Способ испытаний газотурбинного двигателя

 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к стендовым испытаниям авиационных двигателей, оборудованных соплами с управляемым вектором тяги. Способ испытаний ГТД осуществляют на стенде с силоизмерительным устройством, которое предварительно нагружает осевой, вертикальной и боковой силами P₁, Р₂, Р₃, направленными против осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги до получения их положительных значений в рабочем диапазоне углов отклонения сопла, после выхода двигателя на рабочий режим отклоняют сопло под углом к вертикальной оси двигателя, при каждом угле отклонения определяют осевую, вертикальную и боковую составляющие силы тяги. Строят график зависимости осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги от угла отклонения сопла и по максимальному значению осевой составляющей силы тяги определяют угол отклонения сопла α, при котором достигается это значение, после чего вертикальную и боковую составляющие силы тяги определяют с помощью следующих зависимостей: Ry факт.=Ry-Ry⁰ и Rz факт.=Rz-Rz⁰, где Ry и Rz - величины вертикальной и боковой составляющих сил тяги, определенные непосредственно на стенде при соответствующем угле отклонения сопла, а Ry⁰ и Rz⁰ - величины вертикальной и боковой составляющих силы тяги, соответствующие на графике углу отклонения сопла α, при котором осевая составляющая силы тяги имеет максимальное значение. Такой способ позволит обеспечить точность измерения. 3 ил.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к стендовым испытаниям новых образцов авиационных двигателей, оборудованных соплами с управляемым вектором тяги.

Известен способ испытаний ГТД, включающий определение сил осевой тяги на стенде с силоизмерительным устройством и предварительное нагружение последнего силой, направленной против силы тяги [1].

Указанный способ предназначен для доводки авиационных двигателей с реверсом тяги. При реализации способа перед запуском двигателя нагружают силоизмерительное устройство стенда осевой силой, большей силы обратной тяги двигателя. Производят измерение осевых сил при работе двигателя на режимах прямой и обратной тяг и определяют силы прямой и обратной тяг двигателя из выражений:

Rп=Рп-Рн и

Ro=Рн-Ро,

где Рп и Ро - осевые силы, действующие на силоизмерительное устройство стенда при работе двигателя на режимах прямой и обратной тяг, Рн осевая сила, действующая на силоизмерительное устройство стенда перед запуском двигателя.

Указанным способом невозможно определить вертикальную и боковую составляющие силы тяги для двигателя, оборудованного осесимметричным соплом с управляемым вектором тяги. Кроме того, определение силы тяги известным способом осуществляется с относительно низкой точностью, так как при нем не учитывается начальное отклонение оси сопла от оси двигателя, обусловленное погрешностями его установки. Это особенно важно для испытаний двигателей с поворотными соплами, так как необходимы исходные данные для определения вертикальной и боковой составляющих силы тяги.

Задачей изобретения является определение боковой и вертикальной составляющих силы тяги двигателя, оборудованного поворотным осесимметричным соплом, с учетом первоначального отклонения оси сопла от оси двигателя для обеспечения точности измерения.

Указанная задача решается тем, что в известном способе испытаний газотурбинного двигателя, включающем определение осевой тяги на стенде с силоизмерительным устройством и предварительное нагружение последнего силой, направленной против силы тяги и меньшей ее по величине, дополнительно нагружают силоизмерительное устройство силами, направленными против вертикальной и боковой составляющих силы тяги до получения их положительных значений в рабочем диапазоне углов отклонения сопла, после выхода двигателя на рабочий режим отклоняют сопло под углом к вертикальной оси двигателя, при каждом угле отклонения дополнительно к осевой определяют вертикальную и боковую составляющие силы тяги, строят графики зависимости осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги от угла отклонения сопла и по максимальному значению осевой составляющей силы тяги определяют угол отклонения сопла α, при котором достигается максимальное значение осевой составляющей силы тяги, после чего вертикальную и боковую составляющие тяги определяют с помощью следующих зависимостей:

Ry факт.=Ry-Ry⁰ и Rz факт.=Rz-Rz⁰,

где Ry и Rz - величины вертикальной и боковой составляющих сил тяги, определенные непосредственно на стенде при соответствующем угле отклонения сопла, а Ry⁰ и Rz⁰ - величины вертикальной и боковой составляющих сил тяги, соответствующих на графике углу отклонения сопла, при котором осевая составляющая силы тяги имеет максимальное значение.

