Исследование форсунки для сертификации авиационных двигателей на попадание дождя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

факторов. Это дает возможность равномерно распределять нагрузку между летными экипажами и воздушными суднами.

Важно отметить, что АСУ позволяет больше, чем просто исполнять определенные бизнес-процессы в автоматическом или автоматизированном режиме.

Внедрение систем, ориентированных на использование технологий больших данных и машинного обучения сопровождается реинжинирингом имеющихся бизнес-процессов, что в среднем на 15% повышает эффективность работы предприятия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ермоленко М.В. Business Process Management. Системный подход к управлению процессами авиакомпании / М.В. Ермоленко // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2014. - № 1(15). - С. 1375-1378.

2. Дошина А.Д. Автоматизация процессов планирования и управления летной работой авиакомпании / А.Д. Дошина // Молодой ученый. - 2016. - №15. - С. 136-138.

3. Воропаева, Л.Н. Использование программного решения нового поколения в целях совершенствования управленческого и финансового учета авиакомпании / Л.Н. Воропаева // Научный вестник МГТУ ГА. -2014. - № 202. - С. 98-100.

4. Калашникова К.А. Обеспечение качества бизнес-процессов авиакомпании /К.А. Калашникова, Д.Р. Орлова //Труды международного симпозиума Надежность и качество. -2017.- Т.2- С.317-319.

5. Романчева Н.И. Моделирование систем управления авиаперевозками /Н.И. Романчева, Л.В. Павлова //Труды международного симпозиума Надежность и качество. -2016.- Т.2- С.237-238.

УДК 629.7.087

Гурьянов А.И., Калинина К. Л.

ФГБОУ ВО Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва, Рыбинск, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРСУНКИ ДЛЯ СЕРТИФИКАЦИИ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ПОПАДАНИЕ ДОЖДЯ

При проведении сертификации авиационных двигателей выполняют их проверку на летную годность. В нее включены имитация процессов обледенения, проверка на попадание птиц, моделирование града и дождя. Организация последних испытаний осложнена необходимостью обеспечения значения среднего медианного диаметра капель 2,66 мм, требуемой концентрации воды в атмосфере у поверхности земли и диапазона размеров капель (от 0,5 до 7,0 мм).

Анализ характеристик факела распыла показал, что разработанная форсунка моделирует капли сертификационного спектра со значением медианного диаметра 2,656 мм.

Проведены экспериментальные исследования форсунок и проработана принципиальная схема коллекторного модуля установки. Спроектированный модуль позволяет имитировать дождь на режимах «малый газ» и «взлет» с условием обеспечения концентрации воды в воздухе 50 г/м3 и 20 г/м3, а также значения медианного диаметра капель 2,66мм. Работа на переходных режимах осуществляется благодаря изменению расхода воды в каждом коллекторе, согласно расчитанным функциям расхода и перепада давления Ключевые слова:

СЕРТИФИКАЦИЯ, АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, МЕДИАННЫЙ ДИАМЕТР, КАПЛЯ, ФОРСУНКА, ЭКСПЕРИМЕНТ

Введение

Важной задачей на стадии комплексной доводки авиационного двигателя является его испытание в условиях полета [1, 2]: имитация процессов обледенения, проверка на попадание птиц во входной направляющий аппарат, моделирование града, атмосферного ливня. Для организации последних условий, в силу значительной нестационарности явления, необходимо обеспечение ряда модельных показателей, принятых при сертификации.

Необходимым условием применения систем, имитирующих воздействие дождя на двигатель, является обеспечение комплекса требований по концентрации воды в воздухе, спектру распределения капель по размерам, значению среднего медианного диаметра капель, расходным характеристикам форсунок и условиям динамического взаимодействия капельного потока с воздушным течением в воздухозаборник [6,7].

Требования к установкам имитации дождя

Для имитации дождя в модельной постановке необходимы условия, приводящие к многократному дроблению водяных струй, подаваемых в виде волнообразных жгутов или тонкой пелены из форсунок в поток воздуха на входе в двигатель [3, 4].

Среднемедианный диаметр капель составляет 2,66-10-3 м. Верхняя 7, 0• 10-3 м и нижняя 0,5-10-3 м [3, 5] границы распределения капель по размерам (рисунок 1) обусловлены процессами коагуляции и распада во время движения капель в воздушном потоке. Интенсивность дождя выражена в виде концентрации воды в 1 м3 воздуха на рисунке 2 и зависит от высоты относительно уровня земли [6].

Допустимо применение капель воды, имеющих размер и распределение по размерам, отличные от представленных на рисунках 1 и 2, тех, если Заявитель покажет, что эта замена не приводит к ослаблению требований, предъявляемых к этим испытаниям [3].

Расчетные исследования параметров имитации дождя

Время формирования капли медианного диаметра

время полета не менее т = 0, 0243 с, что можно достичь при расстоянии капель от сечения впрыска жидкости до среза сопла воздухозаборника 3 м и более.

