СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АГРЕГАТОВ ТОПЛИВОПИТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРЯМОТОЧНЫХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
BENCH FOR TESTING AGGREGATES OF FUEL SUPPLY AND CONTROL OF RAMJETS

Изобретение относится к установкам для испытания топливорегулирующей аппаратуры и может быть использовано для испытания агрегатов топливопитания прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД).
Наиболее близким техническим решением является топливная система стенда для испытания двигателей, используемая преимущественно для испытания агрегатов воздушно-реактивных двигателей, содержащая последовательно подключенные топливную емкость, магистраль низкого давления, топливный насос высокого давления, выходная магистраль которого связана со входом топлива в агрегат регулирования, имеющий несколько магистралей отвода топлива к коллекторам форсунок двигателя (см. а.с. СССР №1116828, кл. G01M 15/00, 11.01.1983 г., опубликованное 10.12.2005 г., БИ 34-05).
Известная система позволяет проводить испытания агрегатов регулирования воздушно-реактивных двигателей в широком диапазоне рабочих режимов, однако она не позволяет проконтролировать режим запуска ПВРД.
Характерной особенностью запуска ПВРД является его кратковременность. Время от открытия заглушек коллекторов до розжига камеры сгорания двигателя составляет обычно 0,3…0,35 с. Эта кратковременность обусловлена тем, что начальный разгон летательного аппарата до скорости, при которой ПВРД окажется способным развивать потребную для полета тягу, осуществляется с помощью вспомогательной силовой установки, выполненной обычно в виде порохового ускорителя, а минимальная скорость полета, допускающая применение ПВРД, составляет не менее 650 км/ч, следовательно, из-за увеличения времени запуска может наступить такой момент, при котором скорость летательного аппарата может оказаться ниже минимальной скорости полета, при которой ПВРД способен создавать потребную тягу (см., например, «Реактивные двигатели». Под редакцией О.Е. Ланкастера. Военное издание МО СССР, 1962 г., стр.243).
В агрегатах регулирования ПВРД в транспортном положении все дозирующие элементы и запорные клапаны полностью открыты, рабочее положение они занимают только спустя ~0,35 с от начала подачи топлива в камеру сгорания двигателя. В течение этого времени стендовая система должна обеспечить возможность контроля следующих параметров:
- времени перемещения дозирующих элементов из максимального в рабочее положение;
- времени закрытия запорных клапанов, входящих в состав агрегата регулирования и установленных при необходимости перед каждым отводом топлива к коллекторам форсунок.
Известные стенды для испытания агрегатов регулирования большерасходных ПВРД, в которых максимальный расход топлива может колебаться от нескольких тонн до нескольких десятков тонн в час, не в состоянии обеспечить контроль всех вышеперечисленных динамических процессов, т.к. все стандартные запорные устройства (краны, вентили, заслонки), устанавливаемые на стендах, медленнодействующие, чтобы исключить возможность образования гидроударов в процессе испытаний, в то время как специфика работы ПВРД требует релейного открытия специальных запорных устройств, установленных на выходе из агрегата.
Требования к быстродействию закрытия указанных запорных устройств не предъявляются, и быстродействие их закрытия выбирается обычно исходя из условия исключения образования гидроударов в тракте стендовой системы в процессе испытаний.
Техническим результатом, на решение которого направлено настоящее изобретение, является расширение диапазона проверок рабочих характеристик агрегата регулирования, обеспечение возможности имитации режима запуска ПВРД с контролем параметров динамических процессов без увеличения габаритов стенда.
Для достижения указанного технического результата в стенде для испытания агрегатов топливопитания и регулирования прямоточных воздушно-реактивных двигателей, содержащем топливную емкость, магистраль низкого давления, топливный насос высокого давления, выходная магистраль которого связана со входом топлива в агрегат регулирования, имеющий одну или несколько магистралей отвода топлива к коллекторам форсунок двигателя, в каждой магистрали отвода топлива к коллекторам форсунок двигателя установлены запорные устройства, время открытия которых не превышает 0,15 с.
Перед топливным насосом высокого давления в магистраль низкого давления может быть установлен подкачивающий насос, выход которого связан со входом в топливный насос высокого давления, а магистрали отвода топлива из агрегата регулирования также связаны со входом в топливный насос высокого давления.
