Схема стенда для испытаний турбовального ГТД

 

ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ТИПОВЫЕ ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ЛЕТАЮЩИЕ ЛАБОРАТОРИИ

 

Летные испытания ГТД являются очень важным этапом, в процессе которого производится отработка их летно-тактических данных, так как только на самолете двигатель со всеми его агрегатами и системами работает в реальных условиях, которые имеют место в эксплуатации. Летными испытаниями являются также разделы летной эксплуатации ГТД с целью уточнения инструкций по его эксплуатации и техническому обслуживанию. Летные испытания ГТД проводятся сначала на летающей лаборатории, а затем на самолете, для которого предназначен двигатель. На летающей лаборатории в ряде случаев ГТД испытывается в составе силовой установки самолета, для которого этот двигатель предназначен.

 

Типовые летные испытания ГТД

 

Авиационный двигатель является основным и наиболее сложным элементом современной авиационной СУ. В связи с этим процесс летных испытаний двигателя носит последовательный характер, продолжающийся практически в течение всего его жизненного цикла.

Основные этапы летных испытаний ГТД, проводимые в процессе его доводки, освоения и эксплуатации на самолете.

 

5	Исп. модиф. дв.
4	Эксплуатационные испыт.
3	ГИ
2	ЛКИ
1	Лет. лаб.

                                                  Жизненный цикл двигателя

Основные этапы летных испытаний ГТД в процессе доводки, освоения и эксплуатации на самолете.

 

Первый этап летных испытаний и доводки опытных ГТД обычно проводится на летающих лабораториях параллельно стендовым испытаниям, причем основная задача этого этапа заключается в проведении летно-доводочных работ, обеспечивающих первый вылет опытного самолета и достаточную работоспособность, надежность и ресурс двигателей при дальнейших летных испытаниях опытного самолета.

Под летающие лаборатории оборудуются, как правило, тяжелые самолеты типа Ту-16, Ил-76 и др., с которых снимают все оборудование, ненужное для летных испытаний, и размещают необходимые приборы.

Опытный двигатель укрепляют под фюзеляжем на специальной подвеске либо под крылом в одной из мотогондол самолета. При этом компоновка элементов силовой установки максимально соответствует компоновке на самолете, для которого двигатель предназначен. На случай аварии узлы крепления и коммуникации, связывающие двигатель с летающей лабораторией, оборудуются устройствами, позволяющими отделить двигатель от самолета: узлы крепления – взрывными болтами, а коммуникации – гильотинными дистанционно управляемыми ножницами.

Второй этап летных испытаний и доводки ГТД начинается с первого вылета опытного самолета и проводится далее на этом самолете и на летающей лаборатории. На опытном самолете проводятся испытания на всех свойственных этому самолету режимах полета, в том числе при больших углах атаки и скольжения, при больших перегрузках и при других наиболее тяжелых для двигателя условиях полета.

На летающей лаборатории параллельно проводятся летные испытания двигателя по специальным программам, предусматривающим решение наиболее сложных вопросов его летной доводки с использованием специального экспериментального оборудования.

Третий этап летных испытаний ГТД проводится в процессе государственных летных испытаний самолетов.

Четвертый этап летных испытаний и доводки ГТД проводится в процессе их освоения в серийном производстве и эксплуатации на самолетах.

Пятый этап летных испытаний ГТД проводится в процессе их

модификации после многих лет серийного производства и массовой эксплуатации на самолетах.

Этапы летных испытаний включают в себя, как правило, вполне определенный набор типовых летных испытаний ГТД, к которым относятся:

- испытания по определению пусковых свойств двигателя;

- испытания по определению основных параметров на установившихся и неустановившихся режимах работы двигателя;

- испытания по определению характеристик газодинамической устойчивости двигателя;

- испытания по определению границ устойчивой работы форсажной камеры сгорания;

- испытания по определению тепловых и вибрационных характеристик двигателя;

- испытания по определению тяговых характеристик двигателя;

- прочие испытания.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ К ЛЕТАЮЩИМ ЛАБОРАТОРИЯМ.

