М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів icon

М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів




НазваМ. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів
Дата16.08.2012
Розмір91.5 Kb.
ТипДокументи



I SSN 1813–1166. Вісник НАУ. 2004. №4

УДК 629.735.03

М.В. Купчик

ВИЗНАЧЕННЯ КУТА ВСТАНОВЛЕННЯ ЛОПАТЕЙ ПОВІТРЯНОГО ГВИНТА
ПРИ ОЦІНЦІ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ТУРБОГВИНТОВИХ ДВИГУНІВ


Товариство з обмеженою відповідальністю “Інтертел”, e-mail: aviamechanic@mail.ru

Розглянуто визначення кутового положення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтової силової установки із застосуванням оптичного способу вимірювання.

Вступ

Глибина діагностування технічного стану силової установки (СУ) та її вузлів визначається кількістю параметрів, що вимірюються та (або) реєструються штатними приладами, тобто рівнем контролепридатності.

У переважної частини турбогвинтових двигунів (ТГД) перших поколінь рівень контролепридатності є досить низьким, оскільки вимірюються лише частота обертання ротора, витрата палива та температура газів на виході з турбіни.

Обмежена кількість інформації не дозволяє оцінити як основні параметри роботи СУ з ТГД – потужність двигуна та силу тяги, що розвивається повітряним гвинтом (ПГ), так і параметри
його основних вузлів. Проте і на сучасних повітряних суднах, обладнаних складними обчислювальними комплексами, визначення тяги силової установки як одного з найважливіших параметрів СУ з метою діагностування її технічного стану як в цілому, так і окремих вузлів являє собою проблему.
^

Метод визначення

кутового положення лопатей

повітряного гвинта


З метою розширення діагностичних можливостей за умови незмінюваності конструкції СУ було запропоновано оптичний метод вимірювання кута встановлення лопатей ПГ [1] та розглянута можливість його застосування для вимірювання потужності та тяги, що розвиває ПГ [2].

Метод визначення кутового положення лопатей ПГ полягає у вимірюванні часу відсутності променя на приймачі оптичного випромінювача при перетинанні його лопатями ПГ.

За часом відсутності променя



на приймачі оптичного випромінювання за відомими геометричними характеристиками лопаті визначається її кутове положення.

Апробація вказаного методу проводилася на моделі силової установки з ПГ (рис. 1).

Приводом ПГ 1 було обрано електричний двигун для радіокерованих моделей літаків типу LightSpeed 600 з такими технічними характеристиками:

Діаметр гвинта типу

Ripmax 8×4, м ...................... ................................ 0,2032

Діапазон робочої напруги, В................................4,8–9,6

Ефективна робоча напруга, В......................................8,4

Частота обертання ротора за відсутності

навантаження на вал

(напруга 7,2 В), об/хв..............................................15500

Максимальний струм, А...............................................11

Діаметр валу, мм.........................................................3,17

Діаметр двигуна, мм......................................................37

Маса двигуна, г............................................................230

Як джерело оптичного випромінювання 6 застосовувано лазерний покажчик цілі “Корсак-22” з такими технічними характеристиками:

Довжина хвилі лазерного

випромінювання, нм..................................................645

Розходження світлової плями лазерного

випромінювання, кутовий градус, не більше...........

Розбіжність вивірок у горизонтальному

і вертикальному напрямках,

кутовий градус, не більше.......................................

Напруга живлення, В......................................................3

Потужність випромінювання, мВт................................3

Габаритні розміри, мм, не більше..........................25×95

Маса, г...........................................................................140



Рис. 1. Схема експериментального стенда для перевірки дієздатності методу визначення кутового положення лопатей ПГ:

^ 1 – привід ПГ; 2 – лопать ПГ; 3 – приймач оптичного випромінювання; 4 – аналого-цифровий перетворювач; 5 – переносний персональний комп’ютер; 6 – джерело оптичного випромінювання

Як приймач оптичного випромінювання 3 використаний фотодіод ФД-263 з такими технічними характеристиками:

Кількість фоточутливих елементів................................1

Ефективна фоточутлива

площа фотодіода, мм2.....................................................9

Область спектральної чутливості, мкм...............0,4–1,1

Вольтова чутливість фотодіода,

В/Вт, не менше..............................................................0,5

Темновий опір фотодіода, МО................................0,15

Частота модуляції зареєстрованого

випромінювання, Гц, менше...................................0,005

Струм живлення термоелектричного

охолоджувача, А..........................................................0,2

Сигнал з приймача ^ 3 оброблявся за допомогою аналого-цифрового перетворювача 4 типу Handyprobe HP2 з такими технічними характе-ристиками:

Кількість вхідних каналів...............................................1

A/D конвертер..................................................................1

Розрядність, біт................................................................8

Максимальна ефективна частота

вимірювання, МГц..........................................................1

Час перетворення сигналу, нс......................................50

Чутливість аналогового входу,

(в діапазоні до 400 В), В.............................................0,5

Максимальна напруга, В.............................................500

Пам’ять, КСлів...............................................................64

Інтерфейс ....................................................................LPT

Живлення .........................................................через LPT

Розміри ............................................................22×125×43

Аналого-цифровий перетворювач типу Handyprobe HP2 безпосередньо пов’язаний через LPT-інтерфейс з переносним персональним комп’ютером 5 (рис. 1).

Вимірювання кутового положення лопатей ПГ здійснювалося при орієнтовній частоті обертання ПГ = 1825 об/хв на радіусі , ос-кільки перетин на зазначеному радіусі у пере-важній більшості ПГ є найбільш інформативним.

Інформативність перетину визначалася двома параметрами:

– довжиною хорди лопаті (більша хорда дозволяє знижувати вимоги до швидкості реєстрації сигналу);

– темпом зменшення довжини проекції при зміні кутового положення лопаті ПГ (скорочення довжини тіньової проекції лопаті при повертанні лопаті на один градус).

Крім того, даний радіус є контрольним під час розрахунків аеродинаміки та міцності гвинта, що також свідчить на користь застосування як базового радіуса .

У ході експерименту на жорсткому диску комп’ютера реєструвалися дані, що передавалися з аналого-цифрового перетворювача при частоті вибірки 100 КГц.

При опрацюванні отриманих даних з метою їх візуалізації було побудовано ряд графіків, які відповідали різним кутовим положенням лопатей ПГ. На рис. 2 показано сигнал при = 0.



Рис. 2. Сигнал під час проходження лопатей ПГ

через оптичне випромінювання

Як видно з рис. 2, крім періодичного корисного сигналу, що відображає перетинання оптичного випромінювання лопаттю гвинта, існують паразитні сигнали, походження яких поки що є невідомим. Проте їх наявність не перешкоджає вирізненню корисного сигналу, оскільки ширина (час відсутності променя) і відповідно кількість вимірів корисних сигналів відрізняються від паразитних на декілька порядків (рис. 3).



Рис. 3. Корисний сигнал під час проходження

однієї лопаті через оптичне випромінювання

Інерційність ФД-263, яка характеризується пологим підйомом при перетинанні лопаттю оптичного випромінювання (рис. 3), погіршила
точність визначення кутового положення, проте дозволила чітко окреслити вимоги до реєстратора оптичного випромінювання для подальших експериментів.


Крім підтвердження можливості визначення часу відсутності оптичного випромінювання, а згодом і кутового положення лопаті, реалізація зазначеного методу дозволила з високою точністю обчислити частоту обертання ПГ, причому виявилося можливим визначати варіації частоти обертання, що дозволяє значно покращити точність розрахунку кута встановлення лопатей ПГ.
^

Особливості визначення

кутового положення лопатей

повітряного гвинта


За умови відомої частоти обертання ПГ час відсутності променя ОО1 на приймачі оп-тичного випромінювання при його перетинанні хордою лопаті , що встановлена під кутом до площини обертання ПГ, визначається за формулою

,

де – лінійна швидкість на радіусі :

. (1)

Отже, за відомими та кут установлення лопатей ПГ можна визначити за формулою:

. (2)

Формула (2) може бути застосована в разі
нехтування різницею між довжиною дуги та її основою (хордою на радіусі ), що може суттєво знизити точність визначення (рис. 4).

На рис. 4 показано лопать ПГ, яка, обертаючись, перекриває точку ^ А, через яку перпендикулярно до площини її обертання проходить оптичний промінь ОО1. Лопать показано в двох положеннях:

– хорда лопаті лежить у площині обертання гвинта;

– хорда лопаті встановлена під кутом до площини обертання.

Оскільки величина хорди профілю функціонально пов’язана з радіусом лопаті, то для визначення кута на радіусі необхідно забезпечити таке розташування випромінювача та приймача оптичного випромінювання, щоб передня кромка хорди перетнула промінь ОО1 у точці А. Радіус дуги , яку опише промінь, перетинаючи лопаті гвинта, визначається за
формулою:

.

У разі, коли кут установлення лопаті відмінний від 0, проекція хорди буде . Довжина дуги у такому ви-падку буде становити , де

.

Таким чином, довжина дуги визначається за формулою:



. (3)

Для врахування різниці між довжиною дуги та довжиною проекції хорди при визначенні кутового положення лопатей застосовується поправковий коефіцієнт , що обчислюється як

.

Розрахунки, що були виконані для оцінки величини поправкового коефіцієнта на повітряному гвинті АВ-72, засвідчили, що похибка при визначенні кутового положення лопатей ПГ стрімко зростає при зменшенні , зокрема, при куті встановлення лопатей 5о, похибка становить 30 %.

Залежність кута від визначеної довжини дуги (3) на радіусі гвинта АВ-72 обчислюється за формулою

. (4)




Рис. 4. Схема перекриття оптичного променя

лопаттю ПГ

Кутове положення лопатей ПГ з урахуванням поправки визначається так:

– за формулою (1) при відомій частоті обертання та радіусі гвинта розраховується лінійна швидкість лопаті ;

– за допомогою методу визначення кутового положення лопатей ПГ реєструється час відсутності променя на приймачі оптичного випромінювання ;

– за наявних та обчислюється довжина дуги ;

– за формулою (4) для ПГ АВ-72 визначається кут встановлення лопатей.

