Расчёт и построение дроссельной характеристики ТРДД по результатам испытаний. Оценка параметров ТРДД на соответствие ТУ

Испытания авиационных ДВИГАТЕЛЕЙ

 

Лабораторная  работа № 1

Расчёт и построение дроссельной  характеристики ТРДД по результатам  испытаний. Оценка параметров ТРДД  на соответствие ТУ.

Содержание

1	Цель работы …………………………………………………………………...	1
2	Теоретическая часть …………………………………………….....................	1
	2.1. Определение дроссельной характеристики ГТД. Изменение параметров ТРДД при изменении режима работы …………………………	1
	2.2. Снятие ДХ ТРДД. Режимы работы ТРДД при  снятии ДХ …………..	2
	2.3. Влияние атмосферных условий на дроссельные характеристики ГТД	4
	2.4. Приведение измеренных параметров к стандартным атмосферным условиям (САУ). Формулы приведения …………………………………….	6
	2.5.  Построение дроссельной характеристики …………………………….	7
	2.5.1. Построение ДХ при её снятии во всём диапазоне заданных режимов …………………………….………………………………………...	7
	2.5.2. Построение  ДХ с использованием СДХ …………………………….	8
	2.5.3.Автоматическое построение ДХ методом наименьших квадратов …	10
3.	Оценка параметров двигателя на основных режимах работы …………….	11
4.	Порядок выполнения работы ..……………………………………………….	11
5.	Содержание отчёта …………………………………………………………...	13
Таблицы и графики ………………………………..……………………......		15

1. Цель работы

1.1 Изучение методов обработки  параметров при снятии дроссельной характеристики (ДХ) ТРДД.

1.2 Изучение методов построения ДХ ТРДД по результатам стендовых испытаний.

1.3 Оценка параметров ТРДД на основных режимах работы по ДХ.

1.4 Оценка соответствия параметров двигателя ТУ

 

2. Теоретическая часть

 

2.1. Определение дроссельной характеристики  (ДХ) ГТД. Изменение параметров ГТД при изменении режима работы

Дроссельной характеристикой  (ДХ) ГТД называется зависимость основных параметров ГТД от какого- либо параметра, характеризующего режим его работы и называемого “режимным параметром”,  при неизменных внешних условиях. Обычно ДХ строятся в зависимости от частоты вращения n ротора ГТД  (или одного из роторов – для многовальных ГТД).

Изменение n ротора происходит вследствие изменения расхода топлива G_т, поступающего в КС. Это изменение G_т осуществляется системой автоматического регулирования (САР) путём перемещения рычага управления двигателем (РУД).

При увеличении G_т возрастает температура газов перед турбиной T_г*; следовательно, мощность  турбины N_т увеличивается и становится больше, чем мощность компрессора N_к, режим которого в первый момент времени остаётся неизменным, т. е.:

N_т > N_к.

Избыточная мощность  турбины DN_т = N_т - N_к расходуется на увеличение  частоты вращения n турбокомпрессора.

Рост n прекращается при достижении на некотором значении n равенства мощностей турбины и компрессора N_т = N_к.

При уменьшении G_т имеет место обратный процесс.

При изменении режима параметры ГТД значительно изменяются.  В диапазоне режимов от взлётного до малого газа (МГ) тяга R  уменьшается в 15…30 раз. Удельный расход топлива С_R изменяется почти в два раза. Расход воздуха G_в уменьшается примерно в четыре раза, а n – в 1,5…2 раза.

 

2.2. Снятие ДХ ГТД. Режимы работы ГТД при   снятии ДХ

При стендовых испытаниях серийного  ГТД должны определяться  основные  его  параметры, предусмотренные  программой испытаний, на режимах работы ГТД, указанных в технических условиях (ТУ) на ГТД.  Параметры ГТД, подлежащие оценке и сравнению с ТУ, определяются по ДХ.

Эти требования определяют номенклатуру режимов работы ГТД для оценки на них параметров по ДХ.

Основными режимами работы ГТД для гражданских самолётов  являются следующие:

 - земной малый газ (ЗМГ), используемый при рулении и движении самолёта на земле,

- взлётный, используемый при взлёте самолёта,

- максимальный продолжительный режим (МП), используемый при наборе высоты эшелона самолётом,

- крейсерские, используемые при полёте самолёта на эшелоне,

- полётный малый газ (ПМГ), используемый при снижении самолёта,

- режим максимальной обратной тяги (реверсирования тяги), используемый при посадке самолёта.

Указанные режимы соответствуют типовому профилю  полёта гражданских самолётов.

Параметры ТРДД для гражданских  самолётов (например, НК-86, НК-8-2У) оцениваются  по ДХ на  режимах: МГ, взлётном, МП, крейсерских: 0,85МП, 0,7МП, 0,6МП, 0,4МП и на режиме максимальной обратной тяги.

