля производства двигателей одноразовой сборки должна предусматриваться контрольная разборка после испытания двигателя от партии, объем которой определяется разработчиком и изготовителем совместно с представительством Заказчика.

3. Квалификационные испытания. Целью квалификационных испытаний являются: • проверка соответствия двигателей требованиям конструкторской3. Квалификационные испытания. Целью квалификационных испытаний являются: • проверка соответствия двигателей требованиям конструкторской документации; • оценка проведенных мероприятий по устранению недостатков, выявленных на Государственных испытаниях; • проверка разработанного технологического процесса, обеспечивающего стабильность качества выпускаемой продукции; • определение готовности производства к выпуску двигателей в заданном объеме. Квалификационные испытания у всех типов двигателей проводятся для установочной серии определенного количества изготовленных двигателей в процессе освоения их производства. Двигатель для квалификационных испытаний выбирает представитель заказчика в присутствии работников ОТК из 2. . . 5 двигателей, принятых по результатам приемосдаточных испытаний. Если двигатель выдержал квалификационные испытания, то качество партии двигателей, для которой проводились испытания (установочной серии), а также возможность дальнейшего изготовления и приемки двигателей по той же технологической документации, по которой изготовили испытанный двигатель, считаются подтвержденными.

Квалификационные испытания считают неудовлетворительными в случаях: • несоответствия основных параметров двигателя ТУ; Квалификационные испытания считают неудовлетворительными в случаях: • несоответствия основных параметров двигателя ТУ; • выхода из строя двигателя в ходе испытаний; • отказов агрегатов и комплектующих изделий, которые могут явиться предпосылкой к аварийной ситуации; • обнаружения при осмотре и дефектации деталей двигателя, агрегатов и других покупных комплектующих изделий; • дефектов аварийного характера, влияющих на летную годность, или дефектов, которые могут привести к досрочному съему двигателя. В этом случае изготовитель и ОКБ-разработчик совместно с представителем заказчика разрабатывают и осуществляют мероприятия по устранению недостатков и предупреждению их появления при серийном производстве двигателей.

Периодические испытания. Общая наработка двигателя в процессе предъявительских и приемосдаточных испытаний обычно неПериодические испытания. Общая наработка двигателя в процессе предъявительских и приемосдаточных испытаний обычно не превышает 4. . . 5 ч. Этой наработки естественно недостаточно для проверки надежности работы ГТД в течение гарантируемого срока службы. Поэтому для полноценной проверки качества серийного производства ГТД проводятся периодические испытания на выборочных двигателях, определяемых представителем заказчика. Количество периодических испытаний в зависимости от объема годового выпуска должно составлять: при годовом выпуске менее 50 двигателей данного типа — одно периодическое испытание в два года; при годовом выпуске от 50 до 150 двигателей — одно периодическое испытание в год; при годовом выпуске более 150 двигателей — до двух периодических испытаний в год, если периодические испытания не отменены специальным решением. Эта группа испытаний делится на три вида. Заводские периодические испытания по проверке ресурса и данных (комиссионные, квартальные или полугодовые). Периодические испытания проводятся в объеме и последовательности, установленных программой испытаний. Типовые испытания проходят по аналогичной программе, однако цель их другая — проверка допустимости изменений, вводимых серийным заводом за прошедший период. Необходимость конструктивных и технологических изменений возникает в связи с увеличением ресурса, повышением надежности, а также при совершенствовании и удешевлении производства на серийном заводе. Это одна из основных задач серийного производства — снизить его трудоемкость и стоимость. Технологические изменения обязательно согласовываются с разработчиком и заказчиком.

Специальные (например, высотно-скоростные ) испытания. В них проверяют соответствие высотных данных серийного двигателя стендовойСпециальные (например, высотно-скоростные ) испытания. В них проверяют соответствие высотных данных серийного двигателя стендовой контрольной Цифре. Эти испытания проводят в термобарокамере или аэродинамической трубе ЦИАМ. К специальным испытаниям также относятся испытания по проверке газодинамической устойчивости, с наддувом и подогревом воздуха на входе и ряд других. Периодические испытания для двигателей, имеющих ресурс не более 600 ч, проводятся по программе эквивалентно-циклических испытаний. При этом количество циклов, наработка в циклах, на режимах выше максимально-продолжительного, переменных, а также количество запусков должны соответствовать установленному ресурсу при работе по типовому полетному циклу. Программой испытаний устанавливается величина минимальной суммарной наработки за периодическое испытание. Для двигателей, имеющих ресурс более 600 ч, периодические испытания проводятся по программе эквивалентно-циклических испытаний. При этом наработка в циклах, на режимах выше максимально-продолжительного, переменных, а также количество запусков должны соответствовать установленному ресурсу, но не более чем за 1200 ч работы по типовому полетному циклу. Программой испытаний устанавливается величина минимальной суммарной наработки за периодическое испытание. Для подтверждения ресурса при эксплуатации по техническому состоянию одно из периодических испытаний проводится на установленный ресурс с учетом эксплуатации по техническому состоянию. При стабильном производстве двигателей, соответствии их нормам безотказности, начиная с 3 -го года выпуска, такие испытания по согласованию с разработчиком, изготовителем и представительством Заказчика могут не проводиться.

