/
Автор: Иванов B.C.
Теги: двигатели газотурбинные двигатели метрология летательные аппараты учебное пособие газовые турбины
ISBN: 5-7035-2562-9
Год: 2002
Текст
московский
АВИАЦИОННЫЙ
ИНСТИТУТ
В.С. ИВАНОВ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
И ИСПЫТАНИЙ
ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.
СРЕДСТВА И МЕТОДЫ
ИЗМЕРЕНИЙ
МОСКВА • 2002
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(государственный технический университет)
В.С. ИВАНОВ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОИЗВОДСТВА И ИСПЫТАНИЙ
ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.
СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Учебное пособие
Утверждено
на заседании редсовета
18 декабря 2000 г.
Москва
Издательство МАИ
2002
Иванов В.С. Метрологическое обеспечение производства и
испытаний газотурбинных двигателей летательных аппаратов.
Средства и методы измерения: Учебное пособие. — М.: Изд-во
МАИ, 2002. — 92 с.: ил.
Рассматриваются такие виды измерений, как давление, темпера-
тура, сила, расходометрия, частота и скорость, а также преобразова-
тели, регистрирующие приборы и токосъемные устройства. Получены
исходные данные для назначения методик выполнения измерений,
процедуры градуировки измерительных каналов, обработки результа-
тов измерений, требования, предъявляемые к точностным характерис-
тикам параметров ГТД.
Для организации учебной подготовки студентов, специалистов и
инженеров различных направлений двигателестроения, связанных с
проблемами повышения качества и метрологического обеспечения про-
изводства и испытаний ГТД.
ISBN 5-7035-2562-9 © Московский авиационный институт
(государственный технический
университет), 2002
Тем. план 2001, поз. J
Иванов Вячеслав Семёнович
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
И ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.
СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Редактор М.С. Винниченко
Техн, редактор и компьютерная верстка Т.С. Евгеньева
Сдано в набор 30.11.01. Подписано *в печать 28.10.02.
Бум. газетная. Формат 60 х 84 1/16. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 5,35. Уч.-изд. л. 5,75. Тираж 250.
Зак. 2224/1443. С. 83.
Издательство МАИ
“МАИ”, Волоколамское шоссе, 4, Москва, А-80, ГСП-3 125993
Типография Издательства МАИ
“МАИ”, Волоколамское шоссе, 4, Москва, А-80, ГСП-3 125993
ПРЕДИСЛОВИЕ
Повышение ресурса и надежности авиационных двигателей
— одна из важных задач, решаемая, в частности, при проведе-
нии измерений со всем арсеналом приборов и технических
средств, необходимых для контроля и испытаний двигателей.
Эффективность этих приборов закладывается еще на стадии
разработки двигателя, когда реализуются требования, обеспечи-
вающие возможность оптимального контроля и измерений всех
основных параметров двигателей с оптимальными затратами.
Из измерительных операций, удельный вес которых по
мере автоматизации производства все более возрастает, состоят
в значительной мере технологические процессы, испытания и
сертификация двигателей. Так, для изготовления ГТД выпол-
няется более ста тысяч различных операций, половина из них
— контрольные, связанные с теми или иными видами измере-
ний, что налагает особые, более высокие требования к измеря-
емым системам, применяемым при испытаниях, доводке и экс-
плуатации этих типов двигателей, к их точности и надежности.
В пособии анализируются разнообразные системы оснащения
испытаний ГТД средствами измерений, выявляются связи
между ее элементами, рассматриваются виды измерений; давле-
ние, температура, сила, расходометрия, частота и скорость, а
также преобразователи, регистрирующие приборы и токосъем-
ные устройства. Это позволяет получать исходные данные для
назначения методик выполнения измерений, автоматизирован-
ного выбора средств измерений, процедуры градуировки изме-
рительных каналов, обработки результатов измерений, требова-
ния, предъявляемые к точностным характеристикам парамет-
ров ГТД, средств измерений.
3
1. ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДОВ
И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ
ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ГТД
Высокая эффективность ГТД достигается за счет использо-
вания высоконапряженных режимов работы отдельных узлов
двигателя по температуре и механическим нагрузкам, что на-
лагает особые, более высокие требования к измеряемым систе-
мам, применяемым при испытаниях, доводке и эксплуатации
этих типов двигателей, к их точности и надежности. Все это
требует анализа системы измерений испытаний ГТД [1], [4], [5]
и выработки рекомендаций по их оптимизации с учетом дан-
ных их метрологических и технических характеристик. Анали-
зируются разнообразные системы оснащения средствами изме-
рений при проведении испытаний ГТД [17], [27], [28], [38]. Вы-
являются связи между элементами рассматриваемой системы
[10], [15]. Исследование связи может проводиться различными
способами, но само наличие связи между элементами определя-
ет их организацию, структуру организации. Кроме того, при
испытаниях ГТД (включая метрологическое обеспечение) также
обнаруживается взаимозависимое поведение элементов системы
метрологического оснащения испытаний ГТД. Требования к
точности измерений параметров ГТД устанавливаются отрасле-
выми техническими условиями и стандартами. Перспективные
требования к точности измерения основных параметров двига-
теля приведены в табл. 1. Как видно из приведенных в табли-
це данных, заметна тенденция к повышению требований к точ-
ности измерений, увеличению объема информации на переход-
ных режимах и увеличению количества информации, получае-
мой на испытательных установках [7], [8]. Требования по точ-
ности возросли почти в два ри-><г [9].
4
Таблица 1
Перспективные требования к точности измерения основных параметров двигателя
Характеристика (параметры) Отраслевые нормативы Научно-исследовательский центр им. Арнольда (США)
Погрешность измерения ОТУ 81 Суммарная погрешность измерения параметра ОСТ 1 01021- 81 Погрешность считывания Число измеряемых величин Ширина полосы частот
О/ /о % % Гц
1 2 3 4 ** 6
Давление газа: установившиеся режимы переходные режимы
0,5 0,3 0,4...1 680 2
•А — 2 20 10
Давление жидкости: установившиеся режимы переходные режимы
— — 1,0 15 2
— 3,0 а 10
О'
05
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6
Температура газа:
установившиеся режимы 0,5 0,3 0,37 330 2
переходные режимы — 5 10 100
Температура конструкции — — 0,37 150 2
Тяга 0,5 0,33 0,5 8 10
Расход топлива 0,5 0,3 0,5 20 10
Частота вращения 0,2 0,15 0,4 6 io-
Крутящий момент 0,5 0,5 — —— —
Расход воздуха 0,7 0,5 — — —
1Вибрация — 10 5,0 14 500
Ускорение — — 5,0 10 10000
Наг ряжение — — 10,0 50 10000
У пр у 1'ОСТЬ — — 15,0 12 80000
Давление заторможенного потока — — 5,0 140 1000
Пульсация давления — 10 — — 1
Исходя из этого при составлении методик выполнения из-
мерений (МВИ) определяется состав средств измерений, проце-
дура градуировки измерительных каналов, обработка результа-
тов измерений, включая оценку погрешностей.
Критерием правильности составления МВИ должно быть
расчетное и экспериментальное подтверждение требования вы-
полнимости измерений с заданной точностью при выбранном
составе измерительной аппаратуры.
В последние годы уделяется все больше внимания измене-
нию и анализу быстропеременных процессов, происходящих в
газовоздушном тракте и механических конструкциях. Обработ-
ка большого объема получаемой информации осуществляется
автоматизированными измерительно-вычислительными ком-
плексами и устройствами.
Испытания двигателей и их узлов многообразны. Рассмот-
рим наиболее общую схему стенда для снятия высотно-скорост-
ных характеристик с использованием термобарокамеры (рис. 1)
и перечень измеряемых параметров (табл. 2). Двигатели уста-
навливаются в термобарокамере, связанной с силоизмеритель-
ным устройством 5. Вход двигателя соединяется с мерным
участком 2. На входе устанавливается диффузор 4; в мерном
участке — датчики 3, используемые для измерения расхода
воздуха. Измерение частоты вращения осуществляется тахомет-
рической системой 6.
В табл. 2 перечисляются измеряемые параметры с указани-
ем ориентировочных допустимых погрешностей и применяемых
средств измерении [10], [30], [36]. Более подробные сведения
указаны в соответствующих нормативных документах.
Наибольшую сложность представляют измерения усилия
тяги и расхода топлива, а также расчет соответствующих при-
веденных параметров. Трудности заключаются в обеспечении
необходимой точности результатов измерений при широких
диапазонах измерения параметров и внешних воздействий (тем-
ператур, давлений, вибраций и пр.). Неравномерность потоков
на входе требует большого числа точек измерения для усредне-
ния измеренных величин (давлений и температур). Воздействие
переменных температур и вибраций предъявляет дополнитель-
ные требования к конструкции динамической платформы и си-
лоизмерительной системы. Наличие различного вида пульсаций
требует усреднения измеренных параметров во времени. Это от-
7
00
Рис. 1. Схема стенда для снятия высотно-скоростных характеристик:
1 — двигатель; 2 — мерный участок; 3 — датчик измерения; 4 — выходной диффузор;
5 — тягоизмерительная система; 6 — тахометрическая система измерения расхода топлива;
7 — топливопровод
Таблица 2
Измеряемые параметры и средства измерений
№ Параметр Прогнозируемая погрешность измерения Применяемые средства измерений
1 Усилие тяги ± 0,5% Гидрокомпенсационные, вибрационные, тензорезисторные
2 Расход топлива ± 0,5% Весовые, объемные, турбинные
3 Расход.воздуха ± 1% Коллекторы расходомерные
4 Частота вращения ротора ± 0,2% Электрические тахометры
5 Температура воздуха, газа ±(0,5-1)% Термометры сопротивления, термопары
6 Давление барометрическое (атмосферное) ± 0,5 мм рт. ст. Барометры ртутные
7 Давление воздуха, газа ± 0,5% Электрические преобразователи давления, ГРМ
8 Перепады давления ± 5 мм вод. ст. Жидкостные манометры, электрические преобразователи давления
9 Давление топлива, масла ± 17о Пружинные манометры, электрические преобразователи давления
носится к измерению расхода топлива, частоты вращения рото-
ра. При испытании фиксируются также параметры режима ра-
боты: скорости М, высоты Н, перемещения динамоплатформы
и др-
При осуществлении анализа методов и средств, применяе-
мых при испытаниях ГТД, в последующих разделах будут рас-
смотрены такие виды измерений, как давление, температура,
сила, расходометрия, частота и скорость, а также преобразова-
тели, регистрирующие приборы и токосъемные устройства,
приборы неразрушающего контроля и технической диагности-
ки, что позволяет получить исходные данные для назначения
методик выполнения измерений, автоматизированного выбора
средств измерений, процедуры градуировки измерительных ка-
налов, обработки результатов измерений. Анализ требований,
предъявляемых к точностным характеристикам параметров
ГТД, средств измерений, позволяет получить алгоритм поиска
оптимальных решений по выбору состава средств измерений с
учетом требований, предъявляемых к испытаниям. Результатом
общей оценки технического и метрологического уровня средств
измерений, применяемых при испытаниях, является оценка до-
пустимой погрешности измерений с учетом норм точности на
параметры ГТД.
Это позволяет: 1) оснащать технологические процессы изго-
товления и испытания средствами измерений в условиях ресур-
сосберегающих технологий (поддержание оборонного потенциа-
ла, усложнение технологических процессов, повышение качест-
ва и надежности двигателей, уточнение критериев оценки,
ужесточение ресурсных ограничений, уменьшение входного
контроля); 2) рассматривать развитие средств и методов изме-
рений, применяемых при испытаниях ГТД, с учетом экономи-
ческой эффективности, улучшения метрологических характе-
ристик, повышения технического уровня, минимизации затрат
и дефицита ресурсов.
2. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ
Применяемые при испытаниях ГТД средства измерений
могут быть как простыми (однозвенными), так и достаточно
сложными, включающими целый ряд преобразователей, в том
10
числе элементы, осуществляющие вычислительные операции
(микропроцессоры). Различные или однотипные средства изме-
рений могут объединяться в информационно-измерительные
системы для автоматизации измерений и обработки экспери-
ментальных данных. Отдельные элементы измерительной систе-
мы имеют свое назначение. Так, первичный измерительный
преобразователь, воспринимающий действие измеряемой физи-
ческой величины и преобразующий это действие в некоторый
унифицированный сигнал, называют датчиком. Для усиления
и нормализации сигналов разнородных датчиков используют
усилители-нормализаторы. Выходными элементами, накаплива-
ющими измерительную информацию, являются различного
рода регистрирующие приборы (самописцы, магнитографы,
цифропечатающие устройства). При выборе измерительной
схемы обращается особое внимание на измерительный преобра-
зователь, поскольку его точность и надежность во многом оп-
ределяют результат измерений в целом [31].
Если в качестве примера рассмотреть термоэлектрический
преобразователь (термопару), то входным сигналом такого преоб-
разователя будет температура Т, воздействующая на термоспай, а
выходным — электродвижущая сила Е (см. гл. 3, рис. 10).
Для того чтобы качественно оценить свойства преобразова-
теля, пользуются статическими и динамическими характерис-
тиками преобразователя.
2.1. Статические характеристики
Функция преобразования устанавливает связь между входной
и выходной величинами в установившемся режиме и может
быть выражена аналитически (X = Да)), графически или в виде
таблицы, когда а и X можно считать неизменяемым во време-
ни. В общем виде эта зависимость нелинейная, как показано
на рис. 2, и нелинейность может быть оценена некоторым мак-
симальным значением нелинейности , отнесенным к номи-
нальному значению Хпом или пределу измерений:
g
8nwx % = 1°°% (1)
ном
11
Рис. 2. Функция преобразования (градуировочная кривая):
5 — максимальное значение нелинейности;
X о — номинальное значение параметров
Чувствительность S характеризуется крутизной характерис-
тики и оценивается как
(2)
Если функция преобразования линейна, то чувствитель-
ность постоянна (S = const) и функция преобразования прини-
мает вид
X — а0 + Sa .
(3)
Если измерительный преобразователь обладает свойствами
гистерезиса, сухого трения, т. е., другими словами, обладает
некоторой нечувствительностью — неопределенностью показа-
ний или застоем, то можно пользоваться понятием зона чувст-
вительности АХ0 .
Для оценки точности преобразователя пользуются оценкой
различного рода погрешностей, о чем упоминалось выше. При
выборе средства измерений весьма важным является предел из-
мерений, характеризующий допустимый минимальный и мак-
симальный измеряемый сигнал. Внешние условия работы (ок-
ружающая температура, влажность, давление, наличие вибра-
ции и прочее) могут вызывать дополнительные погрешности и
также должны учитываться.
12
2.2. Динамические характеристики
Динамические свойства преобразователя характеризуются
изменением выходного сигнала в неустановившемся переходном
режиме.
В наиболее общем случае связь между сигналами в пере-
ходном режиме может быть определена путем решения диффе-
ренциального уравнения преобразователя и нахождения переход-
ной функции (4). Если рассматривать преобразователь или изме-
рительную систему как линейную, то дифференциальное уравне-
ние такой системы можно записать в виде
ах а х
----+ а-, ---— + ... + а,, х =
° dt" 1 dt"-1
t d" a ,
= bn —— + b,------— + ... + b„, a . (4)
° dtm 1 dtm~l
Принято записывать в правой части уравнения входные воз-
действия, а в левой — выходные. Коэффициенты а0 , , ... , а ,
bG , , ... , bfn являются константами для данного преобразова-
теля или системы.
Часто для упрощения операций с нахождением динамичес-
ких характеристик пользуются операторным представлением
d 2 d2 dn
дифференцирования, заменяя р = —, р =—... , р -—— .
d £ d t
Тогда дифференциальное уравнение(4) можно переписать в
виде
Га0 р" + а} рп + 1 + ... + х(р) =
= (ь0 Р"‘ + Ь1 Рп‘+1 + - + а(Р) (5)
или
(1, -J71 . l m + 1 , , г А
ьоР +Ъ1Р +...+ Ь I
ыр) = —----------------------L а(р) . (6)
|ао Р + ai Р + ап |
13
Выражение, стоящее перед операторным изображением
входного воздействия а(р), представляет собой некоторый поли-
ном W(p). Тогда
х(р) = W(p) а(р) . (7)
Если выражение (7) переписать в виде
W = (8)
а(р)
то W(p) можно рассматривать как передаточную функцию изу-
чаемого преобразователя.
Итак, передаточная функция W(p) представляет собой отно-
шение операторных изображений выходного и входного воздейст-
вия при нулевых начальных условиях. Иногда для упрощения
записи операторных изображений используются обозначения
а = а(р) , х - х(р) и W(p) = ^г. (9)
Зная операторные изображения воздействий, можно легко
перейти к временным и частотным характеристикам, т. е.
найти
X = f(t) и х = /(со) ,
где t и СО — соответственно текущее значение времени и угло-
вая частота.
В курсе математики показывается, как по операторному изо-
бражению функции найти исходную функцию (в нашем случае
функцию времени х = f(t) или частотную характеристику преоб-
разователя.
Исходным положением для получения частотных функций
в математике доказывается правомерность замены в оператор-
ных уравнениях р на /со, где со — угловая частота, a j = *7- 1,
т. е. мнимая единица.
После предварительных пояснений по математике, приводи-
мых здесь без доказательства, перейдем непосредственно к рас-
СМОТрСи”Ч? TTTTtjrc»Mwrjor»vwv V<ТППТГ'Т’О'ПТЛГ>'ТТЛтг ГТПРЛЙрЗЯПЯЯТР пой На
практике динамические свойства преобразователей оценивают
14
при подаче на вход единичного входного воздействия в виде не-
которого толчкообразного возмущения и регистрации при этом
переходного процесса на выходе.
Другой способ использует синусоидальное входное воздейст-
вие, изменяемое в некотором широком диапазоне частот (теоре-
тически от О до сю). При этом фиксируется амплитудно-частот-
ная характеристика (АЧХ), т. е. изменение амплитуды синусо-
идального сигнала в зависимости от частоты и, если необходи-
мо, фазочастотная (ФЧХ), т. е. зависимость сдвига фазы между
выходным и входным сигналами в зависимости от частоты.
Рассмотрим эти характеристики более подробно.
Переходная характеристика — это реакция системы на
единичное возмущение, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Переходные характеристики
Апериодический переходный процесс описывается переход-
ной функцией вида
(Ю)
где Т — постоянная времени.
Постоянную времени легко определить из переходной кри-
вой, если положить t = т . Тогда
15
Для этого на оси ординат надо отложить значение, равное
0,632 Хо , провести горизонтальную линию до пересечения с
имеющейся кривой переходного процесса и отсчитать по оси
абсцисс соответствующее значение Т.
Практически ударное возмущение при исследовании газоди-
намических процессов можно создать с помощью ударной
трубы, подав посредством переключающего перекидного устрой-
ства поток горячего воздуха или создав перепад давлений с по-
мощью разрушающей диафрагмы. Запись процесса удобно осу-
ществлять осциллографом или другим самопишущим прибором.
Если переходный процесс имеет колебательный характер,
то существенными параметрами этого процесса будет собствен-
ная частота колебаний (i)0 , время установления и декремент за-
тухания.
Частотные характеристики определяются по воздействию
на преобразователь синусоидального сигнала при изменении
частоты в некотором рабочем диапазоне.
Математически частотную характеристику можно полу-
чить из передаточной функции W(p), заменив оператор р на
/(О (р = /со).
Тогда мы получим комплексную амплитудно-фазовую ха-
рактеристику И-г(/со), которая будет соцержать действительную
часть Р(со) и мнимую /В(со), т. е.
W(jcd) = В(Й) + /В(со) .
(И)
Графически функция представляет собой годограф вектора
на комплексной плоскости. Модуль этой функции и будет амп-
литудно-частотной характеристикой:
X(w) = W(jсо) = V B(w) + | ,
(12)
а аргумент вектора представляет собой фазочастотную ха-
рактеристику:
(р(СО) = - arctg
D(w)
(13)
Следовательно, при снятии частотной характеристики, т. е.
при подаче на вход синусоидального сигнала с изменяемой час-
тотой на выходе, мы будем иметь синусоидальный сигнал с той
16
же частотой, но с амплитудой и фазой, зависящей от частоты
сигнала, т. е.
X = Х((0) sin tot + (p(to) .
(14)
На рис. 4 показаны примеры АЧХ (а) и ФЧХ (б); на рис. 4,в
— сигналы а и X на входе и выходе преобразователя и указан
фазовый сдвиг ф- на некоторый участок (0. = const. При измсне-
Рис. 4. Частотные характеристики:
а — амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);
б — фазочастотная характеристика (ФЧХ)
(7 — для апериодического процесса, 2 — для колебательного процесса):
в — фазовый сдвиг между входом и выходом
17
нии частоты фазовый сдвиг будет также изменяться в соответ-
ствии с графиком ФЧХ.
Важно отметить, что, поскольку переходные и частотные
характеристики аналитически получены из одного того же ис-
ходного дифференциального уравнения, то между переходными
и частотными характеристиками имеется вполне определенная
связь. Практически можно заключить, что, если частотная ха-
рактеристика имеет пологий ниспадающий характер, то пере-
ходный процесс будет апериодическим; если же частотная ха-
рактеристика имеет подъем на одной частоте или несколько
подъемов на разных частотах, то это свидетельствует о наличии
резонансных свойств преобразователя и о том, что переходный
процесс будет колебательным.
Зная выражение для переходной характеристики, можно
математически с помощью интегральных преобразований полу-
чить частотную, и наоборот, зная частотную — получить пере-
ходную временную характеристику.
В теории автоматического регулирования более подробно
рассматриваются аналитические методы анализа динамики ра-
зомкнутых и замкнутых систем преобразования, не требующие
прямого решения дифференциальных уравнений этих систем.
В измерительной технике в основном дается оценка пара-
метров, характеризующих динамические погрешности преобра-
зователей: время, в течение которого разность между устано-
вившимся и текущим значением становится меньше некоторого
наперед заданного значения (иногда используют постоянную
времени т , считая t = (3 + 5) г); неравномерность частотной ха-
рактеристики в диапазоне рабочих частот (в процентах или де-
цибелах). Существенным показателем, как уже отмечалось, яв-
ляются резонансные частоты (00 . Поэтому, чтобы избежать ис-
кажений, вызванных этими явлениями при подборе преобразо-
вателя, его частотную характеристику выбирают так, чтобы ре-
зонансы не попадали в область рабочего диапазона частот.
Точное знание частотно-фазовых характеристик не всегда
является обязательным условием. Это необходимо и интересно
тогда, когда исследуются поля каких-либо динамических про-
цессов с помощью нескольких датчиков, установленных в изу-
чаемом пространстве, например, при исследовании явлений
вибрационного горения в камере сгорания.
18
Снятие амплитудно-частотных и фазочастотных характерис-
тик представляется достаточно сложной задачей, связанной с
применением специальной аппаратуры. Так, например, для ис-
следования преобразователей переменных давлений используют-
ся различные устройства типа сирены с диском-прерывателем,
приводимым во вращение электрическим мотором. Измерение
частоты пульсаций давления производится путем изменения его
частоты вращения. Обычно трудности возникают из-за несиносу-
идалыюсти получаемых пульсаций давлений и непостоянства
амплитуды этих пульсаций при изменении частоты. Для устране-
ния указанных недостатков эти установки усложняются различ-
ными конструктивными элементами, а также путем установки
дополнительного эталонного преобразователя, характеристики ко-
торого» заранее известны. Современные установки для динамичес-
кой градуировки вибродатчиком включают в себя даже лазерные
виброметры, работающие с высокой точностью.
Измерительные преобразователи могут включаться в самые
различные комбинации, образуя сложные системы. Для упро-
щения анализа систем могут быть обобщены свойства отдель-
ных преобразователей и представлены в виде типовых динами-
ческих звеньев. В табл. 3 перечислены некоторые из них с ука-
занием динамических характеристик.
Простейшими являются пропорциональные безынерционные
звенья, передаточная функция которых может быть представле-
на постоянным коэффициентом К. Практически это может быть
потенциометрический (реостатный) преобразователь, входной
величиной которого является перемещение скользящего кон-
такта, а выходной — напряжение U2 - К этому типу звеньев
могут быть отнесены и различные электронные и даже механи-
ческие элементы, если их инерционные свойства незначитель-
ны по сравнению с другими параметрами системы.
Апериодические (инерционные) звенья наиболее широко
встречаются на практике, например, RC — цепочка, или в уп-
рощенном представлении — термопара. Колебательные звенья
более сложны и в электрической интерпретации представляют
цепочку элементов R, С, L; в механическом исполнении — это
механизм, обладающий массой, упругим элементом, демпфи-
рующей средой. Следует отметить, что передаточная функция
колебательного звена имеет второй порядок. При определенных
параметрах, при степени успокоения Р = 1 имеет место крити-
19
Таблица 3
Типовые динамические звенья
Тип звена Пример Передаточная функция Переходная АЧХ ФЧХ
1 2 3 4 5 6
Пропорцио- нальное (безынер- ционное) W(p) = K Y A /W(jco)/ k(p (0
• Di R 1— ОН AK co У ►
7Г" К V I /WGw)/ = К
U2 (p(co) = 0
Y(t>K
Апериоди- ческое (инерцион - ное) 1 R W(p) = K/(TP=l) Т-R*C /V /(jW L Ф (0
• z U2
Т 1> / /"к: L t ! w к ^4) \L L
1 К-г 7Г
/Wfj «>)/ = КЛ/1+(сйТ)2
Y(t)=K(l-e,'T) 2 <p(co) =-arctg 1 /coT 1
Окончание табл is
1 1 9 3 4 5 6
Колебатель- ное 1 Ч1\!\Ч • U2 • W(p) = K/(Ti2p2+T2p -Ч) Ti = Vl*c T2 = R*C Y ► Л₽<1 Д/v^ / P>1 J 4 я Wla •* v
Ui С: • 1 ч”
Y(t)-K[l-e2^ /W(jco)/ = К/ V
M Sin((Oi. Tm+ <p)] 1 A1-(coTi)2]2+(o)T2)2 <p(co) =-arctg coT/ [1-(<oT1)21
Интегриру- ющее (идеальное) и» ♦ Интегрирующий двигатель W (p) = K/(p*T) Y Y (t)=K . t l/WGco)/ w 0 ->CC w=o -7 2 0) 1
Дифферен - пирующее (реальное) О J Тахоге U2 W(p) = K*p/(T*p+l) t fe. . ZWG<o)/ Z^K / 0) b' л 9 A* co
лоратор
/W(jw)4Kco'Nl+w2T: /(l+co2T2)
С Ui R Uz Y(t)=K.c*,<r <p(u)) --arctgl/coT
to
чсский режим, а при |3 > 1 — апериодический, когда разность
между установившимся и текущим значением не изменяет
знака и колебательность отсутствует. Однако при таких пара-
метрах колебательного звена переходный процесс затянут и
время установления будет больше, чем при колебательном ре-
жиме.
Существуют и такие дифференцирующие, интегрирующие
звенья и ряд других, которые чаще используются в системах
регулирования и управления.
Отметим, что при последовательном включении звеньев ре-
зультирующая передаточная функция в операторном или ком-
плексном представлении получается как произведение переда-
точных функций отдельных звеньев, т. е.
И’Осо) = WjGco) W2G*co) ... wt/усо) . (15)
Если такую систему замкнуть, т. е. выходной сигнал или
его часть подать на вход системы, то мы создадим обратную
связь и тем самым изменим передаточную функцию системы.
Если передаточная функция разомкнутой системы W(jU)) , то
включение обратной связи в виде преобразователя обратной связи
изменит передаточную функцию и ее результирующая передаточ-
ная функция для замкнутой системы Ws(j(to) станет равной
,'*1 1 , (16)
Если замкнуть обратную связь на прямую, т. е. сигнал с
выхода преобразователя подать на его вход, то передаточная
функция замкнутой системы будет равна
»'•« = T7W»
В зависимости от знака сигнала обратной связи динамичес-
кие свойства системы будут изменены. Могут быть применены
различные виды обратной связи, повышающие стабильность и
устойчивость системы или, наоборот, повышающие ее колеба-
тельность.
В каждом конкретном о луча*1 г/тятияя спязк выбивается и
рассчитывается в зависимости от назначения и типа измери-
22
тельной системы. Однако в общем можно сказать, что отрица-
тельная обратная связь, когда она вычитается и уменьшает
входной сигнал, действует стабилизирующе и, наоборот, поло-
жительная обратная связь, суммируясь с входным сигналом,
вызывает неустойчивость и колебательность.
Диапазон частот для динамических измерений достаточно
широк: от единиц или долей герца при исследовании устойчи-
вости и процесса запуска двигателя до десятков килогерц при
исследовании вибрационных и акустических явлений.
Аналоговые и дискретные измерения
Процесс измерении может быть трактован как процесс при-
ема и преобразования информации об измеряемой величине с
целью получения количественной информации в нужной форме.
В связи с развитием вычислительной техники, средств связи и
математических методов обработки информации открылись
новые возможности в кодировании информации и ее передачи
на большие расстояния без потерь. Методы кодирования и дис-
кретизации информации успешно применяются не только в те-
леметрических, но и в локальных системах измерения, в пре-
делах одного предприятия и даже одного испытательного стен-
да. Широко используются индивидуальные измерительные при-
боры: цифровые вольтметры, частотомеры, хронометры и пр.
Большую роль в обосновании дискретных методов измере-
ния и передачи информации сыграли теоретические работы
академика В.А. Котельникова. Сформулированная им теорема
обосновывает возможность представления непрерывного сигнала
X(t) в виде дискретных во времени отсчетов , ... , Xi и уста-
навливает связь между интервалами дискретизации At и мак-
симальной частотой исходного непрерывного сигнала X(t), т. е.
дается возможность такого выбора интервалов или частоты дис-
кретизации, при которых будет возможно восстановить интере-
сующую нас функцию X(t) (рис. 5).
Приведем без доказательства формулировку теоремы В.А.
Котельникова:
“Если функция f(t) не содержит частот выше f av , то она пол-
Шил
ностыо определяется своими мгновенными значениями в момен-
ты времени, отстоящими друг от друга на интервалы времени
23
1
^Anax
(18)
С математической точки зрения, это означает, что функцию
можно вычислить, пользуясь дискретными значениями X* , ... , Xi ,
если соблюдается условие (18).
Рис. 5. Дискретизация непрерывной функции
Физически теорему Котельникова можно интерпретиро-
вать с помощью некоторого преобразователя АДП, создающего
импульсы бесконечно-малой длительности с амплитудами
Х1 , ... , X. , соответствующими мгновенным значениям непрерыв-
ной функции Х(0, и идеального фильтра нижних частот (ИФНЧ),
на выходе которого восстанавливается исходная непрерывная функ-
ция (рис. 6).
Упрощенная трактовка теоремы Котельников сводится к
тому, что синусоидальный сигнал определенной частоты может
быть восстановлен по двум точкам отсчета X за период этого
сигнала. Однако практически это сделать трудно. Прежде всего
реальные сигналы имеют очень широкий спектр частот, и для
восстановления сигнала на основе теоремы Котельникова требу-
ется большой объем вычислений. Поэтому часто прибегают к
интерполяции, соединяя отдельные точки кривой исследуемого
процесса прямыми линиями или заменяя их криволинейными
участками (линейная, параболическая интерполяция и пр.).
24
При этом число отсчетов амплитуд возрастает, но их обработка
упрощается. Если требуется частотный анализ, то динамичес-
кий процесс записывается на магнитную ленту, а затем иссле-
дуется с помощью анализаторов спектра и корреляторов.
а)
б)
л /W(j<oV
; со
(Омах- 2я 1мах
Рис. 6. Физическая интерпретация теоремы Котельникова:
АДП — импульсный преобразователь;
ИФНЧ — идеальный фильтр низких частот
Методы измерений могут быть различными: метод непо-
средственной оценки, дифференциальный, компенсационный
(нулевой), совпадения (стробоскопический).
Рассмотрим кратко на примерах сущность этих методов.
Метод непосредственной' оценки подразумевает прямое
преобразование измеряемой величины и получение результата.
Примером может служить пружинный динамометр, к которому
прикладывается измеряемое усилие Р, растягивающее пружи-
ну. Измеряемое значение может быть отсчитано по стрелке, за-
крепленной на пружине, и шкале, расположенной вблизи этой
стрелки. Важно отметить, что для точного получения результа-
та измерений пружина должна быть предварительно аттестова-
на путем приложения к ней образцовых грузов.
Дифференциальный метод подразумевает использование
разности двух сигналов, получаемых от измеряемого сигнала и
некоторого постоянного опорного источника. Используется как
одно из средств повышения точности и расширения диапазона
измерения.
25
Дальнейшим развитием дифференциального метода являет-
ся компенсационный метод, его также иногда называют нуле-
вым или балансным. При компенсационном методе также ис-
пользуется два сигнала, причем один из них, компенсацион-
ный, регулируется вручную или автоматически до тех пор,
пока разность между сигналами не станет равной нулю, т. е.
до тех пор, пока в измерительном цепи не будет достигнут ба-
ланс. Измеряемое значение, которое заранее точно отградуиро-
вано, будет определяться по величине компенсационного сигна-
ла. Этот метод измерения считается наиболее точным.
Метод совпадения может быть проиллюстрирован на при-
мере измерения частоты вращения с помощью стробоскопа. В
данном случае па измеряемый объект, например, вал двигате-
ля, снабженный механически нанесенными метками, направля-
ется свет стробоскопической лампочки, питаемой от звукового
генератора. При совпадении частот вращения и частоты мига-
ния лампочки метки рассматриваются как неподвижные, и в
этот момент фиксируется нужная частота. Однако этот метод
не пригоден для изучения динамических процессов, хотя на ус-
тановившихся режимах дает точный результат.
Измерителън ые преобразователи
Преобразователи неэлектрических величин в электрические
делятся на параметрические и генераторные. Рассмотрим пара-
метрические преобразователи, основанные на изменении пара-
метров электрической цепи.
Преобразователи, основанные на измерении активного элект-
рического сопротивления, называют резисторными преобразова
телями или преобразователями сопротивления. Они могут
быть контактными, выполненными в виде миниатюрного реос-
тата (потенциометра), и бесконтактными (рис. 7).
Резистивные потенциометрические преобразователи преоб-
разуют линейное или угловое перемещение в электрические
сигналы (рис. 8). Преобразователь состоит из каркаса, снабжен-
ного необходимой изоляцией, на который наматывается тонкая
проволока из температуростабильного и износостойкого мате-
риала. По виткам такого преобразователя скользит легкая ме-
таллическая щетка-контакт, с помощью которой производится
преобразование и съем о.хсктрического сигнала. Для намотки
обычно используются сплавы из благородных и других метал-
26
ИЗМЕРЬ!! И Е ДА В Л Ь НИЙ
П р еобразователи дав л е н nji
Механические
Э л е к т р о механ и ческис
Сильфонный
(0,6-1,5) %
м
оо
Рис. 8. Классификационная схема преобразователей средств измерений температуры ГТД
лов, например, сплав манганин или сплавы платины с иридием
(90% Pt + 10% Ir). Диаметр проволоки от 0,03 до 0,1 мм и боль-
ше. Соединяя щетку преобразователя через передаточный меха-
низм с чувствительным элементом (мембраной, упругой пружи-
ной), мы тем самым получаем возможность преобразовывать
усилие или давление в электрический сигнал. Следует отме-
тить, что поскольку потенциометрический преобразователь об-
ладает дискретностью, при переходе щетки с одного витка на
другой происходит скачок напряжения, т. е. имеет место по-
грешность дискретности бд :
8 = - 100%,
Д п
где п — число витков обмотки потенциометра.
К бесконтактным относятся тензометрические (тензорезис-
торные) преобразователи (см. рис. 7, 8), основанные на измене-
нии сопротивления под действием его деформации от внешней
силы — например, проволочный тензорезистивный преобразова-
тель, который представляет собой тонкую проволочку, обычно
из сплава константана, уложенную петлями на тонкие основа-
ния (бумагу, пленку или какой-либо другой материал). В каче-
стве связующего вещества используются различные клеи, це-
менты. Сопротивление такой проволоки обычно от 30 до 500
Ом при токе 10—100 мА. Диаметр проволоки от 0,02 до 0,05
мм.
Если такой преобразователь закрепить на деформируе^мое
основание и создать, например, растягивающее усилие, то на-
чальное сопротивление проволоки RQ изменится на величину
AR. Сопротивление будет меняться как за счет удлинения про-
волоки Л/, так и за счет сопротивления + SR. Такой преобразо-
ватель чувствителен и к сжатию. В этом случае сопротивление
уменьшится на величину - АЛ (см. рис. 8).
Чувствительность проволоки к деформации оценивается ко-
эффициентом тензочувствительности
к _ (ДВ/В)
(AZ/Z)
(19)
Для константана К - 2.
29
Кроме проволоки тензометры изготавливают также из тон-
кой фольги (4—12 мкм), напыляют в виде пленок из металли-
ческих сплавов, применяют полупроводниковые материалы.
