DE3340516A1 - Verfahren und system zur korrektur der netto-schubmessungen in einer flugtriebwerks-pruefzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Überwachung von Luftströmungen in Flugtriebwerks-Prüfzellen und auf die Korrektur von Schubmessungen oder Schubausgleichsvorrichtungen, die darin installiert sind.

Die Hersteller von Flugtriebwerken garantieren normalerweise für die von ihnen gelieferten Gasturbinenflugtriebwerke ein Schubverhalten bei Pegeln, die äquivalent jenen sind, die im freien Raum auftreten, und dies ist die am nächsten kommende praktische Repräsentation des Verhaltens der Triebwerke, wenn sie in einem stationären Plugzeug eingebaut sind. Aus Gründen der Vereinbarung oder Notwendigkeit, beispielsweise unzuverlässige Wetterbedingungen, wird eine Demonstration dieses garantierten Verhaltens innen durchgeführt, d. h. innerhalb einer Prüfzelle. Aerodynamische Faktoren, die derartigen inneren Prüfergebnissen bei dem gemessenen Schub anhaften, sind niedriger bei inneren Prüfvorrichtungen als bei Prüfvorrichtungen im Freien, und dies erfordert eine Korrektur, um auf den Pegel zu kommen, der im Freien maßgeblich ist. Sämtliche erzeugten Triebwerke werden so geprüft, daß ihr Verhalten garantiert werden kann, bevor sie an den Kunden ausgeliefert werden.

Für Jedes Triebwerk ist es üblich.eine Innen/Außen-

Schubkorrektur anzugeben, indem ein repräsentatives Triebwerk der betreffenden Type sowohl innen als auch im Freien einem Test unterworfen wird, wodurch eine Kreuzeichung der Prüfvorrichtungen vorgenommen werden kann und die Abweichung des Schubvektors bestimmt werden kann, der erforderlich ist, um die Innenprüfergebnisse bei allen anderen Triebwerken des gleichen Typs korrigieren zu können. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei einer Modifizierung der aerodynamischen Charakteristiken des Innenprüfbettes, beispielsweise durch Änderung oder Beschädigung des Lufteinlasses oder des Auslasses der Prüfzelle, diese Kreuzeichung wiederholt werden muß. Solche Eichverfahren können große Verzögerungen mit sich bringen, beispielsweise durch ungünstige Wetterverhältnisse. Außerdem können unmerkliche Änderungen in den Charakteristiken des Innenprüfbettes nicht zugelassen werden, bis eine Wiedereichung erfolgt ist, und dies führt zu Fehlern der Schubmessung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, wodurch die Netto-Schubmessungen hinsichtlich der Gesamtschubmessungen korrigiert \?erden können, wobei ein einfaches Instrumentarium in der Prüfzelle benutzt wird und eine Kreuzeichung zwischen Innen- und Außenversuchen vermieden oder jedenfalls eingeschränkt wird, wobei Änderungen der Charakteristiken der Innenprüfzellen, die die Schubmessungen beeinflussen und die sonst unerkannt bleiben, erkennbar gemacht werden.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Korrektur der Netto-Schubmessung innerhalb einer Flugtriebwerks-Prüfzelle auf eine Gesamtschubmessung, wobei die

Prüfzelle folgende Bauteile enthält:

- einen Lufteinlaß, durch den die Luft in die Prüfzelle eintreten kann, um dem Flugtriebwerk zugeführt zu werden, wenn dieses für Prüfzwecke darinnen installiert ist;

- eine Abgasaustrittsvorrichtung, durch die die Abgase des Flugtriebwerkes zusammen mit Luft, die in die Abgase eingesaugt wurde, aus der Prüfzelle ausgestoßen werden, und

- eine Schubausgleichsvorrichtung zur Messung des Netto-Schubs Xg des Flugtriebwerkes in der Prüfzelle, wobei der Netto-Schub Xg gleich ist dem Gesamtschub X des Plugtriebwerkes minus dem Strömungswiderstand D, der eine Folge der Luftströmung in das Flugtriebwerk hinein und durch die Prüfzelle hindurch ist und wobei dieser Strömungswiderstand D die Schubkorrektur darstellt, die erforderlich ist, um die üTetto-Schubablesung Xn der Schubausgleichsvorrichtung in den Gesamtschub X umzuwandeln.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,

