涡轮喷气发动机转速特性实验

《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 M=0、飞行高度H=0），测量发动机的推力F、耗油率sfc、压气机增压比**、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mau-201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TC-21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， 燃油经过四个离心式喷嘴向燃烧室供油。MAu-201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。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。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表，测量用数字式排气温度表。离心式压气机出口压力表：为标准压力表。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）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 P。和温度「，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。（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ncor二（（测）288/T0n（测），换算转速门妙为：（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）FCOr-F（测）101325/P0，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, （kg/N.h）再根据测定的燃油密度 P（煤油的密度片780kg/m3），即可计算出燃油消耗率sfc ，即：sfc测=3600Vr/F （kg/N.h）换算SfCcor为：sfCcor=sfc（测）J288/T0 Pm,然后根据流量公式计算出空气流（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量ma （kg/s）mA=kq（兀） AAR/jTo式中：k一气体物理性质常数，对于空气 k=0.0404i—进气管流量系数，=0.982A一进气流量管测量段截面积， A=0.01767mP°一大气压力T°一试车间空气温度q（）一气体密流函数，取决于气动函数 -：（）=Pm/P0Pm一测量截面静压换算空气流量为：m换算空气流量为：macorma.288 金丁元(kg/s)（5）压气机出口空气压力P2*和增压比7k*的测定从操纵台上的标准压力表读出P2*（表）**p2=P2表+P0压气机增压比「k*7：k=p2/P06 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），则换算温度为:(K)T2C0r—二(t2(测)273)288/T(K)⑺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：t4cor=(t4(测)273)288/T。(K)(8)测量大气温度t。的单位为C,计算时换算成绝对温度To=to+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)..**=f(n) T2coL=f(n) T4co^=f(n) macor=f(n)(2)回答下列问题：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？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*?在计算空气流量时，为什么乘上流量系数 占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转速(rpm)推力(N)耗油率(kg/N.h)压气机出口压力2(N/m)n测ncorF表(mV)F测Fcorf(Hz)Sfc测Sf%rP2*表P2*Hk*123456发动机试车数据记录整理表发动机型号试车目的