УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВЫХ СТРУЙ НА СРЕЗЕ ВЫХОДНЫХ УСТРОЙСТВ ГТД

Полезная модель относится к области измерительной техники, а конкретно к устройствам диагностирования двигателей по изменению аэроакустических характеристик потока, протекающего через проточную часть авиационного ГТД.
Известен способ и устройство аэроакустической диагностики авиационного газотурбинного двигателя (патент РФ №2028581, МПК G01H 15/00, опубл.09.02.1995 г.), основанный на сравнении уровней звукового давления аэродинамического шума на срезе сопла бездефектного двигателя и двигателя с характерными дефектами, замеренным микрофоном, соединенным с анализатором спектра. Недостатком данного способа является малая точность и достоверность диагностирования из-за влияния фоновых шумов самой реактивной струи и шумов элементов работающего двигателя (например вращение рабочих лопаток компрессора и турбины, Горение в камере сгорания).
Известен способ и устройство измерения акустических характеристик газовых струй на срезе выходных устройств ГТД (заявка на изобретение №93054672, МИК G01H 11/00, опубл. 10.08.1996 г.), включающий последовательное перемещение точки дальнего фокуса акустического устройства по всей плоскости среза сопла, концентрацию звуковых волн в ближнем фокусе акустического устройства и замер параметров шума. Недостатками данного способа является невозможность переустановки микрофона в один из фокусов гиперболического зеркала, тогда как другой фокус вносят в нужную для замера точку реактивной струи на срезе сопла. При этом не отсекаются фоновые шумы и не точно определяются неравномерности в шумовой структуре реактивного потока газа на срезе сопла.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель заключается в повышении точности и достоверности диагностирования за счет локализации объемов измерения и избирательности точек измерения.
Технический результат достигается тем, что устройство измерения акустических характеристик газовых струй на срезе выходных устройств ГТД включает систему замера уровней звукового давления выполненную в виде волоконно-оптической решетки, состоящую из волоконно-оптических датчиков, при этом шаг решетки уменьшается к ее периферии.
Волоконно-оптическую решетку устанавливают неподвижно в плоскости перпендикулярной газовой струе и соосно с ней.
Технический результат достигается за счет эффекта сканирования площади сопла (круглого, прямоугольного и т.п.), путем размещения системы волоконно-оптических датчиков на срезе сопла обладающих высокой чувствительностью для более точного диагностирования по секторам и по окружности (для круглого сопла) и для прямоугольного сканирования соответственно (прямоугольного сопла) путем измерения уровней звукового давления в отдельных точках, не менее пяти раз в каждой точке, выхлопного потока.
Предлагаемым устройством уровни звукового давления замеряют как в отдельных локальных точках реактивной струи, так и по всей площади среза сопла. Для этого используют замкнутую систему из волоконно-оптических датчиков (ВОД), которая способна вырабатывать сигналы о динамическом изменении своей конфигурации под действием акустических шумов реактивной струи двигателя, при этом шаг сетки ВОД уменьшается к кромке сопла двигателя для повышения информативности замеряемых полей параметров. Пространственное динамическое поле (на мониторе) изменяется в местах дефектов (прогара турбинных лопаток или иного дефекта) в сторону отличной от выхода реактивной струи двигателя - вакуумный эффект, а изменение акустических параметров будет изменяться в сторону выхода реактивной струи.
При этом отсекаются фоновые шумы и более точно определяют неравномерности в шумовой структуре реактивного потока газа на срезе сопла. Одновременно по отклонению уровней звукового давления по частотам от эталонных определяют наличие характерных или неопределенных дефектов и положение турбулентных следов дефектов в потоке, а значит и самих дефектов в определенном секторе проточной части двигателя. Преимущества заключается в нахождении ранее неизвестных дефектов и при дальнейших исследованиях возможность определять их параметры и вносить в банк данных.
На фиг.1 представлена схема устройства измерения акустических характеристик газовых струй на срезе выходных устройств ГТД.
На срезе сопла 1 авиационного газотурбинного двигателя установлена система волоконно-оптических датчиков 2 со специальной конфигурацией (прямоугольной, или круглой), которая перпендикулярна оси 3 шарнира 4, с помощью которого происходит перемещение системы волоконно-оптических датчиков в плоскости среза сопла двигателя. Волоконно-оптическая решетка представляет собой дифракционную решетку состоящую из волоконно-оптических датчиков, при этом шаг решетки уменьшается к ее периферии. Система волоконно-оптических датчиков через шарнир 4 прикреплена к стойке 5. Направляющая труба 6, вдоль которой перемещается стойка 5 закреплена на жестком основании 7. Шарнир 4 и стойка 5 оснащены: приводами (электро или пневмоприводами) 8 и 9, а также датчиками положения 10 и 11 соответственно. Каждый привод 8 и 9 и датчики положения 10 и 11 связаны с решающим устройством 12 (например ЭВМ, или микропроцессорное устройство, или бортовой вычислительный комплекс самолета и т.п.). Система волоконно-оптических датчиков подключена соответственно к источнику света и к фотоприемнику пульта опроса системы регистрации 13, которая связана с блоками: набор эталона 14 исправного двигателя и эталонов характерных дефектов 15, программ зондирования потока 16 и индикации потока 17. Блок индикации 17 связан с тремя табло: "Исправен" 18 (или в том же смысле "Дефектов не обнаружено"), " Дефект известен" 19 (или сразу название и характеристики дефекта), "Дефект неизвестен" 20 (или возможен показ характеристик и расположения дефекта, не обнаруженного в наборе эталонов характерных дефектов).
Работает устройство следующим образом. Основание 7 устройства устанавливают под срезом сопла 1 двигателя. Затем в блок программ зондирования потока 16 вводят программу 22 перемещения системы волоконно-оптических датчиков вдоль плоскости среза сопла двигателя.
Координаты положения системы волоконно-оптических датчиков контролирует решающее устройство 12 по показаниям датчиков положения 10 и 11. После установки заданного положения всего устройства, решающее устройство 12 подает сигнал на анализатор спектра 13. Система волоконно-оптических датчиков производит замер и преобразование уровней звукового давления по частотам в заданной точке. Результаты поступают в решающее устройство 12, где их сравнивают с эталонами исправного двигателя и эталонами характерных дефектов, поступающими из блока 15. Производя не менее 5-и замеров и сравнений с эталонными, решающее устройство 12 выдает на блок индикации 17, который включает одно из трех табло: либо "Исправен" 18, либо "Дефект такой-то 19" (из набора известных дефектов, либо" Дефект есть, но он до сих пор не встречался" 20. В последнем случае двигатель подвергают тщательному изучению, как данным способом, так и всеми другими известными способами для определения характера, и величины и расположения нового дефекта. После проверки узнаваемости этого дефекта, предлагаемым способом его параметры 21 вносят в блок банк данных эталонов 19 в эталоны характерных дефектов.
Преимущество данного устройства заключается в применении радиоприема и передачи данных на расстоянии, не приближаясь к работающему двигателю и нахождении ранее неизвестных дефектов при диагностировании двигателя.
Таким образом, за счет замера параметров по всему срезу сопла с помощью установленной неподвижно системы из волоконно-оптических датчиков, повышается достоверность и точность замеряемых параметров, что позволяет диагностировать ТРД с высокой степенью точности.