Способ и устройство измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопе двигателя

Изобретение относится к способу измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопном потоке на выходе двигателя, содержащему следующие этапы, на которых располагают зонд так, чтобы отверстие отбора проб указанного зонда находилось на поверхности отбора проб, расположенной на выходе двигателя в выхлопном потоке. Затем производят отбор проб выхлопного потока при помощи указанного зонда. Далее активируют блок анализа, связанный с зондом, для считывания характеристических данных выхлопного потока, отбираемого зондом. Подают команду на перемещение зонда, чтобы придать отверстию отбора проб непрерывное перемещение на поверхности отбора проб с постоянным сканированием поверхности за единицу времени, продолжая при этом отбор проб и считывание характеристических данных выхлопного потока, отбираемого зондом. Непрерывное перемещение отверстия отбора проб осуществляют по траектории, образованной несколькими концентричными окружностями разного радиуса и по меньшей мере одним сегментом, соединяющим каждую смежную окружность. Прохождение окружностей происходит одна за другой в направлении внутрь или наружу относительно центра. В завершении обрабатывают данные, считанные блоком анализа, для измерения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопном потоке. Объектом изобретения является также устройство для осуществления этого способа измерения. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к измерению загрязняющих веществ и, в частности, к измерению загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопах на выходе двигателей, например, в выхлопах авиационных двигателей.

Уровень техники

В настоящее время в рамках охраны окружающей среды необходимо точно знать загрязняющие вещества, присутствующие в выбросах в любой области, в частности, загрязняющие вещества, выходящие из двигателей.

Например, известно, что авиация оказывает значительное отрицательное влияние в отношении потепления климата, которое становится все заметнее по мере развития воздушных сообщений. Для ограничения и контроля этих проблем загрязнения были разработаны нормы, требующие точного знания выбросов загрязняющих веществ, необходимого, в частности, для сертификации двигателей перед их выпуском в продажу. Так, например, Международная Организация гражданской авиации (ИКАО) требует от конструкторов двигателей производить определенное число специальных испытаний и измерений для точного определения загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями, как с точки зрения средней концентрации загрязняющих веществ в пространстве на выходе двигателей, так и с точки зрения концентрации конкретных загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателем. Таким образом, схема отбора проб и анализа должна соответствовать норме, определенной ИКАО, для того, чтобы двигатель был сертифицирован. В этой связи рассматриваемые загрязняющие вещества являются либо газообразными (СО, CO₂, NO и несгоревшие вещества СН_x), либо твердыми (дымы, частицы).

Условия отбора из выхлопного потока во время испытаний являются очень сложными, и используемый для отбора зонд погружают в очень агрессивную среду. Действительно, газы движутся со скоростями, которые могут достигать 300 м/с (смешанные потоки) при температурах, которые могут доходить до 420 K, при этом градиенты концентрации, относящиеся к различным загрязняющим веществам, могут быть очень большими. Кроме того, испытуемый двигатель иногда может быть подвешен в испытательном стенде на высоте в несколько метров, что значительно усложняет работу.

Были предложены устройства, позволяющие измерять некоторые компоненты выхлопного потока, циркулирующего в трубе. Например, в документе US 2011/0113899 было предложено устройство, содержащее выхлопной канал, предназначенную для подсоединения к выхлопному трубопроводу двигателя, причем этот выхлопной канал содержит подвижный зонд для отбора проб, установленный с возможностью поперечного поступательного перемещения и вращения вокруг своей оси. Такое устройство позволяет отбирать пробы для анализа в нескольких точках канала, но в ограниченных положениях, в частности, не позволяет зондировать все сечение выхлопного потока. Кроме того, такое устройство нельзя использовать в вышеупомянутых условиях испытаний двигателей.

