Стенд для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (трдд)
Владельцы патента RU 2337342:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)
Изобретение относится к области испытательной техники, предназначенной для экспериментальных исследований биротативных и однорядных вентиляторов авиационных двигателей и двигателей других летательных аппаратов, например наземных и надводных летательных аппаратов на воздушной подушке и других. Стенд для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД) включает биротативный вентилятор с передним рабочим колесом и задним рабочим колесом, установленными в акустической (безэховой) камере на расстоянии не менее чем 10 диаметров рабочего колеса вентилятора от передней, задней и одной из боковых стенок акустической (безэховой) камеры. Переднее рабочее колесо биротативного вентилятора закреплено на переднем конце валопровода, заднее рабочее колесо биротативного вентилятора закреплено на переднем конце валопровода, валопроводы установлены соосно и соединены через подшипники и конические оболочки с корпусом, корпус соединен с коническими оболочками, конические оболочки соединены с опорным корпусом, опорный корпус соединен с опорной рамой, опертой на фундамент. На заднем конце валопровода закреплено коническое зубчатое колесо, введенное в зубчатое зацепление с конической зубчатой шестерней биротативного редуктора. Пары конических зубчатых шестерен биротативного редуктора кинематически не связаны между собой, что обеспечивает независимое вращение по частоте и по мощности рабочих колес биротативного вентилятора. Испытания на стенде позволяют осуществлять независимое вращение по частоте и по мощности каждого рабочего колеса биротативного вентилятора, т.к. их приводы выполнены независимыми, что приводит к повышению эффективности проводимых испытаний. 3 ил.
Изобретение относится к области испытательной техники, предназначенной для экспериментальных исследований биротативных и однорядных вентиляторов авиационных двигателей и двигателей других летательных аппаратов, например наземных и надводных летательных аппаратов на воздушной подушке и других.
Проблема увеличения дальности и скорости полета самолета решается, главным образом, путем увеличения мощности и повышения экономичности маршевых двигателей самолета и соответственно вентиляторов каждого двигателя.
Однако, как правило, с увеличением мощности и силы тяги двигателя возрастает шумовая эмиссия его, что противоречит экологическим требованиям.
Необходимость уменьшения шумовой эмиссии двигателей вызвана жесткими требованиями международных норм ИКАО, регламентирующих уровни шума самолетов в окрестностях аэропортов.
Перспективным направлением разработки высокоэкономичных и малошумных авиационных двигателей является создание двухконтурного двигателя с малошумным биротативным или однорядным вентилятором, для чего необходимы экспериментальные исследования.
Известен стенд для испытания однорядных вентиляторов в акустической камере (Курова Т.Б. Обзор «Зарубежные стенды для исследований по авиационной акустике», №36, М.: ЦИАМ, 1975 г., стр.42, 43), где однорядный вентилятор установлен в середине акустической камеры и с помощью вала и редуктора соединен с приводной турбиной. Турбина установлена вне камеры, редуктор установлен внутри камеры.
Недостатками данного технического решения является то, что на стенде не могут испытываться биротативные вентиляторы, и то, что редуктор установлен внутри акустической камеры, что создает акустические помехи при измерении шума вентилятора.
Известен стенд для испытания биротативных вентиляторов в аэродинамической трубе, (H.U.Meier, prospects DNW, «Ten years of testing at DNW, the Customers Experiences and Perspectives», NOORDOOSTPOLDER, 1990, стр.1.6), стенки которой имеют акустическую облицовку. Биротативный вентилятор установлен на вертикальном полом пилоне и с помощью консольного вала и редуктора соединен с воздушной многоступенчатой приводной турбиной. Турбина и редуктор установлены внутри рабочей части аэродинамической трубы.
Недостатком данного технического решения является то, что переднее рабочее колесо биротативного вентилятора жестко связано с валом приводной турбины, заднее рабочее колесо связано с валом турбины через зубчатое зацепление с промежуточной паразитной шестерней, посредством чего заднее рабочее колесо биротативного вентилятора вращается в противоположном направлении по отношению к переднему. При этом рабочие колеса биротативного вентилятора связаны между собой по частоте вращения и вращаются синхронно, т.е. не обеспечивается независимое вращение друг от друга по частоте и мощности.
