Испытания авиационных лопаточных машин

В связи с большими значениями мощностей, потребляемых или развиваемых лопаточными машинами в реальных условиях их работы в системе двигателя, а также в связи с высокими значениями рабочих параметров - температур, давлений, расходов газа - часто необходимым условием успешного проведения автономных испытаний и экспериментального исследования рабочих процессов является применение различных методов моделирования, основанных на теории подобия.

Для рабочего процесса лопаточных машин основными критериями подобия являются числа М по абсолютной М_с и окружной М_u скоростям и число Re. Обязательным при этом является соблюдение геометрического и кинематического подобия.

Следует отметить, что далеко не всегда на практике можно выполнить в полном объеме указанные условия моделирования. Часто речь идет лишь о частичном моделировании, когда некоторые условия не выполняются. Естественно, что полученные при этом результаты являются приближенными и требуют проверки в натурных условиях.

Из условия постоянства критериев подобия можно получить соотношения, связывающие параметры рабочего процесса натуры и модели. В качестве примера ниже приведены такие соотношения для расходов G рабочего тела и потребных мощностей N привода (или тормозного устройства) в натурных и модельных условиях (индексы ним соответственно):

Здесь m_l=l_н/l_м - масштаб моделирования; m - коэффициент вязкости; R - газовая постоянная; l - характерный размер (обычно хорда лопатки); Re=rcl/m; с - скорость на входе (компрессор) или на выходе (турбина) из рабочего колеса.

Как следует из приведенных соотношений, при испытании уменьшенных моделей потребные значения G и N существенно снижаются, в особенности если не накладывается условие сохранения постоянных значений числа Re. Последнее возможно в тех случаях, когда значение Re³Re_кр.

Потребная мощность привода уменьшается также с уменьшением температуры рабочего тела Т_м по сравнению с натурными условиями. Минимальные значения ограничиваются тем, что может наступить обледенение рабочих частей установки.

Если испытания модели производить на рабочем теле, имеющем большую молекулярную массу (или малое значение газовой постоянной R), то даже при сохранении значения числа Re для модели и натуры можно получить заметное уменьшение потребной мощности.

Изложенные соображения по моделированию лопаточных машин справедливы как для компрессора, так и для турбин. Однако конкретные методы их испытаний имеют свои особенности, поэтому в дальнейшем они рассматриваются раздельно.