Устройство для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке - RU185978U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к области сертификационных испытаний авиационной техники и, в частности к технологии имитации атмосферного облака при испытаниях противообледенительных систем (ПОС) основных узлов летательного аппарата и его двигателя на наземных стендах.

Под «имитацией атмосферного облака» в рамках настоящей заявки понимается искусственное воспроизведение условий воздействия капельной влаги атмосферного облака на узлы летательного аппарата, имеющих место в реальном атмосферном облаке, в частности создание в набегающем потоке воздуха при испытаниях ПОС летательного аппарата определенной концентрации водяных капель - водности, соответствующей таковой в реальном атмосферном облаке при различных траекториях полета летательного аппарата и различных атмосферных условиях.

Соответствующий диапазон требуемых водностей имеет широкие пределы, в которых водность может изменяться более чем в 15 раз. При этом водораспыливающие форсунки должны обеспечивать нормируемую дисперсность распыла по среднему медианному размеру капель воды, поступающих в поток воздуха. Нормируемая дисперсность обеспечивается в диапазоне расходной характеристики существующих форсунок от максимума до минимума не более чем в 3-5 раз (А.Н. Антонов «Разработка методов и средств для проведения испытаний двигателей и элементов летательных аппаратов в условиях искусственного обледенения в наземных высотно-климатических камерах», Диссертация на соискание степени доктора технических наук, Москва, ЦИАМ, 2004 г., с. 292).

Из указанного выше источника известно устройство для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке, содержащее блок подачи воды, состоящий из бака воды и насоса и подключенный к блоку модуляторов расхода воды, включающему трубопровод подачи воды, на котором расположены дроссели, соединенные соответствующими питающими трубками с блоком форсунок, помещенных в обводняемый поток воздуха.

Известное устройство работает следующим образом. Вода из бака подается насосом по трубопроводу и через регулирующие расход (давление) дроссели и соответствующие питающие трубки поступает в блок форсунок, помещенных в обводняемый поток воздуха, которые обеспечивают нормируемую дисперсность распыла, при этом уменьшения водности в диапазоне расходной характеристики форсунок достигают изменением расхода воды через форсунки при помощи дросселей.

Известно устройство для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке (RU 2273008, 2006), содержащее блок подачи воды, состоящий из бака воды и насоса и подключенный к блоку форсунок.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке (RU 154759, 2015), включающее блок подачи воды, блок управления, блок модуляторов расхода воды и блок форсунок, причем выход блока подачи воды гидравлически связан со входом блока модуляторов расхода воды, группа гидравлических выходов блока модуляторов подключена к группе гидравлических входов блока форсунок, а группа входов управления блока модуляторов связана с группой управляющих выходов блока управления.

В известном устройстве изменения водности достигают посредством регулирования степени расхода воды в блоке модуляторов расхода воды и настройки электропривода насоса на определенную частоту с помощью блока управления.

В известных устройствах, для создания водности в потоке воздуха, при обеспечении нормируемой дисперсности распыла воды, в диапазоне, превышающем расходную характеристику форсунок, используют последовательно несколько наборов форсунок с различными расходными характеристиками, перекрывая таким образом различные участки полного диапазона изменения водности.

При переходе от одного к другому набору форсунок в блоке форсунок необходим останов испытания, перемонтаж форсунок, после чего требуется выполнение калибровки равномерности распыла нового набора форсунок, что существенно увеличивает временные затраты на проведение испытаний. Кроме того, отсутствует техническая возможность в одном испытании выполнить требование по обеспечению изменения водности при имитации траектории летательного аппарата в условиях перемежающейся облачности (различная водность).

Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в необходимости создания устройства, позволяющего обеспечить указанные требования по обеспечению изменения водности в одном испытании без остановки последнего.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в расширении диапазона водностей при обеспечении нормируемой дисперсности распыла воды.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке при стендовых испытаниях авиационных двигателей включает блок подачи воды, блок управления, блок модуляторов расхода воды и блок форсунок, причем выход блока подачи воды гидравлически связан со входом блока модуляторов расхода воды, группа гидравлических выходов блока модуляторов подключена к группе гидравлических входов блока форсунок, а группа входов управления блока модуляторов связана с группой управляющих выходов блока управления, блок управления содержит генератор импульсов, выполненный, с возможностью регулирования частоты и скважности импульсов, причем группа выходов генератора импульсов является группой управляющих выходов блока управления.

Блок модуляторов расхода воды может содержать один или несколько настроечных дросселей.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, так как снабжение блока управления генератором импульсов, выполненным с возможностью регулирования частоты и скважности импульсов, и выполнение группы выходов генератора импульсов в виде группы управляющих выходов блока управления позволяют расширить диапазон водностей при обеспечении нормируемой дисперсности распыла воды.

