3. Измерение расхода воздуха при испытаниях гтд

Наиболее распространенными являются два способа измерения рас-хода воздуха в двигателях:

1. С использование лемнискатного насадка на входе в двигатель.

2. С установкой гребенки для измерения полных и статических давле-ний на выходе из сопла двигателя.

1. В первом случае входной насадок, устанавливаемый на входе в дви-гатель (рис. 3.1), имеет плавную входную часть (выполненную по лемниска-те) для получения равномерных профилей скоростей по сечениям входного канала. Лемнискатный профиль (лемниската Бернулли) обеспечивает безот-рывное втекание воздуха при V_n = 0, чем достигается равномерное поле скоростей на входе в двигатель.

Рис. 3.1. Схема измерения расхода воздуха при стендовом испытании ГТД

По окружности насадка расположены трубки отбора статического давления, которые объединены в коллектор для определения среднего по окружности статического давления.

Измеряются значения перепада между давлением заторможенного по-тока и статическим р_в = р*_в - р_в и температура Т^*_в. Причем, в силу высокого качества чистоты выполнения внутренней поверхности входного насадка, обычно принимают, что его σ_вх. ≈1, а р*_в = р_н.

Тогда расход воздуха, кг/с, определяют по формуле:

где

m ≈ 40.5 (кГ·К)/кДж; F_в - площадь мерного сечения, м²; q(λ_B) — приведенная плотность тока, определяется по таблицам газодинамических

функций по значению π(λ_в), которое вычисляется по результатам измерения р_в^* и р_в^*:

2. Для второго случая.

Конструкция двигателя не всегда позволяет установить лемнискатный насадок. В этом случае удобен способ измерения расхода с помощью пневмометрических трубок, располагаемых в выходном сечении сопла дви-гателя. Для этого выходная часть сопла условно разбивается на ряд колец с равными площадями и каждое такое кольцо для измерения давления за-торможенного потока снабжается отдельными пневмометрическими труб-ками, которые обычно объединены в одну гребенку. На стенке сопла изме-ряется статическое давление. Температура потока по сечению неравномерна, поэтому по измерениям в нескольких точках сечения определяется средняя величина температуры заторможенного потока.

Термопары могут быть расположены на гребенке пневмометрических трубок.

Расход продуктов сгорания двигателя G_T определяется по той же фор-муле, что и для воздуха. Для продуктов сгорания авиационного топлива т_Т = 39,7 (кг·К)/кДж (для керосина).

Расход воздуха будет равен G_B = G_T - G_m, где G_m — расход топлива, из-меренный любым из перечисленных выше способов.

4. Измерение скорости потока и направления

Определение величины скорости потока при испытании двигателей производят по уравнению Бернулли. Для газовых потоков малой с корости (М < 0,25) пользуются формулой для несжимаемой жидкости

Приведенная скорость λ определяется с помощью газодинамических функций в соответствии с величиной р/ р*, полученной при измерениях, также как и температура Т^* .

Определение направления скорости в потоках. Для этого могут быть использованы методы визуализации потоков. Стенки канала выполняют прозрачными, а поток делают видимым за счет введения специальных на-полнителей. Методы визуализации дают хорошие результаты при сравни-тельно малых скоростях потока (до 50 м/с).

Метод нитей состоит в том, что в поток помещаются на тонких про-волочках легкие шелковые нити или флажки (для горячих потоков — из листовой платины), которые принимают положение линий тока при плав-ном течении или сильно колеблются в зонах отрыва.

Частицы, нити, флажки могут наблюдаться невооруженным глазом или фотографироваться в прямом или отраженном свете. Эти методы успешно применяются при исследовании течений вблизи поверхности тел, а также при определении направления потока и областей затенения в испы-тательных боксах.

• тех случаях, когда прямой доступ для определения направления потока отсутствует, используют специальные приемники давления. При-емники давления для таких измерений и флюгарки показаны на рис. 4.1, приемники, ориентированные по потоку, — на рис. 4.2, неориентируемые

— на рис. 4.3.

Рис. 4.1. Приемники и флюгарки для измерения направления потока: а,б - одноточечные поворотные; в, г — ориентируемые двухточечные; д - четырехточечный, ориентируемый в двух плоскостях; е — флюгарка

Рис. 4.2. Приемники, ориентируемые для измерения λ и

направления потока:

а, б — насадки для измерения λ; в, г — насадки для измерения λ и направ-ления потока; д — насадок для измерения λ и направления потока трехто-чечный; е — насадок трехточечный веерообразный для измерения λ и на-правления потока в пограничном слое

Чувствительным элементом приемника (рис.4.2 г, д) является сфери-ческая головка, на которой выполнено пять отверстий, четыре из которых расположены симметрично относительно пятого (центрального) отверстия. Принцип действия прибора состоит в том, что в зависимости от направле-ния потока вокруг головки приемника формируется вполне определенное поле давлений, которое воспринимается через отверстия приемника.

Рис. 4.3. Приемники, неориентируемые для измерения λ и направления потока:

а, б, в — используются для измерения параметров в двухмерном потоке; г, д —

• трехмерном; а, б — насадки трехточечные на цилиндрическом стержне; в — насадок трехточечный с протоком; г — шаровой пятиточечный насадок; д — Г-образный трубчатый пятиточечный насадок

Методом сравнения экспериментально полученного поля давлений с имеющимися для каждого приемника образцами аналогичных полей, хранящимися в каталоге, определяют направление потока. В частности, если поле давлений симметрично, то это означает, что приемник ориентирован по потоку. Этим свойством часто пользуются — изменяют при проведении эксперимента положение приемника, добиваясь его ориентации по потоку, тем самым определяя направление потока.