Двигатель для проведения периодических испытаний выбирается из числа 2— 5 двигателей, изготовленных вДвигатель для проведения периодических испытаний выбирается из числа 2— 5 двигателей, изготовленных в контролируемом календарном периоде (или из контролируемого количества), прошедших приемосдаточные испытания. Перерывы между этапами должны определяться временем, необходимым для проведения осмотра двигателя, выполнения регламентных работ и работ по оборудованию стенда. В случае несоответствия основных данных двигателя заданным в ТУ (связанных с загрязнением газовоздушного тракта двигателя) допускается по согласованию с представительством Заказчика промывка газовоздушного тракта двигателя в соответствии с инструкцией разработчика с последующей проверкой параметров двигателя. Периодические испытания считают неудовлетворительными в случаях: • несоответствия основных параметров (технических характеристик) двигателя ТУ; • несоответствия нормам параметров по дроссельной характеристике после испытаний; • выхода из строя двигателя до окончания испытаний; • отказов агрегатов и комплектующих изделий двигателя, которые могут явиться предпосылкой к аварийной ситуации; • обнаружения дефектов аварийного характера (влияющих на летную годность) при осмотре и дефектации деталей двигателя, агрегатов и других покупных комплектующих изделий или дефектов, которые могут привести к досрочному съему двигателя в эксплуатации.

При неудовлетворительных результатах периодических испытаний изготовитель совместно с разработчиком и представительством Заказчика при изготовителеПри неудовлетворительных результатах периодических испытаний изготовитель совместно с разработчиком и представительством Заказчика при изготовителе обязаны: • провести исследования причин выявленных дефектов; • разработать эффективные мероприятия, обеспечивающие устранение выявленных дефектов; • произвести проверку эффективности и проведенных мероприятий испытаниями; • провести повторные периодические испытания. При неудовлетворительных результатах периодических испытаний все принятые и неотгруженные двигатели возвращаются изготовителю на доработку (замену), а все принятые и отгруженные двигатели за контролируемый календарный период, в которых могут быть дефекты, обнаруженные при периодических испытаниях, должны быть доработаны или заменены годными в порядке, определенном совместным решением. Повторные испытания проводятся в полном объеме периодических испытаний на доработанных или вновь изготовленных двигателях после выполнения мероприятий по устранению дефектов. При этом вместе с извещением о предъявлении двигателя должны быть предоставлены материалы, подтверждающие устранение дефектов, выявленных при периодических испытаниях, и принятии мер по их предупреждению.

Правила испытаний и приемки серийных ГТД. Испытания и приемка двигателей серийного производства должны проводитьсяПравила испытаний и приемки серийных ГТД. Испытания и приемка двигателей серийного производства должны проводиться в соответствии с требованиями государственных стандартов и действующих ОТУ. Стендовые испытания двигателей в серийном производстве должны проводиться по программам, составленным на основе программ и конструкторской документации двигателя, прошедшего государственные (совмещенные государственные стендовые и сертификационные испытания) или сертификационные испытания. Программы периодических, предъявительских и приемосдаточных испытаний входят в состав конструкторской документации, передаваемой в серийное производство разработчиком. При стендовых испытаниях двигателей должны определяться основные его параметры, предусмотренные программой испытаний на режимах работы двигателя, указанных в ТУ на двигатель. Для сокращения объемов газовой наработки (суммарная продолжительность работы двигателя на режимах от запуска до останова за все испытания по конкретной программе) при замере параметров может быть использована обобщенная характеристика данного типа двигателя по методике, разработанной изготовителем. Испытания двигателей проводятся на стендах, отвечающих требованиям ОСТ 1 01021, ОТУ и технической документации на конкретный двигатель. Для испытаний двигателей, имеющих «Сертификат типа» , стенды должны быть аттестованы в установленном порядке. Установка двигателя на стенд, подсоединение коммуникаций, необходимых датчиков и контрольно-измерительной аппаратуры должны производиться в соответствии с утвержденными инструкциями и технологией, монтажными чертежами, схемами на конкретный тип двигателя.

Турбовинтовые и турбовинтовентиляторные двигатели должны проходить стендовые испытания с воздушным винтом (винтовентилятором), тип иТурбовинтовые и турбовинтовентиляторные двигатели должны проходить стендовые испытания с воздушным винтом (винтовентилятором), тип и конструкция которого соответствуют воздушному винту (винтовентилятору), используемому на ЛА с данным двигателем. Элементы настройки агрегатов должны быть отрегулированы их изготовителем в соответствии с действующими ТУ, каждое изменение их положения от первоначального в ходе испытаний двигателя должно быть записано в протоколе испытаний. Приводы агрегатов ЛА в процессе испытаний должны загружаться принятыми в эксплуатации или технологическими агрегатами в соответствии с графиком загрузки, согласованным с разработчиком ВС.

Испытания двигателей должны проводиться на основных или дублирующих арках топлива и масла, указанных вИспытания двигателей должны проводиться на основных или дублирующих арках топлива и масла, указанных в ТУ на двигатель. Во время испытаний двигателя периодически проводится анализ топлива и масла, взятых из двигателя, по документации разработчика. Эксплуатационные испытания. Для решения задачи увеличения ресурса ГТД, находящихся в эксплуатации на борту ЛА, проводят их испытания с использованием самолетов-лидеров. Сложившаяся методика их проведения обеспечивает получение надежных результатов и сохранение безопасности полетов. На рис. 2. 3 приведена взаимосвязь видов испытаний авиационных ГТД и этапов их жизненного цикла.

2. 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ И ОРГАНИЗАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ ГТД Основные документы, регламентирующие испытания Требования к2. 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ И ОРГАНИЗАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ ГТД Основные документы, регламентирующие испытания Требования к испытаниям опытных и серийных ГТД в разные периоды определялись следующими документами: ОТУ-81 (общие технические условия на изготовление, приемку и поставку авиационных серийных двигателей действовали до 31. 12. 1986 г. ). В этот комплекс были включены следующие документы: 1) перечень основных технических данных авиационных двигателей; 2) перечень технической документации и технических условий на изготовление, приемку и поставку двигателей; 3) программ