Тензочувствительность полупроводниковых материалов в десят-
ки и даже сотни раз выше, чем у металлов, однако они более
чувствительны к температуре окружающей среды, что вызыва
ет дополнительные трудности.
Наиболее широкое применение тензорезисторы получили при
исследовании деформаций различных конструкций, а также в
приборах для измерений давлений и усилий (рис. 7, 9). Тензоре-
зисторы обычно включаются в мостовую измерительную схему,
используя при этом одно, два или все четыре активных плеча.
В зависимости от применяемой аппаратуры мостовая схема пи-
тается напряжением П постоянного или переменного тока,
но чаще используется постоянный ток. Первоначальная балан-
сировка моста может осуществляться дополнительными сопро-
тивлениями, так чтобы выполнялось равенство R4 = R2 R3
При этом в измерительной диагонали СД выходной сигнал
будет равен нулю. При появлении деформации, создающей из-
менение сопротивлений, между точками СД появится выходное
напряжение UBblx -
To/Ov
Рис. 9. Принципиальная схема термоэлектрических термопар
Если необходимо воспользоваться активным сопротивлени-
ем для измерения температуры, в качестве исходного материа-
30
ла применяют обычно медь или платину (рис. 10), пользуясь
известным соотношением
Rt = Rq 1 + О.Т
(20)
где Rt — сопротивление при температуре Т; RQ — начальное
сопротивление при температуре градуировки; а — температур-
ный коэффициент сопротивления.
В качестве резистивных преобразователей температуры ис-
пользуются и полупроводники (см. рис. 8). Индуктивные пре-
образователи основаны на изменении индуктивности (рис. 11).
Рассмотрим наиболее простой индуктивный преобразова-
тель, состоящий из магнитопровода с обмотками W, якоря и
электрической цепи, питаемой переменным током.
Индуктивность цепи, содержащей сердечник с железом и
воздушный зазор, будет равна
(21)
где RM — полное сопротивление магнитной цепи; Ям ст — маг-
нитное сопротивление сердечника с железом; 5 — зазор; Цо —
магнитная проницаемость воздуха.
Для упрощения задачи можно считать, что
Mos’
(22)
поэтому
Т
28
Таким образом, если зазор 5 равен нулю, то индуктивность
L велика, а ток в измерительной цепи, протекающий через со-
противление Р, близок нулю.
Если якорь перемещать, увеличивая зазор S, сопротивление
магнитной цепи растет, индуктивность L при этом падает, а
выходной сигнал увеличивается. Однако такой упрощенный
31
to Гермоиндикаторы (лаки, краски, карандаши) »
Обращение спектральных линий_________|
I
Цветовые пирометры
Я р к о с тн ы е пирометры
Фотоэлектрические пирометры (частичного излучения)
Термопара вольфрам+рений-иридий+родий ВР-5/20
Термопара платина+родий(30 %)-платина+родий(6 %) Пр 30/6
Термопара платина- платина < родий ПП-1
Термопара плагина+родий+паладий-платина+золото+паладий
Термопара платина^ паладий-золото+паладий IГЗТI
Термопара сильх-силин СС
Термопара хромель-алюмель ТХА
Термопара ТМК
_____Термометр сопротивления______
200 0 500 1000 1500 2000 2500
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------->
Рис. 10. Диапазоны использования средств измерений температуры
co
CO
Рис. 11. Классификационная схема средств измерений усилия тяги ГТД
преобразователь имеет ряд недостатков и применяется редко.
Поэтому чаще используют дифференциальную схему. Преобра-
зователь состоит из двух секций с обмотками и W2 , и,
когда якорь находится в среднем положении и зазоры равны,
дифференциальная схема симметрична и уравновешена, т. е.
точки J-j, и J2 равны и противоположны по направлению. Если
якорь переместить, симметрия схемы нарушается и в выходной
цепи появляется напряжение, характеризующее перемещение
якоря. Дифференциальная схема дает более линейную характе-
ристику.
Действие конденсаторных (емкостных) преобразователей ос-
новано на изменении электрической емкости конденсатора С с
подвижной пластиной и зазором 6 (см. рис. 11):
8 • S
5
(23)
где е.— диэлектрическая проницаемость; S — площадь между
пластинами.
При перемещении одной из пластин изменится зазор 5 и
емкость конденсатора С. Для питания конденсаторных преобра-
зователей используются электронные схемы, работающие на по-
вышенных частотах, с тем чтобы эффективно использовать не-
большие по величине значения емкостей (порядка нескольких
десятков пикофарад). Могут использоваться дифференциальные
схемы и схемы, управляемые по частоте, когда конденсаторный
преобразователь включается непосредственно в колебательный
контур генератора, создавая на выходе сигнал, изменяемый по
частоте. Применение конденсаторных преобразователей ограни-
чивается наличием паразитных емкостей, искажающих резуль-
тат измерений, хотя существуют способы снижения влияния
этого фактора.
3. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЙ
Измерение давлений по газовоздушному тракту двигателя
характеризуется большим числом точек измерений, широким
диапазоном измерений величин и требованиями высокой точ-
ности. Значительная часть измерений является промежуточным
этапом для определения и расчета расхода воздуха. Кроме из-
34
мерений давления воздуха и газа, измеряется давление топлива
и масла. Для исследования газодинамической устойчивости из-
меряется пульсирующее давление в широком диапазоне частот.
В общем случае различают абсолютное, избыточное и диф-
ференциальное давление. Дифференциальное давление или
перепад давлений измеряют как разность двух давлений, где
одно давление измеряют относительно другого. Давление по от-
ношению к вакууму представляет собой барометрическое давле-
ние BQ . Связь между абсолютным давлением Рабс , избыточны?*!
Р б и барометрическим устанавливается формулой
' = Р 4- В
абс J изб -°0 *
(24)
Если измерение давлений производится в движущемся по-
токе, что имеет место при испытании двигателей, вводится по-
нятие полного р и статического р давлений.
Под полным давлением понимают давление адиабатически
заторможенного потока, т. е. давление, которое испытывает
плоское тело, поставленное перпендикулярно вектору скорости.
Стапшческое давление определяется по воздействию на не-
подвижный плоский элемент, расположенный параллельно век-
тору скорости. Связь между этими величинами устанавливается
формулой
(25)
<У
где т
скоростной напор; V — скорость; Q — плотность
среды.
Применяемые средства измерений давлений весьма разнооб-
разны:
1) пружинные (механические)манометры;
2) жидкостные пьезометры;
3) электромеханические (электрические и параметрические
преобразователи потенциометрического, тензометрического, ин-
дуктивного и емкостного типов);
4) вибрационно-частотные;
5) с силовой компенсацией.
35
Этот перечень далеко не полный и отражает только основ-
ные типы средств измерений, применяемых при испытаниях
ГТД.
На рис. 7 приведены схемы классификации и основные по-
грешности преобразователей давлений и перепадов давлений,
используемых при испытаниях ГТД. В основу системы класси-
фикации положен принцип действия и схема преобразований
давлений.
Наиболее распространенными являются пружинные и жид-
костные манометры. В пружинных манометрах в качестве чув-
ствительного элемента, воспринимающего давление, используют
различного вида мембраны, сильфоны, трубки Бурдона, соеди-
ненные с передаточным механизмом и отсчетным устройством,
выполненным обычно в виде стрелки и шкалы. Точность их не-
высока (хотя существуют и образцовые манометры более высо-
кого класса), но они чувствительны к вибрациям. Из жидкост-
ных манометров наиболее известны водяные пьезометры, наби-
раемые в батареи из нискольких трубок для измерения перепа-
дов давлений. Они обладают высокой точностью, но громоздки
и неудобны в эксплуатации. Эти приборы были заменены более
совершенными и удобными в эксплуатации электрическими
средствами измерений давления с тензометрическими и индук-
тивными преобразователями. Емкостные преобразователи не
нашли широкого применения.
3.1. Электромеханические преобразователи давления
Тензорезистивные преобразователи предназначены для из-
мерений абсолютного, избыточного и разности давлений с по-
грешностью порядка (1—2)% [3]. Кроме того, дополнительная
погрешность от изменения температуры для преобразователя типа
МИД при -60" С может составлять ± 5,5%, а при воздействии виб-
рации дополнительная погрешность составляет 4% [11], [18].
Тензо метрические (тензорезисторные)
преобразователи давления
Арсенал тензометрических преобразователей достаточно
велик. Лучшие их образцы имеют погрешность (0,1—0,15)%,
высокую стабильность во времени и надежность [29]. Для ди-
намических измерений изготавливаются микроминиатюрные
36
преобразователи с диаметром порядка 1 мм при собственной
частоте колебаний до 1,5 МГц. Конструктивные и технологи-
ческие особенности выполнения преобразователей различны, и
они рассмотрены в [34].
Тензометрические преобразователи разделяются на:
1) проволочные, приклеиваемые к деформируемой поверх-
ности;
2) проволочные со свободной подвеской тензорезисторов;
3) фольговые;
4) тонкопленочные;
5) полупроводниковые.
Для измерения давления в простейшем случае тензопреоб-
разователь наклеивают на чувствительный элемент, например
мембрану, включают тепзопреобразователь в электрическую
схему и используют выходной электрический сигнал для изме-
рения давления, воздействующего на мембрану. В точных тен-
зометрических датчиках давления преобразователи наклеивают
не на саму мембрану, а на более жесткий элемент, связанный
с мембраной. Это улучшает линейность выходной характеристи-
ки. Применяют схемы термокомпенсации для снижения темпе-
ратурной погрешности. Наклейка тензорезисторов ухудшает
стабильность показаний во времени. Один из возможных путей
устранения этого недостатка — применение свободной подвески
тензорезисторных нитей на деформируемом элементе. Англий-
ская фирма “Бэлл и Хавелл” выпускает такие преобразователи,
в том числе для измерений при повышенной температуре до
250 С. Погрешность этих преобразователей (типа 4-361) состав-
ляет 0,75%.
Преобразователи со свободной подвеской тензорезисторов
обладают хорошей точностью и стабильностью и могут работать
при значительных колебаниях температуры окружающей среды
(от 250 до 370С).
Более современным направлением по снижению влияния
наклейки тензорезисторов и повышению точности стала разра-
ботка тонкопленочных преобразователей [35], [32], [3], напыля-
емых в вакууме на упругий чувствительный элемент в виде ме-
таллических тонких пленок или полупроводниковых материа-
лов. Использование современных достижений в области микро-
электроники при создании преобразователей позволило решить
проблему по микроминиатюризации, вводимых в измеряемое
37
пространство измерительных элементов. Погрешность тонкопле-
ночного преобразователя составляет (0,1—0,15)%.
В табл. 4 представлены технические характеристики тензо-
метрических преобразователей давления некоторых зарубежных
фирм: отечественные преобразователи рассмотрены в табл. 5
[29].
Таблица 4
Технические характеристики зарубежных тензометрических
преобразователей давления
Конструкция тензорезисторов Фирма, тип Диапазон измерений, погрешность Характерные пара метры
Тонкопленочные Стетхем РА- 822, 824 и др. От (0—1) до (0—300) атм Т < 120 С
Со свободной подвеской тенворезисторов Бэлл и Хавелл 4-326 От (0—67) до (0—670) атм (0,25—0,5)% Т < 120 С
М иниатюрные, полупроводнико- вые диффузиоз- ные Эндевко 8510, 8506 и др. От (0—1) до (0—33) атм 0 min = °-8 мм /с = (45-500) кГц
- То же Кьюлайт СО- 030, СО-052 и др. От (0—1,66) до (0—33) атм (0,25—1,0)% 0mxn = 0’8 мм Гс < 1,5 МГц
Температуро- стойкие, тонко- пленочные Стетхем РА-732ТС От (0—0,33) до (0—33) атм 1% Т - (минус 75— 316) С
Виброустойчпвые со свободной подвеской 1 гш-и, , -г— Бэлл и Хавелл 4-350 От (0—6,7) до (0—330) атм 1% Sbh6 = (°-02- 0,04)/о
Таблица 5
Основные характеристики отечественных тензометрических
преобразователей давления
1 Конструкция I преобразователя Тип Диапазон измерений, атм Погреш- ность, % Выходной сигнал
^Проволочный ЛХ 415; ЛХ 43 5 От 0 до 100 0,8 20 мВ
Полупроводнико- вый Сапфир-22 От 0 до ... 0,1...4000 0,25; 0,5; 1,0 5 мА
Тонкопленочный L ВТ-206, ВТ- 220 От 0 до 10...600 0,8 10 мВ
Преобразователи, предназначенные для работы в промыш-
ленных системах автоматического контроля, регулирования и
управления технологическим процессами, обеспечивают непре-
рывное преобразование измеряемого давления в унифицирован-
ной токовой сигнал (0—5, 0—20, или 4—20 мА) для дистанци-
онной передачи.
3.2. Индуктивные преобразователи давления
Индуктивные преобразователи давления нашли широкое
применение в авиационной технике благодаря высокой надеж-
ности, способности работы в широком диапазоне температур
при относительно небольшой массе и габаритных размерах, но
они имеют нелинейность градуировочной характеристики по
сравнению с тензометрическими преобразователями и, соответ-
ственно, погрешность нелинейности.
В простейшем случае индуктивный преобразователь давле-
ния содержит индуктивный преобразователь, подвижный якорь
которого жестко связан с упругим чувствительным элементом,
воспринимающим давление. Поскольку питание преобразовате-
ля осуществляется переменным током, то и выходной сигнал
39
преобразователя является сигналом переменного тока. Обычно
вторичные приемные приборы воспринимают сигналы постоян-
ного тока, поэтому необходимы дополнительные выпрямитель-
ные схемы, что вносит дополнительную погрешность. Для по-
вышения чувствительности часто применяют индуктивно-транс-
форматорные преобразователи давления типа ИКД-27,которые
изготавливаются для измерения избыточного, абсолютного и
разности давлений. Основная погрешность этих преобразовате-
лей составляет (2,5—4,0)%. При использовании индивидуаль-
ных градуировочных характеристик, учитывающих нелиней-
ность преобразования, погрешность может быть снижена до
0,5%. Преобразователи предназначены для работы в темпера-
турном диапазоне от минус 60 до 80'С.
В бортовых системах автоматического регулирования и уп-
равления применяются дифференциально-трансформаторные
преобразователи типа ДАТ и ДИТ с погрешностью (1—2%).
Преобразователи предназначены для измерений избыточного
давления газов п жидкостей в диапазоне нормального ряда дав-
лении от (0—3) до 259 кгс/см2.
В тех случаях, когда требуется более высокая точность из-
мерений, необходимо использовать индивидуальную градуиро-
вочную характеристику и осуществлять питание преобразовате-
ля от источника со стабилизированной амплитудой и частотой.
При этом основная погрешность измерений может быть сниже-
на до 0,5%.
Преобразователи типа ДАТ и ДИТ могут работать в диапа-
зоне тс-мператур от -60 до 250“С. Дополнительная температур-
ная погрешность составляет 0,01%/вС для преобразователей
типа ДАТ и 0,08 %/'С — для преобразователей типа ДИТ.
Для измерения переменных давлений в частотном диапазо-
не (1 — 2) кГц используются индуктивные преобразователи типа
ДМ И в миниатюрном исполнении, предназначенные для изме-
рения в диапазоне давлений от (0—0,6) до 10 кг/см2 (диаметр
13 мм, масса 5 г) и в диапазоне от (0—0,1) до 0,3 кгс/см2 (диа-
метр 22 мм, масса 15 г).
.Преобразователи ДМИ предназначены для работы при тем-
пературе окружающей среды до 100 С, а модификация ДМИ-Т
-г- кратковременно при температуре до 200“С. Если необходимо
н-шопот». пупкгипуюитр.с лявлепие в зоне высоких температур,
например, при подогреве воздуха на входе или в камере сгора-
40
ния, существующие типы преобразователей не могут быть не-
посредственно там установлены. В этих случаях преобразова-
тель выносится в зону более низких температур и, если необ-
ходимо, принудительно охлаждается. Подвод давления к преоб-
разователю осуществляется с помощью импульсной трубки. Од-
нако измерение пульсирующих давлений таким способом, без
принятия специальных мер для коррекции частотной характе-
ристики, будет выполнено с большими искажениями, так как
трубка с преобразователем на конце будет представлять собой
резонирующую полость, по существу свисток. Использование
импульсной трубки из нержавеющей стали позволяет удалять
преобразователь от точки, где необходимо произвести измере-
ние, на расстояние до (150 — 750) мм. В точке измерения тем-
пература может достигать (200 — 1000/С, в то время как пре-
образователь, благодаря внешнему охлаждению, будет нахо-
диться при нормальной рабочей температуре. Собственная час-
тота колебаний самого преобразователя ДМИ /с = 3,7 кГц, что
позволяет в частотном диапазоне до 1 кГц измерять пульсации
давления с погрешностью (5—10)%. Отсюда видно, что хотя
рассмотренная система дает более высокую погрешность (до
25%), ее применение оправдано во многих случаях. Следует от-
метить еще одну особенность схемы измерения. Поскольку из-
меряемое давление имеет некоторый средний уровень (постоян-
ная составляющая), на который положены пульсации, то име-
ется возможность раздельного измерения постоянной и пере-
менной составляющих давления. Для этого усредненное длин-
ной линией постоянное давление может быть подано для изме-
рения в преобразователь ИКД-27 или аналогичный другой.
Кроме того, усредненное давление подается в качестве опорного
давления в одну из полостей преобразователя ДМИ и, таким
образом, разгружает его от постоянной нагрузки. При этом
может быть использован более чувствительный преобразователь
ДМИ и исследована более тонкая структура пульсаций.
Для измерений пульсирующих давлений применяются
также пьезоэлектрические и тензометрические преобразователи.
Из зарубежных образцов для этих целей наиболее подходят
преобразователи фирм “Эндевко” и “Кьюлайт”. Требованию точ-
ного измерения постоянных и медленно изменяющихся давле-
ний удовлетворяют преобразователи вибрационно-частотного
типа с силовой компенсацией.
41
3.3. Вибрационно-частотные преобразователи
Вибрационно-частотные преобразователи давлений и усилий
достаточно многообразны. Чувствительность такого прибора, ис-
пользуемого в качестве самолетного высотомера, высока и со-
ставляет величину менее 1 м.