Рисунок 1

Стандартное распределение капель дождя по размеру

2,66 -10 3 м составляет лидисперсность дождя,

х = 0,0057c. необходимо

Учитывая по-обеспечивать

О ЗООО 6000 9000 12000 Высота, м

Рисунок 2 - Стандартная атмосферная концентрация воды в воздухе при дожде

Разрушение границ капли и ее дробление на совокупность более мелких происходит при значениях числа Вебера больше 10. Допустимый для имитации атмосферного дождя значения числа Вебера находятся в диапазоне от 0 до 10. При этом условии расстояние, на котором капля не распадаясь достигнет двигателя составляет 5 м. На режиме «малый газ» этому расстоянию соответствует перепад давления на форсунке Ар = 3, 204-105 Па, для режима

«взлет» Ар = 10, 25-105 Па. Параметры режимов работы приняты для двигателя ПД-14, создание которого находится на стадии сертификационных испытаний.

0,4

б , бел'

кг/с

•

♦

♦ ' * _____ 3

© < 1 1 1 I 1 I аггхгг

130

На стационарном режиме «малый газ» имитация дождя и обеспечение концентрации 50 г/м3 выполняется с использованием всех 45 форсунок, работающих при перепаде давления Ар = 3, 204-105 Па (рисунок 4). После этого осуществляется постепенное выключение одного из коллекторов и изменение концентрации воды в атмосфере до 20 г/м3. Ко времени т = 15 с на режиме «взлет» работа выполняется одним коллектором при перепаде давления Ар = 10, 25-10- Па.

12

Лр,10" Па

45 30

О

3,204 4

8 10,25 12

Лр.10 Па

20

Рисунок 3 - Зависимость расхода воды, забрасываемого в двигатель одной форсункой, от перепада давления на его сопле (1) Зависимость требуемого форсунок, от перепада давления на их соплах (по вспомогательной оси ординат): 2 -«малый газ»; 3 - «взлет»

Требуемое количество форсунок, входящих в состав коллекторного модуля, для режима «малый газ» при выбранном значении перепада давления составило 45, для режима «взлет» - 30 (рисунок 3). Суммарный расход воды, забрасываемой в двигатель на промежуточных режимах работы, обеспечивается последовательным регулированием работы двух независимых по давлению коллекторов.

8

° о и■'-□■ П ° 4

О О и ° о . / ° ° 1_ □ 0

0 4 8 т-с 16

Рисунок 4 - Динамика изменения перепада давления на соплах форсунок на переходных режимах работы двигателя: 1 - расход через 1-й коллектор; 2 - расход через 2-й коллектор

Экспериментальные исследования форсунок Для исследования характеристик макрокапель-ного потока разработаны и изготовлены пять опытных форсунок, отличающихся диаметром центрального сопла и параметрами поперечной канавки (рис. 5) .

Рисунок 5 - Схема опытных форсунок макрокапельного потока: а) с цилиндрической поперечной канавкой; б) с прямоугольной поперечной щелью

В результате определена конструкция форсунки и сформировано двухфазное течение с медианным диаметром 2,656 мм и спектром, соответствующим сертификационному распределению капель, в диапазоне от 0,5-10-3 м до 7-10-3 м.

Полученные форсунки вошли в состав двух кольцевых магистралей с диаметрами 1,2 м и 2,4 м. Больший коллектор содержит 15 форсунок, меньший 3 0 (рисунок 6)

Рисунок 6 - Принципиальная схема коллекторного модуля

Имитация дождя может быть осуществлена на режимах «малый газ» и «взлет» с условием одновременного обеспечения концентрации воды в воздухе (50 г/м3 и 20 г/м3) и значения медианного диаметра капель 2,66 10-3м.

Заключение

Разработана методика расчета термогазодинамических, конструктивных, гидравлических и расходных характеристик форсунки для требуемых режимов заброса воды в двигатель. По ней проведены расчетные исследования параметров рабочего процесса, которые позволили выбрать оптимальные режимы работы форсунок с целью повышения эффективности установки.

Обоснован конструктивный вид форсунки, которая генерирует капли сертификационного спектра. Медианный диаметр капли из форсунки составляет 2, 65 6*10-3 м.

Сформирована схема коллекторного модуля, состоящего из двух магистралей. На режиме «малый газ» работают оба коллектора. Внутренний коллектор с 15-ю форсунками постепенно выключается на переходном режиме и на режиме «взлет» работает только внешний коллектор с 30-ю форсунками.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ветошикин, В. М. Проблемы автоматизации испытаний авиационной техники [Текст] / В. М. Ветош-кин, П. С. Горшков, И. Н. Лялюк, А. В. Потемкин // Труды международного симпозиума надежность и качество.Т. 1. - Пенза, ПГУ. - 2017. - С. 163 - 165.

2. Куатов, Б. Ж. Управление надежностью авиационной техники [Текст] / Б. Ж. Куатов, Д. Х. Нуржанов, Н. Г. Жумашев // Труды международного симпозиума надежность и качество.Т. 1. - Пенза, ПГУ. - 2017. - С. 142 - 143.

