渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性實驗

1、渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性實驗實驗指導(dǎo)書發(fā)動機控制實驗室2006年3月渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性實驗1試驗?zāi)康臏y定渦噴發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性。即在地面臺架試車條件下（飛行M0、飛行高度H0），測量發(fā)動機的推力F、耗油率sfc、壓氣機增壓比pk*、排氣溫度T4*、空氣流量ma隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速n的變化關(guān)系。2實驗設(shè)備2.1實驗發(fā)動機本試驗所用發(fā)動機為MA201單軸渦噴發(fā)動機。該發(fā)動機為莫斯科航空學(xué)院在渦輪起動機TC21的基礎(chǔ)上制造的，將渦輪起動機帶減速器的自由渦輪拆下，換上收斂噴管，在發(fā)動機的進口安裝了帶測量段的進氣裝置，改裝成渦噴發(fā)動機。發(fā)動機的壓氣機為一級帶導(dǎo)風(fēng)輪的離心式壓氣機，燃燒室為帶四個單獨頭部的環(huán)形燃燒室

2、，燃油經(jīng)過四個離心式噴嘴向燃燒室供油。MA2 01發(fā)動機采用單級渦輪和收斂形尾噴管。發(fā)動機在最大狀態(tài)工作時的主要參數(shù)如下：發(fā)動機轉(zhuǎn)速：50500rpm增壓比： 2.0渦輪前溫度：850°C 空氣流量： 1.2kg/s2.2試車臺架試驗臺采用彈簧片式的臺架，其構(gòu)造如圖1所示。由活動框架1（動架）和固定底架2（定架）兩部分組成，動架和定架靠四片彈簧片3相連接，發(fā)動機裝在動架上。定架用螺釘與地基相連，測力系統(tǒng)測力計4固定在定架上，活塞桿5與動架相連。當(dāng)發(fā)動機工作時，推力通過兩側(cè)支架傳到動架，通過動架又傳遞給測力計，實驗時根據(jù)推力表指示數(shù)據(jù)查推力校準(zhǔn)曲線，即可得到發(fā)動機推力。推力校準(zhǔn)曲線是根

3、據(jù)對發(fā)動機臺架的校準(zhǔn)結(jié)果繪制而成的（見圖3）。為了測量空氣流量，在發(fā)動機的壓氣機前安裝了進氣流量管6。2.3操縱臺操縱臺上安裝有發(fā)動機油門操縱桿，控制和監(jiān)視發(fā)動機工作的開關(guān)和儀表，以及測量發(fā)動機數(shù)據(jù)的儀器、儀表。2.4燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)如圖2所示，包括油路開關(guān)1、油濾2、燃油泵3、油門操縱桿4、油路開關(guān)5、油濾6、燃油壓力傳感器7、測量燃油消耗率的渦輪流量計8等。2.5監(jiān)控與測量儀表l 推力表：為一個毫伏表，發(fā)動機推力通過推力傳感器將推力轉(zhuǎn)換為電壓信號。l 轉(zhuǎn)速表：有指針式和數(shù)字式兩種，監(jiān)控用指針式轉(zhuǎn)速表，測量用數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。l 排氣溫度表：用熱電偶及其配套儀表指示排氣溫度，監(jiān)控用指針式排氣溫度

4、表，測量用數(shù)字式排氣溫度表。l 離心式壓氣機出口壓力表：為標(biāo)準(zhǔn)壓力表。l 大氣壓力計和大氣溫度表：為動槽式水銀大氣壓力計和溫度計。3實驗方法和操作步驟3.1 開車前準(zhǔn)備(1) 安裝好尾噴管排氣筒，檢查發(fā)動機及實驗臺架的各連接部分是否松動，管路和附件是否漏油。(2) 開動直流發(fā)電機，打開供電開關(guān)、燃油箱閥門，檢查各電器系統(tǒng)及儀器儀表是否正常工作。3.2 冷轉(zhuǎn)將發(fā)動機起動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“冷轉(zhuǎn)”位置，并按下發(fā)動機“啟動”鈕進行發(fā)動機冷轉(zhuǎn)。冷轉(zhuǎn)的持續(xù)時間不應(yīng)超過10秒，冷轉(zhuǎn)時只接通電起動機，燃油不進入發(fā)動機燃燒室，進行發(fā)動機氣流通道的吹風(fēng)換氣，其目的是排除氣流通道中的剩余燃油。3.3 熱起動（開車