Однако вибрационно-частотные преобразователи весьма под-
вержены влиянию внешних вибраций и реагируют на измене-
ние температуры окружающей среды. Поэтому они должны
быть хорошо амортизированы и термостабилизированы. Изме-
рители давлений с силовой компенсацией являются более точ-
ными и имеют погрешность порядка (0,1—0,05)%. Выпускаются
измерительные преобразователи давления типа ИПД, они являют-
ся образцовыми приборами для поверки приборов давления и
могут быть использованы для прецизионного измерения избыточ-
ного давления и разности давлений в широком диапазоне изме-
ряемых величин. В зависимости от предела измерения погреш-
ность измерения будет (0,06— 0,25)%. Образцовые приборы рабо-
тают при температуре окружающей среды (20 ± 5) С, а в техни-
ческих целях при температуре от 10 до 35*С и относительной
влажности не более 80%.
Кроме прибора ИПД в качестве образцовых средств для по-
верки преобразователей давления используются грузолоршне-
Таблица 6
Характеристики отечественных преобразователей давления
Тип Характеристика
Индуктивные ИКД-27 С нелинейностью, погрешность (1—3) %, с индивидуальной градуировкой (0,3—0,5) %, выходное напряжение 8 В
ДАТ. ДИТ Погрешность .2 %, выходное напряжение 5 В
ДМИ Погрешность (1—2)%, с индивидуальной градуировкой (0.5—1)%, /раб = (1—2) кГц
ИПД силокомпенсаци- онный Погрешность (0,06—0,25)%, выходное на- пряжение 10 В, вес 8 кг
42
вые манометры типа МП с классом точности 0,02 и 0,05 на
диапазоны 2,5; 6,0 кгс/см2.
Выпускаются автоматизированные преобразователи давле-
ния АЗД па диапазоны 1,0; 2,5; 6,0; 10,0 кгс/см2 имеет класс
точности 0,05.
В табл. 6 представлены технические данные некоторых оте-
чественных преобразователей давления.
3.4. Пневмокоммутаторы
Измерение большого числа давлений с высокой точностью
и надежностью эффективно осуществляется с помощью комму-
таторов пневмотрасс (пневмокоммутаторов) в системах автома-
тического сбора и обработки информации.
В ЦАГИ разработаны пневмокоммутаторы КП-40 и КП-48
на 40 и 48 точек измерения соответственно и вторичная аппа-
ратура для работы в многоточечных системах измерения давле-
ния. Увеличение числа точек измерения достигается путем
использования ппевмокоммутаторов, приводимых одновремен-
но в работу общим электроприводом.
Применение пневмокоммутаторов позволяет не только со-
кратить число используемых преобразователей и пневмотрасс,
но и улучшить процесс измерения: повысить точность и надеж-
ность измерений. Обычно градуировка и контроль большого
числа преобразователей в стендовых условиях представляет се-
рьезные трудности и отнимает много времени. В системах с
пневмокоммутатарами эта процедура может быть упрощена за
счет подвода к отдельным трубкам опорных калибрующих
давлений, которые дают возможность практически за каждый
цикл измерений контролировать измерительный тракт системы
и снизить погрешность от влияния на преобразователь темпе-
ратуры и от других воздействий. Конечно, все эти операции
должны осуществляться с использованием ЭВМ, обрабатываю-
щих информацию с учетом нелинейности преобразователей и
всех влияющих на точность факторов. В пневмокоммутаторах
ПК-180, ПК-300 и ПК-420, разработанных II.В. Руденко, со-
прягающие поверхности — цилиндрические, число коммутиру-
ющих каналов увеличено и составляет 180, 300 и 420 точек
соответственно. Общее число точек разработанной пневмоизме-
рительной системы для экспериментов в аэродинамических тру-
43
бах — от 180 до 1170. Скорость опроса измеряемых точек —
20 измерений в секунду.
Весьма перспективными являются пневмокоммутаторы мат-
ричного типа, составленные из коммутирующих пневмореле.
Разработаны матричные пневмокоммутаторы ПК-64-1 (64 —
число входов, 1 — количество выходов), ПК-128-2, ПК-256-4, ко-
торые отличаются высоким быстродействием до 0,01 с па точку
и малыми габаритами. Диапазон коммутирующих давлений — до
нескольких атмосфер, ресурс — до 10 мегациклов [2].
4. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Температурные измерения на ГТД охватывают широкий
диапазон и включают в себя измерение температуры газа, жид-
кости (топливо, масло), а также температуры поверхностей (ра-
бочих и сопловых лопаток, стенок камеры сгорания и др.).
Применяемые средства измерений температуры можно класси-
фицировать как по принципу действия (см. рис. 8), так и по
области применения (см. рис. 10). Наибольшее применение в
практике испытаний ГТД получили: термометры сопротивле-
ния, термоэлектрические термометры (термопары), фотоэлект-
рические и оптические пирометры, тормоиндикаторы. Измере-
ния температуры ГТД имеют свои особенности. Если измере-
ние осуществляется путем внесения термометра в среду, то тем-
пературное поле этой среды искажается и показания термомет-
ра могут отличаться от действительного значения. Эти отли-
чия, или методические погрешности, зависят от ряда факто-
ров. в том числе от формы и материала термометра, свойств
среды, условий теплопередачи. При измерении температуры
газов, движущихся с большой скоростью, необходимо учиты-
вать эффект торможения потока помещенным в поток пре-
образователем. Его температура будет меньше температуры
заторможенного потока и больше температуры статической, ко-
торая была бы измерена прибором, движущимся вместе с пото-
ком. Неполнота торможения оценивается коэффициентом тор-
можения [33]
Т-Тс
R =----~ , (26)
Т,-Т(
41
где R — коэффициент торможения; Т — температура чувстви-
тельного элемента преобразователя; Тс — статическая темпера-
тура; Tf — температура заторможенного потока.
Методические погрешности могут возникать также при из-
мерении температуры неподвижного газа или жидкости. Так,
например, поскольку термометр не может быть полностью по-
гружен в измеряемую среду из-за того, что необходимо обеспе-
чить крепление преобразователя, часть теплоты, получаемой от
среды, будет оттекать от термометра через его непогруженную
поверхность и температура будет понижаться. Поэтому при из-
мерении температуры жидкостей и газов нагрев термометра за
счет конвекции будет приближать его температуру к темпера-
туре окружающей среды, куда он погружен. Однако лучеиспус-
кание и теплопроводность будут в этом случае нежелательными
факторами, искажающими результаты измерения.
Иное дело при измерении температуры поверхности. В этом
случае тепловая энергия подводится к чувствительному элемен-
ту за счет теплопроводности. Установка преобразователя на по-
верхности искажает температурное поле, поэтому надо стре-
миться к уменьшению размеров чувствительного элемента и
подбору коэффициента теплопроводности его материала близ-
ким к коэффициенту теплопроводности материала поверхности.
4.1. Термоэлектрические термометры
Принцип действия термоэлектрических термометров осно-
ван на возникновении термо-ЭДС электрического тока в зам-
кнутом контуре цепи, состоящей из двух разнородных провод-
ников с горячим и холодным спаем при наличии разности тем-
ператур этих сплавов (Т-То) (см. рис. 10).
Электродвижущая сила, создаваемая разнородными провод-
никами, будет функцией температур:
= К1"* - f(T0> <2Г>
Если поддерживать температуру одного из спаев постоян-
ной, например, TQ = const, то получим
еав = ЛП - С = ф(Т) .
(28)
45
Эта зависимость для различных термоэлектрических пар
устанавливается из таблиц на основе стандартных градуировок.
В качестве термоэлектродных материалов используются благо-
родные и другие металлы и их сплавы. Термопары из благо-
родных металлов применяются для измерений высоких темпе-
ратур (до 1-100’С). Широкое распространение получили термопа-
ры типа ХА (хромель-алюмель — сплав из 89% Ni, 9,8% Сг,
1,0% Fe, 0,2% Мп и 94% Ni; 0,5% Fe, 2,0% Fl, 2,5% Мп,
1,0% Si) и при температурах до 1100’С и типа ХК (хромель-
копель — сплав из 45% Ni, 55% Си) при температурах до
700'С.
Присоединение измерительного прибора к термопаре с по-
мощью медных проводов имеет один недостаток — возникает
необходимость в стабилизации температуры самого измеритель-
ного прибора.
В случае применения термопар из неблагородных дешевых
материалов соединение с прибором может выполняться прово-
дами из тех же материалов, что и сама термопара.
Для термопар из сплава платинародий-платина (ПП) и от-
части из хромель-аллюмеля (ХА) рекомендуется применять
компенсационные провода из материалов, развивающих между
собой такую же ТЭДС, как и основная термопара при одинако-
вых температурах. Положительным электродом компенсацион-
ного провода для термопар типа ПП может быть взята медь, а
отрицательным — сплав из 99,4 % Си + 0,6% Ni. Компенса-
ционные провода для хромель-аллюмелевых термопар выполняют-
ся из меди(положнтельный электрод) и сплава 60% Си + 40% Ni
Следует иметь в виду, что при использовании термопар с
платиновыми сплавами для измерения температур в зоне горе-
ния может иметь место так называемый каталитический эф-
фект, заключающийся в том, что при попадании на незащи-
щенный спай термопары топлива усиливается горение и это
дает завышенную температуру. Одним из способов устранения
этого эффекта является покрытие термоспая защитным слоем.
Термопара, изготовленная с малоинерционным приемником
из микрокабеля, может заделываться в лопатку или какую-
либо другую деталь двигателя для измерения температуры по-
БСрПЧООТЧ, KKKKTIKICCKII КС ИОМОППЯ пАТйпм тт пр по-
кажая аэродинамических свойств
46
Инерционность Е кабельных термопар с закрытым термос-
паем, измеренная на уровне 63,2% от установившегося значе-
ния при скорости 45 м/с для различных диаметров составляет:
d = 1,5 мм е = 1,5 с;
d = 1,0 мм е = 1,0 с;
d = 0,7 мм Е-0,7 с;
d = 0,5 мм Е = 0,4 с.
Для открытых термоэлектродов с микрокабелем соответст-
вующего диаметра инерционность Е будет в 2—3 раза ниже.
В Харьковском авиационном институте для измерений по-
верхности разработаны одно- и двух электродные пленочные
термопары [37], работающие в диапазоне до (1000—1050) С. С
помощью специально разработанной технологии на поверхность
детали наносится изолирующий слой, а затем термоэлектроды.
Наилучшие метрологические показатели имеют двухэлектро-
дные термопары типа платина-платинородий. Одноэлектродные
термопары, у которых вторым электродом служит материал
самой измеряемой поверхности (например, лопатка), менее
точны и стабильны.
Были предприняты попытки создания и практического при-
менения платиновых термопар для измерений температуры
газа, однако сейчас можно говорить лишь о получении качест-
венной картины динамического процесса. Преимущество этих
термоприемников в том, что они, имея малую инертность, до-
статочно точно фиксируют моменты резких температурных
параметров.
4.2. Термоиндикаторы
Для получения картины распределения температур по по-
верхности деталей двигателя внедряются различные термоинди-
каторы из лаков и краски. Верхней границей рабочей темпера-
туры известных термоиндикаторов можно считать 1500 С. Раз-
личают одно- и многопереходные термоиндикаторы. Однопере-
ходный индикатор изменяет свой цвет при превышении только
одной предельной температуры. Поэтому для измерений в не-
47
которой заданной области температур необходим набор термо-
индикаторов на различные предельные температуры переходов.
Зарубежные фирмы выпускают такие наборы, включающие до
100 и более градаций, что дает возможность оценивать темпе-
ратуру с ошибкой порядка 5%. Обычно при проведении подго-
товительной работы термоиндикаторы с различной температу-
рой перехода наносятся на исследуемую поверхность в виде
полос. Много переходные термоиндикаторы посредством одного
состава позволяют оценить несколько предельных температур
по различным цветовым окраскам, получаемым при нагреве.
Аналогичные явления, связанные с изменением цвета, про-
исходят при нагреве некоторых металлов (цвета побежалости).
Нужно подчеркнуть, что термоиндикаторы фиксируют наиболь-
шую температуру, имевшую место при испытании, и могут ре-
агировать на отдельные забросы температуры. Что касается
влияния газовой среды, вибрации, продуктов сгорания топлива
и длительности теплового воздействия, то влияние этих факто-
ров на состояние термоиндикаторов еще недостаточно изучено.
Определенные трудности в использовании термоиндикато-
ров связаны с необходимостью разборки двигателя после испы-
таний. Однако возможность изучения температурных состояний
на значительных поверхностях деталей с целью выявления наи-
более напряженных точек делает этот метод исследования до-
статочно эффективным [14].
4.3. Термометры сопротивления
Действие электрических термометров сопротивления основа-
но на изменении проводниками и полупроводникам^ своего
электрического сопротивления при нагревании. Большинство
металлов при нагревании увеличивают свое сопротивление. Ис-
пользование этого типа термометров сводится к изменению со-
противления. Для преобразователей, изготовленных из меди,
никеля и многих других чистых металлов, зависимость сопро-
тивления от температуры линейна:
Rt = Я0(1 + а At) . (29)
При t = ft - , a ft - ^0^= At ; минус 50°C<t<180C, где
Rt — сопротивление п^и температуре градуировки t0 ,
48
a - 4,26/(103 К) — температурный коэффициент
расширения для меди; (30)
At — приращение температуры;
а = 4-=-6/(103К) — для большинства чистых
металлов; (31)
а - 6,4/(103 К) — для никелевых преобразователей. (32)
Полупроводниковые материалы имеют отрицательный коэф-
фициент, на порядок больший, чем у металлов. Для платино-
вых преобразователей зависимость сопротивления от температу-
ры нелинейная:
А) для интервала температур от 0°С до 630"С:
7?^ — .jRq 1 + A t + Bt ; (3.3)
Б) для интервала температур от минус 183“С до 0‘С:
Rt = й0 [1 + At+ Bt2 + Cts 7 - МО) , (34)
где А, В, С — постоянные коэффициенты.
С целью повышения чувствительности для термометров со-
противления желательно выбирать материалы с большим
удельным сопротивлением. Для изготовления термометров со-
противления наиболее широко используют медь (до 150“С) и
платину (до 70(УС).
Конструкция термометра сопротивления состоит из термо-
чувствительной проволоки, намотанной на изоляционный кар-
кас и помещенной в защитный корпус (чехол). Выводы прово-
локи выведены на штепсельный разъем. Для получения элект-
рического сигнала в виде электрического тока или напряжения
используют мостовые электрические схемы, в одно из плеч
моста включают термометр сопротивления. Разбаланс моста,
получаемый при изменении сопротивления вследствие нагрева,
служит мерой измеряемой температуры. В самопишущих при-
борах часто используются автоматические самобалансирующие-
ся мосты. В бортовых системах в качестве вторичных приборов
иногда используются приборы типа лагометров, реагирующих
49
на отношение двух токов, что дает возможность снизить ошиб-
ки, получаемые вследствие изменения напряжения, питающего
измерительную схему. Для измерения быстропеременных изме-
нений температуры применяются термометры сопротивления,
изготовленные из тонкой проволоки, закрепленной между двумя
ножками — держателями. Нить с диаметром 30—40 мкм из
вольфрама приваривается к ножкам, закрепленным на изолируе-
мом основании. Такие термометры без кожуха имеют инерцион-
ность порядка нескольких сотых долей секунды, однако их
можно рекомендовать только для экспериментальных работ, так
как они быстро повреждаются и выходят из строя [15].
4.4. Пирометры излучения
Принцип работы пирометров излучения основан на измене-
нии излучения нагретых тел. Достоинством пирохметров излуче-
ния является то, что сам прибор не входит в непосредственное
соприкосновение с измеряемой средой и не искажает ее темпе-
ратурное поле. Диапазон измерений их составляет от 400 до
1500 С, но может быть значительно расширен (табл. 7). Наибо-
лее распространенными являются фотоэлектрические пиромет-
ры, в которых излучение нагретого тела воспринимается фото-
чувствительном элементом — фотодиодом или фотоэлементом.
Фотоэлектрические пирометры, иногда называемые оптически-
ми, применяют в основном для измерения и контроля темпера-
туры лопаток турбины. Высокая теплонапряженность лопаток
турбины требует надежного их контроля. Это может быть эф-
фективно осуществлено путем установки на двигатель оптичес-
кого пирометра, способного проконтролировать сразу все лопат-
ки заданной ступени турбины.
При описании принципа действия оптического пирометра
целесообразно рассмотреть излучение абсолютно черного тела,
под которым понимают тело, поглощающее все падающие лучи
и излучающее максимум энергии при данной температуре. Фи-
зическую модель абсолютно черного тела можно представить в
видр позой сферы с равномерно нагретой внутренней поверх-
ностью и имеющей малое по сравнению со сферой входное от-
верстие. Благодаря этому излучение любого луча, вошедшего в
это отверстие, будет приближаться к излучению абсолютно чер-
ного тела. Абсолютно черное тело имеет непрерывный спектр
излучения, схватывающий все длины волн. Однако распределе-
но
ние лучистой энергии в спектре неравномерно и зависит от
температуры тела.
Таблица 7
Параметры и технические требования первичных преобразователей
пирометров частичного излучения для термометрирования
лопаток турбины ГТД
— — Наименование параметра Значение параметра
Диапазон измеряемых температур 4 диапазона (750—1150)С
Погрешность измерения ± 24 С ... ± 7 С
Расстояние от торца преобразователя до цепи 7 вариантов от 50 до 225 мм
Диапазон частот (0—100) кГц
Времд установления рабочего режима 1 (1.5—5) мин |
I Питание ,,5В I
Условия работы:
в зоне защитного стекла 650'С
в зоне светодиода 350 С
в зоне термостата фотодиода 80 С
Спектральная плотность излучения может быть выражена
форм ул о й Вина:
• X"5
(35)
где Cj и С2 — константы; А. — длина волны; Т — температура.
51
. Пирометры, использующие в качестве приемника излуче-
ния фотодиод, который воспринимает часть от полного излуче-
ния, относятся к пирометрам частичного излучения. Величину
фототока для них можно приближенно оценить из выражения
К-Т",
(36)
где коэффициент черноты применяемых турбинных лопаток
£ = 0.75—0,9, при этом
А
ср ср
(37)
где Лср — длина волны- Т — температура; С2 — константа.
Для кремниевого фотодиода, предназначенного для измере-
нии температур нагретого тела в диапазоне 700—ЮОО’С, можно
принять /1=16-12. Однако приведенные формулы пригодны
лишь для ориентировочных расчетов. Все оптические пиромет-
ры градуируются на установках типа абсолютного черного тела.
Важной характеристикой преобразователя является размер
пятна визирования на контролируемой лопатке, диаметр кото-
рого составляет 6 — 8 мм.
Находится в стадии исследований разработка пирометров
полного излучения (яркостные пирометры) и цветовых, с помо-
щью которых возможно измерить не только температуру по-
верхности тел, но и температуру нагретого газа.