Устройство измерения, которое долго использовалось для изучения выбросов загрязняющих веществ в таких сложных условиях, представляет собой крестообразный зонд. В частности, это устройство содержит круглый корпус, размеры которого определяют таким образом, чтобы по существу соответствовать выходному сечению выхлопного потока, при этом зонд для отбора проб образован четырьмя или более ветвями, установленными на круглом корпусе в направлении внутрь, образуя крест. Каждая из этих ветвей содержит несколько отверстий для отбора проб из выхлопного потока, часто в виде игл, связанных с системой всасывания. Такое устройство измерения позволяет отбирать пробы из выхлопного потока сразу на выходе двигателя в нескольких точках одновременно на уровне поверхности, выбранной для взятия проб. Однако это устройство не адаптировано для измерений выхлопного потока в любой точке плоскости отбора проб. Таким образом, перед этапами собственно измерения необходимо выработать картографию, чтобы анализировать в целом выходное сечение выхлопного потока и определить таким образом возможные неоднородные зоны, которые могли бы исказить осуществляемые измерения в ограниченном числе точек отбора. Эта картография позволяет выбирать расположение крестообразного зонда относительно выходного сечения выхлопного потока. Для облегчения такого расположения кольцо, на котором находятся образующие зонд ветви, как правило, можно поворачивать при помощи фиксируемой системы.

Однако такое устройство измерения имеет ряд недостатков, которые необходимо устранить, чтобы производить более надежные, более быстрые и более простые измерения. В частности, время, необходимое для измерений загрязняющих веществ при помощи такого крестообразного зонда, является очень большим, что связано, в частности, с тем, что перед каждым измерением необходимо составить детальную картографию выходного сечения выхлопного потока, которая, естественно, зависит от рассматриваемого двигателя и которую, следовательно, необходимо составлять каждый раз для каждого нового двигателя. Кроме того, основным недостатком такого крестообразного зонда является необходимость разработки дизайна и размеров специально для рассматриваемого двигателя и, в частности, для выходного сечения выхлопного потока указанного двигателя. Таким образом, для каждого нового тестируемого двигателя необходимо изготовить новое устройство, корпус и крестообразный зонд, что экономически невыгодно и требует больших затрат времени. Кроме того, такое устройство имеет большой габаритный размер, что затрудняет его манипулирование. Наконец, как было указано выше, оно обеспечивает измерение загрязняющих веществ в приемлемое время только в ограниченном числе точке отбора на анализируемой поверхности, что снижает надежность измерений загрязняющих веществ.

В документе US 3885437 описано устройство измерения загрязняющих веществ, которое позволяет отбирать пробы на большом сечении анализируемого потока газов. В частности, предложенное устройство расположено внутри трубы, в которой проходит анализируемый газ, и представляет собой зонд отбора проб, установленный с возможностью поступательного движения на стойке, которая может поворачиваться вокруг продольной оси трубы. Во время отбора проб газа зонд описывает движение по архимедовой спирали. Однако такое условие не отвечает вышеупомянутым требованиям испытаний. В частности, это устройство не позволяет анализировать газы непосредственно на выходе двигателя, так как оно должно находиться внутри трубы. Кроме того, его работа и конфигурация не позволяют адаптировать его для любых типов труб и/или двигателей. Наконец, несмотря на то, что оно позволяет отбирать пробы газа на большой площади сечения газового потока, анализ собираемых данных остается длительным и сложным в применении.

Таким образом, задача изобретения состоит в разработке способа и устройства измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопе на выходе двигателя, позволяющих устранить по меньшей мере один из вышеупомянутых недостатков.

В частности, задача изобретения состоит в разработке способа и устройства измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопе на выходе двигателя, позволяющих производить надежные измерения загрязняющих веществ, очень точно характеризующие исследуемый выхлопной поток, причем в течение общего времени, меньшего по сравнению с известными способами и устройствами.

Наконец, задача изобретения состоит в создании способа и устройства измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопе на выходе двигателя, не требующих предварительной разработки картографии выходного сечения выхлопного потока.

