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采样密度即是单位面积的测点数目,它对燃烧效率和温度分布系数测量偏差都有明显的影响。在扇形段试验中,平均约 ."><的温度场面积内安排一个采样点。若再提高密度,则会带来结构方面的困难,流通面积堵塞也会过大。
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试验统计表明,欲使燃烧效率测量偏差小于 ",采样密度平均需大于 点 % &’();欲使温度分布系数测量偏差小于 &",采样密度平均需大于 ) *点 % &’(),即每 +’()温度场面积内应至少安排一个采样点;欲使温度分布系数测量偏差小于 *",则采样密度应大于 ) ,点 % &’(),即每 - +’()温度场面积内应至少安排 个采样点。这表明欲达到给定测量偏差,所需采样密度与温度分布均匀程度有关。
对于扇形段与全环出口温度分布的试验研究表明:扇形试验件试验结果存在明显偏差,并且当扇形段包含的头部(喷嘴)数量增大时,其偏差减少。对于 ,&.扇形段,其出口温度分布系数 +/,与全环试件的温度分布系数占 +有下列近似关系:
+ 0++/当采用扇形段调试温度场时,可使扇形段调试的温度分布系数 +/1 0&2+3,+3为全环试验温度分布系数,例如, +3 0&)*,则扇形段 +/1 0&2*。燃烧室部件试验测得的出口温度分布系数优于发动机试车结果。发动机试车测得的 ,+较差、热区较大,热点温度也较高,温度数据离散度亦高。
(+)试验有关问题
试验中应注意下列问题:
"试验开始前,必须校准仪器、调整量程和零点;全面检查仪器之后,开动中心设备预热器,并把空气加热到试验温度。 在一定压力下通冷空气,检查设备接合面和安装边是否漏气。 启动冷却水泵,使冷却水流进试验段。应监控移位测头的冷却水、喷管内、外环冷却
水和旋转鼓筒冷却水的压力,并测量冷却水流量和温度。
%在要求的空气流量下,加温试验段和燃烧室试件。当燃烧室进口空气温度达到 -&&4左右时,辅助加温器系统开始工作。喷气发动机、加力燃烧室及热交换器最后使进口空气温度达到所要求的工作温度。
&一经达到要求的进口条件,就要仔细调整试验段的进气阀和排气阀,直到达到所要求的压力和流量条件。此后,燃烧试件点火并开始试验。调整冷却水以保持燃烧、加温和冷却时在安全极限之内。水套的出口水温保持在 5*4以下,热燃气进人中心设备排气系统以前降温到 &4以下。
’冷却时除了关闭加力燃烧室和喷气发动机之外,还通过冷却流支路隔离辅助加温器,迅速降低试验段的温度至安全操作温度。这样便于燃烧室的拆卸以及安装下一个燃烧室试件。
*壁温测温
火焰筒壁温测量,其一是验证火焰筒冷却设计的有效性和冷却空气量的影响,为火焰筒壁应力分析提供壁温分布数据;其二掌握壁温高的位置和原因,改进冷却结构设计,确定气动和结构参数对壁温的影响。
()测量方法
通常采用示温漆法和热电偶法测量壁温。
"示温漆法可以大面积地或在整个火焰筒上涂覆测温,简单易行,不干扰燃烧室流动。
其缺点是测量精度较低,目视判读视差较大,达 6 -&4。采用 78-&&色彩色差计测量火焰 •-)•
筒表面颜色可使误差缩至 "。该型色彩色差计采用 %种彩色系统测量彩色绝对值,同时测量亮度、色饱和和色调角。通过测量值与样板对比,根据在标准温度炉加热获得的彩色样板,可以获得被测火焰筒壁温。
涂一次示温漆只能测量一次,涂层厚度为 " &’(,若漆层过厚,在试验中则容易脱落;漆层过薄,火焰筒壁形成的背景颜色则会影响判读。试验后可对表面吹砂去掉漆层,以备重新涂漆。
"热电偶法测量精度高。因为偶丝可明显影响燃烧室二股通道中的气流流动。将热电偶置于沟槽内、点焊并进行等离子喷涂,然后打平磨光。试验时利用数据采集系统来获得试验状态下的壁温数据,并打印输出。
火焰筒壁温实际测量中可首先采用示温漆法对火焰筒壁温进行普遍考察,然后再用热电偶法较精确测量所关心部位的温度,特别是高温区。整机试车中多采用示温漆法。常用示温漆有 )*—单— +%和 )*—单— ,,其变色温度间隔 "% &%,测温范围 ’ & -.。(")壁温试验状态和测点布置壁温测量通常选取地面台架最大状态、空中最大热负荷状态和巡航状态作为火焰筒壁温试验状态。试验件包括单头部、扇形和全环试件等。全环试件用于考察设计点和最大热负荷工况下的壁温情况。在发动机上测火焰筒壁温可作为最终评定火焰筒壁温的指标。用扇形段试验时,在录取性能的同时,可了解火焰筒壁温情况和冷却设计的合理性。
四、模拟准则
燃烧室试验条件,特别是气源能力,目前大多数不能满足新型发动机全尺寸全环形燃烧室地面起飞等高工作状态下的全参数试验。以相似理论为基础的模化试验可以明显降低对气源能力的要求,简化设备,缩短试验周期、节约试验费用。根据模化原理,归纳出数个相似准则,建立起燃烧性能与相似准则的关系,或给出燃烧室性能与相关参数群的牛理论半经验关系。这对燃烧室设计和试验均有重要指导意义。
燃烧室模化试验是其研制过程中很重要的中间阶段,试验结果必须在台架试车和试飞过程中检验,而且是一个进一步试验器上改进、台架调试的反复过程。
当前,模化试验用气源和设备能力已有明显提高,而且随着燃烧数值模拟技术的发展,也激励了燃烧设计师去改进和完善模化方法。尽管如此,用扇形段试验器进行燃烧室试验研究仍在以后的一段时间里起着重要的作用。
在扇形段试验器上,用较低压力和较低流量所测定的燃烧室主要性能指标( //、 、
//
0 分布、贫富油熄火极限、点火性能和壁温)和真实情况下对应指标的关系即是模拟准则
’
所要解决的主要问题。目前,试验中常用的模拟准则如下所述。
+1等速度准则
%进口空气流速 *,与实际工作状态相等。
,
"进口压力 2 不低于 1 "324。
&进口温度加温至所要求的 0, 。
•++,,•
几何尺寸相等。
"使用相同燃料并保持各状态下。与实际工作状态的值相等。
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