Перспективным и развивающимся направлением бескон-
тактной пирометрии является метод спектральных измерений.
Уделяется внимание совершенствованию ультразвуковых и
акустических методов измерений температуры.
5. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛОВЫХ И РАСХОДОМЕТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
5.1. Измерение усилия тяги
Измерение усилия тяги затрагивает не только измеритель-
ные приборы, но и оснащение испытательного стенда, конструк-
ции градуирсвсчпыс устройства и прочие
элементы. Дело в том, что на точность измерений тяги влияет
52
температура, влажность воздуха и другие факторы. Изменение
температуры может приводить к смещению динамоп татформы
вследствие так называемого маятникового эффекта. Поэтому в
конструкции динамоплатформы предусматриваются специаль-
ные компенсаторы. Поскольку на стендах проводятся испыта-
ния двигателе!, разного типа, необходим широкий диапазон из-
мерений тяги, что приводит к использованию многодиапазон-
ных систем с дистанционно управляемыми градуировочными
устройствами и нагружателями.
Наибольшее распространение получили следующие тяпоиз-
мерительные устройства (см. рис. 11): рычажно-механические;
гидрокомпенсационные, вибрационно-частотные, тензометричес-
кие. Для измерения усилия тяги измерительное устройство ме-
ханические связывается с динамоплатформой и воспринимает
ее воздействие. Простейшие рычажно-механические устройства
представляют собой рычажно-пружинные или маятниковые
весы [24]. Эти достаточно примитивные и устаревшие устройст-
ва могут использоваться в основном для ориентировочной оцен-
ки режима работы двигателя.
В связи с автоматизацией измерений приборы со стрелоч-
но-шкальным отсчетом показаний сейчас заменяются более со-
временными цифровыми приборами [25], обеспечивающими
ввод информации с ЭВМ в темпе эксперимента.
Погрешность измерения, как основного показателя тягоиз
мерительного устройства, не должна превышать 0,5%. Этому
требованию удовлетворяют гидрокомпенсационные системы, ц
которых усилие, создаваемое реактивной тягой двигателя и
передаваемое динамоплатформе, автоматически уравновешива-
ется усилием ситового элемента. R реальных гидрокомпенсаци-
онных тягоизмерительных системах в качестве чувствительного
элемента обычно используется упругая мембрана, а в качестве
измерителя давления — весовой рейтерный измерительный
прибор высокого класса точности (0,05). Высокая точность до-
стигается за счет компенсационного метода измерения. Рейтер
ные весы оснащаются кодирующим преобразователем для пере-
дачи данных на ЭВМ.
Гидрокомпенсационные тягоизмерительные системы, обла-
дая необходимой точностью измерения, в то же время имеют
существенный недостаток, а именно низкое быстродействие, и
поэтому их применение для измерений па неустановившихся
53
переходных режимах практически невозможно. Силоизмеритель-
ные тензопреобразователи типа ТВС изготавливаются на диапазон
от 0,1 до «30 т и имеют погрешность 0,25%. Представляют инте-
рес. силоизмеритенг с вибрационно-частотными преобразователя-
ми с погрешностью измерений (0,25—0,5)% [19], [12], [13].
5.2. Измерение расхода топлива
Удельный расход топлива G = —, т. е. расход топлива,
Д -11
отнесенный к тяге, является одним из важнейших параметров
[16], характеризующих экономичность двигателя. Для измере-
ний расхода топлива существуют следующие методы и средства
измерений (рис. 12): объемный, весовой, скоростной (турбин-
ный и крыльчатый), обтекания. До недавнего времени наиболее
широко использовался объемный и весовой методы измерений.
В последнее время получают развитие и применение скорост-
ные турбинные расходомеры.
Объемный метод основан на измерении времени истечения
заданного объема жидкости с помощью мерного бака. Для пра-
вильной работы расходомерного устройства, обеспечивающей
бесперебойную подачу топлива двигателю, необходимо соблюде-
ние условии: > У и К. > V.
Расход топлива определяется по формуле
где V — компенсационный объем; VM — мерный объем; у —
п ютность жидкости; Т — время расходования мерного объема.
К крупным недостаткам объемного метода измерения отно-
сятся большая длительность измерения (обычно от 60 до 2000 с),
не козлю: к пост ь измерения на переходных режимах. Кроме того,
необходим контроль температуры топлива. Для точного измере-
ния расхода топлива с погрешностью не более 0,5% следует
учитывать стекание топлива со стенок бака. Необходимые по-
правки на этот эффект могут быть внесены в результаты изме-
рений путем динамической градуировки мерного бака, осущест-
вляемой при пониженной скорости опорожнения.
54
сл
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ РАСХОДА ТОПЛИВА
Рис. 12. Классификационная схема методов и средств измерений расхода топлива ГТД
Весовой метод измерения
емный, так как не требуется
этого метода заключается в
ный массы топлива:
считается более точным, чем объ-
измерять плотность топлива. Суть
измерении истечения установлен-
(39)
где XI — масса истекающего топлива; Т — время истечения.
Весовой измеритель расхода топлива представляет собой
мерный бак, установленный на автоматические весы, которые
фиксируют момент начала истечения топлива и момент расхо-
дования заданной массы. Основные трудности при реализации
этого метода связаны с устранением влияния подводящих и от-
водящих трубопроводов для топлива, которые могут создать до-
полнительную нагрузку и вызвать погрешность измерений.
Имеются различные технические решения, уменьшающие реак-
цию трубопроводов путем использования гибких дюритовых
шлангов и длинных металлических трубок. Следует признать,
что весовые расходомеры являются сложными, громоздкими
устройствами, которые, как и объемные, имеют общий недоста-
ток, связанный с большой длительностью измерений.
Скоростные турбинные расходомеры более компактны и
удобны в эксплуатации. Поскольку они имеют недостаточную
кратность отношения минимально измеряемого значения к
максимальному (порядка 1:10), то для измерений в широком
диапазоне приходится использовать несколько преобразователей
на различные предметы измерений. Погрешность подобной сис-
темы составляет (0,5—1,0)%. Необходимо отметить, что в пода-
че топлива всегда имеют место пульсации. Поэтому измери-
тельное устройство обычно выполняется на основе электронно-
счетного усредняющего принципа, что дает показания, усред-
ненные во времени: (1—10) с.
Получают развитие расходомеры обтекания на основе тур-
бинки с противодействующей пружиной.
5.3. Измерение радиальных зазоров
В проблеме экономичности ВРД значительное место занима-
ет изучение потерь в газово-воздушном тракте двигателя и, в
частности, измерение и регулирование радиальных зазоров
56
между концами лопаток и корпусом. Изменение тепловых и ме-
ханических нагрузок [21] приводит к тому, что зазоры в процессе
работы изменяются, в то время как желательно сохранить их
расчетное значение. На практике применяются методы измерений
радиальных зазоров:механические, электрические, оптические и
оптико-телевизионные (рис. 13). Наиболее простой и доступный
механический способ заключается в измерении истирания запрес-
сованных в корпус двигателя штифтов при их касании с рабочи-
ми лопатками. Для того чтобы не было повреждения лопаток,
штифты изготавливаются из тонких металлических трубок, соби-
раемых в пакет. Диаметр пакета (5—6) мм, а диаметр трубки
~ 1 мм с толщиной стенки (0,05—0,1) мм.
Рис. 13. Классификационная схема методов измерений
радиальных зазоров в ГТД
Величина среза штифта определяется фотографированием
его выступающей части до начала работы и после остановки
двигателя. Фотосъемка проводится через оптический смотровой
прибор — эндоскоп, который устанавливается при фотографи-
ровании в смотровые лючок или окно в корпусе двигателя.
Такой метод недостаточно совершенен и не пригоден для изме-
рений непосредственно в процессе работы двигателя. Оснаще-
ние эндоскопа телевизионной камерой при использовании опти-
ко-телевизионного метода уже позволяет наблюдать дистанци-
онно за измерением зазора в процессе работы. При этом долж-
ны быть приняты меры для охлаждения оптики эндоскопа от
перегрева и устранения влияния вибрации на работу телекаме-
ры. Изображение контролируемой части двигателя (концевая
часть лопатки, зазор, корпус) можно наблюдать на экране видео-
57
контрольного участка в увеличенном масштабе. Зная расстоя-
ние от конца эндоскопа до передней кромки лопатки, с помо-
щью мерной линейки можно легко установить масштаб полу-
ченного изображения. Для устранения перегрева эндоскоп
имеет охлажденный воздухом корпус. Очевидно, что при работе
двигателя мы измеряем по телеэкрану средний зазор для всех
лопаток данной ступени в данном месте установки прибора. По-
скольку у лопаток могут несколько различаться длина границы
светлых деталей и длина более темного зазора, на телеэкране
границы темного и светлого будут размыты.
Более совершенный лазерно-оптический метод позволяет из-
мерять зазор для каждой лопатки ступени и выдает необходи-
мую информацию на экране дисплея в графической и цифровой
форме с погрешностью 0,05 мм при диапазоне в несколько
миллиметров.
Более простым, но достаточно эффективным является уст-
ройство с емкостным преобразователем. На корпусе двигателя
против рабочих лопаток исследуемой ступени устанавливаются
два емкостных преобразователя: один опорный, другой имеет
заглубление центрального воспринимающего электрода на за-
данную величину а .
Зазор между лопатками и корпусом S определяется из от-
ношения амплитуд электрических напряжений U\ и (72 , возбуж-
даемых в преобразователях при вращении ротора двигателя:
U1 ~ ^2
(40)
Определение зазора по приведенной формуле может осу-
ществляться простейшими аналоговыми преобразователями или
раздельным измерением и U2 цифровым вольтметром, по-
очередно подключаемым то к одному, то к другому преобразо-
вателю. При этом мы получаем усредненное значение радиаль-
ного зазора по лопаткам. В принципе этот метод может быть
использован и для поочередного измерения зазоров всех лопа-
ток; он также может существенно исключить погрешности из-
мерения, связанные с влиянием газовой среды, изменением
частоты вращения, напряжения, питающего преобразователи.
Рассмотренная схема применялась для измерения усреднен-
ных зазоров на компрессорах и турбинах [21], [27], [26].
58
6. ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, ЧАСТОТНЫХ
И СКОРОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ
6.1. Измерение скорости воздушного потока
Скорость воздушного потока измеряется достаточно просты-
ми приемниками воздушного давления, а также термоанемо-
метрическими и лазерными преобразователями (рис. 14). При
проведении исследовательских работ, связанных с проблемами
газодинамической устойчивости, прочности, экономичности
ВРД, возникает задача измерения распределения скоростей по-
тока в каком-либо сечении двигателя. Задача не ограничивает-
ся измерениями постоянных или медленно изменяющихся со-
ставляющих скорости. Бывает необходимо измерять пульсации
скорости потока при частотах до нескольких килогерц. Для
этого применяются термоанемометры. Малая инерционность
термоанемометров позволяет принимать быстрые колебания
скорости потока. Однако, как и всякое контактное устройство,
термоанемометр может искажать течение и его применение для
снятия распределения скоростей затруднительно.
а)
Рис. 14. Измерение скорости воздушного потока
Развитие лазерной техники и электроники создало предпо-
сылки для развития быстрых контактных лазерно-оптических
59
средств измерении параметров потока, в том числе скорости по-
тока па основе эффекта Доплера. Известно, что если движу-
щийся объект осветить пучком света с длиной волны X , то от-
раженный от объекта луч света будет иметь составляющую, со-
ответствующую доплеровскому сдвигу частицы, пропорциональ-
ную скорости объекта.
Лазерный доплеровский измеритель скорости (ЛДИС)
может работать как с естественными пылевыми частицами, так
и с частицами, засеиваемыми в исследуемое пространство извне
от специального источника. Рекомендуемый размер — от 1 до
2 мкм. При прохождении частицы, летящей со скоростью V, в
рабочей зоне измерения частицы за счет интерференционных
полос будет создаваться пульсирующий световой поток, падаю-
щий на фотоэлектронный умножитель и образовываться пакет
импульсов, поступающих в регистратор. В устройствах ЛДИА
могут использоваться различные схемы обработки информации:
системы слежения и измерения доплеровской частоты, системы
с анализатором спектра.
Система слежения за доплеровской частотой до 200 МГц
представляет собой электронную непрерывно следящую систему
[22], поддерживающую колебания с доплеровской частотой и
измеряющую ее цифровыми частотомерами (ЛДИС). Система
дискретного счета за время действия пакета импульсов осу-
ществляет их подсчет, может позволить суммирование и усред-
нение данных за несколько единичных измерений (до 1000).
Известные системы дискретного счета работают на частотах до
200 МГц, что обеспечивает их применение для измерений вы-
сокоскоростных потоков при скоростях V = (400—500) м/с. Про-
странственное разряжение также зависит от скорости потока и
ориентировочно может иметь значение (0,1—0,2) мм. Погреш-
ность ЛДИС может быть оценена величиной б = (0,5—1,0)%.
Разновидностью лазерных измерительных устройств для опре-
деления скорости потока является схема, основанная на двух-
фокусном времяпролетном методе. Преимущество этой схемы в
том, что в данном случае на фотоумножителе от лазерных
лучей получается сигнал достаточно высокого уровня. Такая
система более помехоустойчива, но ее разрешающая способ-
ность менее высокая, и это дает худшие результаты при иссле-
ппкяппи КЫСОКптепЙгПРМТНМУ ПОТОКОВ.
со
6.2. Измерение частоты вращения
Рис. 15, Измерение
частоты вращения
Измерение частоты вращения осуществляется различного
рода тахогенераторами, механически соединенными с вращаю-
щимся элементом двигателя. Наибольшее распространение по-
лучили тахогенераторы типа ДТЭ, представляющие собой мини-
атюрные генераторы, снабженные редуктором. Тахогенератор
(рис. 15) имеет ротор, выполненный
в виде постоянного магнита, и статор
с трехфазной обмоткой, в которой
при вращении ротора индуцируется
электрическое напряжение с часто-
той, пропорциональной частоте вра-
щения. Ротор может иметь одну и
несколько пар полюсов, что будет оп-
ределять частоту возбуждаемых ко-
лебании. В качестве приемного при-
бора могут использоваться аналого-
вые электромеханические указатели
или цифровые частотомеры. Подсчи-
тывая число колебаний за определен-
ный интервал времени, мы получаем
усредненные во времени значения
частоты вращения. Если необходимо
сократить время измерения, например, при измерении на пере-
ходных режимах, целесообразно использовать многополюсный
тахогенератор, генерирующий более высокие частоты.
Разрабатываются бесприводные методы измерения частоты
вращения, использующие, например, импульсы, генерирующие
специальным датчиком, установленным на корпусе двигателя
вблизи вращающихся рабочих лопаток компрессора.
6.3. Регистрация колебаний лопаток
Регистрация колебаний лопаток, измерение деформаций и
усилий в деталях и узлах — важная самостоятельная область
техники, имеющая прямое отношение к прочностным исследо-
ваниям. Основная масса статических и динамических измере-
ний осуществляется путем тензометрирования, а также с помо-
щью новейших методов, связанных с лазерной техникой (на-
пример, лазерная интерферометрия для изучения деформации
61
лопаток и других элементов). Лазерные виброметры внедряют-
ся как образцовые установки для прецизионных измерений
перемещений [33].
Электронно-лучевая регистрирующая аппаратура (ЭЛУРА)
является бесконтактной системой для регистрации колебаний
лопаток компрессоров или других лопастных машин. При вра-
щении ротора в преобразователях генерируются импульсы в
моменты, когда перед соответствующим преобразователем про-
ходит конец или основание рабочей лопатки. ЭЛУРА позволя-
ет не только выявить колебательные режимы и измерить мак-
симальные смещения, но и определить характер колебаний
(срывной, резонансный, автоколебательный). Эта аппаратура
определяет колебания лопаток в том месте, где установлен пре-
образователь, ЭЛУРА обычно используется для выявления ко-
лебаний лопаток, которые имеют максимальные смещения. Для
регистрации колебаний по более высоким формам ее примене-
ние затруднено.
Для сигнализации опасных колебательных режимов в лет-
ных условиях применяется простой прибор—сигнализатор типа
“Цикл”.
6.4. Методы измерения крутящего момента
Измерение крутящего момента производится при испытании
турбовинтовых двигателей. Наибольшее распространение получи-
ли три метода измерения крутящего момента (рис. 16): с балан-
сирным электродвигателем, с гидротормозом и торсионный.
Для испытания компрессоров и редукторов часто применя-
ется схема с балансирным двигателем, который состоит из сто-
пора с опорным рычагом и якоря, установленного на валу. Его
Рис. 16. Классификационная схема методов измерения
крутящего момента
62
особенностью и отличием от обычных электродвигателей явля-
ется то, что статор имеет возможность передавать воспринимае-
мый крутящий момент в виде усилия F на неподвижную
опору, где закреплен преобразователь усилия F. Электродвига-
тель обычно через вал соединяется с приводимым им во враще-
ние испытуемым компрессором. Поэтому крутящий момент
М с учетом трения Лгтр будет равен балансирному моменту
Мб , приложенному к статору:
M6±MTp = MKp = K.L.
(41)
В результате крутящий момент М при известной длине
рычага L будет определяться по усилию F, воспринимаемому
преобразователем. Применяется также гидротормозной метод
измерения крутящего момента. Следует отметить, что одновре-
менные измерения момента и частоты вращения дают возмож-
ность определить мощность. Недостатком гидротормозных сис-
тем является их неустойчивая работа при низкой частоте вра-
щения. На рабочих режимах работы погрешность измерения
составляет 0,5 %.
Наиболее перспективен метод измерения угла закрутки тор-
сионного упругого элемента, установленного между приводом
(источником энергии) и нагрузкой. Существует несколько мето-
дов измерения угла закрутки вала или выделенного торсионно-
го элемента. Известны средства измерения крутящего момента
тензометрического типа, измеряющие угол закрутки по дефор-
мациям упругого элемента. Основная трудность в осуществле-
нии этого способа — необходимость съема информации в виде
электрических сигналов с вращающихся элементов, для чего
требуется устанавливать дополнительный контактный или
трансформаторный токосъемник.
При использовании бесконтактных фотоэлектрических или
магнитных преобразователей, чтобы измерить угол закрутки,
устанавливают измерительные элементы — два преобразователя
положения на неподвижном основании вблизи торсионного эле-
мента.
В современных цифровых приборах для измерения крутя-
щего момента предусматривается возможность усреднения по-
казаний за несколько оборотов вала. Это позволяет улучшить
точность измерения до величины погрешности 0,1%. Преиму-
63
ществом торсионных приборов является малая инертность и воз-
можность использования при эксплуатации различных объектов.