 

Летные испытания на ЛЛ являются составной частью работ, проводимых в процессе создания и совершенствования двигателей и ЛА на стадиях:

1) научно-технического обеспечения создания двигателей и СУ ЛА нового поколения (испытания экспериментальных и демонстрационных образцов или их элементов, обоснование требований, разработка необходимых новых методов и средств ЛИ);

2) опытного производства и доводки двигателя и СУ ЛА (обеспечение первого вылета и заводские летные испытания ЛА, доводка установочной серии двигателя и систем СУ ЛА, государственные испытания);

3) серийного производства двигателя и ЛА (проверка мероприятий по улучшению характеристик, повышению надежности и ресурса).

Проведение на ЛЛ летных испытаний опытных двигателей СУ самолетов и БПЛА является необходимым условием допуска этих двигателей к ЗЛИ указанных ЛА.

Опытные двигатели вертолетов и модифицированные двигатели любых ЛА при небольших изменениях их конструкции, не влияющих на летную годность, могут быть допущены к ЗЛИ ЛА без предварительных испытаний на ЛЛ.

Понятие «летающая лаборатория» распространяется на специально оборудованный для испытаний двигателя и систем СУ летательный аппарат в случаях, если испытываемый двигатель не является штатным двигателем этого ЛА или если компоновка ЛА с предназначенным для него испытываемым двигателем нештатная (например, ЛЛ следует считать

многодвигательный ЛА, на котором вместо одного из серийных двигателей установлен испытываемый двигатель другого типа, предназначенный для модификации этого ЛА).

Используемый в составе ЛЛ летательный аппарат ниже обозначается термином «носитель».

Выбор носителя, проектирование и изготовление ЛЛ, предназначенных для комплексной проверки и отработки двигателей и систем САУ, должны обеспечивать выполнение ниже перечисленных общих требований.

По своим ЛТХ ЛЛ должна обеспечивать возможность испытаний двигателя и систем СУ в следующих условиях:

1) на всех допускаемых установившихся и неустановившихся режимах двигателя в горизонтальном установившемся полете (для ТРДФ и ТРДДФ последнее условие должно осуществляться хотя бы для нефорсированных режимов; форсированные режимы могут проверяться при разгоне и наборе высоты);

2) на всех используемых в эксплуатации установившихся и неустановившихся режимах двигателя в процессе выполнения ЛА наиболее типичных неустановившихся режимов полета (взлета и посадки или их имитации на малых высотах, разгона, торможения, разворота, набора высоты, снижения, их комбинаций типа «уход на второй круг» и др.;

3) на режимах авторотации выключенного двигателя и при его запуске с этих режимов и с режимов, на которых требуется раскрутка ротора стартером, в горизонтальном установившемся полете и при снижении ЛА;

4) при выключениях двигателя с любых допустимых или возможных режимов, выполняемых преднамеренно или происшедших самопроизвольно в процессе проверки устойчивости двигателя, при его отказах и т.п.

Потребные предельные значения параметров полета при указанных испытаниях (высот, скоростей, перегрузок, углов атаки, скольжения, крена и наклона траектории), определяемые конкретными требованиями к двигателю и ЛА, принятыми методами испытаний и технически достижимыми характеристиками ЛЛ, должны быть указаны в технических условиях создания ЛЛ и учтены при ее аэродинамическом и прочностном расчете. Возможность и безопасность их реализации должны быть подтверждены специальными ЛИ по вводу в строй ЛЛ.