Сигнал, получаемый на выходах генератора импульсов, обеспечивает такой режим работы блока модуляторов расхода воды, при котором вода в форсунки поступает в импульсном режиме с определенной скважностью, от которой зависит расход воды и, как следствие, получаемая водность атмосферного облака, а нормируемая дисперсность обеспечивается работой устройства при номинальном расходе воды через форсунки, который от скважности импульсов не зависит.

Настроечные дроссели дополнительно обеспечивают регулировку расхода воды для более точной настройки диапазона водностей по разным участкам блока форсунок.

Настоящая полезная модель поясняется следующим подробным описанием устройства для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке и его работы со ссылкой на фигуру, где представлена структурная схема заявленного устройства.

Устройство для регулирования водности в имитируемом атмосферном облаке включает блок подачи воды, блок 1 управления, блок модуляторов 2 расхода воды и блок форсунок 3, причем выход блока подачи воды гидравлически связан со входом блока модуляторов 2 расхода воды, группа гидравлических выходов блока модуляторов 2 подключена к группе гидравлических входов блока форсунок 3, а группа входов управления блока модуляторов 2 связана с группой управляющих выходов блока 1 управления.

В частном случае, блок подачи воды состоит из бака 4 с водой и насоса 5. Вход насоса 5 подключен к выходу бака 4 с водой, а выход насоса 5 является выходом блока подачи воды.

Под «блоком модуляторов расхода воды» в рамках настоящей заявки понимается комплект модуляторов 2, обеспечивающих изменение расхода воды. Модуляторы 2 работают в режиме «открыто-закрыто».

Блок 1 управления содержит генератор импульсов (на чертеже не показан), например, собранный на микроконтроллере PIC16F628A (описан на сайте - http://www.kaligraf.narod.ru/generator.html), выполненный с возможностью регулирования частоты и скважности импульсов, причем группа выходов генератора импульсов является группой управляющих выходов блока 1 управления.

В частном случае блок модуляторов 2 расхода воды содержит трубопровод 6 с параллельно включенными участками, каждый из которых выполнен в виде отрезка трубы с установленным на нем модулятором 2, например, клапаном с электромагнитным приводом типа CK-11-DN15 фирмы РОСМА, а блок форсунок 3 выполнен в виде водораспылительного коллектора, содержащего параллельно включенные участки, расположенные по высоте, каждый из которых выполнен в виде питающей трубки, на которой размещены одна или несколько форсунок 3, помещаемых в обводняемый поток воздуха, при этом входы управления модуляторов 2 являются группой входов управления блока модуляторов 2, а гидравлический выход каждого из участков блока модуляторов 2 соединен с гидравлическим входом соответствующего участка блока форсунок 3.

Например, блок модуляторов 2 может состоять из девяти параллельно включенных участков, а блок форсунок 3 - также из девяти параллельно включенных участков, на каждом из которых может быть установлено от 4-х до 6-ти форсунок.

В другом частном случае, блок модуляторов 2 расхода воды может состоять из одного отрезка трубы с установленным на нем модулятором 2, а блок форсунок 3 может состоять из участка трубы с установленной на нем одной форсункой 3.

Блок модуляторов 2 расхода воды может дополнительно содержать один или несколько настроечных дросселей 7. В частности, каждый из участков блока модуляторов 2 расхода воды дополнительно содержит настроечный дроссель 7, установленный перед модулятором 2.

В качестве форсунок 3 могут быть использованы центробежные двухконтурные форсунки, в центральное сопло которых подается вода, а в коаксиально расположенное сопло второго контура - сжатый воздух.

Расходную характеристику форсунки по нормируемой дисперсности распыла (заданной нормативными документами, см. например, авиационные правила летной годности АП-33) определяют следующим образом:

а) на стенде в аэродинамической трубе монтируется блок форсунок, а на определенном расстоянии от него в сечении воздушного потока, где планируется установка объекта испытаний (но без него) монтируется оборудование для измерения размеров капель;

б) в блок форсунок подают воду с расходом, соответствующим требуемой водности, которая определяется путем деления суммарного расхода воды в блоке форсунок на расход рабочего потока воздуха, подаваемого в аэродинамическую трубу, а во второй контур форсунок подают дополнительный поток воздуха;

в) на основании измерений указанного оборудования определяют фактический среднеарифметический размер капель, и в случае несоответствия его требуемому, изменяют давление (расход) воздуха второго контура форсунок, воздействуя тем самым на характерный размер водяных капель в форсунках;

г) действия по операциям б) и в) выполняют пока не будет достигнут требуемый размер капель;

д) изменяют расход воды, подаваемой в блок форсунок, и повторяют действия по операциям б), в) и г);

е) в результате калибровки устанавливают диапазон расходов воды (водности) для данного типоразмера форсунок в блоке форсунок, в котором обеспечивается нормируемая дисперсность распыла по размеру капель, и значения из указанного диапазона принимают за номинальный расход воды.

В частности, для проведения сертификационных испытаний авиационной техники в искусственных условиях обледенения (имитация полета в обледеняющем облаке) воспроизводят двухфазный поток воздуха с частицами дистиллированной воды в виде капельной влаги при характерном среднеарифметическом размере капель равным 20 мкм.

При этом номинальный расход воды может составлять примерно 6 г/с при давлении примерно 8 атм. (примерно 800 кПа), а нормируемая дисперсность распыла по среднеарифметическому размеру 20 мкм может обеспечиваться от верхней (100%) до нижней границы (20%) установленного номинального расхода воды.

Устройство работает следующим образом.

Для заданного типоразмера форсунок в блоке форсунок 3 устанавливается номинальный расход воды, например, с помощью настроечных дросселей 7.

Вода из бака 4 с водой подается насосом 5 через настроечные дроссели 7, обеспечивающие при необходимости предварительное выравнивание давления в разных участках блока форсунок 3. Например, разница в давлении между верхним и нижним участками блока форсунок 3 может составлять 2-2,5 м вод. ст.(примерно 20-25 кПа), что приводит к отличию расходов воды в разных группах форсунок. Выравнивание давлений выполняют с помощью настроечных дросселей 7, прикрывая/приоткрывая которые, добиваются одинакового расхода воды по участкам блока форсунок 3.

Посредством генератора импульсов задают частоту импульсов таким образом, что период импульсов оказывается меньше устанавливаемого экспериментальным путем характерного времени тепловых процессов взаимодействия капель с поверхностью узлов испытываемого летательного аппарата.

После настроечных дросселей 7 вода проходит через блок модуляторов 2. Одновременно на группу входов управления блока модуляторов 2 подают сигнал управления с генератора импульсов блока 1 управления в виде импульсов с заданной частотой. При этом открытие и закрытие модуляторов 2 происходит в соответствии с подаваемым на них сигналом управления. В период полностью открытых модуляторов 2 форсунки 3 работают на номинальном расходе, а в период полностью закрытых - вода в форсунки 3 не поступает.

Далее, путем регулировки скважности импульсов, получаемых на выходе генератора импульсов, задают требуемый расход воды, который определяется программой испытаний (заданными условиями по водности).

Модуляторы 2 выбираются такими, чтобы период, в течение которого модуляторы полностью открыты, превышал в 10-20 раз период перехода модуляторов из открытого состояния в закрытое. В таком случае периоды открытия и закрытия модуляторов 2 не оказывают существенного влияния на получаемую дисперсность распыла воды, поскольку при этом время работы форсунок 3 при расходе воды ниже номинального составляет несущественную долю от времени работы при полном открытии модуляторов 2.

Таким образом, получаемая дисперсность распыла согласно полезной модели зависит только от характеристик форсунок 3 в период, когда соответствующие модуляторы 2 расхода воды полностью открыты и форсунки работают на установленном номинальном расходе воды. Фактический расход воды, подаваемой через форсунки, зависит от скважности импульсов, подаваемых на модулятор. Такой режим работы устройства обеспечивает нормируемую дисперсность распыла смонтированного набора форсунок в диапазоне расхода воды от нуля до верхней границы установленного номинального расхода воды, обеспечивая, таким образом, достижение заявленного технического результата - расширения диапазона водностей при обеспечении нормируемой дисперсности распыла. Данный технический результат позволяет решить существующую техническую проблему, поскольку с использованием заявленного устройства не требуется остановка испытания в случае, когда нижняя граница требуемого в испытании диапазона расхода воды меньше, чем нижняя граница диапазона номинального расхода существующего набора форсунок.

Реферат

Полезная модель относится к области сертификационных испытаний авиационной техники и, в частности к технологии имитации атмосферного облака при испытаниях противообледенительных систем основных узлов летательного аппарата и его двигателя на наземных стендах. Устройство включает блок подачи воды, блок управления, блок модуляторов расхода воды и блок форсунок, причем выход блока подачи воды гидравлически связан со входом блока модуляторов расхода воды, группа гидравлических выходов блока модуляторов подключена к группе гидравлических входов блока форсунок, а группа входов управления блока модуляторов связана с группой управляющих выходов блока управления. Блок управления содержит генератор импульсов, выполненный с возможностью регулирования частоты и скважности импульсов, причем группа выходов генератора импульсов является группой управляющих выходов блока управления. Технический результат заключается в расширении диапазона водностей при обеспечении нормируемой дисперсности распыла воды. 1 ил.

Формула