НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Целью научно-исследовательского эксперимента является изучение физических явлений и процессов, имеющих место в элементах ВРД, определение характеристик элементов и возможных средств их улучшения применительно к условиям использования в будущих проектах и конструкциях. Научно-исследовательский эксперимент является важнейшей частью всего процесса развития авиационной науки и техники.

На основании данных, получаемых при проведении научно-исследовательского эксперимента, уточняются теоретические представления о протекании рабочего процесса, разрабатываются методы расчета характеристик узлов ВРД, вносятся необходимые эмпирические поправки в математические модели, применяемые при проектировании ВРД.

При проведении этого вида испытаний чаще всего используются экспериментальные установки лабораторного типа, однако для питания их (в частности, сжатым воздухом или нагретым газом) часто надо располагать достаточно мощными источниками в виде компрессорных станций или баллонных батарей.

Особенностью исследовательского эксперимента является возможность проведения большого числа измерений с использованием тонкой измерительной аппаратуры (например, термоанемометров, лазерных приборов, теневых и интерференционных оптических устройств), которые трудно применить при испытаниях на работающем двигателе.

Из большого числа различных исследовательских экспериментов, проводящихся на элементах двигателя, конкретно отметим следующие, наиболее важные.

По элементам лопаточных машин (компрессоров и турбин) - это продувка прямых, секторных и кольцевых решеток лопаток с исследованием полей скорости на выходе из них, распределения давлений по поверхности лопаток, потерь полного давления, углов отставания потока, пространственной структуры течения и других характеристик решетки в зависимости от ее геометрических параметров, профилирования, скорости и направления потока на входе. Эти материалы необходимы для оптимального проектирования и расчета характеристик компрессоров и турбин.

Испытания пакетов лопаток на установках с подогревом воздуха (газа) на входе до высокой температуры (иногда до натурных значений температуры на максимальном режиме работы двигателя) позволяют отработать систему охлаждения сопловых 'и рабочих лопаток турбины, определить эффективность охлаждения, распределение фактической температуры поверхности лопаток, проверить достаточность выбранного расхода охлаждающего воздуха, выяснить эффективность работы теплозащитных покрытий и т.п.

По изучению рабочего процесса основных и форсажных камер - это определение характеристик распиливания топлива и смесеобразования, характеристики форсунок различной конструкции, содержания вредных веществ в продуктах сгорания,- устойчивости горения. Поскольку процессы, происходящие в камерах сгорания, сильно зависят от давления и температуры газа, здесь требуется создавать на входе в объект практически натурные параметры.

Эффективность новых методов расчета, профилирования и конструирования лопаточных машин может быть достаточно подробно изучена при испытаниях модельных (уменьшенных по размерам, геометрически подобных по проточной части) ступеней или групп ступеней компрессоров и турбин. Возможности геометрического моделирования широко используются в научно-исследовательском эксперименте. Модельные объекты проще изготовить, чем натурные, испытания их требуют меньших затрат энергии и менее мощных экспериментальных стендов. При проведении модельных испытаний следует внимательно относиться к соблюдению равенства основных, характерных для изучаемых явлений критериев подобия на модели и натуре (чаще всего чисел М и Re), если, конечно, они не находятся в области автомодельности. В частности, по соображениям автомодельности характеристики таких узлов, как диффузоры, сопла, смесители двухконтурных ТРД. могут быть достаточно полно обследованы на моделях весьма малого размера. С другой стороны, обтекание профилей и решеток иногда удобнее изучать на моделях увеличенных размеров по сравнению с натурой. На стадии научно-исследовательского эксперимента изучаются свойства новых конструкционных материалов, покрытий, шумоглушащих конструкций, контактных уплотнений, демпферных устройств и других элементов, которые в дальнейшем могут быть использованы в конструкции двигателя.

Для исследования возможностей совершенствования рабочего процесса ВРД, перехода на более высокие уровни параметров (в частности, температуры газа перед турбиной), а также определения характеристик в условиях взаимодействия элементов проточной части может создаваться экспериментальный газогенератор, использующий новые технические решения.