6.5 Бесконтактные методы измерений
Бесконтактные методы измерений (табл. 8) все шире внед
ряются в практику экспериментальных исследований и имеют
перспективу дальнейшего развития. Эти методы позволяют осу-
ществить измерения без искажения исследуемого пространства,
визуализировать различные течения с получением количествен-
ных данных.
Таблица 8
Бесконтактные методы измерения
Измеряемый параметр Метод измерения Техническая хара ктеристика (диапазон и погрешность А)
1 2 3
Радиальный зазор Оптический Оптико-телевизионный Лазерный Электрический (емкост- ной, индуктивный) О...5 мм (диапазон) А = ± 0,05 мм
Температура Оптическая пирометрия Спектроскопия комби- национного рассеяния Ультразвуковой 700... 1200 С А = 5 ..ДОС 700... 3000’С А = 5% 0... 1600’С А = 5%
Дисперсность Рассеяние лазерного ww •* л • • *«• ХОЖХЖХ.А 0,005...0,2 мм А = 5?/
64
Окончание табл. 8
1 2 3
Скорость потока Лазерный доплеровский (ЛДИС) от мм/с до 1000 мм/с /<10кГц, Д = 0,3 ...0,4%
Вибрации и перемещения Электрический (ЭЛУРА) Лазерный О...5 мм, Д = 0,05 мм 0 ... 10мм, Д = 0,0001 мм
Визуализация полей давлений, температур, деформаций Лазерная интерфероме- трия, тепловидение, флуоресценция
Обобщая рассматриваемый материал по измерению парамет-
ров на вращающихся частях двигателя с помощью бесконтакт-
ных методов измерения, можно отметить высокую эффектив-
ность и информативность этих устройств. Однако применение
этих средств ограничено возможностями прямого прохождения
светового луча или измеряемой поверхностью.
Иными словами, при проведении исследований некоторых
элементов бывает необходимо проводить измерения в труднодо-
ступных местах, при повышенных температурах, при высоком
уровне вибрации и т. д. Поэтому до сих пор сохранились в
практике проведения испытаний специальные токосъемные уст-
ройства для передачи электрических сил с вращающихся эле-
ментов к неподвижным вторичным приборам.
7. ТОКОСЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
Известно несколько типов токосъемных устройств: щеточные,
ртутные, индуктивные (трансформаторные), телеметрические.
В основном токосъемные устройства применяются для тензо-
метрирования и термометрирования подвижных частей двигателя.
Наиболее распространены торцевые токосъемники. С помо-
щью муфты они соединяются с валом двигателя, и по валу или
65
другим элементам к ним проводятся электрические соединения
от термопар или тензорезисторов.
К основными характеристикам токосъемника относятся:
1) число контактных элементов;
2) допустимая максимальная и рабочая частоты вращения;
3) ресурс работы;
4) допустимая максимальная и рабочая температуры в
месте установки токосъемника.
Щеточные токосъемники, как наиболее простые, подверже-
ны быстрому износу и применяются лишь при небольших час-
тотах вращения, например, при исследовании многовальных
двигателей. Более надежны и долговечны ртутные токосъемни-
ки. В них трущиеся элементы заменены жидкой ртутью, через
которую осуществляется контакт с вращающейся поверхностью.
Обычно ртутные токосъемники собираются из отдельных сек-
ции на несколько измерительных каналов [6].
В табл. 9 представлены технические данные основных типов
токосъем ни ков.
Таблица 9
Характеристики ос новных типов токосъемников
Тип Число каналов Частота вращения, тыс. об/мин Ресурс работы, ч
РТО-12М 12 15 40—80
РТО-22 22 15 80
РТО-32 32 25 20
Ртутные токосъемники являются основным типом этого
рода приборов.
Разрабатываемые радиотелеметрические устройства на осно-
ве микроэлектронной техники допускают их установку на вра-
щающихся частях двигателя. В этих микропередатчиках изме-
рительная информация преобразуется в форму, удобную для
66
Приемная аппаратура, располагаемая у испытуемого объек-
та, содержит блоки декодирования, преобразования и запоми-
нания данных. Радиотелеметрические устройства являются
перспективными и многообещающими, однако применение их
ограничивается недостаточно высокой температуростойкостью.
Существующая элементная база обеспечивает нормальную рабо-
ту микроэлементов при температуре окружающей среды не
более 12СГС.
8. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ
В процессе испытаний авиационных двигателей использует-
ся большой арсенал различных по назначению и принципу дей-
ствия автоматических и регистрирующих приборов. Часть из
них используется в качестве самостоятельных автономных при-
боров для хранения и записи информации в аналоговой или
цифровой форме [33]. Другие же регистраторы являются 'со-
ставными элементами больших или автоматизированных систем
сбора и обработки информации. Эти приборы либо служат для
промежуточного накопления информации, либо действуют как
выходные устройства для отображения выходных результирую-
щих данных. Последние, как правило, являются частью вычис-
лительных машин.
К аналоговым регистрирующим приборам относятся:
1) светолучевые осциллографы;
2) электронные осциллографы;
3) автоматические мосты и потенциометры;
4) координатные самописцы;
5) аналоговые магнитографы.
К дискретным цифровым запоминающим и регистрирую-
щим устройствам, часто универсальным, способным накапли-
вать и отображать графическую и цифровую информацию одно-
временно, можно отнести:
1) магнитные кодовые регистраторы на магнитной ленте,
дисках, картах;
2) перфорационные устройства;
3) алфавитно-цифровые печатающие устройства;
4) электронно-лучевые воспроизводящие устройства типа
дисплей.
67
Промышленностью выпускаются различные автоматизиро-
ванные устройства, сочетающие в себе измерительный прибор,
коммутатор измерительных каналов и регистратор. Такие уст-
ройства позволяют централизовать многоточечные измерения и
регистрировать на едином носителе большое число измеряемых
величин. Для исследования динамических процессов применя-
ют различного рода анализаторы спектров, измерители частот-
ных характеристик, корреляторы. Это достаточно сложные при-
боры. Некоторые из них, например, анализаторы в реальном
масштабе времени, имеют в своем составе блоки памяти, про-
цессор, дисплей и по существу являются специализированной
вычислительной машиной.
Технические данные некоторых основных аналоговых реги-
стрирующих приборов, выпускаемых отечественной промыш-
ленностью, представлены в табл. 10:
В автоматических потенциометрах используется компенсаци-
онный метод измерения электрического напряжения. Эти прибо-
ры широко применяются для измерения малых напряжений по-
стоянного тока, например, ЭДС термоэлектрических преобразова-
телей (термопар). Для точной работы автопотенцпометра напря-
жение. питающее потенциометр, и сам потенциометр должны
быть стабильными. Для этого принимаются специальные меры.
Обычно класс точности имеет оценку 0,5. Быстродействие оцени-
вается временем пробега шкалы пишущим элементом из крайне
левого состояния в крайне правое. Выпускаются приборы со
временем пробега шкалы 1; 2,5; 8 с.
Автоматические мосты по принципу действия мало чем от-
личаются от автопотенциометров. Различие будет в измеритель-
ной схеме, ее питании и в градуировке шкалы. Автоматические
мосты предназначены для работы с термометрами сопротивления,
включаемыми в одно из плеч автоматически уравновешенной
мостовой схемы. Координатные самописцы позволяют записывать
одну измеряемую величину в функции другой, т.е. Y = f(X) . Поэ-
тому их иногда называют ХУ-регистраторами. Принцип дейст-
вия координатных самописцев сходен с работой автопотенцио-
метра. В них имеются две следящие уравновешивающие систе-
мы (по осям X и У), действующие независимо друг от друга.
Обычно бумага остается неподвижной, а перо вычерчивает нуж-
ную зависимость. ГоасЪопостроители для вычислительных машин
являются более сложными приборами, которые управляются
68
Таблица 10 Характеристики отечественных аналоговых регистрирующих приборов
। А. Для измерения постоянных и медленноменяющихся величин 1
Наименова- ние прибора Тип Диапазон измерений, мВ Время пробега шкалы, с Погреш- ность, %
Автоматичес- кий потенцио- метр ЭПП-09 КСП-4 0—10 0 -050 0—1 0—45 2,5 8 1 2,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Автоматичес- кий мост кем Под медный термотетр 1; 2,5 0,5
Координатный самописец ПДС-021 ЛКС пкл 0—5 0—350 В 1—100 1,4; 1 1 1 0,5 0,5 0,5
Б. Для измерений быстропеременных величин
Наименование прибора Тип Диапазон измерений Диапазон частот Погреш- ность, %
Электромеха- нические (шлейфовые) осциллографы Н-115 ультрафи- олет 12 шлейфов От 40 до 1000 Гц ± 0,5
Светолучевые К-20 20 шлейфов До 20000 Гц ± 0,5
Электронные С1-65 С1-68 С1-72 1,6 мм/мВ 50 дел/В (0—35) МГц От 20 Гц до 2 МГц 5 ± 10
69
цифровой ЭВМ. Некоторые графопостроители одновременно
могут регистрировать цифровую информацию.
Автоматические мосты и потенциометры являются медлен-
нодействующими приборами, способными регистрировать про-
цессы с частотой в доли герца. Более быстродействующими яв-
ляются шлейфовые осциллографы, производящие запись на фо-
тобумаге световым лучом. С их помощью возможна запись час-
тот от 10 до 20 кГц. Однако их точность записи относительно
невысока ~ 5 %.
В осциллографе Н-115 в качестве источника света исполь-
зуется мощная лампа с ультрафиолетовым излучением и специ-
альная фотобумага, дающая изображение без проявления. Для
демпфирования колебаний шлейф помещают в стакан с маслом.
Это значительно улучшает частотную характеристику.
Для наблюдения высоких частот используют электронные ос-
циллографы. Фотографирование экрана дает возможность зареги-
стрировать процесс. Существуют электронные осциллографы с за-
поминающими электронно-лучевыми трубками, сохраняющими
изображение процесса достаточно долго. Но это бывает удобно в
случае кратковременного процесса, длительный же процесс таким
образом регистрировать неудобно и практически невозможно.
В последние годы для записи измерительной информации
широко применялись многоканальные магнитографы, позво-
ляющие запоминать и затем воспроизводить информацию в ши-
роком диапазоне частот, причем емкость такого запоминающего
устройства может быть чрезвычайно велика. Для записи дина-
мических процессов, начиная с очень малых частот, применя-
ется частотная модуляция, хотя непосредственная запись дает
возможность расширить частотный диапазон до значений по-
рядка 1 МГц.
Технические данные измерительных магнитографов приве-
дены в табл. 11.
При ЧМ-записи диапазон регистрируемых частот простира-
ется от 0 до 40 кГц, а при НЗ-записи верхний предел обычно
составляет 150—300 кГц.
Наилучшими считаются магнитографы французской фирмы
“Шлюмберже” и японских фирм “Сони” и “TEAK”. Для записи
измерительной информации могут быть использованы также
кодовые магнитофоны, снабженные аналого-цифровыми преоб-
разователями на входе..
70
Таблица 11
Основные технические характеристики измерительных
магнитографов
Фирма Тип Вид записи Число дорожек Диапазон частот Скорость ленты, см/с
Сони (Япония) А-1207 А-1214 А-1021 НЗ НМ нз/чм НЗ 7 14 21 200 Гц — 300 кГц (0—40) кГц (0—40) кГц (0—40) кГц 12 скоростей от 152,4 до 0,6 см/с
TEAK (Япония) Р-30 Р-50 Р-70 НЗ чм нз/чм нз/чм 7 14 21 200 Гц — 300 кГц (0—40) кГц (0—40) кГц (0—40) кГц 7 скоростей от 76,2 до 1,19 см/с
Шлюмберже (Франция) МТ-5529 НЗ чм 14 300 Гц — 2 МГц (0—40) кГц 7 скоростей от 4,8 до 304 см/с
Брюль и Къер (Дания) 7005 чм 4 (0—12,5) кГц 7 скоростей от 3,8 до 38 см/с
Виброприбор (г. Кишинев) НО-67 НО 68 чм/нз чм 7 14 (0—40) кГц 300 Гц — 100 кГц (0—40) кГц 6 скоростей от 4,7 до 152 см/с 6 скоростей от 4,7 до 152 см/с
Следует отметить, что магнитограф — очень гибкий и удоб-
ный прибор, позволяющий в процессе обработки информации
осуществлять редукцию частот путем выбора соответствующих
скоростей записи и воспроизведения — например, произвести
запись на большой скорости, а воспроизведение — на малой.
9. ПРИБОРЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Повышение ресурса и надежности авиационных двигателей —
одна из важных задач, которая решается на всех этапах создания
производства и эксплуатации двигателей. Комплексное решение этой
задачи является гарантией безопасности полетов летательных аппара-
тов с одновременным обеспечением их высокой экономичности.
Важной составной частью проблемы ресурса и надежности яв-
ляется техническая диагностика со всем арсеналом приборов и
технических средств, необходимых для контроля и эксплуатации
двигателей. Эффективность применения этих приборов заклады-
вается еще на стадии проектирования двигателей, когда реализу-
ются требования, обеспечивающие возможность контроля всех ос-
новных высоконапряженных элементов [20]. Причем может быть
предусмотрен встроенный контроль, когда данный элемент или
узел двигателя может быть проконтролирован в любой момент
времени. Для предполетного контроля на двигателе предусматри-
вается необходимый доступ к контролируемому параметру двига-
теля без его разборки.
Эксплуатация двигателя по фактическому состоянию взамен
устаревшей системы эксплуатации по назначенному ресурсу дает
возможность наращивать ресурс по мере эксплуатации и тем
самым повышать эффективность использования двигателей.
Внедрение системы эксплуатации по состоянию основывается на:
1) высокой контролепригодности двигателей;
2) широкой номенклатуре контроль но- диагностических приборов;
3) надежности службы контроля и диагностики.
Опыт показывает, что только сочетание предполетного кон-
троля с полетной записью характеристик параметров и сигна-
лизацией опасных состояний в полете является оптимальным
решением поставленной задачи.
Техническая диагностика состояния авиадвигателей осу-
ществляется путем контроля наиболее нагруженных элементов
72
двигателя с помощью специальных приборов неразрушающего
контроля, а также на основе анализа текущих значений газо-
динамических параметров двигателя, таких как тяга R, расход
топлива G, частота вращения л, температуры газов Тг и др.
С помощью приборов технической диагностики и неразру-
шающего контроля удается выявить различные дефекты в кон-
структивных элементах конструкции двигателя: трещины в ло-
патках и дисках, прогары в камерах сгорания, забоины, по-
вреждения в подшипниках и пр.
Наиболее распространенными диагностическими приборами
являются:
1. Оптические средства контроля (эндоскопы, бороскопы).
2. Токовихревые дефектоскопы.
3. Ультразвуковые дефектоскопы.
4. Рентгено-радиационные приборы и установки.
5. Приборы контроля металлосодержания в смазочном масле.
9.1. Эндоскопические приборы
Широкое распространение получили оптические средства кон-
троля, используемые для визуального осмотра внутренних частей
двигателя. По конструктивному выполнению различают жесткие
и гибкие смотровые приборы. Жесткие эндоскопы представляют
собой перископическую трубку, вводимую внутрь двигателя через
смотровые лючки или уже имеющиеся другие отверстия. Изме-
няя глубину погружения и поворачивая эндоскоп, можно осмат-
ривать и находить повреждения деталей. Обычно в жестких эн-
доскопах используют жесткую оптику. В гибких эндоскопах ис-
пользуют гибкие световоды, по которым передается изображение
и световой поток для освещения наблюдаемой поверхности. Гиб-
кие эндоскопы обладают большими возможностями проникнове-
ния в труднодоступные части двигателя, ими часто пользуются
для осмотра со стороны входа и выхода двигателя. Управление
изгибом головной (дистальной) части эндоскопа в одной или даже
в двух плоскостях расширяет возможности этого типа приборов.
Для фиксации и документации повреждений эндоскопы могут
комплектоваться фото- и телевизионными камерами.
В табл. 12 представлены основные характеристики эндоскопов
различных типов. Отечественные жесткие эндоскопы типа ЭЛЖ
выпускаются с диаметром наружной трубки 5; 6,5; 8,5; 10 и 16 мм.
73
Таблица 12
Основные характеристики авиационных эндоскопов
Характеристики Жесткие эндоскопы Гибкие эндоскопы
Тип, фирма Тип, фирма
ЭЛЖ 5; 6,5; 8,5 ЭЛЖ 10; 16 Миниобороск оп “Олимпас” ЭВГ 6,5; 8; 10 JF 6; 8; 11 “Олимпас” Ультратонки е “Олимпас”
Рабочий диаметр 5. 10 17 6,5 6 1,8
6,5 16 2,7 8 * 8 2,7
8,5 10 11
Рабочая длина, мм 250 350 100 750 1000 300
500 750 170 1500 1500 1800
750 120 2000
1200
Угловое поле зрения 40—70" 30—40 53,70° 30,50° 40—65 75
До 110" (с качающейся призмой
Разрешающая способ- ность на расстоянии 50 мм, л/мм 5—8 15—20 * 3—5 3—5
Рабочая глубина поля зрения, мм До 50 До 100 1 — ОС До 100 До 200 3—30
*
— на расстоянии 15 мм.
** — отклонение дистального конца в двух плоскостях.
Эндоскопы с трубками малых диаметров (до 8,5 мм) ис-
пользуются для осмотра поверхностей деталей (лопаток) с
малых расстояний (до 50 мм). Для осмотра камер сгорания
пользуются эндоскопами с диаметром трубки до 16 мм с боль-
шей краткостью увеличения. Угловое поле зрения этих прибо-
ров меньше, чем у приборов с малым диаметром, но разрешаю-
щая способность выше (до 20 линий/мм).
Используя новейшие достижения технологии производства
оптических элементов, японская фирма “Олимпас” освоила вы-
пуск жестких дефектоскопов с диаметром трубки 1,7 и 2,7 мм,
которые могут вводиться внутрь каналов охлаждения рабочих
лопаток турбин при их изготовлении и контроле.
Особенностью этих приборов являются новые оптические эле-
менты — сельфоки. Эти элементы представляют собой тонкие оп-
тические стержни с диаметром до 1 мм, выполняющие роль
многолинзовой системы. В сельфоках преломление луча достига-
ется за счет изменения коэффициента преломления самого мате-
риала оптического стержня в его поперечном сечении. Профили-
руя по заданному закону коэффициент преломления материала,
удается создать оптический элемент, способный передать изобра-
жение от одного конца стержня к другому.