Раскрытие изобретения

В связи с вышеизложенным предложен способ измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопном потоке на выходе двигателя, содержащий следующие этапы, на которых:

- располагают зонд так, чтобы отверстие отбора проб указанного зонда находилось на поверхности отбора проб, предусмотренной на выходе двигателя в выхлопном потоке, и производят отбор проб выхлопного потока при помощи указанного зонда;

- активируют блок анализа, связанный с зондом, для считывания характеристических данных выхлопного потока, отбираемого зондом;

- подают команду на перемещение зонда, чтобы придать отверстию отбора проб непрерывное перемещение по специфической траектории на поверхности отбора проб, продолжая при этом отбор проб и считывание характеристических данных выхлопного потока, отбираемого зондом;

- обрабатывают данные, считанные блоком анализа, для измерения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопном потоке.

Предпочтительно перемещением зонда управляют таким образом, чтобы его траектория соответствовала постоянному сканированию поверхности за единицу времени.

Этот способ имеет следующие предпочтительные, но неограничивающие признаки, рассматриваемые отдельно или в комбинации:

- перемещением зонда управляют так, чтобы придать отверстию отбора проб непрерывное перемещение по специфической круговой траектории, при этом указанная специфическая круговая траектория образована несколькими концентричными окружностями разного радиуса и по меньшей мере одним сегментом, соединяющим каждую смежную окружность, при этом прохождение окружностей происходит одна за другой в направлении внутрь или наружу относительно центра.

- специфическую круговую траекторию определяют, разделив поверхность отбора проб на множество концентричных колец, которые имеют идентичную площадь, при этом каждая окружность специфической круговой траектории соответствует окружности в середине каждого кольца.

- скорость перемещения отверстия отбора проб зонда адаптируют для каждой окружности специфической круговой траектории таким образом, чтобы проходить каждую окружность за одинаковое время.

- характеристические данные выхлопного потока, отбираемого зондом, считывают с одинаковой частотой в течение всего измерения.

- данные, считываемые блоком анализа, обрабатывают, чтобы определить природу и количество газов, содержащихся в отбираемом выхлопном потоке.

- данные, считываемые блоком анализа, обрабатывают, чтобы определить природу и количество дымов, содержащихся в отбираемом выхлопном потоке.

- используют фильтр для считывания характеристических данных дымов, содержащихся в отбираемом выхлопном потоке, после чего фильтр исследуют для измерения дымов, присутствующих в выхлопном потоке, на всей поверхности отбора проб.

- данные, считываемые блоком анализа, обрабатывают во взаимосвязи с положением отверстия отбора проб зонда.

- способ содержит предварительный этап активации зонда, чтобы начать отбор газа на уровне отверстия отбора проб в направлении блока анализа.

Изобретением предложено также устройство измерения, позволяющее осуществлять описанный выше способ.

В частности, предложено устройство измерения загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопном потоке на выходе двигателя, которое содержит:

- единственный зонд, имеющий единственное отверстие отбора проб выхлопного потока;

- робот, содержащий шарнирную руку, на которой установлен указанный зонд, при этом робот дополнительно содержит средства для позиционирования отверстия отбора проб зонда в разных точках отбираемого зондом выхлопного потока;

- блок анализа, выполненный с возможностью непрерывного считывания характеристических данных отбираемого зондом выхлопного потока;

- блок управления роботом, выполненный с возможностью придания отверстию отбора проб зонда непрерывного перемещения по специфической траектории на поверхности отбора проб;

- блок обработки, выполненный с возможностью обработки данных, считываемых блоком анализа, для измерения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопном потоке.

Предпочтительно блок управления выполнен с возможностью придания зонду перемещения по траектории, соответствующей постоянному сканированию поверхности за единицу времени.

Это устройство имеет следующие предпочтительные, но неограничивающие признаки, рассматриваемые отдельно или в комбинации:

- блок анализа содержит недисперсионный абсорбционный анализатор излучения для анализа СО или CO₂ и/или пламенно-ионизационный анализатор углеводородов, и/или химико-люминесцентный анализатор для анализа NO или NO_x.

- блок анализа содержит по меньшей мере один фильтр для улавливания дымов, присутствующих в выхлопном потоке.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве иллюстративного и неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показано заявленное устройство измерения загрязняющих веществ, расположенное на выходе двигателя;

на фиг. 2 показан зонд отбора проб, используемый в устройстве, изображенном на фиг. 1;

на фиг. 3 показана круговая траектория, которую может проходить зонд отбора проб для осуществления измерений загрязняющих веществ;

на фиг. 4 показаны кольца с одинаковой площадью сечения, позволяющие определить круговую траекторию, предназначенную для прохождения зондом отбора проб.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показано предложенное устройство измерения загрязняющих веществ, главным отличительным признаком которого является то, что оно содержит подвижный зонд 1, имеющий единственное отверстие 10 отбора проб выхлопного потока.

Этот зонд 1, который можно также называть зондом отбора проб, установлен на шарнирной руке 20 робота 2. Робот 2, содержащий зонд 1, расположен на выходе двигателя 3, для которого необходимо измерить загрязняющие вещества, выбрасываемые в выхлопном потоке. Как показано на фиг.1, двигатель 3 можно расположить, например, на станине 4 или подвесить, при этом зонд 1, установленный на роботе 2, располагают в продолжении двигателя 3.

Робот 2 с его шарнирной рукой 20 выполнены таким образом, чтобы зонд 1 можно было перемещать в разные точки на уровне выхода двигателя 3. В частности, робот 2 содержит средства для позиционирования отверстия 10 отбора проб зонда 1 в разных точках поверхности 5 отбора проб на выходе двигателя.

Поверхность 5 отбора проб определена заранее и соответствует поверхности, отображающей зону, в которой необходимо измерить загрязняющие вещества. Эта поверхность 5 отбора проб имеет форму, как правило, зависящую от выходного сечения выходящего из двигателя 3 выхлопного потока. Предпочтительно поверхность 5 отбора проб является плоской, и в этом случае говорят о плоскости отбора проб.

Если выходное сечение выхлопных потоков является круглым, можно, например, использовать плоскую поверхность 5 отбора проб, имеющую форму диска.

Предпочтительно робот 2 выполнен таким образом, что позволяет позиционировать отверстие 10 отбора проб в любых точках поверхности отбора проб, образованной на выходе двигателя.

Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 2, используемый зонд 1 с одним отверстием содержит отверстие 10 отбора проб в виде конической иглы.

Кроме того, зонд может содержать трубчатый корпус 11, через который отбираемый выхлопной поток проходит от входа зонда на уровне отверстия отбора проб вплоть до места своего анализа.

Предпочтительно зонд 1 содержит также жесткий кожух, который окружает трубчатый корпус 11 переноса. Этот жесткий кожух позволяет, в частности, предохранять трубку переноса горячих газов и повысить жесткость самого зонда 1.

Согласно конкретному примеру осуществления, зонд 1 выполнен из стали и содержит отверстие 10 отбора проб диаметром 3 мм. Зонд 1 может, например, иметь общую длину порядка 70 см.

Обычно зонд 1 содержит систему всасывания, обеспечивающую принудительную циркуляцию газов, отбираемых на уровне отверстия отбора проб, во всем(ех) канале(ах) вплоть до блока анализа, предусмотренного для анализа газов, отбираемых зондом.

Таким образом, представленное устройство измерения содержит блок анализа, выполненный с возможностью непрерывного считывания характеристических данных выхлопного потока, отбираемого зондом 1.

Такой блок анализа может содержать разные типы анализаторов в зависимости от типа и природы загрязняющего вещества, которое необходимо измерить. Считывание характеристических данных выхлопного потока может осуществлять сам анализатор или специальное устройство считывания, которое позволяет регистрировать данные, поступающие в анализатор.

Действительно, если необходимо измерять газообразные загрязняющие вещества, как правило, анализаторы связаны с устройством, позволяющим регистрировать данные анализа.

Блок анализа может быть, например, недисперсионным абсорбционным анализатором инфракрасного излучения для анализа СО или CO₂ и/или пламенно-ионизирующим анализатором углеводородов, и/или химико-люминесцентным анализатором для анализа NO и NO_x. Согласно этим примерам, как правило, предусматривают компьютерную систему для регистрации данных анализа анализаторов.

В другом случае анализатор, используемый в блоке анализа, сам может регистрировать характеристические данные выхлопного потока. Например, если необходимо измерять твердые загрязняющие вещества, такие как дымы или частицы, можно использовать анализатор в виде фильтра, при этом указанный фильтр накапливает характеристические данные твердых веществ, содержащихся в выхлопном потоке, и одновременно производит непрерывное считывание этих характеристических данных.

Согласно частному варианту осуществления, один или несколько анализаторов расположены на уровне зонда, например, на выходе зонда 1 отбора проб, как показано на фиг. 2.

Кроме того, предусмотрен блок 21 управления роботом 2, который позволяет приводить в движение шарнирную руку 20 указанного робота 2 и перемещать таким образом зонд 1, предпочтительно закрепленный на конце шарнирной руки 20.

Этот блок 21 управления выполнен с возможностью придания непрерывного перемещения отверстию 10 отбора проб зонда 1 по специфической траектории на поверхности отбора проб. Эту траекторию перемещения определяют специально в зависимости от необходимых измерений, что будет пояснено в тексте ниже.

Наконец, предусмотрен также блок обработки, выполненный с возможностью обработки данных, считываемых блоком анализа, с целью измерения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопном потоке. Этот блок обработки позволяет не только определять природу присутствующих в выхлопном потоке загрязняющих веществ, но также точно их характеризовать, в частности, с точки зрения концентрации и пространственного распределения на поверхности отбора проб.

В случае газовых анализаторов блок обработки может, например, напрямую обрабатывать считанные/зарегистрированные данные, чтобы на их основании вывести характеристики газообразных загрязняющих веществ во всем выхлопном потоке на выходе двигателя.

Для анализа твердых веществ типа дымов или частиц, при котором используют анализатор в виде фильтра, блок обработки может, например, содержать рефлектометр, позволяющий измерять коэффициент отражения частиц дымов, скапливающихся на фильтре. Это устройство позволяет точно характеризовать дымы выхлопного потока, в частности, с точки зрения "Smoke Number" (дымового числа) и пространственного распределения на поверхности отбора проб.

Устройство измерения как таковое и, в частности, объединение зонда 1 с одним отверстием и робота 2 имеет ряд преимуществ по сравнению с известными устройствами.

Прежде всего изготовление зонда с одним отверстием намного проще, чем в случае крестообразного зонда с множеством отверстий. Он содержит только одну трубку переноса отбираемого выхлопного потока и не имеет соединений между трубками. Кроме того, его легче термически изолировать, чем крестообразный зонд с многими отверстиями, так как он содержит только одну трубку переноса, имеющую простую форму. Наконец, такой зонд с одним отверстием меньше возмущает струю, так как он имеет меньший размер.

Объединение зонда с роботом позволяет получить устройство измерения, адаптируемое для двигателей разных размеров, так как робот позволяет легко перемещать зонд в разные выбираемые точки отбора проб.

Кроме того, зонд отбора проб можно быстро убрать в сложенное положение за несколько секунд, например, чтобы вывести его за пределы выхлопного потока при обнаружении риска ожога, что обеспечивает более высокий уровень безопасности.

Кроме того, робот является намного более простым в использовании, чем устройство измерения типа поворотного кольца. Действительно, робот является полностью адаптируемым и гибким, так как блок управления содержит программу, позволяющую выбирать любую траекторию для зонда. Кроме того, можно тщательно исследовать все зоны поверхности отбора проб, что позволяет получать измерения загрязняющих веществ, в большей степени отражающие реальность.

Кроме того, как будет показано ниже, поскольку можно легко проходить всю поверхность отбора проб, соответствующие анализы загрязняющих веществ в большей степени характеризуют общую поверхность отбора проб, что позволяет отказаться от предварительного этапа создания картографии поверхности отбора проб, необходимой только для выбора точек отбора проб. Это относится к любой природе измеряемых загрязняющих веществ в виде газов, дымов и даже частиц.

Работа такого устройства измерения состоит во введении зонда 1 отбора проб в выхлопной поток F предпочтительно по существу параллельно указанному потоку F (см. фиг. 2) и в непрерывном анализе характеристических данных выхлопного потока, отбираемого зондом 1.

Анализируя поток, отбираемый зондом 1, одновременно этот зонд 1 перемещают в выхлопном потоке таким образом, чтобы иметь возможность считывать характеристические данные потока в разных точках поверхности отбора проб.

Непрерывное перемещение зонда 1 и непрерывное считывание характеристических данных выхлопного потока, отбираемого этим зондом 1, позволяет производить непрерывный детальный анализ загрязняющих веществ, присутствующих в данной точке поверхности отбора проб, то есть без необходимости времени ожидания, когда анализ невозможен, при этом данное время ожидания соответствует времени, необходимому для потока, чтобы пройти к анализатору от отверстия отбора проб. Действительно, в рамках предложенного способа измерения предназначенный для анализа поток непрерывно поступает на уровень блока анализа, и считывания данных являются последовательными и смещены во времени без времени ожидания между каждым значимым считыванием.

Согласно частному варианту осуществления, предложенный способ измерения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопном потоке на выходе двигателя, содержит этап, на котором зонд 1 располагают так, чтобы соответствующее отверстие 10 отбора проб оказалось на поверхности отбора проб, предусмотренной на выходе двигателя в выхлопном потоке. Как было указано выше, эта поверхность отбора проб может быть плоской, например, может быть плоскостью отбора проб в виде диска.

До или после позиционирования зонда 1 необходимо его активировать, чтобы начать отбор проб. Для этого в случае необходимости можно, например, включить устройство всасывания, которое обеспечивает циркуляцию газов от отверстия отбора проб зонда через соответствующие каналы циркуляции.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, зонд активируют до его введения в выхлопной поток, что обеспечивает более быстрое реагирование при измерениях. Всасывание газов до введения зонда в выхлопной поток позволяет избегать забивания зонда частицами дымов, которые могут скопиться, если зонд был введен в выхлопной поток без активации всасывания.

Кроме того, параллельно следует активировать блок анализа, чтобы начать считывание характеристических данных отбираемого зондом выхлопного потока. Необходимо отметить, что активацию считывания предпочтительно осуществляют до активации и окончательного позиционирования зонда, и в этом случае не значимые данные выхлопного потока исключаются или не обрабатываются.

Считывания, производимые, когда зонд активирован, становятся значимыми для выхлопного потока на уровне точки расположения отверстия 11 отбора проб на поверхности отбора проб по истечении времени, по меньшей мере равного времени ожидания, необходимому для того, чтобы поток достиг анализатора.

По истечении этого времени ожидания можно подать команду на перемещение зонда 1 для придания непрерывного перемещения отверстию 11 отбора проб по специфической траектории на поверхности отбора проб, продолжая при этом отбор проб и считывание характеристических данных отбираемого зондом 1 выхлопного потока. Таким образом, каждое считывание можно использовать напрямую после исключения данных, считанных в течение первоначального времени, соответствующего времени ожидания, так как выхлопной поток поступает со смещением во времени, причем это смещение можно коррелировать со скоростью перемещения зонда и с его траекторией, чтобы знать, какому положению это соответствует на поверхности отбора проб.

После считывания всех характеристических данных потока их можно обработать для измерения загрязняющих веществ, присутствующих в выхлопном потоке, и характеризовать их во взаимосвязи с положением отборов проб на поверхности отбора.