Кроме того, в магистрали подкачивающего насоса может быть установлен редукционный клапан.
Отличительные признаки, а именно установка в магистралях отвода топлива к коллекторам форсунок двигателя запорных устройств, время открытия которых не превышает 0,15 с, позволяют расширить диапазон проверок рабочих характеристик агрегата регулирования за счет обеспечения возможности имитации режима запуска ПВРД с контролем динамических процессов.
Кроме того, постановка дополнительного подкачивающего насоса с магистралью, в которой установлен редукционный клапан, перед топливным насосом высокого давления не требует топливной емкости большого размера и использования длинных и объемных труб, что уменьшает габариты стенда.
На фиг.1 представлена принципиальная схема топливной системы предложенного стенда для испытания; на фиг.2 показана система фиг.1 с подкачивающим насосом.
Стенд (фиг.1) содержит топливную емкость 1, магистраль 2 низкого давления с установленным в ней краном 3, связанную со входом в топливный насос 4 высокого давления.
Испытываемый агрегат 5 регулирования, вход которого через фильтр 6 связан с выходной магистралью насоса 4, имеет несколько магистралей отвода топлива (например, две), в каждой из которых последовательно установлены соответственно запорные устройства 7, 8, время открытия которых не превышает 0,15 с, имитаторы форсунок 9, 10 двигателя и средства 11, 12 измерения расхода топлива (например, расходомеры).
Для контроля динамических процессов перед имитаторами 9, 10 также установлены средства 13, 14 измерения давления (например, датчики давления).
Перед топливным насосом 4 (см. фиг.2) может быть установлен подкачивающий насос 15 с магистралью 16, в которой расположен редукционный клапан 17. Магистрали отвода топлива из агрегата 5 также связаны с магистралью 16.
Система работает следующим образом. При штатной проверке характеристик агрегата 5 запорные устройства 7, 8 находятся в открытом положении и топливо из емкости 1 через открытый кран 3 поступает на вход в топливный насос высокого давления 4 и через фильтр 6 подводится на вход к агрегату 5. Из агрегата 5 топливо отводится к имитаторам форсунок 9, 10 и через расходомеры 11, 12 сливается в топливную емкость 1. Параметры рабочих характеристик агрегата 5 замеряются при помощи расходомеров 11, 12 и датчиков давления 13, 14.
При необходимости в стендовой системе могут быть установлены любые недостающие приборы.
Для имитации режима запуска запорные устройства 7, 8 закрываются, давление во всех внутренних полостях агрегата 5 регулирования устанавливается равным давлению за топливным насосом 4, и все дозирующие элементы агрегата 5 занимают транспортное положение, т.е. положение максимального открытия. После открытия запорных устройств 7, 8 все дозирующие элементы агрегата 5 перемещаются в положение, соответствующее заданному режиму работы, и эти динамические процессы фиксируются приборами (например, датчиками давления 13, 14, расходомерами 11, 12). Время открытия запорных устройств должно быть обеспечено в пределах 0,05…0,15 с Превышение этого времени нежелательно, т.к. процессы перемещения дозирующих элементов агрегата 5 в заданное положение длится обычно 0,3…0,35 с, и завышение времени открытия запорных устройств искажает характеристики динамических процессов при запуске.
При работе топливной системы с подкачивающим насосом 15 (см. фиг.2) имитация процесса запуска аналогична изложенному, однако топливо из агрегата 5 регулирования сливается в магистраль 16, заданное давление в которой поддерживается редукционным клапаном 17. Это позволяет сократить габариты стенда за счет сокращения длины трубопроводов и уменьшения топливной емкости.
Таким образом, введение запорных устройств 7, 8 на выходе из агрегата регулирования, время открытия которых не превышает 0,15 с, позволило расширить диапазон проверок рабочих характеристик агрегата регулирования за счет возможности имитации режима запуска ПВРД, а постановка дополнительного подкачивающего насоса 15 перед топливным насосом 4 высокого давления позволила сократить габариты стенда за счет уменьшения топливной емкости 1 и сокращения длины и объема труб.