СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2019 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно, к способам испытаний газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен способ испытаний ГТД, у которого имеется возможность регулирования с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя, то есть изменением площади критического диаметра сопла Fкp (Ю.Н. Нечаев "Законы управления и характеристики авиационных силовых установок" - Москва, Машиностроение, 1995, стр. 239).

Из известных способов наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ испытаний ГТД с изменяемой геометрией сопла, при котором предварительно при испытаниях двигателя на стенде выводят его на максимальный режим при постоянном значении диаметра критического сечения сопла, затем изменяют площадь критического сечения сопла, измеряют степень расширения на турбинах и вводят ее в регулятор двигателя в качестве программы поддержания заданной степени расширения на турбине на форсажных режимах работы двигателя (см. патент RU №2634506, опубл. 31.10.2017).

Для двигателей с нерегулируемым соплом площадь критического диаметра сопла постоянна, в связи с чем невозможно определить параметры двигателя, которые необходимо внести в программу управления для соответствия заданным техническим условиям.

Задачей изобретения является получение оптимальных тяговых и экономических характеристик двигателя с нерегулируемым реактивным соплом.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе испытаний ГТД, при котором предварительно выводят его на максимальный режим работы, для двигателя с нерегулируемым реактивным соплом до начала испытаний для не менее, чем трех основных регулируемых параметров, характеризующих работу двигателя на максимальном режиме, устанавливают границу их максимального и минимального допустимых значений исходя из его конструктивных особенностей; далее в ходе испытаний производят измерение каждого из выбранных основных регулируемых параметров на максимальном режиме, определяемом частотой вращения ротора, и не менее чем четырех близких к нему режимах; затем осуществляют приведение выбранных параметров и частоты вращения ротора с построением зависимости приведенных выбранных параметров от приведенной частоты вращения ротора, при этом на ось частоты вращения ротора наносят границы, определяемые максимальным и минимальным значениями из используемых режимов; для приведенных выбранных параметров двигателя также наносят границы их максимального и минимального допустимого значений, установленных ранее; далее определяют требуемую частоту вращения ротора, удовлетворяющую условию одновременного нахождения всех приведенных выбранных параметров, соответствующих данной требуемой частоте, в пределах своих границ допустимых значений; затем полученную требуемую частоту вращения ротора и соответствующие ей приведенные выбранные параметры заносят в регулятор двигателя; если частот, удовлетворяющих условию, несколько, то дополнительно строят зависимость удельного расхода топлива от приведенной частоты вращения ротора и выбирают ту частоту, при которой реализуется наименьший удельный расход топлива; если же частота вращения ротора, удовлетворяющая условию, отсутствует, то с двигателя демонтируют нерегулируемое реактивное сопло и устанавливают сопло с другими геометрическими характеристиками, после чего повторяют все этапы испытаний.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является оптимизация тягово-экономических характеристик двигателя с нерегулируемым соплом и повышение точности определения параметров.

Пример осуществления способа.

Проводят испытания конкретного двигателя, с измерением не менее, чем на пяти режимах параметров, близких к максимальному режиму его работы. В таблице приведены результаты приведенных параметров на 6-ти измеренных режимах работы.

Затем строят зависимости приведенных параметров от приведенной частоты вращения ротора. На графике представлен пример зависимостей значений тяги R_пp, температуры газов перед турбиной Т_{г пр}, температуры газа за турбиной t_{4 пр} и удельного расхода топлива Сr_пр от приведенной частоты вращения ротора n_пр.

На ось приведенной частоты вращения наносят заданный диапазон частоты вращения для максимальных режимов работы двигателя, (обозначены на рисунке индексами n_min и n_max), на другой оси при том же диапазоне частоты вращения устанавливают допустимые границы максимальных и минимальных значений приведенных параметров двигателя: тяги, температуры газов, удельного расхода топлива и других параметров. На графике полученные границы обозначены индексами Т_{г max}, t_{4 max}, R_max, R_min, Cr_max.

В полученных диапазонах приведенных параметров двигателя определяют приведенную частоту вращения ротора, обеспечивающую соответствие заданных значений параметров. На графике полученное значение частоты вращения обозначено индексом n_реж (режимное значение). При этой частоте вращения по построенным зависимостям определяют конкретные параметры двигателя, а именно: значения температуры газов перед турбиной Т_{r реж}, температуры газов за турбиной t_{4 реж} и тяги R_реж, полученные при минимальном удельном расходе топлива С_{r реж}. Полученные значения частоты вращения и температуры газов за турбиной вносят в регулятор двигателя.

При несоответствии полученных параметров заданным настройкам на двигатель устанавливают сопло с другими геометрическими характеристиками и повторяют запуск с измерением параметров и последующим определением настроечных значений регуляторов частоты вращения и температуры газов за турбиной.

