5.6. Особенности испытаний турбовальных и турбовинтовых гтд, эквивалентная мощность, требования к стендам.

Полезная отдача турбовальных ГТД оценивается по приведенной мощности. Полезная отдача турбовинтовых ГТД оценивается по эквивалентной мощности, представляющей собой сумму приведенной мощности и мощности, равноценной силе тяги, развиваемой соплом. В статических условиях

, (4.22)

где - эквивалентная мощность;

и - соответственно приведенная мощность и приведенная сила тяги, которые определяются по формулам (1.1);

- коэффициент пересчета силы тяги в мощность, принимаемой для взлетной мощности равным =0,91.

В полетных условиях

=+, (4.23)

где - истинная скорость полета;

- коэффициент полезного действия винта.

При расчете приведенной мощности учитывается мощность, затрачиваемая на привод самолетных агрегатов (зависит от их загрузки).

Помимо общих требований, боксы для испытания ГТД должны быть достаточно просторными для размещения двигателя с винтами и обеспечения необходимого расхода воздуха через двигатель и площадь, ометаемую винтами, а также иметь оборудование для измерения крутящего момента и силы тяги, развиваемой двигателем (с погрешностями не более 0,5 % от максимального значения).

Испытания с загрузочным устройством (тормозом)

Мощность развиваемая турбовинтовым или турбовальным ГТД может быть поглощена и измерена загрузочным устройством, в качестве которого может быть применен или гидротормоз, или воздушный тормоз, или индукционный тормоз, или др. устройство.

Двигатель укрепляется на станине и его свободная турбина соединяется валом тормоза. Соосность двигателя и тормоза должна быть обеспечена с высокой точностью.

Отбор мощности с выходного вала редуктора не производят, так как при этом пришлось бы применять тихоходные тормоза больших размеров, вследствие чего для ТВД, например, могло бы создаться дополнительное сопротивление воздуха на входе в двигатель.

Если тормоз с двигателем укрепить на динамометрической платформе силоизмерительного устройства, то можно одновременно измерять крутящий момент и силу тяги. Однако, подобные установки весьма громоздки и применяются редко. Значительно чаще силу тяги ТВД измеряют газодинамическим методом.

Тормозной стенд позволяет провести обкатку двигателя и получить достаточно точные нагрузочные характеристики, а для турбовальных ГТД провести и всю отладку двигателя. При снятии характеристик во время опытных испытаний получают для ожидаемых эксплуатационных условий работы не менее четырех кривых зависимости мощности от частоты вращения ротора при постоянной температуре газа перед турбиной или же при постоянной частоте вращения ротора и различной температуре газов

перед турбиной. Две кривые – д.ля взлетного режима и режима максимальной продолжительной мощности, две другие – с равными интервалами между режимом земного малого газа и режимом максимальной продолжительной мощности.

При проверке работы ТВД и вертолетных ГТД в высотно-скоростных условиях тормоз с двигателем располагаются в термобарокамере.

Однако тормозным испытаниям присущи недостатки, из-за которых требуются повторные испытания ТВД с винтами, а именно: не проверяется работа редуктора и элементов, воспринимающих тянущее усилие винта (упорных подшипников, валов, корпуса редуктора и др.), не испытывается система механизации и защиты винтов.

Испытания на стенде ГТД с воздушными винтами

При этих испытаниях ТВД укрепляется на неподвижной жесткой опоре. На двигатель монтируют воздушные винты.

Режим испытания по мощности устанавливается с помощью характеристик, полученных на тормозном стенде (например, по давлению топлива перед форсунками на заданной частоте вращения) или с помощью ИКМ (измерителя крутящего момента), смонтированного внутри двигателя и являющего штатным прибором системы контроля крутящего момента в полете. Наибольшее распространение получили гидравлические ИКМ.

Применение ИКМ, если он работает стабильно и обладает достаточной точностью, упрощает и удешевляет испытания. Отпадает необходимость применения тормозных испытаний ТВД и связанного с ними оборудования (например, гидротормозов, системы водоснабжения). Сокращается цикл и трудоемкость испытания ТВД, возрастает пропускная способность испытательных станций. Недостаток метода заключается в том, что требуется точное изготовление элементов ИКМ, что несколько удорожает производство двигателя.

