Стенд для испытания сопла
Полезная модель относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использована при проведении модельных испытаний для определения угла выхода потока и коэффициента скорости сопл, преимущественно плоских, которые широко применяют для двигателей в судостроении, авиации, космонавтике, в мобильных электростанциях и других областях техники. Стенд для испытания сопла, содержащий подводящий трубопровод, ресивер, выполненный с возможностью разъемного соединения с испытываемым соплом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством съемных фланцевых накладок и с возможностью опирания измерительными средствами на корпус ресивера, отличающийся тем, что ресивер снабжен отверстиями, одно из которых выполнено в его торце, а другое на его боковой поверхности, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками, выполненными с возможностью крепления в них испытываемого сопла в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом в качестве измерительных средств используют однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, кроме того подводящий трубопровод сообщен с полостью ресивера посредством как минимум одной пары соосных патрубков, общая ось которых размещена в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, и совпадает с диаметром ресивера, причем подводящий трубопровод снабжен упругой вставкой и соединен с патрубками через упругие вставки. Технический результат выражается в повышении точности измерения и эффективности испытаний сопла благодаря возможности измерения реактивной силы по трем взаимно перпендикулярным осям, а также возможности подвода рабочего тела к полости ресивера со стороны его боковой поверхности и расширение области применения за счет возможности установки сопла в восьми различных положениях в пространстве, а также снижении трудоемкости изготовления и эксплуатации устройства. 4 ил.
Полезная модель относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использована при проведении модельных испытаний для определения угла выхода потока и коэффициента скорости сопл, преимущественно плоских, которые широко применяют для двигателей в судостроении, авиации, космонавтике, в мобильных электростанциях и других областях техники.
Известна конструкция стенда для определения вектора тяги двигателя с кососрезанным соплом, содержащая держатель испытываемого двигателя в виде рамы-обоймы, которая выполнена с возможностью опирания на измерительные средства, определяющие параметры в двух направлениях, часть из которых располагается на основании с возможностью небольших перемещений в горизонтальной плоскости (см. патент РФ 
2274764, МПК F02K 9/96, дата публикации 20.04.2006).
Недостатком конструкции этого стенда является ограниченная область применения, недостаточная эффективность измерений, которые проводят в двух направлениях, а также низкая точность из-за возможности наличия систематической погрешности в ходе испытаний.
Известна конструкция стенда для испытания прямоточных воздушно-реактивных двигателей, содержащая трубопровод, присоединенный к емкости для сборки рабочего тела, соединенной с испытываемым двигателем, который выполнен с возможностью опирания на силоизмерительные средства (см. патент РФ 2261425, МПК G01M 15/00, дата публикации 27.09.2005).
Недостатком конструкции этого стенда является ограниченная область применения, недостаточная эффективность измерений, которые проводят в одном направлении, а также низкая точность из-за возможности наличия систематической погрешности в ходе испытаний.
В качестве ближайшего аналога принята установка для исследования единичных малых сопел, содержащая трубопровод, присоединенный к емкости для сборки рабочего тела, которая выполнена с возможностью установки испытываемого сопла в двух плоскостях с помощью фланцевого соединения и возможностью опирания на силоизмерительные средства (см. Наталевич А.С., «Воздушные микротурбины», 2 изд., перераб. и доп. - М., Машиностроение, 1979, стр. 92-93., 192 с, ил.).
Недостатком ближайшего аналога является недостаточная эффективность измерений, которые проводят в одном направлении, повышенная трудоемкость эксплуатации из-за необходимости использования весов и игольчатой подставки, а также низкая точность из-за отсутствия учета правильности (соосности) установки испытываемого сопла на емкости для сборки рабочего тела и возможности наличия систематической погрешности в ходе испытаний.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка конструкции стенда, позволяющего произвести необходимые измерения простым способом и с высокой точностью и эффективностью.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении точности измерения и эффективности испытаний сопла благодаря возможности измерения реактивной силы по трем взаимно перпендикулярным осям, а также возможности подвода рабочего тела к полости ресивера со стороны его боковой поверхности и расширение области применения за счет возможности установки сопла в восьми различных положениях в пространстве (четыре взаимно перпендикулярных в вертикальной плоскости и четыре - в горизонтальной), а также снижении трудоемкости изготовления и эксплуатации устройства.
Указанная задача решается тем, что в стенде для испытания сопла, содержащем подводящий трубопровод, ресивер, выполненный с возможностью разъемного соединения с испытываемым соплом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством съемных фланцевых накладок и с возможностью опирания измерительными средствами на корпус ресивера, ресивер снабжен отверстиями, одно из которых выполнено в его торце, а другое на его боковой поверхности, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками, выполненными с возможностью крепления в них испытываемого сопла в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом в качестве измерительных средств используют однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, кроме того подводящий трубопровод сообщен с полостью ресивера посредством как минимум одной пары соосных патрубков, общая ось которых размещена в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, и совпадает с диаметром ресивера, причем подводящий трубопровод снабжен упругой вставкой и соединен с патрубками через упругие вставки.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
На фиг. 1 изображен вид стенда сбоку с установленным испытываемым соплом.
На фиг. 2 изображен вид стенда спереди с установленным испытываемым соплом.
На фиг. 3 изображен продольный разрез испытываемого сопла.
На фиг. 4 изображена схема разложения реактивной силы.
На чертежах показаны подводящий трубопровод 1, ресивер 2, испытываемое сопло 3, съемные фланцевые накладки 4, измерительные средства 5, измерительные штанги 6, ось 7 патрубков 8, продольная ось 9 ресивера 2, упругие вставки 10, заглушка 11.
Подводящий трубопровод 1 и патрубки 8, снабженные упругими вставками 10 в виде сильфонов, обеспечивают подвод рабочего тела и подвижность ресивера 2 в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
Ресивер 2 выполнен цилиндрической формы для снижения трудоемкости изготовления, снижения материалоемкости и более равномерного распределения рабочего тела при испытаниях.
Испытываемое сопло 3 выполнено преимущественно плоским.
Съемные фланцевые накладки 4 выполнены симметричными, причем внутренний край каждой из съемных фланцевых накладок 4 отогнут под прямым углом для обеспечения возможности крепления между ними испытываемого сопла 3. Расстояние между параллельными внутренними краями закрепленных съемных фланцевых накладок 4 соответствует размеру испытываемого сопла 3.
Один конец каждой из измерительных штанг 6 фиксируется на ресивере 2, а другой конец снабжен завальцованым шариком, обеспечивающим возможность передвижения по измерительным средствам 5, и как следствие, возможность передвижения ресивера 2 по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Перемещения измерительных штанг 6 по измерительным средствам 5 незначительны и не оказывают существенное влияние при измерении реактивной силы.
В качестве измерительных средств 5 используют однокомпонентные датчики силы.
Ось 7 патрубков 8 размещена в плоскости, перпендикулярной продольной оси 9 ресивера 2, и совпадает с диаметром ресивера 2.
Способ осуществляют следующим образом.
Предварительно устанавливают в пространстве подводящий трубопровод 1, который затем посредством патрубков 8 соединяют с ресивером 2, установленным с возможностью его удержания с помощью измерительных штанг 6, которые также обеспечивают возможность передвижения ресивера 2 по измерительным средствам 5. Испытываемое сопло 3 присоединяют к торцу ресивера 2 с помощью съемных фланцевых накладок 4 в начальном положении, показанном на фиг. 1. Горловину отверстия, расположенного на боковой поверхности ресивера 2, закрывают с помощью заглушки 11.
К стенду от компрессорной установки (на чертежах не показана) подводят рабочее тело в виде сжатого воздуха, который проходит через подводящий трубопровод 1 и патрубки 8, снабженные упругими вставками 10, а также корпус ресивера 2. В испытываемом сопле 3 сжатый воздух расширяется до атмосферного давления. Реактивная сила, возникающая при истечении сжатого воздуха через испытываемое сопло 3, через измерительные штанги 6 передается на измерительные средства 5, при этом ресивер 2 совершает микроперемещения, необходимые для работы измерительных средств 5. После проведения необходимых измерений подвод сжатого воздуха прекращают.
Далее меняют положение испытываемого сопла 3 путем поворота на 90 градусов относительно начального положения и заново закрепляют с помощью съемных фланцевых накладок 4 на торце ресивера 2. Затем возобновляют подачу сжатого воздуха и снимают показания измерительных средств 5 при новом положении испытываемого сопла 3. Аналогично проводят необходимые измерения при положениях испытываемого сопла 3, полученных путем поворота относительно начального положения на 180 и 270 градусов.
На втором этапе испытаний испытываемое сопло 3 вертикально закрепляют на боковой поверхности ресивера 2 с помощью съемных фланцевых накладок 4. При этом горловину отверстия, расположенного с торца ресивера 2, закрывают с помощью заглушки 11.
Начальное положение испытываемого сопла 3 в горизонтальной плоскости аналогично положению испытываемого сопла 3 в вертикальной плоскости, изображенному на фиг. 1. Затем подают сжатый воздух и снимают показания измерительных средств 5. Аналогично проводят необходимые измерения при положениях испытываемого сопла 3, полученных путем поворота относительно начального положения на 90, 180 и 270 градусов соответственно.
На заключительном этапе проводят анализ полученных данных и определение расчетных характеристик.
Реактивную силу определяют по формуле:
, где
- реактивная сила, H;
, 
, 
проекции реактивной силы, H, соответственно, на оси X, Y, Z. Угол выхода потока определяют по формуле:
, где
- угол выхода потока, град.
Коэффициент скорости сопла определяют по формуле:
, где
C1 - выходная скорость потока, м/с, определяемая по формуле:
, где
G - расход потока, кг/с;
C1теор - теоретическая выходная скорость, определяемая по формуле:
, где
k - адиабатный коэффициент воздуха;
R - газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·К);
T - температура перед соплом, К;
P 1 - давление перед соплом, Па;
P2 - давление за соплом, Па.
Таким образом, конструкция заявляемого стенда повышает точность и эффективность измерений благодаря возможности измерения реактивной силы по трем взаимно перпендикулярным осям, а также возможности подвода рабочего тела к полости ресивера со стороны его боковой поверхности и расширение области применения за счет возможности установки сопла в восьми различных положениях в пространстве (четыре взаимно перпендикулярных в вертикальной плоскости и четыре - в горизонтальной), а также снижении трудоемкости изготовления и эксплуатации устройства.
Стенд для испытания сопла, содержащий подводящий трубопровод, ресивер, выполненный с возможностью разъемного соединения с испытываемым соплом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством съемных фланцевых накладок и с возможностью опирания измерительными средствами на корпус ресивера, отличающийся тем, что ресивер снабжен отверстиями, одно из которых выполнено в его торце, а другое на его боковой поверхности, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками, выполненными с возможностью крепления в них испытываемого сопла в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом в качестве измерительных средств используют однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, кроме того, подводящий трубопровод сообщен с полостью ресивера посредством как минимум одной пары соосных патрубков, общая ось которых размещена в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, и совпадает с диаметром ресивера, причем подводящий трубопровод снабжен упругой вставкой и соединен с патрубками через упругие вставки.