Для построения ДХ конкретного ГТД  производится снятие ДХ ГТД, под которой понимается измерение на заданных режимах параметров испытываемого ГТД. Измерение параметров для построения ДХ не обязательно производить на всех указанных выше режимах. Номенклатура  режимов, используемых  для снятия ДХ, зависит от способа построения ДХ.

Измерение параметров для построения ДХ производится после выдержки ГТД  на каждом режиме не менее 5 мин. Время работы ГТД на режиме перед регистрацией параметров определяется исходя из условий достижения равновесного теплового состояния ГТД. Для ТРДД, как показали экспериментальные испытания, время достижения равновесного теплового состояния составляет 5…7 мин. Соответственно, для построения ДХ, соответствующей установившимся режимам работы ГТД, время выдержки  на режиме должно составлять не менее 5 мин.

 

2.3. Влияние атмосферных условий на ДХ ГТД

При испытаниях ГТД на испытательном стенде ДХ снимается в условиях H = 0, V = 0 (М = 0), но при различных значениях температуры T_H и давления P_H атмосферного воздуха. На рис. 1 представлены ДХ  ТРДД:  зависимости R, G_т, n_ВД, температуры газов за турбиной t₆^*, С_R, полного давления воздуха за компрессором Р₂*_ВД, температуры воздуха за компрессором T₂*_ВД, T_г* от n_НД, т.е. зависимости R = f(n_НД), G_т = f(n_НД),

С_R = f(n_НД), n_ВД = f(n_НД), t₆* = f(n_НД), Р₂*_ВД = f(n_НД), T₂*_ВД = f(n_НД), T_г* = f(n_НД), при САУ для H = 0, М = 0 (T_H = 288 К  и P_H = 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Указанные зависимости термогазодинамических  параметров (ТГДП) характеризуют состояние только проточной части ТРДД.

На  рис. 2 представлены ДХ, снятые при разных T_H и P_H. Как видно из рис. 2, эти ДХ различаются между собой. Принято говорить о “расслоении” ДХ по T_H и P_H. В связи с этим возникает вопрос о сравнении ДХ разных ГТД,  например, одной серии, или о сравнении ДХ одного и того же экземпляра ГТД, снятых при разных T_H и P_H. Ясно, что практически невозможно снимать ДХ при одних и тех же T_H и P_H.

Решение задачи сравнения  ДХ, снятых при разных T_H и P_H, состоит, очевидно, в исключении влияния T_H и P_H на ДХ, для чего целесообразно принять некоторые постоянные значения T_H и P_H, при которых и строить ДХ.  Такие значения T_H и P_H называются стандартными и составляют в соответствии со стандартной атмосферой (СА) для условий H=0, М =0:

T_H = 288 К, P_H = 101,325 кПа, а ДХ, построенные для этих стандартных атмосферных условий (САУ), называются обобщёнными или универсальными. Таким образом, поставленная задача свелась к задаче построения обобщённых ДХ, снятых при любых T_H и P_H. 

Из рис. 2 видно, что  точки ДХ, снятые при T_H и P_H, отличных от стандартных, “ложатся” на обобщённые ДХ при выполнении операции приведения измеренных термогазодинамических параметров (ТГДП) к САУ.

 

 

Рис. 1 Дроссельные характеристики двухвального ТРДД

                                         при H = 0, М = 0, T_H = 288 К, P_H  = 101,3 кПа

 

Следовательно, для того, чтобы можно было пользоваться снятыми  на стенде или на ЛА  характеристиками ГТД независимо от атмосферных условий, для того,  чтобы эти характеристики были универсальными, необходимо измеренные параметры потока привести к САУ для  H = 0 и

М = 0 (T_H = 288 K,  Р_H=101,3 Па (760 мм рт. ст.), j = 0 %).

 

Рис.2 Сравнение обобщённых (универсальных) дроссельных характеристик

и дроссельных характеристик  при атмосферных условиях, отличных от САУ

 

2.4. Приведение измеренных ТГДП к стандартным атмосферным условиям (САУ). Формулы приведения

Приведение измеренных при любых T_H и Р_H ТГДП к САУ производится с помощью формул приведения ТГДП, полученных на основании теории подобия.