Для создания ожидаемых эксплуатационных условий конструкция ЛЛ и ее экспериментальное оборудование должны обеспечивать:

1) максимально возможное воспроизведение натурных элементов СУ ЛА, для которого предназначен двигатель, или при невозможности их воспроизведения имитацию создаваемых этими элементами внешних воздействий и условий работы двигателя (по потерям и

неоднородности потока на входе, неравномерности поля температур, перепаду давлений на двигателе, состоянию среды в подкапотном пространстве, давлению и температуре топлива на входе, объему отсека, из которого ВГТД всасывает воздух и т.п.);

2) отбор предусмотренного количества воздуха от испытываемого двигателя с подачей его в систему ЛЛ с выбросом в атмосферу;

3) загрузку двигателя всеми предусмотренными приводными агрегатами или их имитаторами;

4) электропитание систем двигателя и СУ всех предусмотренных видов, включая аварийное, возможность имитации типичных нарушений в электропитании;

5) запуск двигателя от всех предусмотренных бортовых и наземных источников электропитания пусковой системы;

6) автономное топливопитание испытываемого двигателя с помощью штатных электронасосов носителя, а также баковых насосов опытного ЛА с использованием отдельного бака (или группы баков), позволяющее проверять работу двигателя на любых предусмотренных сортах топлива, на подогретом, охлажденном, обводненном топливе;

7) автономность эксплуатации ЛЛ, позволяющую испытывать двигатель в различных климатических и высокогорных условиях;

8) возможность испытаний двигателя и СУ в условиях естественного обледенения с контролем процессов льдообразования на входных элементах двигателя и СУ;

9) воспроизведение критических внешних и внутридвигательных возмущений (регулирующих воздействие), позволяющее проверять достаточность запасов газодинамической устойчивости двигателя и оценивать средства его защиты при помпаже или системы предупреждения помпажа и восстановления заданного режима работы;

10) дистанционное управление работой системы регулирования двигателя (СУ), позволяющее изменять характеристики контуров регулирования (постоянных времени, коэффициентов усиления), проверять работу САР и ГТД на тестовых режимах, проводить опережающие исследование новых функций САР, проверять работу резервных каналов регулирования и ограничителей параметров, а также проверять процессы их вступления в работу при имитации отказов САУ.

Бортовая система измерений и регистрации параметров испытываемых на ЛЛ объектов и бортовая система контроля их режим работы и состояние в летной эксплуатации должны удовлетворять следующим требованиям:

в состав экспериментального оборудования ЛЛ должны входить БСИ, обеспечивающая измерения в заданной полосе частот, управляемый сбор, регистрацию и в необходимых случаях передачу на землю и (или) предварительную обработку на борту следующих групп параметров:

1) состояние внешней среды;

2) режимов полета;

3) состояние потока на входе в двигатель и в основных сечениях газовоздушного тракта;

4) частот вращения роторов двигателя;

5) положений регулируемых элементов проточной части двигателя и СУ (в том числе створок вспомогательной СУ на входе и выходе) и величин других регулирующих воздействий (расходов топлива в основную и форсажную камеры сгорания, количества впрыскиваемой на вход жидкости, угла установки лопастей винта ТВД);

6) положений управляющих органов на пульте управления двигателем, СУ и экспериментальным оборудованием, а также важнейших командных сигналов в САР двигателя и СУ;

7) рабочего процесса систем двигателя и СУ (характерных сигналов на входе и выходе блоков САР, давлений и температур рабочего тела в системах СУ и др.); регулируемые электрические сигналы и параметры блоков БЦВМ и других типов регуляторов должны быть нормализованы их Разработчиком до вида, соответствующего требованиям регистрирующей аппаратуры ЛЛ

8) выходных сигналов аварийных и предупреждающих сигнализаторов двигателей и СУ, а также других элементов БСК;

9) состояние среды в подкапотном пространстве двигателя и отсеке СУ, включая места установки агрегатов САР;

10) вибраций корпусов двигателя, элементов СУ, агрегатов двигателя и СУ, являющихся возбудителями вибраций, а также вибраций в зонах подвески (установки) и места штатного контроля;

11) динамического и статодинамического механического и теплового нагружения роторных элементов, корпусов и трубопроводов двигателя и СУ;

12) энергоснабжения агрегатов двигателя, САР СУ и системы запуска;

13) чистоты воздуха, отбираемого от двигателя в систему кондиционирования воздуха ЛА;

14) электроснабжения и управления БСИ, синхронизации регистриру-емых параметров.

