涡轮喷气发动机转速特性实验

1、涡轮喷气发动机转速特性实验实验指导书发动机控制实验室2006年3月涡轮喷气发动机转速特性实验1试验目的测定涡喷发动机转速特性。即在地面台架试车条件下（飞行M0、飞行高度H0），测量发动机的推力F、耗油率sfc、压气机增压比pk*、排气温度T4*、空气流量ma随发动机转速n的变化关系。2实验设备2.1实验发动机本试验所用发动机为MA201单轴涡喷发动机。该发动机为莫斯科航空学院在涡轮起动机TC21的基础上制造的，将涡轮起动机带减速器的自由涡轮拆下，换上收敛喷管，在发动机的进口安装了带测量段的进气装置，改装成涡喷发动机。发动机的压气机为一级带导风轮的离心式压气机，燃烧室为带四个单独头部的环形燃烧室

2、，燃油经过四个离心式喷嘴向燃烧室供油。MA2 01发动机采用单级涡轮和收敛形尾喷管。发动机在最大状态工作时的主要参数如下：发动机转速：50500rpm增压比： 2.0涡轮前温度：850°C 空气流量： 1.2kg/s2.2试车台架试验台采用弹簧片式的台架，其构造如图1所示。由活动框架1（动架）和固定底架2（定架）两部分组成，动架和定架靠四片弹簧片3相连接，发动机装在动架上。定架用螺钉与地基相连，测力系统测力计4固定在定架上，活塞杆5与动架相连。当发动机工作时，推力通过两侧支架传到动架，通过动架又传递给测力计，实验时根据推力表指示数据查推力校准曲线，即可得到发动机推力。推力校准曲线是根

3、据对发动机台架的校准结果绘制而成的（见图3）。为了测量空气流量，在发动机的压气机前安装了进气流量管6。2.3操纵台操纵台上安装有发动机油门操纵杆，控制和监视发动机工作的开关和仪表，以及测量发动机数据的仪器、仪表。2.4燃油系统燃油系统如图2所示，包括油路开关1、油滤2、燃油泵3、油门操纵杆4、油路开关5、油滤6、燃油压力传感器7、测量燃油消耗率的涡轮流量计8等。2.5监控与测量仪表l 推力表：为一个毫伏表，发动机推力通过推力传感器将推力转换为电压信号。l 转速表：有指针式和数字式两种，监控用指针式转速表，测量用数字式转速表。l 排气温度表：用热电偶及其配套仪表指示排气温度，监控用指针式排气温度

4、表，测量用数字式排气温度表。l 离心式压气机出口压力表：为标准压力表。l 大气压力计和大气温度表：为动槽式水银大气压力计和温度计。3实验方法和操作步骤3.1 开车前准备(1) 安装好尾喷管排气筒，检查发动机及实验台架的各连接部分是否松动，管路和附件是否漏油。(2) 开动直流发电机，打开供电开关、燃油箱阀门，检查各电器系统及仪器仪表是否正常工作。3.2 冷转将发动机起动系统的转换开关扳到“冷转”位置，并按下发动机“启动”钮进行发动机冷转。冷转的持续时间不应超过10秒，冷转时只接通电起动机，燃油不进入发动机燃烧室，进行发动机气流通道的吹风换气，其目的是排除气流通道中的剩余燃油。3.3 热起动（开车

5、）将发动机起动系统的转换开关扳到“热起动”位置，按下发动机“启动”按钮进行发动机热起动。为了在实验时改变发动机工作状态，使用发动机操纵杆来控制供油活门，以改变发动机的供油量。当发动机操纵杆移动时，供油活门通路的截面发生相应变化，因此燃油流量和发动机转速也发生相应变化。在发生意外事故的情况下，应立即关闭发动机试车台的电源开关。3.4 实验数据的录取和实验结果的整理发动机起动后，在不同发动机转速（45个转速状态）下测量记录所需数据。每次测量数据时，都要在发动机工作稳定后进行。在实验前后，分别记录大气压力P0和温度T0，取平均值记录。然后按照相似理论，将实验所得数据转换到标准大气条件下的换算参数。（

6、1）转速n的测定由数字式转速表直接读数。数字转速表的读数n（测），换算转速ncor为： (r/min)（2）推力的测定根据操纵台上的毫伏表读出的电压值V，再查推力校准曲线图3（或按根据推力校准曲线拟合的公式进行计算）获得推力的测量值F（测），换算推力为： (N)（3）单位燃油消耗率sfc的测定用涡轮燃油流量计测量发动机的燃油耗油率。从频率计上记录燃油流经涡轮流量计的频率值f，根据记录的频率值f查燃油流量和频率的关系曲线（图4），便可算出燃油消耗的体积流量V，再根据测定的燃油密度r（煤油的密度r780kg/m3），即可计算出燃油消耗率sfc（测），即： (kg/N.h)换算sfccor为： (k

7、g/N.h)（4）空气流量ma的测定由数字式压力表读出发动机进气流量管测量段的静压Pm，然后根据流量公式计算出空气流量ma（测）， （kg/s）式中：k 气体物理性质常数，对于空气k0.0404m 进气管流量系数，m0.98A 进气流量管测量段截面积，A0.01767m2P0 大气压力T0 试车间空气温度q(l) 气体密流函数，取决于气动函数p (l)=Pm/P0Pm 测量截面静压换算空气流量为： （kg/s）（5）压气机出口空气压力P2*和增压比pk*的测定从操纵台上的标准压力表读出P2*（表）， 压气机增压比pk*（6） 压气机出口气体温度T2*的测定从操纵台上的数字式温度表读出t2*（测

8、），则换算温度为： （K）（7）排气温度T4*的测定从操纵台上的数字式温度表读取，测量值为t4*（测），按下式换算到标准状态，即换算排气温度为： （K）（8）测量大气温度t0的单位为°C，计算时换算成绝对温度T0 = t0+273 (K)4实验报告（1）根据实验结果画出发动机转速特性图，即下列关系图：Fcor = f(n) sfccor = f(n) pk* = f(n) T2cor* = f(n) T4cor* = f(n) macor = f(n)（2）回答下列问题：a) 发动机试车数据为什么要进行换算？若要求今天试车的换算转速为35000rpm，做实验时的实际转速应为多少？b) 发动机的涡轮前温度T3*比较难测，试问至少应测量哪些参数才能计算出T3*？c) 在计算空气流量时，为什么乘上流量系数m？发动机试车数据记录整理表发动机型号 试车目的 大气温度 大气压力 燃油密度 喷口直径 试车日期 序号转速（rpm）推力（N）耗油率（kg/N.h）压气机出口压力(N/m2)n测ncorF表(mV)F测Fcorf(Hz)Sfc测sfccorP2*表P2*pk*123456发动机试车数据记录整理表发动机型号 试车目的 大气温度 大气压力 燃油密度