5、）將發(fā)動機起動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“熱起動”位置，按下發(fā)動機“啟動”按鈕進行發(fā)動機熱起動。為了在實驗時改變發(fā)動機工作狀態(tài)，使用發(fā)動機操縱桿來控制供油活門，以改變發(fā)動機的供油量。當(dāng)發(fā)動機操縱桿移動時，供油活門通路的截面發(fā)生相應(yīng)變化，因此燃油流量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速也發(fā)生相應(yīng)變化。在發(fā)生意外事故的情況下，應(yīng)立即關(guān)閉發(fā)動機試車臺的電源開關(guān)。3.4 實驗數(shù)據(jù)的錄取和實驗結(jié)果的整理發(fā)動機起動后，在不同發(fā)動機轉(zhuǎn)速（45個轉(zhuǎn)速狀態(tài)）下測量記錄所需數(shù)據(jù)。每次測量數(shù)據(jù)時，都要在發(fā)動機工作穩(wěn)定后進行。在實驗前后，分別記錄大氣壓力P0和溫度T0，取平均值記錄。然后按照相似理論，將實驗所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的換算參數(shù)。（

6、1）轉(zhuǎn)速n的測定由數(shù)字式轉(zhuǎn)速表直接讀數(shù)。數(shù)字轉(zhuǎn)速表的讀數(shù)n（測），換算轉(zhuǎn)速ncor為： (r/min)（2）推力的測定根據(jù)操縱臺上的毫伏表讀出的電壓值V，再查推力校準(zhǔn)曲線圖3（或按根據(jù)推力校準(zhǔn)曲線擬合的公式進行計算）獲得推力的測量值F（測），換算推力為： (N)（3）單位燃油消耗率sfc的測定用渦輪燃油流量計測量發(fā)動機的燃油耗油率。從頻率計上記錄燃油流經(jīng)渦輪流量計的頻率值f，根據(jù)記錄的頻率值f查燃油流量和頻率的關(guān)系曲線（圖4），便可算出燃油消耗的體積流量V，再根據(jù)測定的燃油密度r（煤油的密度r780kg/m3），即可計算出燃油消耗率sfc（測），即： (kg/N.h)換算sfccor為： (k

7、g/N.h)（4）空氣流量ma的測定由數(shù)字式壓力表讀出發(fā)動機進氣流量管測量段的靜壓Pm，然后根據(jù)流量公式計算出空氣流量ma（測）， （kg/s）式中：k 氣體物理性質(zhì)常數(shù)，對于空氣k0.0404m 進氣管流量系數(shù)，m0.98A 進氣流量管測量段截面積，A0.01767m2P0 大氣壓力T0 試車間空氣溫度q(l) 氣體密流函數(shù)，取決于氣動函數(shù)p (l)=Pm/P0Pm 測量截面靜壓換算空氣流量為： （kg/s）（5）壓氣機出口空氣壓力P2*和增壓比pk*的測定從操縱臺上的標(biāo)準(zhǔn)壓力表讀出P2*（表）， 壓氣機增壓比pk*（6） 壓氣機出口氣體溫度T2*的測定從操縱臺上的數(shù)字式溫度表讀出t2*（測

8、），則換算溫度為： （K）（7）排氣溫度T4*的測定從操縱臺上的數(shù)字式溫度表讀取，測量值為t4*（測），按下式換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即換算排氣溫度為： （K）（8）測量大氣溫度t0的單位為°C，計算時換算成絕對溫度T0 = t0+273 (K)4實驗報告（1）根據(jù)實驗結(jié)果畫出發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性圖，即下列關(guān)系圖：Fcor = f(n) sfccor = f(n) pk* = f(n) T2cor* = f(n) T4cor* = f(n) macor = f(n)（2）回答下列問題：a) 發(fā)動機試車數(shù)據(jù)為什么要進行換算？若要求今天試車的換算轉(zhuǎn)速為35000rpm，做實驗時的實際轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？b) 發(fā)動機的渦輪前溫度T3*比較難測，試問至少應(yīng)測量哪些參數(shù)才能計算出T3*？c) 在計算空氣流量時，為什么乘上流量系數(shù)m？發(fā)動機試車數(shù)據(jù)記錄整理表發(fā)動機型號 試車目的 大氣溫度 大氣壓力 燃油密度 噴口直徑 試車日期 序號轉(zhuǎn)速（rpm）推力（N）耗油率（kg/N.h）壓氣機出口壓力(N/m2)n測ncorF表(mV)F測Fcorf(Hz)Sfc測sfccorP2*表P2*pk*123456發(fā)動機試車數(shù)據(jù)記錄整理表發(fā)動機型號 試車目的 大氣溫度 大氣壓力 燃油密度