7.8. Измерение расхода топлива

При испытаниях авиационных двигателей в стендовых условиях и в полете одним из основных параметров, дающих возможность определить экономичность двигателя, является расход топлива. Существует достаточно большое количество методов измерения расходов топлива, основанных на различных физических принципах (дроссельные расходомеры, скоростные расходомеры, объемные и массовые расходомеры, ультразвуковые расходомеры). Наиболее распространенными являются дроссельные и скоростные расходомеры, позволяющие измерять мгновенные и суммарные расходы топлива соответственно.

7.9. Приборы для измерения расхода топлива

Дроссельные расходомеры представляют собой местное сужение трубопровода, в котором поток разгоняется, а статическое давление уменьшается. По перепаду давления до дросселя и в месте сужения определяется мгновенный расход топлива. Для несжимаемой жидкости при отсутствии трения уравнение Бернулли имеет вид: Δp = 0,5 ρ W², откуда W= Подставляя значение W в уравнение неразрывности G_т = ρWF_o, получаем формулу для определения расхода топлива , где F_о – площадь отверстия дроссельной шайбы; Δρ – перепад давления на дроссельной шайбе; ρ – плотность топлива. Чтобы учесть отличие реального течения от идеального в полученное соотношение вводится так называемый коэффициент расхода μ и формула для определения расхода G_т приобретает вид G_т= μF_o.

Дроссельные шайбы, используемые в расходомерах, нормированы (на каждой шайбе проставлен коэффициент μ и площадь F_o ), что позволяет использовать их без предварительной тарировки.

Дроссельные расходомеры при правильной установке и эксплуатации в условиях установившихся потоков имеют погрешность не более ±1,5%.

Скоростные расходомеры используют часть энергии поступательного движения потока для вращения крыльчатки, ось которой совпадает с осью трубопровода. Скорость вращения крыльчатки и величина объемного расхода рабочего тела связаны уравнением

n = c · Q, где

n – частота вращения крыльчатки; Q – объемный расход топлива; с – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции крыльчатки (числа лопастей, их наклона к направлению потока, трения в опорах и т.д.); при малых расходах величина коэффициента с переменна.

В наиболее простой схеме скоростного расходомера вращение от крыльчатки передается с помощью двух магнитов через герметичную перегородку. Магнит вращает прерыватель. Количество импульсов тока, пропорциональное суммарному расходу топлива, считается электрическим счетчиком.

7.10. Измерение расхода воздуха

Наиболее распространенными являются два способа измерения расхода воздуха в двигателях. Это использование лемнискатного насадка и установка гребенки для измерения полных и статических давлений на выходе из сопла двигателя. Лемнискатный насадок, устанавливаемый на входе в двигатель, имеет плавную входную часть (выполненную по лемнискате) для

получения равномерных профилей скоростей по сечениям входного канала. По окружности насадка расположены трубки отбора статического давления, которые объединены в коллектор для определения среднего по окружности статического давления.

Расход воздуха через двигатель в этом случае вычисляется по формуле

G_в=m·q(λ_о)·σ,

где m – постоянная величина (для воздуха m = 0,3965);

Р^*_о – полное давление в том же сечении, где измеряется статическое;

Т^*_о – полная температура;

F_о – площадь сечения лемнискатного насадка;

q(λ_о) – газодинамическая функция скорости, определяемая с помощью таблиц газодинамических функций по известному отношению давлений

σ – коэффициент, учитывающий потери полного давления.

Потерями давления на входе в насадок можно пренебречь. Полная температура равна температуре окружающего воздуха на входе в двигатель.

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

Термопары могут быть расположены на гребенке пневмометрических трубок.

Расход продуктов сгорания двигателя G_г определяется по той же формуле, что и для воздуха (для продуктов сгорания керосина m = 0,389).

Расход воздуха будет равен G_в = G_г – G_т, где G_г – расход топлива, измеренный любым из перечисленных ранее способов.