- daß während der Prüfung des Triebwerkes eine Hessung des statischen Druckes p^ an einer "Einlaß"-Stelle i in der Prüfzelle vorgenommen wird und daß eine Messung des statischen Druckes p_o an einer "Austritts"-Stelle e innerhalb der Prüfzelle vorgenommen wird, wobei die Stelle i stromab des Lufteinlasses und stromauf des Flugtriebwerkes liegt und die Stelle e außerhalb des

stromabwartigen Endes der vom Luftstrom bespülten äußeren Oberfläche des Triebwerkes, jedoch hierauf ausgerichtet, liegt, und

- daß der Wert D dadurch berechnet wird, daß die Messungen von p. und p_Ä in einer Punktion der Form D = f(p., ρ ) eingesetzt werden.

Die obige Punktion kann beispielsweise wie folgt ausgedrückt werden:

D =

2-

oder sie kann ausgedrückt werden wie

D =

U₁-D

wobei die verschiedenen Symbole in der beiliegenden Liste von "Symbolen und Definitionen" dargestellt und in der speziellen Beschreibung erläutert sind.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Überwachung der Luftströmung in der Prüfzelle, und dieses Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

- es wird i-zährend der überprüfung des Triebwerks der statische Druck P₁ an einer "Einlaß"-Stelle i innerhalb der Prüfzelle gemessen. Es wird der statische Druck ρ

an einer "Austritts"-Stelle e innerhalb der Prüfzelle gemessen, wobei die Stelle i stromab des Lufteinlasses und stromauf des Flugtriebwerkes liegt und die Stelle e im Abstand nach außen zum stromabwärtigen Ende der von der Luft bespülten Oberfläche des Triebwerkes auf dieses Ende ausgerichtet liegt;

- es werden die Änderungen der Messungen von p. und ρ gegenüber Xg gemessen und es werden diese Änderungen angezeigt, wenn sie außerhalb vorbestimmter Grenzbereiche der Messungen von p^ und p_e gegenüber Xg liegen, und eine solche Anzeige von Änderungen außerhalb des vorbestimmten Grenzbereiches erkennbar macht, daß die Änderungen in der Charakteristik der Luftströmungen in die Zelle hinein und aus dieser heraus so groß sind, daß schwerwiegend der Wert D der Schubkorrektur beeinflußt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein System zur Schubmessungskorrektur und/oder auf ein Luftströmungsüberwachungssystem für eine Flugtriebwerks-Prüfzelle sowie auf eine Prüfzelle, die solche Systeme aufweist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine schematische Teilschnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prüfzelle mit einem darin installierten Turbofan-Flugtriebwerk,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Sonde für den

ρλπ ORIGINAL

statischen Druck, die in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden kann,

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Abtastung und Behandlung der Druckdaten zeigt, die in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden.

Gemäß Fig. 1 ist ein Turbofan-Flugtriebwerk 1 mit hohem ifebenstromverhältnis und getrennten Koaxialdüsen 3» 5 für den ifebenstromausfluß 7 bzw. den Kerntriebwerksausfluß 9 in der Prüfzelle vorgesehen. Das Triebwerk 1 ist mit einer Einlaßeinschnürung 11 mit einem halbkugelförmigen Drahtmaschenschirm 13 ausgestattet, die zusammenwirken, •um einen glatten Lufteinsaugstrom für das Triebwerk zu schaffen und ifodurch verhindert wird, daß unbeabsichtigt Fremdkörper eingesaugt werden. Das Triebwerk wird innerhalb der Prüfzelle von einem Trägerrahmen abgestützt (dieser wird als "Schubgestell" bezeichnet und ist aus der Zeichnung nicht erkennbar). Der Trägerrahmen besteht aus Stahlholmen, die den durch die Doppelabgasströme 7 und 9 erzeugten Schub abzüglich des Luftwiderstandes, der eine Folge der Luftströmung durch die Prüfzelle ist, auf eine nicht dargestellte Schubausgleichsvorrichtung übertragen, die innerhalb einer Seitenwand der Prüfzelle angeordnet ist. Das Schubgestell und die Schubausgleichsvorrichtung sind an sich längst bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.