Для более точного построения зависимостей приведенных параметров двигателя от приведенной частоты вращения измерение параметров производят с шагом 1…2% по частоте вращения ротора.

При испытаниях двухвального ГТД измерение параметров и построение зависимостей производят по частоте вращения ротора низкого давления, а в качестве заданного параметра дополнительно используют частоту вращения ротора высокого давления.

При испытании двухвального ГТД возможен вариант, при котором частоту вращения ротора высокого давления дополнительно принимают в качестве настроечного значения в регуляторе двигателя.

Таким образом, предложенный способ испытаний ГТД с нерегулируемым соплом позволяет определить необходимые настройки регуляторов двигателя, соответствующие заданным в технических условиях параметрам.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний газотурбинных двигателей (ГТД). При осуществлении предложенного способа ГТД выводят на максимальный режим работы. Для двигателя с нерегулируемым реактивным соплом до начала испытаний для не менее чем трех основных регулируемых параметров, характеризующих работу двигателя на максимальном режиме, устанавливают границу их максимального и минимального допустимых значений, исходя из его конструктивных особенностей; далее в ходе испытаний производят измерение каждого из выбранных основных регулируемых параметров на максимальном режиме, определяемом частотой вращения ротора, и не менее чем четырех близких к нему режимах; затем осуществляют приведение выбранных параметров и частоты вращения ротора с построением зависимости приведенных выбранных параметров от приведенной частоты вращения ротора, при этом на ось частоты вращения ротора наносят границы, определяемые максимальным и минимальным значениями из используемых режимов; для приведенных выбранных параметров двигателя также наносят границы их максимального и минимального допустимых значений, установленных ранее; далее определяют требуемую частоту вращения ротора, удовлетворяющую условию одновременного нахождения всех приведенных выбранных параметров, соответствующих данной требуемой частоте, в пределах своих границ допустимых значений; затем полученную требуемую частоту вращения ротора и соответствующие ей приведенные выбранные параметры заносят в регулятор двигателя; если частот, удовлетворяющих условию, несколько, то дополнительно строят зависимость удельного расхода топлива от приведенной частоты вращения ротора и выбирают ту частоту, при которой реализуется наименьший удельный расход топлива; если же частота вращения ротора, удовлетворяющая условию, отсутствует, то с двигателя демонтируют нерегулируемое реактивное сопло и устанавливают сопло с другими геометрическими характеристиками, после чего повторяют все этапы испытаний. Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является оптимизация тягово-экономических характеристик двигателя с нерегулируемым соплом и повышение точности определения параметров. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ испытаний газотурбинного двигателя, при котором предварительно выводят его на максимальный режим работы, отличающийся тем, что для двигателя с нерегулируемым реактивным соплом до начала испытаний для не менее чем трех основных регулируемых параметров, характеризующих работу двигателя на максимальном режиме, устанавливают границу их максимального и минимального допустимых значений, исходя из его конструктивных особенностей; далее в ходе испытаний производят измерение каждого из выбранных основных регулируемых параметров на максимальном режиме, определяемом частотой вращения ротора, и не менее чем четырех близких к нему режимах; затем осуществляют приведение выбранных параметров и частоты вращения ротора с построением зависимости приведенных выбранных параметров от приведенной частоты вращения ротора, при этом на ось частоты вращения ротора наносят границы, определяемые максимальным и минимальным значениями из используемых режимов; для приведенных выбранных параметров двигателя также наносят границы их максимального и минимального допустимых значений, установленных ранее; далее определяют требуемую частоту вращения ротора, удовлетворяющую условию одновременного нахождения всех приведенных выбранных параметров, соответствующих данной требуемой частоте, в пределах своих границ допустимых значений; затем полученную требуемую частоту вращения ротора и соответствующие ей приведенные выбранные параметры заносят в регулятор двигателя; если частот, удовлетворяющих условию, несколько, то дополнительно строят зависимость удельного расхода топлива от приведенной частоты вращения ротора и выбирают ту частоту, при которой реализуется наименьший удельный расход топлива; если же частота вращения ротора, удовлетворяющая условию, отсутствует, то с двигателя демонтируют нерегулируемое реактивное сопло и устанавливают сопло с другими геометрическими характеристиками, после чего повторяют все этапы испытаний.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение параметров производят с шагом 1…2% по частоте вращения ротора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве параметров, заданных в технических условиях, используют значения тяги, температуры газов перед и за турбиной и частоту вращения ротора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для двухвального газотурбинного двигателя измерение параметров и построение зависимостей производят по частоте вращения ротора низкого давления, а в качестве заданного параметра дополнительно используют частоту вращения ротора высокого давления.