СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЯГИ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ Российский патент 2003 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к турбореактивным двигателям с форсажной камерой (ТРДФ).

Известны способы контроля тяги ТРДФ в высотных условиях путем измерения на стенде тяги R₀, давления Р₀ и температуры Т₀ воздуха на входе в двигатель, а также коэффициента избытка топлива в форсажной камере α, определяемого по отношению расхода воздуха к расходу топлива, поступающих в двигатель (см. , например, Э. Л. Солохин "Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей", М., Машиностроение, 1975, стр.272).

В известном способе возникает существенный разброс тяговых характеристик различных экземпляров двигателей одного типа в высотных условиях в зависимости от атмосферных условий, при которых проходили испытания на стенде, что недопустимо. Указанные обстоятельства объясняются влиянием водяных паров, содержащихся в воздухе, на тягу двигателя и коэффициент избытка воздуха, что приводит к выпуску с заводских стендов более форсированных по тяге двигателей летом и менее форсированных зимой (при условии одинаковой стендовой отладки тяги и коэффициента избытка воздуха). Количественная оценка показывает, что разбросы тяги могут достигать 2-3% при работе двигателя в условиях влажного климата и высокой температуры среды.

Влияние влажности воздуха на тягу двигателя реализуется через замещение части кислорода в воздухе парами воды, что вызывает снижение реального значения коэффициента избытка воздуха в форсажной камере и приводит, благодаря этому, к уменьшению полноты сгорания топлива в ней, что, в свою очередь, снижает температуру продуктов горения в реактивном сопле и, следовательно, реактивную тягу ТРДФ.

Указанный недостаток может быть устранен осушкой подаваемого к двигателю воздуха (см. , например, Э.Л. Солохин "Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей", М., Машиностроение, 1975, стр.127, 147), однако в связи с существенным усложнением испытательного оборудования осушители устанавливаются только на уникальных стендах, а обычные заводские стенды ими не оборудуются.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является поддержание стабильных характеристик ТРДФ в высотных условиях независимо от атмосферных условий, при которых осуществлены испытания двигателя на заводском стенде.

Поставленная задача решается за счет того, что при отладочных испытаниях ТРДФ на стенде измеряют тягу R₀, давление Р₀ и температуру Т₀ воздуха на входе в двигатель, а также коэффициент избытка воздуха в форсажной камере α по отношению расходов воздуха и топлива, поступающих в двигатель, для данного типа двигателей экспериментально определяют зависимость коэффициента полноты сгорания топлива η от коэффициента избытка воздуха α, рассчитывают коэффициент влияния полноты сгорания топлива на тягу

((см., например, книгу "Теория воздушно-реактивных двигателей", под ред. С. М. Шляхтенко, М., Машиностроение, 1975, стр.243), где Δη - изменение коэффициента полноты сгорания топлива, измеряют парциальное давление паров воды в воздухе Р_в и к измеренной тяге добавляют поправку ΔR = kR_o[η(α)-η(α_e)], где α_e - уточненный коэффициент избытка воздуха, определяемый по формуле α_e = α(1-P_в/P_o).
При реализации предлагаемого изобретения все экземпляры ТРДФ данного типа независимо от атмосферных условий, при которых проводились стендовые испытания, обеспечат одинаковые тяговые характеристики в высотных условиях, где в связи с низкой температурой воздушной среды (а следовательно, крайне низким содержанием паров воды в воздухе) влияние влажности воздуха ничтожно мало.

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа применительно к гипотетическому ТРДФ.

На этапе стендового испытания:
1. Измеряют давление воздуха Р₀=760 мм рт.ст.

2. Измеряют температуру воздуха Т₀=313К (40^oС).

3. Измеряют расход воздуха и топлива, в результате чего определяют коэффициент избытка воздуха α=1,1.

4. Измеряют относительную влажность воздуха В=80%, что соответствует парциальному давлению паров воды Р_в=38,4 мм рт.ст.

5. Определяют уточненный коэффициент избытка воздуха
α_e = 1,1(1-38,4/760) = 1,044.

6. Экспериментально для данного типа двигателя было получено
η(α = 1,1) = 0,915,
η(α = 1,044) = 0,876.

7. Расчетным путем для данного типа двигателя в стендовых условиях испытания (Н=0, М=0) определен коэффициент влияния
.

8. Измеряют тягу двигателя R_o=10000 кГ.

9. Определяют поправку к измеренной тяге
ΔR=0,33(0,915-0,876)•10000=129 кГ.

Следовательно, в условиях "сухого" воздуха данный экземпляр двигателя обеспечит тягу R=R₀+ΔR=10129 кГ, т.е. на 1,3% выше измеренной. Эта величина должна быть принята базовой для расчета тяги данного экземпляра двигателя в высотных условиях. При исходной отладке α=1,05 и влажности В=100% величина поправки может достигать 2,5% от величины измеренной тяги.

Использование предложенного способа контроля тяги ТРДФ позволит обеспечить стабильность тяговых характеристик для всех экземпляров двигателя данного типа, независимо от атмосферных условий проведения стендовых испытаний. При этом не требуется специального оборудования для осушки поступающего в двигатель воздуха.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к турбореактивным двигателям с форсажной камерой (ТРДФ). Способ контроля тяги ТРДФ включает измерение на стенде тяги R₀, давления Р₀ и температуры Т₀ воздуха на входе в двигатель, а также коэффициента избытка воздуха α. Новым в предложенном способе является то, что определяют зависимость коэффициента полноты сгорания топлива η от коэффициента избытка воздуха α, рассчитывают влияние полноты сгорания топлива на тягу

где Δη - изменение коэффициента полноты сгорания топлива, измеряют парциальное давление паров воды в воздухе Р_в и к измеренной тяге добавляют поправку ΔR = kR_o[η(α)-η(α_e)], где α_e - уточненный коэффициент избытка воздуха, определяемый по формуле α_e = α(1-P_в/P_o). Изобретение позволяет обеспечить стабильность тяговых характеристик для всех экземпляров двигателей данного типа, независимо от атмосферных условий при проведении стендовых испытаний.

Способ контроля тяги турбореактивного двигателя с форсажной камерой в высотных условиях путем измерения на стенде тяги R₀, давления Р₀ и температуры Т₀ воздуха на входе в двигатель и коэффициента избытка воздуха α, отличающийся тем, что определяют зависимость коэффициента полноты сгорания топлива η от коэффициента избытка воздуха α, рассчитывают влияние полноты сгорания топлива на тягу

,

где Δη - изменение коэффициента полноты сгорания топлива, измеряют парциальное давление паров воды в воздухе Р_в и к измеренной тяге добавляют поправку

ΔR=kR₀[η(α)-η(α_е)],

где α_е - уточненный коэффициент избытка воздуха, определяемый по формуле α_е=α(1-Р_в/Р₀).