Die Prüfzelle selbst weist den üblichen festen Betonboden aufj ferner ein verstärktes Betondach und verstärkte Betonseitenwände 15 und 17 "und außerdem verstärkte

Betonrückwände, die nicht dargestellt sind. Die Front der Zelle weist mehrere Reihen von Lärmschutzplatten 19 auf, von denen nur eine Reihe dargestellt ist. Durch diese Lärmschutzplatten saugt das Triebwerk 1 Luft aus der Atmosphäre an. Der rückwärtige Teil der Zelle weist einen Abgassammelkanal 21 auf, der über eine Abgasfrequenzverstimmvorrichtung (nicht dargestellt) nach der Atmosphäre führt.

Die strichlierten Pfeile zeigen einige Moden der Luftströmung in der Zelle. Die Strömungslinien 23 sind der Luftströmung nach dem Einlaßtrichter 11 des Triebwerkes zugeordnet. Die Luft wird durch den nicht dargestellten Fan des Triebwerkes 1 beschleunigt und ein Hauptteil tritt durch den Triebwerksnebenstromkanal direkt in die Nebenschlußdüse 3 ein und wird als ringförmiger Abgasstrom 7 ausgeblasen. Ein kleinerer Anteil tritt durch den Kompressor, die Verbrennungseinrichtung und die Turbine des Kerntriebwerks hindurch und die Verbrennungsprodukte treten als Kernabgasstrom 9 aus. Wenn die Strömung in den Sammelkanal 21 eintritt, dann zieht der Abgasstrom 7 weitere Luft mit sich, die durch die Stromlinien 25 gekennzeichnet sind. Wenn diese "überschüssige" Luft 25 nicht zum Einsaugen mit dem Abgasstrom verfügbar wäre, dann würde das Triebwerk einen Niederdruckbereich um den Einlaßtrichter 11 erzeugen und dieser würde eine Rezirkulation der Abgase zurück nach dem Einlaß bewirken und die Meßwerte des Triebwerks 1 beeinträchtigen.

Wie bei Flugtriebwerks-Testzellen üblich, wird das Triebwerk 1 mit einem Luftmesser 27 ausgestattet, der lediglich eine kurze Länge eines parallelseitigen Kanals

umfaßt, dem Luft aus dem Einlaßtrichter 11 zugeführt wird und aus dem die Luft direkt in den Fan geschickt wird. Der Gesamtluftdruck und der statische Luftdruck innerhalb des parallelseitigen Kanals werden gemessen, um die Massenströmung der Luft nach dem Triebwerk 1 ableiten zu können.

Gemäß der Erfindung wird der statische Druck der Luftströmung durch die Prüfzelle an zwei Stellen gemessen, nämlich in einer Einlaßebene i durch eine Drucksonde 29 und in einer Auslaßebene e durch eine Drucksonde 31· Die Ebene i liegt genügend weit stromauf des Triebwerks, um eine merkliche Stromlinienkrümmung infolge des Einströmens der Luft in den Einlaßtrichter 11 zu vermeiden, und außerdem genügend weit stromab der Schalldämpferplatten 19? um die Möglichkeit zu schaffen, die schlechtesten ungleichförmigen Strömungsbedingungen, die durch den Durchtritt der Luftströmung durch die Dämpfungsplatten erzeugt werden, abzusenken. Die Ebene e liegt an der Austrittsebene der Kebenstromdüse 3 oder ein kurzes Stück stromauf hiervon, um im wesentlichen alle Luftwiderstandsverluste in Rechnung stellen zu können, die eine Folge der Strömung der über das äußere Gehäuse des Triebwerks 1 eingesaugten Luftströmung 25 sind.