Испытания вертолетных ГТД также могут проводиться на натурных винтовых стендах, такие испытания (как правило выборочные) проводят для проверки работоспособности главного редуктора вертолета (особенно, если он работает от нескольких ГТД).

Специальные испытания ТВД и вертолетных ГТД

Вибрографирование и тензометрирование двигателей должно проводиться при наличии силовых возмущений, создаваемых воздушными винтами. Для вертолетных ГТД, кроме того, характерным является вибрографирование двигателя и трансмиссии при максимально допустимой расцентровке валов двигателя и главного редуктора и тензометрирование валов трансмиссии для определения напряжений от крутильных и изгибных колебаний. У ТВД во время 150-часовых испытаний проверяется работа

механизации и защиты воздушного винта, работа системы ограничения крутящего момента (работающей, например, от ИКМ) при полностью заглушенных самолетных агрегатах.

Если у двигателей есть свободная турбина, то она проходит проверку на повышенный (максимально допустимой) крутящий момент и на быстродействие системы ограничения частоты вращения при резком снятии нагрузки.

Испытание на максимально допустимой крутящий момент проводятся на гидротормозном стенде или с воздушными винтами на частоте вращения, при которой этот момент может быть достигнут. Температура газов перед свободной турбиной устанавливается максимальный для взлетного режима, а температура масла на входе в двигатель – исходя из наиболее тяжелых условий работы подшипников свободной турбины. Испытания включают: 5 мин непрерывной работы на режиме 0,75 взлетной мощности и 15 мин (циклами не менее 3 мин) на режиме максимально допустимого крутящего момента.

Измеряют: частоту вращения турбины, крутящий момент, температуру газов перед (за) турбиной, температуру и давление масла на входе в двигатель, температуру атмосферного воздуха и температуру подшипников свободной турбины (во время работы на ).

Проверка работы автоматики ограничения частоты вращения свободной турбины при резком снятии нагрузки осуществляется на гидротормозном стенде. Двигатель оборудуется устройством для быстрого разъединения свободной турбины с гидротормозом, например, за счет отстрела рессоры. При взрыве пиропатрона поршень, укрепленный на штанге, срезает кольцо и мгновенно вытягивает рессору из зацепления со свободной турбиной. Турбина стремится раскрутиться, но автомат защиты должен выдать команду на резкое уменьшение подачи топлива и предотвратить раскрутку. Во время эксперимента осциллографируются: частота вращения свободной турбины и давление топлива перед форсунками.

При проведении «горячих испытаний» ГТД со свободной турбиной, когда повышение температуры газов перед турбиной достигается с помощью постановки сеток на входе в двигатель, а противодавление на выходе остается барометрическим, частота вращения турбокомпрессора при =max может не достигать максимальных значений. В этом случае возможно:

а) проведение испытаний на два этапа. В первом этапе испытывать в «горячем режиме» свободную турбину. Во втором этапе свободную турбину снять и испытывать в «горячем режиме» турбокомпрессор;

б) поставить сопловой аппарат свободной турбины с увеличенной площадью проходного сечения.

Указанные трудности не возникают при проведении «горячих испытаний» в ТБК.

На вертолетных ГТД проверяется возможность работы на

чрезвычайном режиме. В доводочных испытаниях на чрезвычайный режим выводят резким передвижением РУД (как при пробе приемистости) после работы на взлетном режиме в течение заявленной продолжительности. На чрезвычайном режиме работают разрешаемое техническими условиями время, после чего двигатель останавливают, разбирают и дефектируют. Во время чрезвычайного режима не должно быть нарушений в работе, а состояние деталей по результатам дефектации должно соответствовать техническим условиям.

Чрезвычайный режим может исчерпывать работоспособность двигателя. Поэтому во время кратковременных заводских испытаний на нем не работают, а проводят лишь достаточность избытка топлива, подаваемого насосом, необходимо для обеспечения работы на чрезвычайном режиме.