В гибких эндоскопах изображение передается с помощью
жгута, состоящего из множества гибких тонких световодов — во-
локон с регучярной их укладкой. Если на один торец жгута спро-
ецировать изображение предмета, то это изображение можно ви-
деть на противоположном конце жгута. Наибольшую известность
получили гибкие эндоскопы японской фирмы “Олимпас”. Внутри
рукава такого прибора протянуты два жгута: передачи изображе-
ния и передачи света. Для наблюдения изображения служит оку-
ляр, а для восприятия изображения — объектив. Источник света
соединяется гибким световодом со жгутом подсветки. В про-
стейшем случае такой прибор, не имеющий управления положени-
ем дистального конца с объективом и призмой для бокового на-
блюдения, снабжается самотормозящим металлорукавом, который
сохраняет принципиально задаваемую конфигурацию жгута. Такой
прибор называют полужестким. Для расширения возможностей ос-
мотра деталей гибкие приборы снабжаются механизмом изгиба
дистальной части. Для этого внутри защитного рукава протягива-
ется тросик управления, соединяющий дистальную часть с ручкой
управления, установленной в окулярной части прибора. Некоторые
75
модификации приборов имеют управление изгибом конца эндо-
скопа в двух плоскостях. Одним из важных показателей эндо-
скопа является разрешающая способность, т.е. число различ-
ных линий на 1 мм размера изображения. Важно отметить, что
хотя гибкие эндоскопы имеют большие возможности доступа к
осматриваемым элементам двигателя, их разрешающая способ-
ность хуже, чем у жестких эндоскопов с линзовой оптикой.
Кроме того, жесткие эндоскопы более удобны в эксплуатации в
тех случаях, когда можно быстро их установить в нужное по-
ложение и точно скоординировать местоположение обнаружен-
ного дефекта.
Обобщая возможности применения оптических смотровых
приборов, необходимо указать на то, что с помощью этих прибо-
ров можно обнаруживать достаточно различимые дефекты, напри-
мер, трещины с раскрытием не менее 0,1—0,2 мм. Обнаружить
трещины на ранней стадии возникновения (усталостные трещи-
ны) практически невозможно.
В настоящее время созданы эндоскопические приборы с ульт-
рафиолетовым источником и использованием люминесценции, од-
нако их применение для контроля элементов внутри двигателя
пока остается проблематичным. В цеховых условиях техника
ультрафиолетового излучения хорошо апробирована и позволяет
выявить трещины с раскрытием в несколько микрометров.
Провести осмотр рабочих лопаток можно с помощью жест-
кого эндоскопа, установленного в пространстве вблизи лопаток
рабочего колеса, Поворачивая ротор двигателя на одно лопаточ-
ное деление, последовательно проверяют все лопатки. Серьезное
затруднение вызывает контроль с помощью эндоскопов сопло-
вых лопаток. Последовательный осмотр сопловых неподвижных
лопаток с помощью гибкого эндоскопа достаточно трудоемок, и
не всегда представляется возможность через ограниченное
число смотровых окон или со стороны входа и выхода двигате-
ля проконтролировать все сопловые лопатки.
Фирмами “Олимпас” и “Мачида” разработан специальный гиб-
кий эндоскоп с направляющим ложементом и специальным крюч-
ком на конце для закрепления его за одну из рабочих лопаток.
Поворачивая ротор, а вместе с ним и дистальный конец эндоскопа,
последовательно осматривают сопловые лопатки турбины.
Еице пе имлноетью исследованы возможности оптических
средств контроля. Так, например, интерферометрия может рас-
76
ширить область применения приборов для распознания дефек-
тов на ранней стадии их возникновения.
9.2. Токовихревая дефектоскопия
Для обнаружения малых дефектов на поверхности деталей
применяется токовихревой метод, иногда называемый электро-
магнитным. Этот метод позволяет выявлять нарушения сплош-
ности, трещины с глубиной залегания 0,1—0,5 мм и с мини-
мальным раскрытием порядка нескольких микрометров.
Минимальный размер обнаруживаемых дефектов 1—2 мкм [23].
Токовихревой метод контроля основан на регистрации изме-
нений полного электрического сопротивления или напряжения
зонда под воздействием вихревых токов, наводимых катушкой
зонда в электропроводящем поверхностном слое объекта.
Для питания зонда обычно используют находящийся во вторич-
ном приборе электронный генератор с частотой от 10 кГц до 1 МГц.
Катушка зонда возбуждает на поверхности контролируемого объек-
та кольцевые вихревые токи, интенсивность и распределение кото-
рых зависят от геометрии и состояния поверхности объекта. Всякая
неоднородность в поверхностном слое (трещина, раковина и др.)
будет изменять картину и интенсивность вихревых токов. Появле-
ние в зоне расположения зонда какого-либо дефекта будет приво-
дить в конечном счете к изменению магнитного поля и к снижению
потерь катушки индуктивности, амплитуда при этом будет возрас-
тать. Изменение полного сопротивления катушки, включенной в
мостовую или дифференциальную схему, будет вызывать изменение
В7>1ходного напряжения и отклонения стрелки прибора.
Поскольку контролеру приходится следить одновременно за
перемещением зонда по поверхности детали и за стрелкой инди-
катора прибора, для облегчения его работы используют звуковую
сигнализацию, подаваемую к наушникам в момент появления де-
фекта. Способность зонда обнаруживать дефекты в значительной
мере определяется частотой питающего напряжения и геометри-
ческими размерами зонда. С увеличением частоты проникающая
способность вихревых токов внутрь объекта снижается и, наобо-
рот, с уменьшением частоты — увеличивается. Однако уменьше-
ние частоты приводит к снижению разрешающей способности.
Обычно стремятся к уменьшению диаметра зонда и применению
ферритовых сердечников с диаметром 0,5—1 мм. Это позволяет
создать приборы, которые можно вводить во внутреннюю полость
77
двигателя через отверстия и лючки аналогично тому, как это де-
лается при работе с эндоскопами. Важно заметить, что полный
контакт зонда с контролируемой поверхностью при пользовании
токовихревыми приборами необязателен. Однако у них есть боль-
шой недостаток — они практически не обнаруживают дефекты,
залегающие на глубине и не выходящие на поверхность.
Отечественная промышленность и зарубежные фирмы вы-
пускают различные по типу и назначению токовихревые дефек-
тоскопы и толщиномеры. Из отечественных приборов следует
назвать дефектоскоп ВД- 20Н-Д, позволяющий выявлять дефек-
ты на глубине до 0,5 мм, и дефектоскоп ВДУ-20 для обнару-
жения усталостных трещин.
9.3. Ультразвуковая дефектоскопия
Ультразвуковая дефектоскопия позволяет обнаруживать де-
фекты, залегающие в толще металла, определять глубину их за-
легания, а наиболее совершенные сканирующие приборы дают
возможность определять размеры и даже контур дефекта. Для
зондирования используют пьезоэлектрические излучатели, рабо-
тающие в диапазоне ультразвуковых и звуковых частот от 50 Гц
до 50 МГц. Их называют обычно искателями. Основным элемен-
том искателя является пьезопластина, изготавливаемая преиму-
щественно из цирконата титана свинца УТС-19 или других пье-
зокристаллов. В дефектоскопических приборах для излучения
других волн под воздействием электрических колебаний обычно
применяют пластины, поляризованные в толщине, в которых на-
правления электрического и упругого полей совпадают.
В ультразвуковой дефектоскопии применяются различные
методы излучения и приема акустических волн и используются
различные искатели.
Наиболее распространенным методом ультразвуковой диа-
гностики является эхо-метод, когда излучаемый искателем ко-
роткий ультразвуковой сигнал посылается к изделию, отража-
ясь от дефектов изделия и других неоднородностей, а затем
принимается тем же или другим искателем. Используя элек-
тронно-лучевую трубку с временной разверткой, можно реги-
стрировать посланные и отраженные импульсы и одновременно
по их местоположению на развертке фиксировать время прихо-
да отраженных сигналов и различать импульсы, соответст-
вующие дефектам и противоположной поверхности объекта.
78
Отечественный ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66П по-
зволяет прозвучивать сталь на глубину 1200 мм с использова-
нием частот 1,25; 2,5; 5; 10 МГц при частоте следования им-
пульсов от 100 до 1000 Гц. Хорошо известны ультразвуковые
дефектоскопы фирмы “Крауткремер” (Германия), среди кото-
рых можно назвать прибор типа “Дефект-11”. Представляет ин
терес ультразвуковой дефектоскоп с воспроизведением изобра-
жения дефекта на дисплее фирмы ’’Хитачи" (Япония), который
предназначен для контроля в материалах со скоростью звука от
1000 до 8000 м/с и работает на частоте 2,25 или 5 МГц. Уг-
ловое сканирование для стали в пределах ±75, скорость изме-
нения угла наклона зонда 60,120, 240, 300%.
9.4. Виброакустическая диагностика
Повышение уровня вибрации и шума, а также изменение
их спектрального состава могут стать следствием нарушения
нормальной работы двигателя. Такие явления, как помпаж или
вибрационные горения, обычно обнаруживают даже на слух.
Современные приборы виброакустической диагностики дают
возможность выявлять дефекты и нежелательные процессы в
двигателе на ранней стадии их возникновения. Причиной по-
вышения уровня вибрации могут быть также износ деталей га-
зовоздушного тракта, износ и разрушение подшипников, транс-
миссий, повреждения валов и прочее. Наиболее характерны на-
рушения’ соосности двигателя и редуктора, повреждения транс-
миссий и расхождения в синхронности работы двигателей для
вертолетных силовых установок [26].
Основными элементами виброакустической системы диа-
гностики являются:
1) датчики вибрации и шума;
2) усилители и фильтры;
3) сигнализаторы и индикаторы;
4) анализаторы спектра и корреляторы;
5) магнитные регистраторы.
В датчиках вибрации используется сейсмическая масса,
подвешенная на пружине и снабженная демпфером. Колебание
этой массы при наличии вибраций воспринимается преобразо-
вателем, создающим электрический сигнал. В зависимости от
выбора параметров колебательной системы и типа электричес-
кого преобразователя датчик будет измерять перемещение, виб-
роскорость или виброускорение. Применяются пьезоэлектричес-
79
кие, электромагнитные индукционные преобразователи, индук-
тивные и тензометрические (см. схему преобразователей давле-
ния рис. 7).
Устанавливаемые на двигателях штатные датчики вибраций
не всегда удовлетворяют требованиям их применения в целях
диагностики из-за недостаточной чувствительности, динамичес-
кого диапазона и частотных характеристик. Большое значение
имеет место установки датчиков. В ряде случаев необходимы
датчики, устанавливаемые в непосредственной близости от ра-
ботающих частей при повышенной температуре (400—700 С).
Диагностика состояния ВРД по уровню вибраций применяется
в большинстве штатных систем измерения. Обычно сигнал о пре-
вышении уровня вибрации свыше установленного предельного зна-
чения подается посредством загорания соответствующей лампочки.
Выбор необходимой частоты настройки осуществляется с помощью
фильтров. Однако система диагностирования по среднему уровню
вибрации недостаточно эффективна, так как она не обнаруживает
ряда характерных явлений, связанных с изменением спектра коле-
баний на различных режимах работы двигателя. Изменение работы
двигателя сопровождается изменением частоты вращения ротора и
составляющих спектра, близких к роторной частоте или кратных
ей. Появление дефектов на вращающихся частях двигателя (лопат-
ках, дисках и др.) обычно приводит к изменению именно этих со-
ставляющих. Использование фильтров с жесткой настройкой при
наличии значительной частоты по уровню роторной составляющей
частот не позволяет решать задачу выделения характерных диа-
гностических сигналов. Разработка следящих фильтров, перестра-
иваемых в зависимости от частоты вращения, дает возможность
эффективно выделять сигналы в области роторных или кратных ей
частот. Такая аппаратура выпускается фирмами “Эндевко”, “Виб-
ромитер” и некоторыми другими.
Следует сказать об анализирующей аппаратуре. Поскольку
вибрационные и шумовые процессы являются случайными или
стационарными, к их анализу надо подходить как к анализу слу-
чайных процессов и оперировать с корреляционными функциями,
функциями спектральной плотности мощности.
9.5. Рентгено-радиационный контроль
Просвечивание изделий с помощью рентгеновской аппарату-
ры u nnyrwv игтг.чникоп ионизирующих излучений (ускорите-
лей, радиоизотопов) позволяет осуществлять неразрушающий
80
контроль изделий. Различают радиоскопический, радиографичес-
кий и радиометрический методы использования радиационного
излучения, которые позволяют соответственно»наблюдать контро-
лируемый объект на пленке или бумаге, преобразовывать харак-
терное излучение в электрические сигналы.
Установка радиационного контроля состоит из трех основ-
ных частей:
1) источника ионизирующего излучения;
2) объекта контроля;
3) детектора излучения.
Тип применяемой аппаратуры определяется специфически-
ми требованиями объекта контроля, его размерами, возможнос-
тью доступа к контролируемым элементам, соображениями тех-
ники безопасности.
Наиболее мощные отечественные рентгеновские аппараты, на-
пример РУП 400-5, дают возможность просвечивать толщину ма-
териала до 120 мм при анодном напряжении на трубке 400 кВ.
Среди радиоизотопных источников излучения у-кванты облада-
ют наибольшей проникающей способностью по сравнению а и
|3-частицами, и поэтому у-излучение чаще используется при
контроле изделий. Радиоактивные изотопы помещают в специ-
альные герметичные ампулы, а затем их подводят к изделию.
Радиоизотопные дефектоскопы используются в основном
для контроля в аэродромных условиях, на ремонтных базах
при контроле в труднодоступных местах двигателя. Источник
излучения может подаваться к месту просвечивания по гибко-
му шлангу-ампулопроводу или по жесткой штанге — трубе.
Например, методами радиационного контроля широко пользу-
ется фирма “Боинг”, которая вводит в полый вал двигателя
радиоактивный изотоп с помощью штанги. Предварительно
двигатель подготавливается для радиографии. На его корпус ук-
ладывается пленка, которая после экспонирования проявляет-
ся. Такой способ контроля позволяет выявлять дефекты в дис-
ках, лопатках и корпусе двигателя. Наиболее распространен-
ными источниками у-излучения являются Тулий-170, Селен-
75, Цезий-137, Кобальт-60 и др. К основным характеристикам
изотопов относятся энергия излучения (МЭВ), мощность экспо-
зиционной дозы (МЭД), удельная активность у-источника и пе-
риод полураспада. Для источника с определенной энергией излу-
чения существует предельная толщина контролируемого изде-
81
лия, когда увеличение времени просвечивания становится нера-
ционально большим. Перечисленные выше источники излуче-
ния имеют энергию не более 1,17 МЭВ (кобальт-60).
Для дефектоскопии изделий большой толщины необходимы
более мощные источники с энергией до нескольких ресурсов
МЭВ. Этим требованиям удовлетворяют различного рода линей-
ные ускорители, бетатроны и др. В линейном ускорителе созда-
ваемый электронной пушкой пучок электронов подается в ци-
линдрический волновод, имеющий внутри несколько диафрагм.
Непрерывное увеличение энергии электронов достигается за
счет бегущей электромагнитной волны, которая двигается
вдоль волновода с такой скоростью, при которой электрон не
выходит за пределы ускоряющей волны. Ударяясь в мишень,
электроны, обладающие большой энергией, создают порог излу-
чения. Линейные ускорители с энергией 10—25 МЭВ могут со-
здавать излучение с мощностью экспозиционной дозы до 25000
Р/мин на расстоянии 1 м от мишени.
С помощью линейного ускорителя фирме “Роллс-Ройс” уда-
лось зафиксировать на пленке радиальный зазор между лопат-
ками ротора и корпусом работающего двигателя. Возможны и
другие применения ускорителей. При радиоскопии информация
о контролируемом объекте получается с помощью флуоресциру-
ющих экранов. Одним из недостатков такого рода устройств яв-
ляется малая яркость изображения, в связи с чем получают
распространение электронно-оптические преобразователи (ЭОП),
являющиеся усилителями яркости. Наиболее перспективны
рентгено-телевизионные установки с рентгено-электронно-опти-
ческими преобразователями (РЭОП), способными воспринимать
рентгеновское излучение, используя экран с фотокатодом и
преобразовывать его в видимое изображение с большой яркос-
тью свечения в видимой области спектра. Изображение воспри-
нимается видеокамерой и может быть передано на расстояние
для его наблюдения на телеэкране. Такая система позволяет
производить контроль при меньшей энергии излучения, луч-
шей контрастности изображения и с большими удобствами экс-
плуатации и безопасности обслуживающего персонала.
9.6. Контроль металлосодержания в масле
По мере износа трущихся поверхностей деталей ВРД в сма-
зочном масле накапливаются металлосодержащие частицы; их
концентрация и вид могут служить одним из важных диагнос-
82
тических признаков. Систематический контроль металлосодержа-
ния в масле является одним из необходимых мероприятий при
эксплуатации авиадвигателя. Периодически производится отбор
проб масла с фильтров, магнитных пробок и на магистрали слива
для анализа. Разрабатываются критерии и методики диагностиро-
вания и прогнозирования повреждений на основе анализа метал
лосодержания частиц.
Вопросы нормирования допустимого металлосодержания яв-
ляются достаточно сложными, так как необходимо учитывать ряд
факторов: интенсивный износ трущихся поверхностей в процессе
приработки, изменение концентрации металлочастиц при замене
масла, влияние воды и топлива, попадающих в маслосистему и
прочее.
Электронный сигнализатор с индукционным датчиком реаги-
рует на отдельные частицы размером от 0,5 мм и выше, создавая
на выходе электрический сигнал, зажигающий электрическую
лампочку и вызывающий срабатывание счетчика частиц. Датчик
представляет собой катушку индуктивности, помещенную на изо-
ляционной вставке в масловоде. Катушка индуктивности включе-
на в колебательный контур генератора. При появлении металли-
ческой частицы внутри катушки уменьшаются потери в колеба-
тельном контуре и амплитуда колебаний генератора скачкообраз-
но возрастает. В результате создается высокочастотный импульс,
который детектируется и усиливается и далее подается к сиг-
нальным выходным элементам.