Після знаходження кутового положення лопатей ПГ вказаним методом при наземних випробуваннях двигуна за допомогою характеристик ПГ визначаються коефіцієнти потужності та тяги , що дозволяють безпосередньо, за відомих геометричних параметрів ПГ та параметрів атмосфери (густина повітря), обчислити відпо-відно потужність та тягу, що розвиває гвинт.

При наземних випробуваннях (відносний поступ = 0) для ПГ АВ-72 залежність



може бути подана у вигляді:

.

Коефіцієнт тяги визначається залежністю:



+.

Отже, тяга ПГ обчислюється за формулою [3]:

,

де – густина повітря; – діаметр ПГ.

Потужність, що розвиває ПГ, розраховується як

.

Висновки

Результати апробації методу визначення кутового положення лопатей ПГ свідчать, що даний метод може бути застосовано при наземних випробуваннях силових установок з ПГ для
визначення потужності та тяги, що розвиває СУ. Перевагами цього методу є можливість точного вимірювання частоти обертання ПГ, яка не тільки значно підвищує точність визначення кутового положення лопатей, а й може слугувати до-датковою процедурою контролю двигуна, виявляючи порушення у роботі систем автоматичного керування двигуном.
^

Список літератури


1. Пат. 60545 А Україна, МПК7 G01B11/04, G01B11/26. Спосіб дистанційного визначення лінійних розмірів або кутового положення нестаціонарних об’єктів та пристрій для його здійснення / М.В. Куп-
чик, В.Г. Купчик. – № 20022119503; Заявлено 28.11.2002; Опубл. 15.10.2003 // Бюл. – 2003. № 10.

2. Панін В.В., Купчик М.В. Використання кута становлення лопатей повітряного гвинта як
діагностичного параметра турбогвинтових двигунів. – К.: Вісн. НАУ. – 2003. – № 4 (18). –
С. 54–57.

3. Александров В.Л. Воздушные винты. – М.: Оборонгиз, 1951. – 475 с.

Стаття надійшла до редакції 04.11.04.

М.В. Купчик

Определение угла установки лопастей воздушного винта при оценке технического состояния
турбовинтовых двигателей

Рассмотрено определение углового положения лопастей воздушного винта при оценке технического состояния турбовинтовой силовой установки с применением оптического способа измерения.

M.V. Kupchik

The prop blades pitch measurement in turboprop diagnostics

The prop blades pitch measurement with using optical measurement device in turboprop diagnostics is considered.


Схожі:

М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconМетодичні вказівки для лікарів інтернів-офтальмологів 2 року за темою
Вивчення кута передньої камери широко застосовується в офтальмології. Існують різні методики визначення стану кута передньої камери....
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconО. С. Якушенко, канд техн наук нейронні мережі для діагностування газотурбінних двигунів
Розглянуто проблеми визначення архітектури нейронної мережі, оптимальної щодо якості розпізнавання класу технічного стану газотурбінного...
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconКонкурс студентських наукових робіт «Авіаційна та ракетно-космічна техніка. Аеронавігація»
Зменшення токсичних викидів поршньових двигунів модернізацією повітряного фільтра
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconКонкурс студентських наукових робіт «Авіаційна та ракетно-космічна техніка. Аеронавігація»
Зменшення токсичних викидів поршньових двигунів модернізацією повітряного фільтра
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconУмови захисту ліхтаря повітряного судна від конденсації вологи
Викладено методику визначення розрахункових умов для вибору конструктивних параметрів теплового захисту засклення герметичної кабіни...
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconМетод параметричної ідентифікації математичної моделі температурних режимів кабіни повітряного судна
Розглянуто застосування методу параметрічної ідентифікації для визначення теплофізичних характеристик кабіни повітряного судна. У...
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconБ. С. Монографія «Діагностування функціонально-технічного стану газоперекачувальних агрегатів»
Монографія «Діагностування функціонально-технічного стану газоперекачувальнихагрегатів», Укл.: Ільченко Б. С – Х.: Хнамг, 2010
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "визначення кута повороту площини поляризації світла"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення кута повороту площини поляризації...
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconЛ. Л. Ляхоцька теоретико-практичні підходи до контролю успішності підвищення кваліфікації педагогічних працівників діагностика, як відомо, це встановлення ознак та характеристик процесів з метою визначення закон
Діагностика, як відомо, це встановлення ознак та характеристик процесів з метою визначення закономірностей їх проходження
М. В. Купчик визначення кута встановлення лопатей повітряного гвинта при оцінці технічного стану турбогвинтових двигунів iconЕкологічне ландшафтознавство: об’єкт, предмет І завдання
Завдання екологічного ландшафтознавства вбачається у пізнанні ландшафтної організації території, вивченні антропогенних навантажень...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи