某型渦輪冷卻器高空工作可靠性的研究

倪瑞林　韓 冬（沈陽航天新光集團有限公司，遼寧　沈陽　110043）

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某型渦輪冷卻器高空工作可靠性的研究

倪瑞林韓 冬
（沈陽航天新光集團有限公司，遼寧沈陽110043）

摘要：渦輪冷卻器作為飛行器上的輔助設備，需要滿足飛行器的所有工作環境要求。本文以某型渦輪冷卻器作為研究內容，通過在地面模擬高空環境的方式，研究其在高空環境下工作的可靠性。

關鍵詞：渦輪冷卻器；高空試驗；可靠性

1 引言

為保證飛行器上某些設備在飛行過程中保持良好的工作狀態，避免由于過熱而使設備性能降低或者出現故障，需要采取一定手段對其溫度進行控制，采用渦輪冷卻器是其冷卻方式之一。本文針對某型渦輪冷卻器，在地面模擬高空環境，對其高空工作可靠性進行研究。

2 工作原理

其原理是利用飛行過程中的來流氣體，通過渦輪冷卻器后，這部分來流氣體溫度降低，降溫后的氣體流向需要被冷卻的設備，將其熱量帶走并排出飛行器外。

圖1　試驗原理圖

3 研究目的

通過在地面模擬高空環境，研究該型渦輪冷卻器能夠可靠工作的高度。

4 試驗方法

試驗原理圖如圖1所示，本試驗包含：（1）冷源裝置；（2）高空模擬艙（虛線框）；（3）被試渦輪組件（虛線框所示）。其中冷源裝置提供試驗所需低溫氣源。高空模擬艙提供試驗所需的低壓環境，通過真空泵實現。試驗選取3個典型的高度，試驗控制參數見表1，試驗內容為將被試渦輪的入口參數調節為所要求值時，記錄被試渦輪的工作時間。

5 試驗要求

（1）試驗臺的安裝調試在技術人員指導下進行；

（2）試驗系統所有測量設備均在二級以上（含二級）計量部門檢定合格，并且在有效期內使用，量程和精度滿足產品測試要求；

表1　試驗控制參數表

表2　試驗設備

圖2　冷源裝置圖

圖3　試驗模擬艙

表3　模擬高空環境實測值與要求值對照表

（3）所用壓力變送器的精度等級為0.1級；

（4）所用溫度變送器的測量不確定度≤0.1℃；

（5）所用氣體質量流量計示值誤差的不確定度≤1.2%；

（6）所用轉速測量裝置的精度為：0.02%。

6 試驗步驟

（1）試驗調試前，務必保證氣源清潔，試驗用渦輪均能正常運轉，測量儀表指示正常。

（2）關閉閥門V4，打開閥門V2，調節冷源裝置，使得被試渦輪組件入口溫度T3為8℃。

（3）打開真空泵，監測高空模擬艙壓力和溫度，使其達到71.9kPa，溫度為8℃。

（4）調節V3，使低壓艙達到所要求值時（47.18kPa、8℃），運行穩定5分鐘。緩慢打開V4，監測被試件渦輪入口的溫度及壓力，保證P3若達到（71.9kPa），記錄渦輪進出口參數（壓力、溫度、流量），讓渦輪運行10min～15min。

（5）該工況完成后，關閉渦輪入口閥門，進行9km高度試驗。

（6）調節冷源裝置，調節V3，使低壓艙達到所要求值時（30.74kPa、-14℃）。監測被試件渦輪入口的溫度及壓力，調節V4，保證P3若達到（46.85kPa），打開被試件渦輪的閥門，記錄渦輪進出口參數（壓力、溫度、流量），讓渦輪運行10min～15min。

（7）該工況完成后，關閉渦輪入口閥門，進行12km高度試驗。

（8）調節冷源裝置，調節真空泵開度（增加），調節V3，使低壓艙達到所要求值時（19.33kPa、-29℃）。監測被試件渦輪入口的溫度及壓力，調節V4，保證P3若達到（29.47kPa），打開被試件渦輪的閥門，記錄渦輪進出口參數（壓力、溫度、流量），讓渦輪運行10min～15min。

（9）試驗完畢，先關閉試驗渦輪入口氣源閥門，再關閉冷源裝置和真空泵。

7 試驗設備

試驗設備見表2。

8 試驗結果

該型渦輪冷卻器在給定高度（6km，9km，12km）的環境能夠穩定工作，工作時長達到預期指標。模擬高空環境實測值與要求值對比見表3。

結論

實測環境條件與給定環境條件誤差在允許范圍之內，高空模擬試驗過程中渦輪冷卻器運轉良好，表其在不同高空環境（6km，9km，12km）下能夠穩定工作，可靠性良好。

參考文獻

[1]秦立森.短周期全尺寸渦輪試驗及測試方法[Z].北京：中國科學院工程熱物理研究所，2002.

[2]焦天佑.高空臺對比試驗校準與標定技術研究[Z].成都：燃氣渦輪研究所，1997.

中圖分類號：TB114

文獻標識碼：A