Die Drucksonden 29 und 31 stehen beide starr von der Wand 17 der Prüfzelle rechtwinklig zur Vertikalebene durch die Mittellinie des Triebwerks 1 vor und erfassen den statischen Druck der Luftströmung unter dem Einfluß der Grenzströmung 33? die an der Wand mit sich vergrößernder Dicke nach dem hinteren Ende der Zelle anhaftet. Die Sonden 29 und 31 sollten abwechselnd von den gegenüberliegenden

Wänden der Prüfzelle, der Decke oder sogar vom Boden vorstehen, wenn dies möglich ist, Jedoch sollten sie alle auf die Mittellinie des Triebwerks ausgerichtet sein.

Die Drucksonden 29 und 31 werden auch als "Pfeffertöpfe" bezeichnet und jede Sonde umfaßt eine hohle zylindrische Büchse 35 (Pig· 2), deren kreisförmige Enden 36a, 36b nur aus Blechscheiben bestehen, deren zylindrische Blechflanken jedoch mit einer großen Zahl von Perforationslöchern 37 ausgestattet sind, die gleichförmig in Umfangsrichtung und in Längsrichtung angeordnet sind. Das innere Volumen einer jeden Büchse 35 steht mit einem Rohr 38 in Verbindung, das nach einem nicht dargestellten Druckwandler führt, der den statischen Druck innerhalb der Büchse mißt. Der statische Druck in den Büchsen 35 stellt eine sehr gute Annäherung an den wirklichen statischen Druck der Luftströmung außerhalb der Sonde dar, außer wenn er unerwünschten Fluktuationen unterworfen ist. Um diese Fluktuationen des Druckes innerhalb der Büchsen 35 zu vermeiden, weisen die Rohre 37 jeweils eine Drosselstelle auf (beispielsweise über einen Meter mit 0,75 mm Innendurchmesser eines Injektionsrohres) und ein Reservoir (von beispielsweise 900 cnr Fassung) auf, um zu verhindern, daß die Druckwandler mit der Zeit Durchschnittsdruckwerte liefern. Die Zeit, während der die Durchschnittsbildung erfolgt, muß natürlich lang genug sein, um die Wirkungen der Druckfluktuationen auf unwichtige Abschnitte zu reduzieren, die kurz genug sind zu gewährleisten, daß die Triebwerksprüfung gemäß der Erfahrung und während einer Zeitdauer durchgeführt wird, während der der Triebwerksausgleichsschub einen Durchschnittswert besitzt.

In Fig. 1 wird der statische Druck ρ ^ in der Ebene i, der durch die Pfeffertopfsonde 29 gemessen wird, mit p. bezeichnet, und der statische Druck ρ in der Ebene e, der durch die Pfeffertopfsonde 31 gemessen wird, ist mit ρ

bezeichnet.

Wie oben erwähnt, ist der Schub des Triebwerks, wie er beim Prüflauf in der Prüfzelle am Schubausgleich gemessen wird, unterschiedlich von dem wirklichen Schub, der erlangt würde, wenn das Triebwerk im Freien geprüft würde. Dies ist eine Folge der Schleppwirkungen, weil die Luftströmung durch die Prüfzelle entgegen dem Schub des Triebwerks wirkt. Wenn demgemäß X-^ der Schub ist, der am Schubausgleich der Prüfzelle gemessen wird, dann ist X der wirkliche, im Freien auftretende Schub und D ist der Widerstand infolge der Luftströmung durch die Prüfzelle. Daher wird

= X - D (1)

D enthält den Widerstandswert infolge der Stauwirkung, wenn die Luftströmung 23 in die Einlaßabschnitte 11, 13 und 27 des Triebwerks 1 eintritt. Außerdem enthält D den Widerstand infolge der eingesaugten Luft 25» die über den äußeren Gehäusen des Triebwerks abfließt. Außerdem enthält D den Widerstand der Einlaßteile und des Schubgestellaufbaus, durch den das Triebwerk 1 vom Schubausgleich getragen wird, und außerdem umfaßt der Wert den Widerstand infolge der Druckdifferenz zwischen den Ebenen i und e. Der Wert D umfaßt weiterhin ein parasitisches Widerstandselement, welches eine Folge der Scherwirkung

in der Zeilwandungsgrenzschicht und der Luftströmung um die Gegenstände in der Prüfzelle ist und von denen im Triebwerk und dem Schubgestell verschieden ist. Diese parasitischen Widerstände sollten im Idealfall in Betracht gezogen werden, um eine wirklichkeitsgetreue Korrektur vorzunehmen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß in der Praxis diese parasitischen Widerstände nur einen kleinen Bruchteil eines Prozentsatzes des Schubes eines großen Turbofantriebwerks darstellen und demgemäß vernachlässigt werden können.