Технической задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности проводимых испытаний по исследованию акустических и аэродинамических характеристик вентиляторов двухконтурных турбореактивных авиационных двигателей (ТРДД), преимущественно биротативных и однорядных вентиляторов, при исследовании шума вентилятора с его выхлопной струей одновременно.
Технический результат достигается в заявляемом стенде для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД), преимущественно биротативных и однорядных вентиляторов авиационных двигателей, содержащем акустическую (безэховую) камеру, биротативный вентилятор, редуктор, привод, например турбину или электродвигатель, эксгаустерную систему, систему измерений, где согласно изобретению биротативный вентилятор установлен в акустической камере на расстоянии не менее десяти диаметров рабочего колеса вентилятора от передней, задней и одной из боковых стенок камеры, содержит переднее рабочее колесо и заднее рабочее колесо, которые размещены на передних концах валопроводов, установленных соосно, задний конец каждого валопровода соответственно переднего рабочего колеса и заднего рабочего колеса через зубчатое зацепление соединен с их приводами, при этом пары конических зубчатых шестерен биротативного редуктора кинематически не связаны между собой и обеспечивают независимое вращение по частоте и по мощности рабочих колес биротативного вентилятора. Валопроводы переднего и заднего рабочих колес биротативного вентилятора заключены в корпус, опертый на конические оболочки. Снаружи конических оболочек установлен наружный конический воздухозаборник. Полость между корпусом и коническими оболочками соединена с расходомером воздуха. Корпус и конические оболочки соединены с опорным корпусом, который соединен с опорной рамой. Наружный конический воздухозаборник соединен с воздухосборником, опертым на фундамент, эксгаустерная система соединена с полостью, образованной коническими оболочками и корпусом, а также с воздухосборником, при этом приводы рабочих колес испытуемого объекта, биротативный редуктор, эксгаустерная система размещены вне акустической камеры, содержащей проемы с установленными в них фильтрами для забора воздуха.
На фиг.1 представлена общая компоновка стенда для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД).
На фиг.2 показан вид стенда сбоку.
На фиг.3 изображен исследуемый биротативный вентилятор.
Стенд для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД), представленный на фиг.1, фиг.2, фиг.3, содержит биротативный вентилятор 1 с передним рабочим колесом 2 и задним рабочим колесом 3, установленный в акустической (безэховой) камере 4 на расстоянии не менее чем 10 диаметров рабочего колеса вентилятора от передней 5, задней 6 и одной из боковых стенок 7 камеры 4; переднее рабочее колесо 2 биротативного вентилятора 1 закреплено на переднем конце валопровода 8; заднее рабочее колесо 3 биротативного вентилятора 1 закреплено на переднем конце валопровода 9, валопроводы 8 и 9 установлены соосно и соединены через подшипники и конические оболочки 10 с корпусом 11, корпус 11 соединен с коническими оболочками 12, конические оболочки 12 соединены с опорным корпусом 13, опорный корпус 13 соединен с опорной рамой 14, опертой на фундамент 31, на заднем конце валопровода 8 переднего рабочего колеса 2 биротативного вентилятора 1 закреплено коническое зубчатое колесо 15, введенное в зубчатое зацепление с конической зубчатой шестерней 16 биротативного редуктора 17, вал конической зубчатой шестерни 16 соединен с валом моментомера 18, другой конец вала моментомера 18 соединен с валом привода 19 переднего рабочего колеса 2 биротативного вентилятора 1, на заднем конце валопровода 9 заднего рабочего колеса 3 биротативного вентилятора 1 закреплено коническое зубчатое колесо 20, введенное в зубчатое зацепление с конической зубчатой шестерней 21 биротативного редуктора 17, вал конической зубчатой шестерни 21 соединен с валом моментомера 22, другой конец вала моментомера 22 соединен с валом привода 23 заднего рабочего колеса 3 биротативного вентилятора 1, при этом пары конических зубчатых шестерен 16 и 21 биротативного редуктора 17 кинематически не связаны между собой, что обеспечивает независимое вращение по частоте и по мощности рабочих колес 2 и 3 биротативного вентилятора 1, полость между корпусом 11 и коническими оболочками 12 соединена трубой 24 с расходомером воздуха 25, наружный конический воздухозаборник 26 соединен кольцевым каналом 27 с эксгаустерной системой 28, через которую воздух из акустической камеры 4 отсасывается и выбрасывается в атмосферу, акустическая камера 4 имеет проемы 29, в которые установлены фильтры 30.