Такое осуществление способа позволяет определить начальное отклонение оси сопла от продольной оси двигателя, обусловленное погрешностями его установки, и с учетом этого отклонения определить боковую и вертикальную составляющие силы тяги для двигателя с поворотным осесимметричным соплом, что значительно повышает точность определения этих составляющих.

На фиг.1 показана принципиальная схема стенда для реализации предложенного способа,

на фиг.2 - вид сбоку на стенд,

на фиг.3 - графики зависимости осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги от угла поворота сопла.

Стенд содержит силоизмерительное устройство, включающее динамометрическую платформу 1 с блоком измерения усилий 2 и раму 3 для установки испытываемого двигателя 4 с поворотным соплом 5.

Блок измерения усилий 2 снабжен приспособлениями 6, 7 и 8 для загрузки устройства соответственно осевой, вертикальной и боковой силами.

На фиг.1 углом α⁰ обозначено первоначальное отклонение оси поворотного сопла 5 от продольной оси двигателя.

На фиг.2 показаны различные положения сопла 5 при его перемещении в плоскости, проходящей под углом β к вертикальной оси двигателя: предельное "нижнее" положение сопла А, промежуточное положение В сопла между нейтральным и предельно "нижним", предельно "верхнее" положение сопла С и промежуточное положение сопла D между нейтральным положением и предельно "верхним".

Способ осуществляют следующим образом. Перед запуском двигателя блок измерения усилий 2 силоизмерительного устройства нагружают с помощью приспособлений 6, 7 и 8 осевой силой Р₁, вертикальной и боковой силами Р₂ и Р₃, обеспечивающими положительные значения этих составляющих при отклонении сопла в рабочем диапазоне углов. Запускают двигатель, выходят на рабочий режим и с помощью блока измерения усилий 2 определяют осевую, вертикальную и боковую составляющие силы тяги. Затем отклоняют сопло 5 в положения А, В, С, D и при каждом угле отклонения повторяют измерение осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги двигателя. Строят график зависимости осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги от угла отклонения сопла (фиг.3) и по максимальному значению осевой составляющей силы тяги определяют угол отклонения сопла α, при котором достигается это значение. Далее определяют вертикальную и боковую составляющие силы тяги с помощью следующих зависимостей:

Ry факт=Ry-Ry⁰ и Rz факт.=Rz-Rz⁰,

где Ry и Rz - величины вертикальной и боковой составляющих сил тяги, определенные непосредственно на стенде при соответствующем угле отклонения сопла, а Ry⁰ и Rz⁰ - величины вертикальной и боковой составляющих сил тяги, соответствующих на графике углу отклонения сопла α, при котором осевая составляющая силы тяги имеет максимальное значение.

Осуществление изобретения позволяет повысить точность измерения составляющих сил тяги двигателя.

Источники информации

1. Патент РФ, кл. G 01 M 15/00, №2162593, опубл. 19.12.1995 г.

Формула изобретения

Способ испытаний газотурбинного двигателя, включающий определение осевой тяги на стенде с силоизмерительным устройством и предварительное нагружение последнего силой, направленной против силы тяги и меньшей ее по величине, отличающийся тем, что для двигателя, оборудованного осесимметричным соплом с управляемым вектором тяги, дополнительно нагружают силоизмерительное устройство силами, направленными против вертикальной и боковой составляющих силы тяги до получения их положительных значений в рабочем диапазоне углов отклонения сопла, после выхода двигателя на рабочий режим отклоняют сопло под углом к вертикальной оси двигателя, при каждом угле отклонения дополнительно к осевой определяют вертикальную и боковую составляющие силы тяги, строят график зависимости осевой, вертикальной и боковой составляющих силы тяги от угла отклонения сопла и по максимальному значению осевой составляющей силы тяги определяют угол отклонения сопла α, при котором достигается это значение, после чего вертикальную и боковую составляющие силы тяги определяют с помощью следующих зависимостей:

R_{y факт.}=R_y-R⁰_y,

R_{z факт.}=R_z-R⁰_z,

где R_y и R_z - величины вертикальной и боковой составляющих сил тяги, определенные непосредственно на стенде при соответствующем угле отклонения сопла;

R⁰_y и R⁰ _z- величины вертикальной и боковой составляющих силы тяги, соответствующие на графике углу отклонения сопла α, при котором осевая составляющая силы тяги имеет максимальное значение.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3