Саратовский государственный технический университет
отчет по практической работе
«Исследование тепловых полей силовой установки вертолета»
Выполнил:
Принял:
2013
При испытаниях стенда несущей системы малого беспилотного вертолета были произведены измерения тепловых полей работающего двигателя Rotax 912 iS и других нагревающихся элементов: системы охлаждения, масляной системы и системы отвода отработавших газов.
Измерение температур поверхностей нагреваемых элементов производилось при помощи тепловизора Fluke TiR32, при температуре помещения +20 ˚С. Показания снимались на следующих режимах работы двигателя: прогрев (2000-3000 об/мин), холостой ход (3000-4000 об/мин), крейсерский (4000-4500 об/мин) и кратковременный максимальный (соответствует режиму взлета, 5500-5800 об/мин) режимы.
Рис. 1. Двигатель, режим прогрева
На режимах прогрева и холостого хода наблюдалось равномерное повышение температур поверхностей рабочих элементов стенда, при этом критических значений не возникало. Картина распределения тепловой энергии во время прогрева и холостого хода представлена на рис. 1 и рис. 2, соответственно.
Рис. 2. Двигатель, режим холостого хода
По причине более высоких оборотов вала двигателя логично, что возникновение критических температур следует ожидать на крейсерском и максимальном режимах. Поэтому все последующие измерения велись на этих режимах.
Двигатель Rotax 912iS.
В процессе испытаний были измерены температуры рабочих цилиндров (рис. 3), редуктора (рис. 4) и картера двигателя (рис. 5).
Рис. 3. Цилиндр двигателя, крейсерский режим
На крейсерском режиме работы цилиндры нагрелись до 88 ˚С (рис. 3), в среднем. Разница температур между головками цилиндров составила 1–4 ˚С, в то время как максимально допустимая разница 20 ˚С. При этом, центробежный вентилятор воздушной системы охлаждения, подведенный к дефлектору двигателя, постоянно находился в максимальном режиме работы.
Из рис. 4 и рис. 5 видно, что значения температур редуктора и картера, на том же режиме, составила 82,2 ˚С и 105 ˚С, соответственно.
Рис. 4. Редуктор двигателя, крейсерский режим
Рис. 5. Картер двигателя, крейсерский режим
Рис. 6. Цилиндр двигателя, кратковременный максимальный режим
При переходе на кратковременный максимальный режим происходит нагрев поверхностей элементов на 5-10 ˚С, относительно температуры крейсерского режима (рис. 6).
Значения температур всех элементов двигателя на крейсерском и на кратковременном максимальном режимах соответствуют интервалам температур, характерным для нормальной работы двигателя, указанным в руководстве по эксплуатации для двигателей Rotax 912 i всех серий РЭ-912 i.
Рис. 7. Масляный радиатор, крейсерский режим
Масляная система стенда МБВ.
При исследовании масляной системы производились измерения температур радиатора, маслобака и фильтра.
Температура маслорадиатора на крейсерском режиме составила 96,3 ˚С (рис. 7), при этом вентиляторы масляной системы находились в выключенном состоянии.
При переходе на кратковременный максимальный – повысилась до 110,7 ˚С (рис. 8), вентиляторы отключены.
Рис. 8. Масляный радиатор, кратковременный максимальный режим
Рис. 9. Масляный фильтр, кратковременный максимальный режим
Нагрев масляного фильтра происходил до температуры 109,6 ˚С (рис. 9).
Измерения температуры маслобака показали, что нагрев его поверхности произошел до 69,8 ˚С (рис. 10).
Рис. 10. Маслобак, кратковременный максимальный режим
Согласно руководству по эксплуатации для двигателей Rotax 912 i всех серий РЭ-912 i максимально допустимая температура масла – 130 ˚С, минимально допустимая – 50 ˚С, норма – 90-110 ˚С. В результате, можно сказать, что нагрев элементов масляной системы стенда МБВ соответствует нормальному режиму работы.
Система водяного охлаждения.
Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя регулируемым отводом тепла от деталей, которые нагреваются в результате трения или контакта с горячими газами. При недостаточном отводе тепла двигатель перегревается, что приводит к падению мощности и увеличению расхода топлива, кроме того, может возникнуть детонация. При сильном перегреве происходит "горячий" задир и заклинивание поршня. Переохлаждение двигателя приводит к увеличению расхода топлива и значительному снижению ресурса деталей цилиндро-поршневой группы. Сильное переохлаждение может вызвать "холодный" задир поршня и трещины на внутренних стенках рубашки охлаждения.
Перепад температур охлаждающей жидкости на входе и выходе радиатора не должен превышать 6°С. Оптимальный перепад температур - 3...5°С.
В ходе исследований были измерены значения температуры поверхности радиатора, а также – на входном и выходном патрубках радиатора.
Рис. 11. Патрубок отвода охлаждающей жидкости от радиатора системы водяного охлаждения, крейсерский режим
Значение температуры патрубка системы охлаждения на входе в радиатор, в крейсерском режиме, составило 57,4 ˚С (рис. 11), а на выходе – 52 ˚С (рис. 12). Разница составляет 5,4 ˚С, это значение входит в диапазон оптимального перепада температур.
Температура, измеренная в горячей области радиатора системы водяного охлаждения на кратковременном максимальном режиме, составила 64,7 ˚С (рис. 13). А в области охлаждаемой вентилятором – 35 ˚С (рис. 14).
Рис. 12. Патрубок подвода охлаждающей жидкости к радиатору системы водяного охлаждения, крейсерский режим
Рис. 13. Радиатор системы водяного охлаждения (горячая область), кратковременный максимальный режим
Согласно руководству по эксплуатации для двигателей Rotax 912 i всех серий РЭ-912 i максимально допустимая температура охлаждающей жидкости – 120 ˚С.
Рис. 14. Радиатор системы водяного охлаждения (область охлаждаемая вентилятором), кратковременный максимальный режим
Во всех режимах работы стенда температура охлаждающей жидкости не превышала 70 ˚С, это позволяет сделать вывод о том, что данная конфигурация системы водяного охлаждения обеспечивает нормальный режим работы двигателя.
Система отвода отработавших газов.
Для изолирования высокотемпературных выхлопов двигателя от остальных систем стенда МБВ и предотвращения их перегрева используется система отвода отработавших газов.
Рис. 15. Система отвода отработавших газов (выходной патрубок цилиндра),
крейсерский режим
Допустимый диапазон температуры выхлопных газов на выходе из цилиндров составляет 800...850 ˚С, максимальный перепад температур между цилиндрами – 45 ˚С.
Используемый прибор не позволяет мерить такие высокие температуры, т.к. измеряемый диапазон ограничен 170 ˚С (рис. 15).
Проверка режима функционирования системы отвода отработавших газов оценивается при помощи датчиков температуры выхлопных газов.
Вывод.
В результате исследования температурных характеристик стенда несущей системы малого беспилотного вертолета, на всех режимах его работы, превышения критических значений температур выявлено не было. Все системы работают в оптимальных температурных условиях, что говорит о правильности подбора комплектующих и выбора варианта компоновки стенда.
Стенд позволяет осуществить подбор и проверку комплектующих (радиатора и вентилятора системы водяного охлаждения двигателя, радиатора, количество и тип вентиляторов масляной системы, вентилятора системы воздушного охлаждения и др.) для улучшения массо-габаритных характеристик реального летательного аппарата.
Скачать: