某型渦輪冷卻器高空工作可靠性的研究

倪瑞林　韓 冬（沈陽(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司，遼寧　沈陽(yáng)　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(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110043）

摘要：渦輪冷卻器作為飛行器上的輔助設(shè)備，需要滿(mǎn)足飛行器的所有工作環(huán)境要求。本文以某型渦輪冷卻器作為研究?jī)?nèi)容，通過(guò)在地面模擬高空環(huán)境的方式，研究其在高空環(huán)境下工作的可靠性。

關(guān)鍵詞：渦輪冷卻器；高空試驗(yàn)；可靠性

1 引言

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

2 工作原理

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

圖1　試驗(yàn)原理圖

3 研究目的

通過(guò)在地面模擬高空環(huán)境，研究該型渦輪冷卻器能夠可靠工作的高度。

4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)原理圖如圖1所示，本試驗(yàn)包含：（1）冷源裝置；（2）高空模擬艙（虛線(xiàn)框）；（3）被試渦輪組件（虛線(xiàn)框所示）。其中冷源裝置提供試驗(yàn)所需低溫氣源。高空模擬艙提供試驗(yàn)所需的低壓環(huán)境，通過(guò)真空泵實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)選取3個(gè)典型的高度，試驗(yàn)控制參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)內(nèi)容為將被試渦輪的入口參數(shù)調(diào)節(jié)為所要求值時(shí)，記錄被試渦輪的工作時(shí)間。

5 試驗(yàn)要求

（1）試驗(yàn)臺(tái)的安裝調(diào)試在技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行；

（2）試驗(yàn)系統(tǒng)所有測(cè)量設(shè)備均在二級(jí)以上（含二級(jí)）計(jì)量部門(mén)檢定合格，并且在有效期內(nèi)使用，量程和精度滿(mǎn)足產(chǎn)品測(cè)試要求；

表1　試驗(yàn)控制參數(shù)表

表2　試驗(yàn)設(shè)備

圖2　冷源裝置圖

圖3　試驗(yàn)?zāi)M艙

表3　模擬高空環(huán)境實(shí)測(cè)值與要求值對(duì)照表

（3）所用壓力變送器的精度等級(jí)為0.1級(jí)；

（4）所用溫度變送器的測(cè)量不確定度≤0.1℃；

（5）所用氣體質(zhì)量流量計(jì)示值誤差的不確定度≤1.2%；

（6）所用轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的精度為：0.02%。

6 試驗(yàn)步驟

（1）試驗(yàn)調(diào)試前，務(wù)必保證氣源清潔，試驗(yàn)用渦輪均能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量?jī)x表指示正常。

（2）關(guān)閉閥門(mén)V4，打開(kāi)閥門(mén)V2，調(diào)節(jié)冷源裝置，使得被試渦輪組件入口溫度T3為8℃。

（3）打開(kāi)真空泵，監(jiān)測(cè)高空模擬艙壓力和溫度，使其達(dá)到71.9kPa，溫度為8℃。

（4）調(diào)節(jié)V3，使低壓艙達(dá)到所要求值時(shí)（47.18kPa、8℃），運(yùn)行穩(wěn)定5分鐘。緩慢打開(kāi)V4，監(jiān)測(cè)被試件渦輪入口的溫度及壓力，保證P3若達(dá)到（71.9kPa），記錄渦輪進(jìn)出口參數(shù)（壓力、溫度、流量），讓渦輪運(yùn)行10min～15min。

（5）該工況完成后，關(guān)閉渦輪入口閥門(mén)，進(jìn)行9km高度試驗(yàn)。

（6）調(diào)節(jié)冷源裝置，調(diào)節(jié)V3，使低壓艙達(dá)到所要求值時(shí)（30.74kPa、-14℃）。監(jiān)測(cè)被試件渦輪入口的溫度及壓力，調(diào)節(jié)V4，保證P3若達(dá)到（46.85kPa），打開(kāi)被試件渦輪的閥門(mén)，記錄渦輪進(jìn)出口參數(shù)（壓力、溫度、流量），讓渦輪運(yùn)行10min～15min。

（7）該工況完成后，關(guān)閉渦輪入口閥門(mén)，進(jìn)行12km高度試驗(yàn)。

（8）調(diào)節(jié)冷源裝置，調(diào)節(jié)真空泵開(kāi)度（增加），調(diào)節(jié)V3，使低壓艙達(dá)到所要求值時(shí)（19.33kPa、-29℃）。監(jiān)測(cè)被試件渦輪入口的溫度及壓力，調(diào)節(jié)V4，保證P3若達(dá)到（29.47kPa），打開(kāi)被試件渦輪的閥門(mén)，記錄渦輪進(jìn)出口參數(shù)（壓力、溫度、流量），讓渦輪運(yùn)行10min～15min。

（9）試驗(yàn)完畢，先關(guān)閉試驗(yàn)渦輪入口氣源閥門(mén)，再關(guān)閉冷源裝置和真空泵。

7 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表2。

8 試驗(yàn)結(jié)果

該型渦輪冷卻器在給定高度（6km，9km，12km）的環(huán)境能夠穩(wěn)定工作，工作時(shí)長(zhǎng)達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。模擬高空環(huán)境實(shí)測(cè)值與要求值對(duì)比見(jiàn)表3。

結(jié)論

實(shí)測(cè)環(huán)境條件與給定環(huán)境條件誤差在允許范圍之內(nèi)，高空模擬試驗(yàn)過(guò)程中渦輪冷卻器運(yùn)轉(zhuǎn)良好，表其在不同高空環(huán)境（6km，9km，12km）下能夠穩(wěn)定工作，可靠性良好。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：TB114

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A