СТЕНД ДЛЯ ВЫСОТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ДВУХКОНТУРНЫХ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
ALTITUDE TEST BENCH FOR DOUBLE-FLOW JET TURBINE ENGINES, AND ITS OPERATING METHOD (VERSIONS)

Изобретение относится к области испытаний турбореактивных двигателей на стенде в условиях, близких к полетным.
Воспроизведение высотно-скоростных и климатических условий является составной частью стендовых испытаний, проводимых в процессе создания и совершенствования газотурбинных двигателей. Испытания по определению дроссельных и высотно-скоростных характеристик, а также испытания по оценке эксплуатационных характеристик двигателя, прежде всего его пусковых свойств, являются основой работ, выполняемых на стенде.
Первый вид испытаний проводится, как правило, в термобарокамере (ТБК) высотного стенда по схеме с присоединенным воздухопроводом, второй - на климатическом стенде или в ТБК по схеме с разделяющей перегородкой.
Известно техническое решение, содержащее барокамеру с испытываемым двигателем, холодильную и эксгаустерную установки. От выхлопного диффузора ко входу в двигатель установлен возвратный трубопровод с расположенными в нем дросселем и инжектором, регулирующими заданные параметры и расход воздуха второго контура (а.с. №249002 от 20.03.1968 г., по кл. G01M, «Стенд для высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей» - аналог). Однако недостатком данного устройства является то, что оно громоздко, перегружено вспомогательным оборудованием, требует значительных затрат электроэнергии, а также не обеспечивает саморегулирование газовоздушного контура ТБК, что уменьшает провал имитируемой скорости в процессе запуска.
Для двигателей с радиальным входом вместо трубопровода на входе применяют перегородку, которая делит внутреннюю полость ТБК на два отсека - компрессорный и силовой (патент №2336514 от 20.10.2008 г., МПК G01M 15/14, «Способ высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей и стенд для его осуществления»), в котором описан способ высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей, заключающийся в запуске испытываемого двигателя, подачу на его вход воздуха из термостатической установки и воздуха второго контура, его расхода, вывод газа из тракта первого контура эксгаустерной установкой, перепуск воздуха в ТБК из воздушного тракта с формированием передних зон с перетеканием через переднюю перегородку, термостатирование испытуеваемого двигателя с последующим запуском. Это обеспечивается стендом для высотных испытаний, содержащим термостатическую, эксгаустерную установки, ТБК с двигателем, при этом выход второго контура двигателя отделен от газового тракта его первого контура с возможностью перепуска воздуха в термобарокамеру, а полости ТБК разделены перегородками, установленными в зоне входного устройства двигателя и в зоне его выхода, передняя перегородка имеет регулируемые отверстия, а задняя перепускные клапаны.
Однако точность измерения испытываемого двигателя недостаточна, так как не обеспечивается силовая развязка элементов крепления двигателя от динамометрической платформы, обслуживающей ТБК, и самое главное, для расширения диапазона имитируемых высот и скоростей при проведении испытаний при сохранении существующей энергетики высотно-компрессорной станции.
Известно также техническое решение (патент России №2336514 от 20.10.2008 г., МПК G01M 15/00) для высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей, содержащее термостатическую, эксгаустерную установки, термобарокамеру с размещенным внутри нее испытуемым двигателем, в котором внутренняя полость термобарокамеры разделена передней и задней перегородками, установленными соответственно в зоне входного устройства испытываемого двигателя и в зоне его выхлопа, при этом передняя перегородка снабжена регулируемыми отверстиями, а задняя перегородка имеет перепускные клапаны.
Однако основным недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает определение дроссельных и высотно-скоростных характеристик.
Целью изобретения является повышение точности измерения тяги и сокращение затрат при испытании авиационных двигателей в высотно-скоростных и климатических условиях, расширить диапазон имитируемых высотно-климатических условий, что позволит без проведения монтажных работ в ТБК перейти от схемы с разделяющей перегородкой к схеме с присоединенным трубопроводом.
Комбинированная схема с регулируемым перепуском из ресивера представляет собой объединение схем с разделяющей перегородкой и с присоединенным воздухопроводом. Данная схема расширяет диапазон воспроизводимых высотно-скоростных условий в ТБК. Для комбинированной схемы характерно саморегулирование газовоздушного потока контура ТБК, что упрощает поддержание имитируемой скорости при проверке пусковых свойств двигателя и на переходных режимах.
Поставленные задачи для конструкции решаются тем, что стенд выполнен в виде стенда для высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей. Стенд содержит термостатическую и эксгаустерную установки, термобарокамеру и размещенный внутри нее испытываемый двигатель, установленный на неподвижных стойках на динамометрической платформе, при этом воздушный тракт контура испытываемого двигателя сообщен со входом в термобарокамеру через регулируемое отверстие, внутренняя полость термобарокамеры разделена перегородкой, установленной в зоне выхлопа двигателя и снабжена перепускными клапанами.
Согласно изобретению термобарокамера снабжена подводящим трубопроводом с внешним дросселем от высотной линии и через колено соединено с ресивером, жестко установленным на динамометрической платформе, выход которого соосно соединен через лемнискатный насадок и расходомерный коллектор с входом испытуемого двигателя, сопло которого установлено с радиальным зазором и малым осевым перекрытием внутрь выхлопного трубопровода с эжектирующим насадком, закрепленного на разделяющей перегородке, при этом подводящий трубопровод с внешним дросселем соединен с трубой дросселя перепуска для прохода внутрь ресивера нагнетаемого воздуха, поступающего из внешнего трубопровода в термобарокамеру.
Поставленные задачи для условий эксплуатации стенда по схеме с присоединенным трубопроводом решаются таким способом функционирования стенда, что воздух от термостатической и эксгаустерной установки с избыточным давлением подводят к трубопроводу от высотной линии (8), трубопровод низкого давления (11) перекрывают до минимально потребного расхода воздуха для обдува испытуемого двигателя при его течении из входного отсека (9) в выходной отсек (1) через дроссель перепада (14), дроссель перепуска из ресивера (10) закрывают, при этом воздух через колено поступает в ресивер (7), расположенный внутри отсека (9), откуда через лемнискатный насадок (6), расходомерный коллектор (5) поступает на вход испытуемого двигателя (4), установленного на динамометрической платформе (12), а сопло испытуемого двигателя устанавливают с радиальным зазором 0,5 мм и осевым перекрытием внутрь выхлопного трубопровода с эжектирующим насадком (3), закрепленного на разделяющей перегородке (2), поступающий в отсек (1) газ откачивают эксгаустерной установкой.
Для условий эксплуатации стенда по схеме с разделяющей перегородкой решаются таким способом функционирования стенда, что воздух от холодильной и эксгаустерной установки с избыточным давлением подводят к трубопроводу низкого давления (11), трубопровод (8) перекрывают и полностью открывают трубопровод (11) для поступления воздуха в отсек (9) по оси ТБК, открывают дроссель перепуска (10) из ресивера и подают далее через лемнискатный насадок (6), расходомерный коллектор (5), двигатель(4), выхлопной трубопровод с эжектирующим насадком (3) с последующей откачкой из отсека (1) воздуха эксгаустерной установкой, при этом открытый дроссель (14) обеспечивает потребный расход воздуха для обдува испытуемого двигателя при его истечении из отсека (9) в отсек (1).
Для обоих вариантов функционирования по срезу сопла двигателя устанавливается статическое давление, которое соответствует заданной высоте полета, а по входу двигателя - полное давление, соответствующее заданным значениям скорости полета. Управление дросселями газовоздушного контура снаружи и внутри ТБК обеспечивает точную регулировку потребной величины имитируемой высоты и скорости полета.
На чертеже схематично представлен продольный разрез заявляемого стенда для высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей, комбинированная схема с регулируемым перепуском из ресивера, представляющая собой функциональное объединение схем с разделяющей перегородкой и с присоединенным воздухопроводом, реализующего два способа функционирования газовоздушного контура внутри ТБК. Такое объединение позволяет проводить весь объем испытаний без изменения компоновочной схемы внутри ТБК.
Стенд содержит термобарокамеру круглого сечения, внутренняя камера которой разделена перегородкой 2 на два отсека 1 (второй отсек) и 9 (первый отсек). В первом отсеке на неподвижных стойках 13, установленных на динамометрической платформе 12 установлен испытуемый двигатель 4. На той же динамометрической платформе в отсеке 9 установлен неподвижно ресивер 7, выход которого через лемнискатный насадок 6 соосно соединен с расходомерным коллектором 5 и далее со входом двигателя 4. Вход ресивера 7 соединен с трубопроводом высокого давления 8 и дросселем перепуска 10, выходом соединенного с отсеком 9. Отсек 9 в передней осевой части ТБК снабжен трубопроводом низкого давления 11. Сопло двигателя установлено с радиальным зазором 0,5 мм и малым осевым перекрытием внутрь выхлопного трубопровода с эжектирующим насадком 3, закрепленного на разделяющей перегородке 2. Разделяющая перегородка 2 снабжена выпускным дросселем 14. Стенд имеет термостатическую установку 16 и эксгаустерную установку 15.
Заявляемый стенд для высотных испытаний двухконтурных турбореактивных двигателей работает следующим образом.
Первый вариант соответствует схеме с присоединенным трубопроводом. Воздух от термостатической и эксгаустерной установки с избыточным давлением подводится к трубопроводу высокого давления 8. Трубопровод низкого давления 11 перекрывается практически полностью, так чтобы обеспечить минимально потребный расход воздуха для обдува двигателя при его течении из входного отсека 9 в выходной отсек 1 через дроссель перепуска 14. Дроссель перепуска из ресивера 10 закрывается. В результате воздух из трубопровода 8 через «колено» поступает в ресивер 7, расположенный внутри отсека 9. Откуда через лемнискатный насадок 6 расходомерный коллектор 5 поступает на вход двигателя 4. Сопло двигателя устанавливается с радиальным зазором 0,5 мм и малым осевым перекрытием внутрь выхлопного трубопровода с эжектирующим насадком 3, закрепленного на разделяющей перегородке 2. Истекая из сопла двигателя газ поступает в отсек 1, откуда откачивается эксгаустерной установкой.
Второй вариант соответствует схеме с разделяющей перегородкой. Воздух от холодильной и эксгаустерной установок с избыточным давлением подводится к трубопроводу низкого давления 11 и поступает в отсек 9. Трубопровод высокого давления 8 перекрывается. Направление входа воздуха - по оси ТБК. Дроссель перепуска из ресивера 10 открывается. Воздух через открытый дроссель перепуска поступает внутрь ресивера 7 и далее через лемнискатный насадок 6, расходомерный коллектор 5, двигатель 4, выхлопной трубопровод с эжектирующим насадком 3, откачивается из отсека 1 эксгаустерной установкой. Дроссель 14 обеспечивает минимально потребный расход воздуха для обдува двигателя при его течении из отсека 9 в отсек 1.
Для обоих вариантов по срезу сопла двигателя устанавливается статическое давление, которое соответствует заданной высоте полета, а по входу двигателя - полное давление, соответствующее заданным значениям скорости полета. Управление дросселями газовоздушного контура, а именно дросселями трубопроводов 8 и 11 снаружи и дросселями 10 и 14 внутри ТБК обеспечивает точную регулировку потребной величины имитируемой высоты и скорости полета.