Формулы приведения ТГДП

                    n_пр = n_измÖ[(288/ (t₁* +273)] `N_d                                                      (1.1)

R_пр = 760 R_изм / Р₁*                                                             (1.2)

                 G_{т пр} = 760 G_т изм Ö[(288/(t₁* +273)]`G<sub>т</sub>`G_тd / P₁*               (1.3)

T* _{пр i} = (t _{изм i}* +273) [288/(t₁* +273)]`T _i -273                           (1.4)

P _{пр i} *= P_{изм i} * (760/ Р₁*)                              (1.5)

C_{R пр} = G_{т пр} / R_пр                                     (1.6)

G_{в пр} = G_{в изм}*101,325*[Ö(T₁^*/288)]*`G<sub>т</sub>`G_тd / P₁^*           (1.7)

где n_изм, R_изм, T^*_изм, G_{т изм}, P^*_изм, C_{R изм}, G_{в изм} - измеренные  при T₁^* и Р₁^* ТГДП; T₁* и Р₁*- полная (заторможенная) T и Р на входе в ГТД соответственно; `N<sub>d</sub>,`Т,`G<sub>т</sub>,`G_тd - поправочные коэффициенты, учитывающие влияния изменение теплоёмкости C_p рабочего тела в зависимости от относительной влажности j и T₁*; определяются экспериментально; i –индекс сечения по тракту ГТД; n _пр, R _пр, T^*_пр, G_{т пр}, P^*_пр, C_{R пр}, G_{в пр изм} – приведенные к САУ ТГДП.

Зависимости поправочных  коэффициентов `Т,`G_т от T₁^* для  ТРДД приведены на рис. 3. Значения `Т,`G_т тем больше отличаются от 1, чем больше T₁^*отличается от 288 К. При T₁^* = 288 К `Т =1 и `G_т =1.

Зависимости поправочных  коэффициентов `N<sub>d</sub>,`G_тd от абсолютной влажности d приведены на рис. 4, а зависимость d от j - на рис. 5. Влияние влажности учитывается при T₁^*> 303 К.

 

2.5. Построение дроссельной характеристики

 

2.5.1. Построение ДХ при её снятии во всём диапазоне заданных режимов.

Построение ДХ производится на мм – бумаге. На мм – бумагу наносятся шкалы ТГДП в установленных масштабах, а затем на поле графика наносятся значения приведенных к САУ ТГДП на установленных режимах работы ГТД в виде точек. Нанесённые точки значений каждого  ТГДП соединяются плавными линиями с помощью лекала. Построенная указанным способом зависимость ТГДП от режимного параметра должна удовлетворять следующему требованию:  нанесённые точки должны лежать на линии или располагаться по обе стороны от  неё  в  пределах  от максимально измеряемой величины не более: для R и G_т:± 0.5%, для n_НД и n_ВД: ± 20 об/мин, для t₆*: ±1%, за исключением явно выпавших точек (таких точек должно быть не более одной на характеристику). Взлётная точка не должна быть выпавшей.

 

 

2.5.2. Построение  дроссельной характеристики с использованием СДХ

В настоящей лабораторной работе рассматривается  способ построения индивидуальной дроссельной характеристики (ИДХ) конкретного экземпляра ГТД с помощью сводной дроссельной характеристики  (СДХ), используемый с целью сокращения энерго- и трудозатрат при испытании ГТД. При построении ДХ по этому способу параметры измеряются только на режимах: взлётном и МП.

Сводной дроссельной характеристикой (СДХ) называется среднестатистическая ДХ ГТД данной модификации (табл.1) . Она отражает характер протекания  индивидуальных ДХ серийно выпускаемых ГТД данной модификации.

ИДХ по результатам испытания строится по приведенным к САУ ТГДП эквидистантно СДХ данной модификации ГТД с учётом относительного отклонения ИДХ от СДХ. Такой метод построения ИДХ обусловлен идентичностью характера протекания   ИДХ и СДХ.

Табл.1 Сводная дроссельная  характеристика ТРДД

nНД об/мин	nВД об/мин		R кгс		t6*  °С	Gт кг/ч		P2* кгс/см2		T2* К	T4* К		pв*
5700	7422		15021		628	8421		15,4		669			1,99
5500	7277		13613		591	7456		14,2		652			1,91
5300	7132		12661		556	6570		13,1		635			1,83
5100	6987		10964		524	5760		12,0		618			1,74
4900	6843		9724		494	5030		11,0		602			1,65
4700	6700		8540		466	4380		10,0		585			1,55
4500	6556		7502		440	3826		9,1		569			1,48
4300	6413		6582		417	3344		8,2		553			1,415
Gт =f(R)				nВД=f(aруд)					t6*30  = f(T4*)30
R		Gт		aруд			nВД		T4*30			t6*30
14000		7716		100			7063		1300			675
13000		7040		98			7032		1200			595
12000		6394		94			6963		1100			524
11000		5777		90			6883		1000			465
10000		5190		86			6794		900			416
9000		4632		82			6694		800			378
8000		4084		78			6585		750			378
7000		3560		74			6466		600
6000		3050		70			6337		500