Стенд для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореакивных двигателей (ТРДД) работает следующим образом.
Включаются в работу приводы 19 и 23, например турбины или электродвигатели, переднего и заднего рабочих колес 2 и 3 биротативного вентилятора 1. Подведенная к приводам 19 и 23 мощность через валопроводы 8 и 9 передается соответственно рабочим колесам 2 и 3 биротативного вентилятора 1, приводя их во вращение, при этом рабочие колеса 2 и 3 приводятся во вращение в противоположных направлениях - биротативно. Посредством измерительной системы (на фиг. не показана) производят измерение шума биротативного вентилятора 1. При этом биротативный редуктор 17, приводы 19 и 23 рабочих колес 2 и 3 биротативного вентилятора 1, эксгаустерная система 28 установлены вне акустической (безэховой) камеры 4, что обеспечивает отсутствие помех при измерениях в акустической камере.
Таким образом, привод каждого рабочего колеса биротативного вентилятора выполнен независимым и обеспечивает их независимое вращение по частоте и мощности, что дает возможность экспериментально определять оптимальное соотношение их скоростей вращения, а расположение вентилятора в акустической (безэховой) камере обеспечивает моделирование акустически свободного пространства в передней и задней полусфере двигателя и в пространстве между ними, что необходимо для определения возможности уменьшения шумовой эмиссии двигателей и повышения их эффективности.
При испытании однорядных вентиляторов авиационных двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД) на стенде устанавливают вентилятор с одним рабочим колесом на соответствующий валопровод и включают в работу только один соответствующий привод.
Стенд для аэродинамических и акустических исследований вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД), преимущественно биротативных и однорядных вентиляторов авиационных двигателей, содержащий акустическую (безэховую) камеру, содержащую проемы с установленными в них фильтрами для забора воздуха, биротативный вентилятор, редуктор, привод, например турбину или электродвигатель, эксгаустерную систему, систему измерений, отличающийся тем, что биротативный вентилятор установлен в акустической камере на расстоянии не менее десяти диаметров рабочего колеса вентилятора от передней, задней и одной из боковых стенок камеры, содержит переднее рабочее колесо и заднее рабочее колесо, которые размещены на передних концах валопроводов, установленных соосно, задний конец каждого валопровода соответственно переднего рабочего колеса и заднего рабочего колеса через зубчатое зацепление соединен с их приводами, причем пары конических зубчатых шестерен биротативного редуктора кинематически не связаны между собой, что обеспечивает их независимое вращение по частоте и мощности рабочих колес биротативного вентилятора, валопроводы переднего и заднего рабочих колес заключены в корпус, опертый на конические оболочки, снаружи конических оболочек установлен наружный конический воздухозаборник, полость между корпусом и коническими оболочками соединена с расходомером воздуха, корпус и конические оболочки соединены с опорным корпусом, опорный корпус соединен с опорной рамой, наружный конический воздухозаборник соединен с воздухосборником, опертым на фундамент, эксгаустерная система соединена с полостью, образованной коническими оболочками и корпусом, а также с возухосборником, при этом приводы рабочих колес биротативного вентилятора, биротативный редуктор, эксгаустерная система размещены вне акустической камеры.