Основные параметры, характеризующие режим полета, устойчивость работы и исправность двигателя и СУ, а также их полетную наработку, должны регистрироваться БСИ или бортовым регистратором носителя непрерывно в течение всего полета и периода наземной работы двигателя.

Экспериментальное оборудование ЛЛ должно включать в себя бортовую систему контроля режимов работы и состояния (БКС), обеспечивающую при наземном обслуживании и в полете установку необходимых режимов работы двигателя, систем СУ и экспериментальных систем ЛЛ, проверку их исправности, обнаружение неисправности,

наблюдение за двигателем в необходимых зонах, прогнозирование его технического состояния в соответствии с общей НТД, ТД на штатные системы контроля двигателя и СУ ЛА, ТУ на ЛЛ.

Прокладка магистральных трасс и линий связи САР, БСИ и БСК, а также установка экспериментального оборудования должны обеспечивать высокую надежность и помехоустойчивость БСИ и БСК и по возможности воспроизведение натурных условий эксплуатации элементов САР и БСК на ЛА, для которого предназначен двигатель. Магистральные трассы должны содержать не менее чем 10-20% запасных (резервных) проводов необходимого сечения типа, в том числе экранированных, специальных кабелей и т.п.

К эксплуатационно-техническим характеристикам ЛЛ предъявляются следующие требования.

Запуск, управление и контроль работы испытываемого двигателя и СУ должны предусматриваться со специального пульта экспериментаторов, с которого также должны производится управление и контроль экспериментальных систем ЛЛ (БСИ, БСК и др.). Для осуществления функций управления и контроля объектов летного эксперимента, а также его хода в состав экипажа ЛЛ должны входить ведущий инженер и другие специалисты – испытатели, а функции отдельных членов штатного экипажа носителя могут быть изменены при условии обеспечении необходимого для испытательных полетов уровня летной безопасности. Управление и контроль испытываемого двигателя и СУ по основным параметрам также предусматриваются с основного пульта управления СУ носителя.

Кабина и рабочие места испытателей должны быть снабжены необходимыми средствами жизнеобеспечения, связи, освещения, предохранения от повреждений (страховки) при маневрах и в аварийной ситуации, аварийного покидания ЛЛ и спасения. Оборудование кабины должно удовлетворять современным эргономическим требованиям и обеспечивать необходимый для проведения сложных экспериментов уровень комфорта по освещенности, шуму, вибрациям, составу воздуха, удобству работы с оборудованием.

Вспомогательное оборудование, являющееся источником повышенных вибраций, шума и выделения вредных веществ (электрические преобразователи, аккумуляторы и т.п.), должно размещаться вне зоны работы испытателей.

Размещение на ЛЛ блоков САР, БСИ и БСК и их коммуникаций, а также конструкция установочной аппаратуры (стеллажей) должны обеспечивать необходимый доступ к элементам регулировки, контроля и управления, удобства и оперативность зарядки и разрядки регистраторов, монтажа, демонтажа часто снимаемых блоков и перекроссировки измерительных каналов.

Конструкция СУ с испытываемым двигателем должна обеспечивать возможность удобного, безопасного и контролируемого осмотра,

технического обслуживания и замены двигателя, его деталей, узлов и агрегатов, элементов СУ согласно указания РЭ, а также установленных на них элементов БСИ и БСК.

В конструкции ЛЛ и в составе его наземного оборудования должны быть предусмотрены средства защиты от попадания посторонних предметов в испытываемый двигатель при наземных испытаниях, на взлете и посадке, а также средства защиты от неблагоприятного воздействия выходного потока испытываемого двигателя на прочность элементов конструкций, устойчивость и управляемость ЛЛ.

Конструкция, летно-технические и эксплуатационно-технические характеристики ЛЛ должны удовлетворять требованиям летной безопасности, а также требованиям унификации, обеспечивающим минимальные затраты при переоборудовании ЛЛ под двигатель другого типа.