Стабилизация частоты вращения турбовинтового двигателя при испытаниях с гидротормозом

Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем


Авторы

Гимадиев А. Г. 1*, Букин В. А. 2, Гареев А. М. 1**, Грешняков П. И. 1***, Кутуев С. С. 1****

1. Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия
2. «ОДК-Кузнецов», Заводское шоссе, 29, Самара, 443009, Россия

*e-mail: gimadiev_ag@mail.ru
**e-mail: gareyev@ssau.ru
***e-mail: pavel.ssau@gmail.com
****e-mail: kutuevstas@outlook.com

Аннотация

При создании и эксплуатации турбовинтовых двигателей возникает необходимость в определении развиваемой ими мощности и запаса газодинамической устойчивости компрессора. В зависимости от мощности двигателя используются гидротормозные, электрические и другие установки, однако для мощных двигателей традиционно применяется гидротормоз, вал которого соединяется муфтой с валом турбокомпрессора. При испытании двигателя нередко возникают возмущения со стороны гидротормоза в виде колебаний давления (расхода) воды, приводящие к колебаниям частоты вращения его ротора и не позволяющие точно определить его мощность или запас устойчивости компрессора. В технической литературе недостаточно уделено внимания обеспечению стабильности частоты вращения двигателя при его испытаниях на гидротормозной установке. В статье приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований колебаний частоты вращения ротора турбовинтового двигателя совместно с гидротормозом. Показано, что в системе двигатель-гидротормоз возбуждаются колебания крутящего момента с частотами: 140 Гц – роторная частота; 14,5...15,5 Гц – резонанс рамы гидротормоза с двигателем; 3...5 Гц – колебаниям воды в подводящих магистралях гидротормоза; 0,15...0,30 Гц – обусловленные процессами в полостях вращающегося диска гидротормоза и функционированием стендового гидромеханического регулятора частоты вращения ротора двигателя. Колебания частоты вращения ротора двигателя происходят в области низких частот 0,15...0,30 Гц вследствие его инерционности. Из мероприятий по стабилизации частоты вращения ротора двигателя наилучший результат достигнут применением гидравлических гасителей колебаний давления на входах дроссельных заслонок гидротормоза, обеспечившим амплитуду колебаний частоты вращения ротора двигателя не более 15...25 об/мин на максимальном режиме и точке совместной работы двигателя с гидротормозом. Однако при определении запаса газодинамической устойчивости компрессора наблюдается колебательный процесс, несколько превышающий по амплитуде допустимые нормы. Дальнейшая стабилизация частоты вращения ротора ТВД на данной гидротормозной установке, при которой возможно определение запаса газодинамической устойчивости компрессора, возможна усовершенствованием его стендовой системы автоматического регулирования частоты вращения.

Ключевые слова

двигатель, гидротормоз, крутящий момент, частота вращения, испытания, колебания, гаситель, анализ

Библиографический список

  1. Бочкарев С.К., Белоусов А.Н., Кузнецов С.П. Испытания авиационных двигателей. – М.: Машиностроение, 2009. – 504 с.

  2. Турбовинтовой двигатель НК-12МВ. Авиационная энциклопедия «Уголок неба», 2004, URL: http://www.airwar.ru/enc/engines/nk12mv.html

  3. Гавриленко, Б.А., Минин В.А., Оловников Л.С.. Гидравлические тормоза. – М.: Изд-во машиностроительной литературы, 1961. – 244 с.

  4. Головащенко А., Спицын В., Боцула А., Коссе С. Осьминог или о роли тормоза в прогрессе турбиностроения // Двигатель. 2004. № 4. С. 16 – 54.

  5. Новосельцев М.Н., Шураев О.П., Чичурин А.Г. Разработка и испытания стенда с двигателем 6L160PNS и гидротормозом // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. 2017. № 51. С. 191 – 206.

  6. Закиева Ю.А., Безукладников Г.Г. Оптимизация систем загрузки промышленного газотурбинного двигателя. Расширение диапазона регулирования мощности // Сборка и испытания. 2010. № 2. С. 186 – 188.

  7. Torabnia S., Banazadeh A. Development of a water brake dynamometer with regard to the modular product design methodology, Proceedings of the ASME 2014 // 12th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, 2014, doi: 10.1115/esda2014-20232

  8. Daily J.W., Nece R.E. Chamber Dimension Effects on Induced Flow and Frictional Resistance of Enclosed Rotating Disks, Transactions of the ASME // ASME Journal of Basic Engineering, 1960, no. 82, pp. 217 – 230.

  9. Evans D.G. Analysis of internal flow characteristics of a smooth-disk water-brake dynamometer, NASA TN D-7234, 1973, available at: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19730015589.pdf

  10. Chew J.W., Vaughan C.M. Numerical predictions for the flow induced by an enclosed rotating disc, The American society of mechanical engineers, 1988, available at: http: //epubs.surrey.ac.uk/id/eprint/840105

  11. Van den Braembussche R.A., Malys H. Dynamic Stability of a water brake dynamometer // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 1998, vol. 120, pp. 89 – 96.

  12. Gruenbacher E., del Re L., Kokal H., Schmidt M., Paulweber M. Adaptive control of engine torque with input delays //Proceedings of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control, Barselona, 2008, pp. 9479 – 9484.

  13. Passenbrunner T.E., Sassano M., Trogmann H., del Re L., Paulweber M., Schmidt M., Kokal H. Inverse Torque Control of Hydrodynamic Dynamometers for Combustion Engine Test Benches // Proceedings of the American Control Conference, 2011, pp. 4598 – 4603.

  14. Sykes C.L., Sagehorn K.H. Systems and Methods for Controlling the Stability of a Water Brake Dynamometer. United States Patent US7.942.249 B2.

  15. Бобарика И.О., Демидов А.И. Совершенствование всасывающих линий гидросистем с учетом кавитации // Труды МАИ. 2016. № 85. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=70409

  16. Matlab documentation, 2018, URL: https://www.mathworks.com/help/index.html

  17. Гимадиев А.Г. Грешняков П.И., Синяков А.Ф. LMS Imagine.LabAMESim как эффективное средство моделирования динамических процессов в мехатронных системах. – Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2014. – 138 с.

  18. Шорин В.П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах. – М.: Машиностроение, 1980. – 156 с.

  19. Гимадиев А.Г., Шахматов Е.В. Расчет частотных характеристик гасителей колебаний в виде акустического RL-фильтра низких частот // Известия вузов. Машиностроение. 1983. № 8. С. 88 – 92.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход