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 k*、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MAи－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。

MAи－2 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/s
2.2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
2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。

3 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。

4
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。

5 离心式压气机出口压力表：为标准压力表。

6
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（4～5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 0和温度T 0，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n （测），换算转速n cor 为：
/288T n n cor （测）= (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：
0(/101325P F F cor 测）= (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ρ（煤油的密度ρ＝780kg/m3），即可计算出燃油消耗率sfc （测），即：
F
sfc /3600ρV ＝测 (kg/N.h)
换算sfc cor 为：
0/288T sfc sfc cor （测）= (kg/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），
0/)(T P A kq m a μλ=测 （kg/s ）
式中： k － 气体物理性质常数，对于空气k ＝0.0404 μ － 进气管流量系数，μ＝0.98
A － 进气流量管测量段截面积，A ＝0.01767m 2
P 0 － 大气压力 T 0 － 试车间空气温度
q(λ) －气体密流函数，取决于气动函数π (λ)=Pm/P 0
Pm － 测量截面静压 换算空气流量为：
)
101325/(28800P T m m a
acor = （kg/s ）
（5）压气机出口空气压力P 2*和增压比πk *的测定
从操纵台上的标准压力表读出P 2*（表），
0*2*2P P P +=表 压气机增压比πk *
0*2*/P P k =π 6
压气机出口气体温度T 2*的测定 从操纵台上的数字式温度表读出t 2*（测），则换算温度为：
0*)(2*2/288)273(T t T cor +=测 （K ）
（7）排气温度T 4*的测定
从操纵台上的数字式温度表读取，测量值为t 4*（测），按下式换算到标准状态，即换算排气温度为：
*)(4*4/288)273(T t T cor +=测 （K ）
（8）测量大气温度t 0的单位为︒C ，计算时换算成绝对温度
T 0 = t 0+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：
F cor = f(n) sfc cor = f(n) πk * = f(n) T 2cor * = f(n) T 4cor * = f(n) ma cor = f(n)
（2）回答下列问题：
b) 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？
c) 发动机的涡轮前温度T 3*比较难测，试问至少应测量哪些参数才能计算出T 3*？ d) 在计算空气流量时，为什么乘上流量系数μ？
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
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。