3. Авиационные правила АП-33. Нормы летной годности двигателей воздушных судов [Текст]. - «АВАИЗ-ДАТ», 2012. - 78 с.

4. Doc 10047. Руководство по организации контроля за обеспечением авиационной безопасности. Создание государственной системы контроля за обеспечением авиационной безопасности и управление этой системой. Изд 1-е [Текст] / Международная организация гражданской авиации. - 2015. - с. 72.

5. Airworthiness Directive No.: 2017-0144. ATA 30 - Ice and Rain Protection - Horizontal Stabilizer De-Icing Boots - Inspection / Replacement Aircraft Flight Manual - Amendment. - Effective Date. 2017-09-23. - 4 с.

6. Гурьянов, А. И. Разработка установки, имитирующей атмосферный дождь для сертификации авиационных двигателей [Текст]/ Гурьянов А. И., Гурьянова М. М., Калинина К. Л. // Информационное общество - будущее человечества в III тысячелетии: сборник статей Международной научно-практической конференции (14 февраля 2018 г., г. Москва). - М.: ИМПУЛЬС. - 2018. - С.434 - 437.

7. Калинина, К. Л. Разработка и исследование устройства для имитации атмосферного дождя при проведении сертификационных испытаний авиационных двигателей [Текст] / К. Л. Калинина, А. И. Гурьянов // Тезисы 15-й Международной конференции «Авиация и космонавтика - 2016». - Москва, МАИ. -2016. - С. 276 - 278.

УДК 62-71

Каримов И.И. г Тюрина Л.А.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С КОНДУКТИВНЫМ ОТВОДОМ ТЕПЛА

Импульсные источники электропитания имеют следующие основные достоинства: высокий коэффициент полезного действия, малые габариты и масса, высокая удельная мощность. Всеми перечисленными свойствами эти источники питания обладают благодаря применению ключевого режима при работе силовых элементов. Малые потери в силовых ключах приводят к уменьшению количества охлаждающих радиаторов или к их полному исключению.

Улучшение массогабаритных характеристик источника питания обусловлено тем, что из схемы источника питания исключается силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц. Вместо него в схему вводится высокочастотный трансформатор или дроссель, габариты и масса которых намного меньше, чем у низкочастотного силового трансформатора.

Как пример, рассмотрим источник электропитания с кондуктивным отводом тепла, содержащий печатную плату с установленными на ней электронными компонентами, модули вторичного питания, каждый из которых имеет теплоотводящую пластину. Отличается тем, что модули вторичного питания присоединены через теплоотводящие пластины к стенке корпуса электронного блока, обеспечивая прямой тепловой контакт источника с корпусом блока. Присоединение модулей вторичного питания через теплоотводящие пластины к стенке корпуса блока повышает допустимое тепловыделение источника и позволяет установить в нем более мощные модули вторичного питания. Кроме того, присоединение модулей вторичного питания к стенке блока значительно упрощает конструкцию источника электропитания, повышает его надежность и уменьшает стоимость. Такой источник электропитания с кон-дуктивным отводом тепла относится к области радиоэлектроники, в частности, к источникам электропитания аппаратуры, установленной в электронных блоках с кондуктивным отводом тепла.

Источник электропитания содержит печатную плату с установленными на ней электронными компонентами, модули вторичного питания с теплоот-водящими пластинами, два теплоотводящих узла с клиновыми прижимами и плату-радиатор, к которой присоединены через теплоотводящие пластины модули вторичного питания и два теплоотводящих узла для отвода тепла на корпус блока. При этом корпус блока за счет теплового контакта с теп-лоотводящими узлами служит радиатором для тепловыделяющих электронных компонентов источника. Этот источник электропитания имеет недостатки:

1 теплоотводящие узлы источника имеют недостаточную теплоотводящую поверхность и не позволяют применять в нем более мощные модули вторичного питания;

2 сложная конструкция источника уменьшает его надежность и увеличивает его стоимость.

Сущность рассматриваемого источника электропитания с кондуктивным отводом тепла заключается в том, что он содержит печатную плату с элек-

тронными компонентами и модули вторичного питания с теплоотводящими пластинами. Отличается тем, что модули вторичного питания через тепло-отводящие пластины присоединены к стенке корпуса блока, обеспечивая тепловой контакт источника с корпусом блока. Теплоотводящие пластины могут быть присоединены к стенке корпуса блока, например, через имеющиеся в них крепежные отверстия.

Присоединение модулей вторичного питания через теплоотводящие пластины к стенке корпуса блока повышает допустимое тепловыделение источника и позволяет установить в нем более мощные модули вторичного питания. Кроме того, присоединение модулей вторичного питания к стенке блока значительно упрощает конструкцию источника электропитания, повышает его надежность и уменьшает стоимость.

Сущность такого источника электропитания с кондуктивным отводом тепла поясняется чертежом на рисунке 1.

Рисунок 1 - Источник электропитания с кондуктивным отводом тепла

Источник содержит печатную плату 1 с электронными компонентами, модули вторичного питания 2, каждый из которых имеет теплоотводящую пла-