Предложенный способ измерения обеспечивает значительный выигрыш во времени по сравнению с дискретными измерениями, так как позволяет исключить практически все периоды времени ожидания, за исключением времени ожидания, соответствующего считыванию данных на уровне первой точки.

Исключение данных, считанных блоком анализа в течение времени ожидания, в частности, при использовании газовых анализаторов, обычно производит блок обработки в период пост-обработки.

Если измеряют твердые загрязняющие вещества, например, когда используют фильтр для измерения дымов, то фильтр располагают в каналах циркуляции выхлопного потока со смещением во времени, то есть после истечения времени, по меньшей мере равного времени ожидания.

Согласно предложенному способу измерения, выбирают специфическую траекторию, на которой собираются считывать характеристические данные потока.

Если предварительно была составлена картография выходного сечения выхлопного потока, чтобы определить зоны, характеризующие выхлоп, для измерений загрязняющих веществ, эта специфическая траектория может быть основана на указанной картографии. Возможность непрерывного перемещения и считывания характеристических данных отбираемого выхлопного потока позволяет получить такие же значимые и даже более детальные измерения, чем при измерении зондом с множеством отверстий.

Вместе с тем, нет необходимости ограничиваться репрезентативными зонами, определенными при составлении картографии выходного сечения выхлопного потока, и можно выбрать траекторию, обеспечивающую исследование максимально большой части поверхности отбора проб, что позволяет избежать выбора зон отбора по отношению к поверхности отбора проб.

Предпочтительно применяют перемещение зонда по круговой траектории, показанной на фиг. 3. Такая круговая траектория состоит, например, из нескольких концентричных окружностей разного радиуса и из одного или нескольких сегментов, соединяющих две смежных окружности. Круговая траектория, показанная на фиг. 3, содержит четыре концентричных окружности C1, С2, С3, С4, среди которых две смежные окружности соединены одним сегментом.

Затем зонд перемещают таким образом, чтобы отверстие отбора проб проходило каждую окружность одну за другой, что позволяет зонду охватить большую поверхность отбора проб, ограниченную поверхностью круга большего радиуса.

Предпочтительно прохождение различных окружностей осуществляют одну за другой в направлении внутрь или наружу относительно их общего центра.

Специфическую круговую траекторию можно определить по-разному, в частности, в зависимости от обработки считываемых данных, которую необходимо произвести впоследствии.

Например, если уровень загрязнения определяют путем усреднения данных, получаемых в плоскости отбора проб, важно производить одинаковое сканирование поверхности за единицу времени.

В связи с этим, предпочтительно измерения производят по сечениям одинаковой площади. В этом случае отбор проб выхлопного потока осуществляют посредством всасывания в центре колец одинакового сечения (S1=S2=S3=S4), чтобы иметь одинаковую площадь сечения на каждое кольцо, как показано на фиг. 4.

Таким образом, чтобы определить круговую траекторию с одинаковыми сечениями, поверхность отбора проб делят на множество концентричных колец, имеющих одинаковую площадь, и каждая окружность специфической круговой траектории соответствует окружности, находящейся в середине каждого кольца.

Отбор проб выхлопного потока производят непрерывно и считывание осуществляют тоже регулярно и непрерывно с частотой, задаваемой блоком анализа.

Чтобы соблюдать критерий одинакового сканирования поверхности, каждую окружность предпочтительно сканируют в течение одинакового времени, но с разными скоростями. Следовательно, скорость перемещения отверстия отбора проб зонда будет максимальной на наружной окружности.

Отборы и считывания в соответствии с этим методом обеспечивают быстрое исследование всей плоскости отбора проб. Концентрацию на выходной плоскости получают, например, усредняя все считанные данные после исключения считываний, соответствующих газам, первоначально присутствующих в трубках (время ожидания, соответствующее времени переноса в трубках до блока анализа).

Данные, считанные блоком анализа, обрабатывают для определения природы и концентрации газов, содержащихся в отбираемом выхлопном потоке. Эту обработку можно осуществлять при помощи любого известного и доступного специалисту метода.

Для измерения газообразных загрязняющих веществ можно применять различные типы анализаторов. Например, можно использовать недисперсионные абсорбционные анализаторы инфракрасного излучения для измерения CO и/или CO₂. Анализатор углеводородов включает в себя пламенно-ионизирующий детектор. Анализатор NO_x работает с применением технологии химической люминесценции.

Согласно другому дополнительному или альтернативному варианту использования устройства измерения, данные, считанные блоком анализа, обрабатывают, чтобы определить природу и количество дымов, содержащихся в отбираемом выхлопном потоке. Эту обработку можно осуществлять при помощи любого известного и доступного специалисту метода.

В этом последнем случае можно, например, использовать фильтр для считывания характеристических данных дымов, присутствующих в отбираемом выхлопном потоке. Именно этот фильтр затем используют для измерения частиц дымов, присутствующих в выхлопном потоке на всей поверхности отбора проб или в каждой зоне в зависимости от числа используемых фильтров.

Таким образом, для измерения загрязняющих веществ в виде дымов в устройство включают один или несколько фильтров таким образом, чтобы выхлопной поток проходил через этот фильтр. Затем, как было указано выше, фильтр анализируют при помощи рефлектометра.

Предложенный выше метод можно применять для измерения других типов загрязняющих веществ, отличных от газов или дымов, например, таких как мелкие частицы.

Все параметры измерения адаптируют для нужд тестов и в соответствии с различными требованиями к оборудованию, времени и результатам.

Так, чтобы увеличить количество считываемых данных для обработки с целью определения данных по загрязняющим веществам, можно, например, увеличить время исследования траектории, увеличить саму исследуемую траекторию (например, увеличить число окружностей для круговой траектории), увеличить частотность считывания данных, увеличить скорость считывания данных блоком анализа.

Разумеется, эти параметры необходимо корректировать в зависимости от требований к измерениям, часто связанных со временем. Например, в случае измерения дымов в настоящее время масса фильтруемых газов определена нормами ИКАО (необходимость трех измерений от 12 до 21 кг газообразных продуктов сгорания, фильтруемых с расходом 14 л/мин на м2 фильтра) и не может быть уменьшена или увеличена. Таким образом, для данного фильтра можно выбрать несколько разных значений времени фильтрации для соблюдения нормы. При этом адаптируют только перемещение зонда к времени фильтрации, вытекающем из норм ИКАО, и к радиусу сканируемых окружностей для круговой траектории.

Рассмотрим конкретный пример робота, обеспечивающего максимальную скорость перемещения отверстия отбора проб зонда в 300 мм/с и с частотой карты считывания блока анализа 10 Гц. При круговой траектории, содержащей 4 концентричных окружности, и при круговых считываниях в непрерывном режиме наиболее быстрое исследование длится 16 с, при этом сканирование каждой окружности занимает 4 с, а самое длительное исследование может продолжаться 30 с, 60 с и т.д. в зависимости от временных ограничений, накладываемых самим тестом. Оптимальную продолжительность времени прохождения определяют эмпирическим путем, выбирая максимально возможную скорость, обеспечивающую измерения, при которой не происходит верхнего ограничения пиков концентрации.

В соответствии с обычными размерами современных авиационных двигателей и с вышеупомянутым пределом скорости робота используемое число окружностей может составлять от 4 до 8, чтобы получить наилучшую характеристику загрязняющих веществ на выходе указанного двигателя. Вместе с тем, можно предусмотреть круговую траекторию, содержащую более 8 окружностей, если того требуют размеры двигателя или если желательно повысить точность производимых измерений загрязняющих веществ.

Понятно, что в изобретение можно вносить различные изменения, не выходя за материальные рамки представленных новых сведений и преимуществ. Следовательно, все изменения этого типа должны входить в объем заявленных способа и устройства измерения.