Установка с подогревом воздуха на входе в двигатель

Установка для испытания двигателя в мотогондоле самолета

Наземные испытания двигателя в мотогондоле самолета проводят для выяснения влияния конструкции мотогондолы на работу отдельных узлов. Неудачная конструкция мотогондолы может затруднить или ухудшить работу ряда агрегатов: не обеспечивать отвод воздуха при открытых клапанах или лентах перепуска компрессора или вызывать при этом перегрев топливной пли гидравлической систем, ухудшать работу регулируемых входных и выходных устройств и т.д. По итогам испытания вносят соответствующие изменения в конструкцию двигателя - устанавливают обтекатели, перекладывают внешнюю обводку систем. Испытания в мотогондоле особенно важны для двигателей вертикального взлета, которые расположены близко друг к другу и оказывают существенное взаимное газодинамическое влияние.

Установка с подогревом воздуха на входе в двигатель

В условиях полета температура торможения воздуха па входе с двигатель, начиная с М=1,3 на всех высотах больше 288К, а с уменьшением высоты полета (H< 11000 м) и ростом числа М может достигать 400 … 600К. Повышенные температуры ухудшают прочностные характеристики материалов, условия работы маслосистемы и электрооборудования, изменяют зазоры в проточной части компрессора. Уменьшение параметров существенно, влияет на протекание характеристик двигателя. Испытания двигателя в условиях повышенной начальной температуры воздуха осуществляется на установках с подогревом воздуха на входе. Подогрев осуществляется либо подмешиванием струи выхлопных горячих газов от вспомогательного турбореактивного двигателя, либо в специальной камере сгорания. Подмешиваемые продукты сгорания несколько изменяют физические параметры рабочего тела. Однако если подогревающие устройства обеспечивают достаточно полного сгорание топлива, исключая догорание продуктов неполного сгорания в камерах испытуемого двигателя, то до температур 500 … 600К эти изменения не существенны.

Испытания с подогревом воздуха на входе могут осуществляться и с камерами разрежения на срезе реактивного сопла, в этом случае достигается более полное подобие режимов испытания на стенде условиям полета.

Установка с наддувом воздуха на входе в двигатель. Давление воздуха на входе в двигатель при полете в ряде случаев выше атмосферного у земли за счет скоростного напора. Пропорционально увеличению давления воздуха на входе возрастает массовый расход воздуха, а следовательно, и механические нагрузки на детали турбокомпрессора и другие части двигателя. Кроме того, корпусы испытывают повышенные напряжения от сил давления. В наземных условиях испытания с повышенным давлением на входе в двигатель можно осуществить на установке с наддувом воздуха. Источниками воздухоснабжения обычно служит один или несколько серийных ТРД, ТВД или ДТРД. Для увеличения массы воздуха в систему может быть включен эжектор, а для повышения температуры подаваемого воздуха — теплообменник, использующий тепло выхлопных газов вспомогательных ВРД. Для измерения тяги между системой наддува и двигателем помещают телескопическое соединение.

Установка хорошо имитирует условия полета, так как обеспечивает подобные перепады давлений в газовоздушном тракте двигателя и необходимый подогрев воздуха на входе и в отличие от установки с камерой разрежения на срезе сопла позволяет проводить испытания форсированных и прямоточных ВРД. Ее недостатком является большая стоимость и значительная площадь для размещения вспомогательных двигателей и агрегатов.

Измеренные в процессе испытания параметры рабочего тела на входе и выходе и стендовая тяга двигателя дают возможность определить полетную тягу на соответствующей высоте и скорости полета.

1. НАЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ И СТЕНДЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ВРД В ВЫСОТНЫХ УСЛОВИЯХ

Рассмотренные выше схемы стендов не позволяют создать пониженные давления и температуры воздуха на входе в двигатель, имеющие место на значительных высотах при полете с малыми скоростями, и создать обдув двигателя высокоскоростным газовым потоком.

Пониженное давление существенно влияет на рабочий процесс: уменьшаются числа Рейнольдса и, как следствие, при выходе из автомодельной области увеличиваются потери в газовоздушном тракте газотурбинного двигателя. Ухудшается работа основных и особенно форсажных камер. Снижается коэффициент выделения тепла и сужаются границы устойчивого горения и запуска форсажных камер, что может изменить температурное поле на выходе из них. Это существенно влияет на прочностные характеристики ГТД, его узлов и элементов. Уменьшение подачи топлива, связанное с уменьшением расхода воздуха через двигатель, предъявляет более жесткие требования к работе топливорегулирующей аппаратуры. Ухудшаются условия работы системы смазки ее элементов.

Низкие температуры воздуха увеличивают приведенные обороты турбокомпрессора при постоянных физических оборотах, приближая условия его работы к помпажу, ухудшают запуск основных и форсажных камер сгорания. При температуре воздуха на входе, близкой к 273К и его высокой влажности возможно обледенение входного устройства.

Отсутствие обдува двигателя высокоскоростным потоком воздуха не позволяет провести исследование взаимного влияния режимов работы воздухозаборника и двигателя. Для имитации высотных условий создаются наземные станции и стенды такие, как термобарокамера с перегородкой, термобарокамера с присоединенным трубопроводом, барокамера с обдувом входа в двигатель сверхзвуковым потоком.

Наиболее полным в наземных условиях является испытание двигателя с самолетным воздухозаборником в барокамере со сверхзвуковым обдувом. Двигатель устанавливается на жестком станке, так как измерение тяги с помощью нежесткого станка затруднено внешним аэродинамическим сопротивлением. Число М изменяют с помощью регулируемого сопла или сменных сопел (для каждого числа М свое сопло).

Рис. 6. Схема испытания двигателя в большой аэродинамической трубе

1– гидроподъемник, позволяющий изменять положение сопла относительно двигателя; 2 - органы регулирования критического сечения сопла; 3 – сопло; 4 - узел поворота; 5 - испытуемый двигатель; 6 - жесткий станок; 7 - диффузор внутреннего потока; 8 - диффузор внешнего потока; 9 – устройство для впрыска воды

За испытуемым двигателем устанавливают диффузор, преобразующий скоростной напор реактивной струи в статическое давление. На подобных стендах не удается в точности воспроизвести внешнюю картину обтекания двигателя, так как расход воздуха через двигатель меняется от режима к режиму, и общий расход через установку остается постоянным (лимитируется критическим сечением стендового сопла). Однако работа самолетного воздухозаборника и влияние его на последующие агрегаты соответствует натурным условиям в полете. Это позволяет отрабатывать влияние воздухозаборника и схем его регулирования на характеристики узлов и двигателя в целом при различных скоростях полета и углах атаки.