Более простым является контактно-щелевой сигнализатор,
датчик которого представляет собой систему пластин или коакси-
ально-расположенных цилиндров, параллельно соединенных через
один в цепь питания сигнальной лампочкой. Обычно зазор между
контактными поверхностями датчика выбирают в пределах 0,1 —
0,5 мм. При попадании проводящих частиц между контактными
поверхностями образуется Х-образная электрическая цепь и про-
исходит срабатывание датчика. Аналогичным образом работает
магнитно-контактный сигнализатор. Эти приборы реагируют на
достаточно большие металлические частицы (более 1 мм) и явля-
ются относительно грубыми. Более совершенна схема магнитно-
емкостного устройства, позволяющая накапливать с помощью
магнитов металлические частицы, сепарировать их по размерам,
определять соотношение более крупных и мелких частиц и да-
вать количественную информацию. Опыт эксплуатации анализа-
торов металлосодержания в масле и проведенные исследования
83
показали, что разрушению трущихся деталей предшествует не
только интенсивное нарастание концентрации частиц в масле,
но и увеличение соотношения числа более крупных частиц к
более мелким. Электромагнитные накопительные устройства,
улавливающие частицы, удобны тем, что позволяют периоди-
чески сбрасывать металлические частицы с датчиков, чтобы
снова возобновить измерения. Кроме того, накопительные уст-
ройства не реагируют на единичные попадания частиц в дат-
чик, которые могут носить случайный характер.
Отбор масла и исследование металлосодержания на специ-
альных магнитных пробках, устанавливаемых в маслосистеме,
предусматривает использование стационарных наземных цент-
ров, оснащенных специальной анализирующей аппаратурой.
Существуют разнообразные методы и средства определения
концентрации металлических частиц в масле, включая доста-
точно сложные устройства спектрального анализа, позволяю-
щие получить концентрацию всех искомых химических элемен-
тов. Однако на практике бывает достаточным проводить анализ
проб масла на содержание железа. Наиболее употребимы
электромагнитный, спектральный, токовихревой и фотоколори-
метрически й методы контроля металлосодержания.
Электромагнитный прибор ПОЖ-ЗМ для определения кон-
центрации железа в масле представляет собой чувствительные
рычажно-пружинные весы, с помощью которых сила притяже-
ния электромагнита к пробе, содержащей железо, сравнивается
с натяжением пружины. Для проведения измерений проба
масля в объеме 50 см3 пропускается через фильтровальную бу-
магу, на которой получается металлосодержащий осадок. Бума-
га с полученным осадком подносится к магниту прибора. В за-
висимости от концентрации железа в осадке магнит, притяги-
ваясь к пробе, вызывает перемещение подвижной системы при-
бора и соответствующее отклонение стрелки. Фотоколоримотри-
ческий метод, разработанный в ЦИАМ, основан на измерении
интенсивности окраски специально подготовленного раствора,
полученного из пробы масла. Проба масла предварительно вы-
паривается, затем переводится в окрашенную соль железа
FeSO4. Соль растворяют в воде, и с помощью фотоколориметра
измеряют интенсивность окраски раствора.
Токовихревой метод контроля металлосодержания реализо-
ван в английском приборе “Дебрис-тестер” фирмы “Нондесрак-
тив тестин”. Действие прибора основано на измерении потерь в
84
катушке индуктивности при поднесении к ней пробы масла.
Проба масла снимается с магнитной пробки на липкую бумагу.
Магнитная пробка состоит из двух основных частей. Съемная
часть устройства извлекается из неподвижной части путем на-
жатия и поворота рукоятки. Имеющийся внутренний клапан в
неподвижной части при этом автоматически перекрывает канал,
и тем самым устраняется слив масла.
Спектральный метод контроля дает наиболее полную и точ-
ную информацию о содержании железа, меди, марганца, хрома
и других компонентов в масле. Эпот метод, однако, трудоемок
и сложен, для полного анализа пробы на приборе МФС-5 тре-
буется около двух часов, в то время как для измерения на при-
борах ПОЖ-ЗМ и “Дебрис-тестер” достаточно двух-трех минут.
Отечественный спектральный фотоэлектрический прибор МФС-5
состоит из электродугового устройства для сжигания пробы
масла, оптической части, выделяющей характерные аналити-
ческие линии спектра, и воспринимающего устройства.
Наконец, следует сказать о возможном контроле механических
частиц с помощью бинокулярного микроскопа. Их структура, цвет,
форма могут дать ценную информацию о характере и месте разру-
шения. Так, бронзовые частицы сепаратора подшипника имеют зо-
лотистый цвет, а частицы подшипника высокопрочной стали пред-
ставляют собой блестящие скругленные стружки. Металлическая
стружка, образованная при ремонте и сборке, имеет характерные
пятна, ржавые края, и ее можно отличить визуально. Период при-
работки двигателя обычно длится около 100 часов. Методы диа-
гностирования состояния двигателя на основе контроля металлосо-
держания в масле основываются на различных показателях, в зна-
чительной мере индивидуальных для каждого типа двигателя.
Наиболее общим является показатель, характеризующий содержа-
ние частиц металла в тонне масла. Допустимые нормы этого пока-
зателя определяются типом двигателя и колеблются в значитель-
ных пределах. Можно указать лишь порядок величин: (5—15)
г/тн. Могут быть использованы и другие критерии, например, от-
носительная величина массы X больших М и малых т частиц:
М - т
М + т
или
т
(42)
Удовлетворительные результаты дают статистические кри-
терии, основанные на контроле коэффициента Стьюдента, ха-
85
растеризующего отношение среднеарифметического и средне-
квадратического отклонения концентрации металла в масле, и
на использовании правила Байеса.
Отбор проб масла производится через определенные интер-
валы времени: 25—400 ч, а при появлении признаков разруше-
ния интервал времени отбора сокращается до 10 ч.
9.7. Диагностирование состояния двигателя на основе
измерений и анализа газодинамических параметров
Текущий и планомерный контроль газодинамических пара-
метров в полете — один из эффективных способов выявления не-
исправностей в газодинамическом тракте двигателя относительно
исходных значений — является основой диагностирования. Реги-
страция информации должна проводиться на заранее выбранных
режимах, а се обработка включает проведение измерения пара-
метров, преобразование их в безразмерную форму, усреднение и
сравнение с нормированными данными.
Тяга Pi расход топлива GT , частота вращения СО, давление
р, температура газов Г, измеренные на определенном режиме,
в достаточной степени характеризует работу двигателя, Кроме
этого, регистрируются данные условий полета: высота Н, число
Маха М и полная температура воздуха Тн .
Считается, что наибольшей диагностической ценностью об-
ладает отклонение расхода топлива. Изменение этого параметра
может быть вызвано износом проточной части двигателя и
уменьшением его КПД.
Сбор полетной информации может осуществляться вруч-
ную, когда экипаж самолета на выбранных режимах (малый
газ, крейсерский, номинальный, взлетный) списывает данные в
формуляр со штатных приборов, или автоматически с примене-
нием бортовых магнитных накопителей МСРП-64, “Тестер” и
другие. Полетные данные обрабатываются наземным центром
или специальными бортовыми ЭВМ.
9.8. Счетчики наработки ресурса
Объективно и научно обоснованная регистрация расходова-
ния ресурса ГТД с учетом статических нагрузок горячей части
двигателя (длительная прочность) и переменных факторов
86
(малоцикловая усталость) является в определенной мере гаран-
тией безаварийной эксплуатации двигателя, хотя могут иметь
место случайные факторы и события, приводящие к досрочно-
му снятию двигателя с эксплуатации.
Ручная регистрация необходимых режимов и циклов рабо-
ты двигателя экипажем самолета практически нереализуема.
Поэтому рядом фирм налажено изготовление и установка на
борту счетчиков наработки ресурса двигателей. Так, например,
фирмы “Колеман”, “Смит” выпускают счетчики эквивалентной
наработки, так называемые “лайф-рекордеры” — регистраторы
жизни. Разработаны счетчики наработки ресурса, реализующие
сложные алгоритмы, учитывающие несколько параметров (час-
тоту вращения ротора, давление, переменные циклы).
На отечественных двигателях эксплуатируются более про-
стые счетчики наработки ресурса типа СНР, осуществляющие
повременный учет наработки на четырех основных режимах ра-
боты двигателя и подсчет числа полетных циклов (число запус-
ков). В приборе для подсчета времени на каждом из режимов
используются миниатюрные электрические счетчики времени
типа ЭСВ, представляющие собой синхронные микромоторчики,
питаемые током частотой 400 Гц от бортовой сети и снабжен-
ные трехстрелочным отсчетом показаний. Для подсчета числа
запусков применен электромеханический счетчик импульсов.
Команды на включение счетчика и электрочасовых механизмов
подаются от бортовых контактных устройств в виде сигналов
постоянного тока с напряжением 27 В.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Создание перспективных двигателей нового поколения тре-
бует решения целого ряда задач в области измерительной тех-
ники. Повышение надежности и увеличение ресурса двигателя
вызывает необходимость совершенствования средств измерений
и, в первую очередь, точности измерения параметров двигате-
ля. Проведенный анализ позволяет прогнозировать необходи-
мую точность средств и методов измерений ГТД. На рис. 17
представлены соотношения между уровнем точности измерений
параметров ГТД и необходимой точностью. Эти данные получе-
ны при анализе состояния метрологического обеспечения стен-
87
довых испытаний в отрасли. И, как видно из рисунка, требо-
вания по точности выполнялись частично.
Рис. 17. Соотношение между достигнутым уровнем точности
измерения параметров ГТД (светлый столбец)
и необходимой точностью (темный столбец):
Р — давление газа; Т — температура; R — усилие тяги;
Gt — расход топлива; N — частота вращения; Виб-вибрация;
Рд — переменное давление; Мкр — крутящий момент
Дальнейшее повышение эффективности метрологического
обеспечения производства и испытаний ГТД должно проводить-
ся с учетом следующих положений.
1. Повышение ресурса и надежности авиационных двигате-
лей — одна из важных задач, решаемая, в частности, при про-
ведении измерений со всем арсеналом приборов и технических
средств, необходимых для контроля и испытаний двигателей.
Эффективность этих приборов закладывается на стадии разра-
ботки двигателя, когда реализуются требования, обеспечиваю-
щие возможность оптимального контроля и измерений всех ос-
новных параметров двигателя с оптимальными затратами.
2. Анализ требований, предъявляемых к точностным харак-
хv-рпо тпаам параметров 1 'ГД, позволяет получать исходные дан-
ные для выбора методики измерений, автоматизированного вы-
88
бора средств и методов измерений, процедуры градуировки из-
мерительных каналов, обработки результатов измерений.
3. Проведенный анализ основных характеристик методов и
средств измерений параметров ГТД позволяет упростить мате-
матическую обработку при оптимизации решений по выбору со-
става средств и методов измерений с учетом требований, предъ-
являемых к испытаниям двигателей.
4. Анализ метрологических и технических характеристик
средств измерений по видам измерений, применяемых при ис-
пытаниях ГТД, позволяет создать банк данных в программе
ЭВМ по применяемым средствам измерений с минимизацией
затрат на метрологическое обеспечение испытаний на опытном
предприятии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей. —
М.: Машиностроение, 1981.
2. Андреев Е.И., Быков МЛ. Многоточечные системы измерения
давления с пневматическими коммутаторами на одномембранных
реле//Труды ЦИАМ. 1982. X. 972.
3. Белоглазов А.В., Стучебников В.М. и др. Полупроводниковые
тензопреобразователи силы давления на основе гетеропитаксильных
“Кремний на сапфире”//Приборы и системы управления. 1982. X 5.
4. Биргер ИЛ. Ресурс и эквивалентные испытания авиационных
двигателей//Труды УАИ. 1976. Вып. 4. С. 17—48.
5. Иванов В.С. Исследование точностных характеристик средств и
методов измерений при испытаниях ГТД//Вторая Всероссийская науч-
но-техническая конференция “Метрологическое обеспечение обороны и
безопасности в РФ”. — Мытищи: ГНИИИ МО РФ, 1998.
6. Иванов В.С. Метрологическое обеспечение. Выбор электричес-
ких средств измерений. СТП 656.08.527-87. — М.: Авангард, 1987.
7. Иванов В.С. Оптимизация параметров метрологического обеспе-
чения технологических процессов и испытаний ИАТ и их двигателей
в опытном производстве // Сб. материалов Второй российско-китай-
ской конференции “Двигатели и энергетические установки летатель-
ных аппаратов. — М.: Изд-во МАИ, 1992.
8. Ivanov ИЗ. Parameters optimization of metrological processes
and test of spacecraft products and their engines in pilot scale . In
creep of engineering materials 11 Russian-China research conference
“Aircraft’s engines and Jenergetics power — plants” —M.: MAI, 1992.
9. Иванов B.C., Зазулин. ВЛ. Некоторые вопросы метрологической
аттестации испытательного оборудования и средств измерения. Мет-
рологическая экспертиза нормативно-технической документации раз-
рабатываемых средств измерений//Метрологическое обеспечение испы-
таний авиационных двигателей. Третья научно-практическая конфе-
ренция. — М.: ЦИАМ, 1988.
10. Иванов В.С., Лачугин Я.М. Положение 80—87 “Порядок про-
работки вопросов метрологического обеспечения испытаний изделий”.
— М.: МАП, 1985.
11. Иванов В.С., Попова ЛЛ. Метрологическое обеспечение. Выбор
средств измерений давления. СТП 656.513-85. —М.: Авангард, 1985.
12. Иванов В.С., Разаренова ОЛ. Инструкция по поверке и аттес-
тации динамометрических ключей. — М.: Авангард, 1988.
13. Иванов В.С., Разаренова О Л. Методика аттестации и градуи-
ровки нестандартизованных динамометров второго класса типа “Д”. —
М.: Авангард, 1986.
14. Иванов В.С., Разаренова ОЛ. Метрологическое обеспечение.
Порядок выбора средств измерений температуры. СТП 656.08.529-88.
— М.: Авангард, 1988.
90
15. Иванов В.С., Толстоусов А.В., Ускова З.И. Средства и методы
измерений температуры для испытаний ГТД//Стандартизация и уни-
фикация АТ. — М.: Изд-во НИИУ, 1994.
16. Иванов В.С., Толстоусов А.В. Средства и методы измерений
расхода при испытаниях ГТД//Стандартизация и унификация АТ. —
М.: Изд-во НИИСУ, 1996.
17. Иванов В.С., Толстоусов А.В., Ускова ЗИ. Средства и методы
измерения давления при испытаниях ГТД//Стандартизация и унифи-
кация АТ. — М.: Изд-во НИИСУ, 1995.
18. Иванов В.С , Толтоусов А.В. Средства и методы измерений
перепада давлений при испытаниях ГТД//Стандартизация и унифика-
ция АТ. — М.: Изд-во НИИСУ, 1995.
19. Иванов ВС., Усков АА. Исследование применяемых средств и
методов измерений усилий тяги при сертификационных испытаниях
ГТД//Материалы пятого международного симпозиума “Динамические
и технологические проблемы механики конструкций и сплошных
сред”. — М.: ГРАФРОС, 1999.
20. Иванов В.С., Ускова З.И. Анализ выбора автоматических ре-
гистрирующих приборов для проведения сертификационных испыта-
ний газотурбинных двигателей//Технология металлов. 1999. № 11.
21. Иванов В.С., Ускова 3JT. Анализ метрологических и техничес-
ких характеристик средств измерений скоростных и частотных парамет-
ров ГТД при сертификационных испытаниях//Материалы пятого между-
народного симпозиума ’’Динамические и технологические проблемы ме-
ханики конструкций и сплошных сред”. — М.: ГРАФРОС, 1998.
22. Иванов В.С., Ускова З.И. Анализ метрологических характерис-
тик средств и методов измерений, применяемых при сертификацион-
ных испытаниях ГТД//Технология металлов. 1999. Xs 11.
23. Иванов В.С., Шелякова Л.В. Метрологическое обеспечение.
Выбор средств измерений твердости черных и цветных металлов и
сплавов методами Бринеля, Виккерса и Роквелла. СТП 656.08.528-88.
— М.: Авангард, 1988.
24. Иванов В.С., Шелякова Л.В. Метрологическое обеспечение. Выбор
средств измерений массы. СТП 656.08.531-89. —М.: Авангард, 1989.
25. Иванов В.С., Шелякова Л.В. Метрологическое обеспечение.
Порядок выбора средств измерений силы и момента силы. СТП
656.08.534-91. — М.: Авангард, 1991.
26. Карасев ВА., Максимов BJT., Сидоренко М.К. Вибрационная
диагностика газотурбинных двигателей. — М.: Машиностроение, 1978.
27. Кеба И.В. Диагностика газотурбинных двигателей. — М.:
Транспорт, 1980.
28. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И. Эквивалентные испытаний га-
зотурбинных двигателей. — М.: Машиностроение, 1976.
29. Лебедев А.В., Зазулин ВА. Достижения зарубежных фирм в
области тензометрических датчиков давления. — М.: Приборы и сис-
темы управления. 1976. № 8. С. 24—25.
91
30. Лебедев А.В., Скакун И.Ф., Зазулин В А. Средства измерения,
применяемые при стендовых испытаниях ГТД//Испытания авиацион-
ных двигателей". — УАИ, 1979. Уфа. Вып. 7.
31. Марков Н.Н. Взаимозаменяемость и технические измерения.
— М.: Изд-во стандартов, 1985.
32. Перспективы развития гражданских двигателей в ФРГ (пер. с
англ.) // Экспресс-информация “Авиационное двигателестроение”. —
ЦИАМ. 1996. № 4. С. 33—11.
33. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газо-
вого потока. — М.: Машиностроение, 1982.
34. Потенциометрические датчики давления. Описание, конструк-
ция по монтажу и эксплуатации. — М.: Оборонгиз, 1961.
35. Преобразователи для измерения давления в научном экспери-
менте//Труды ЦИАМ. 1979. № 884.
36. Ращупкин В.Н., Зазулин ВА. Задачи и перспективы развития
метрологического обеспечения испытания испытаний ГТД//Труды
ЦИАМ. 1979. Вып. 7. С. 5—9.
37. Симбирский Д.Ф. Температурная диагностика двигателей. —
Киев: Техника, 1976.
38. Солохин ЭЛ. Испытание авиационных воздушно-реактивных
двигателей. — М.: Машиностроение, 1975.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..................................................3
1. Задачи и перспективы развития методов и средств измере-
ний, применяемых при испытаниях ГТД..........................4
2. Основные метрологические характеристики методов и
средств измерений...........................................10
3. Измерение давлений.......................................34
4. Измерение температуры....................................44
5. Измерение силовых и расходометрических параметров........52
6. Измерение крутящего момента, частотных и скоростных
параметров..................................................59
7. Токосъемные устройства...................................65
8. Автоматические регистрирующие приборы....................67
9. Приборы неразрушающего контроля и технической диагнос-
тики .......................................................72
Заключение..................................................87
Библиографический список....................................90
92