Um den statischen Druck, der durch die Pfeffertopfsonden 29 und 31 gemessen wird, zu benutzen, um den Wert der Innen/Außen-Schubkorrektur abzuleiten, der durch D charakterisiert ist und für die gewählte Prüfzelle gilt, ist es notwendig, die mathematische Beziehung zwischen D und den statischen Drücken in den Ebenen i und e abzuleiten. Diese Beziehung kann ausgedrückt werden als:

D = £(Ρ_±, P₈) (2)

Innerhalb zulässiger Genauigkeitsgrenzen sind dabei P-! = P-;-r-v und P_Q = P^- Dies kann durch das folgende Verfahren erreicht werden:

Schritt 1: Es kann eine Pitot-Statik-Druckmessung der Prüfzellenluftströmung in den Ebenen i und e vorgenommen werden, während ein bestimmtes Triebwerk bei festgelegten Druckwerten überprüft wird, die repräsentativ sind für den Schubbereich, der garantiert werden muß.

Schritt 2; Für Jeden, gewählten Schubwert sind die Ergebnisse der Pitot-Statik-Drucküberwachung zu benutzen, um einen genauen Momentenausgleich der Prüfzellenluftströmungen durch die Ebenen i und e zu bewirken.

Schritt 5: Es wird eine Momentenausgleichsgleichung aufgestellt, die spezifisch für die Prüfzelle ist.

Schritt 4: Es werden die Werte von D für jeden gewählten Schubwert abgeleitet, wobei der Momentenausgleich benutzt wird, der bereits in den Schritten 2 und 3 abgeleitet wurde, und es erfolgt eine Überkreuzprüfung der Werte von dem so abgeleiteten D-Wert, indem das Triebwerk an einer Teststelle im Freien unter gewählten Schubbedingungen überprüft wird, und es wird dann der Unterschied zwischen den Schubwertmessungen innen und im Freien notiert. Dies ist ein wahlweise durchzuführender Schritt, um sicherzugehen, daß die Werte von D über den interessierenden Schubbereich genau aus Luftströmungsmessungen in der jeweiligen Zelle abgeleitet werden können, die hierbei gewählt wurde.

Schritt 3 - Es wird die Momentenausgleichsgleichung, die in dem Schritt 2 gewonnen wurde, benutzt, um einen Ausdruck abzuleiten, der D nur in Ausdrücken von p. und ρ wiedergibt (d. h. Gleichung 2). Dieser Ausdruck kann dann benutzt werden, um Schubkorrekturen für andere Triebwerke mit gleichen Normwerten zu liefern, wenn sie in der gleichen oder einer ähnlichen Prüfzelle überprüft werden.

Im folgenden werden gewisse Einzelheiten der Schritte 1 bis 5 unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel und

das erfindungsgemäße System in der tatsächlichen Prüfzelle untersucht. Fig. 1 soll dabei wieder die Auslegung der Prüfzelle repräsentieren.

Beispiel

(a) Pitot-Statik-Drucküberwachung der Luftströmung in den Ebenen i und e

Die präzise Lage der Ebene i wurde durch die einander zuwiderlaufenden Erfordernisse bestimmt, weit genug stromauf der Einlaßeinschnürung 11 zu sein, um eine Krümmung der Stromlinien 23 zu vermeiden, und weit genug stromab der Dämpfungsplatten 19 zu sein, um ihre Wellen zu vermeiden. Da die Wirkung der Stromlinienkrümmungen auf Druckmessungen abgeschätzt oder gemessen werden kann, war das letztgenannte Erfordernis das vorherrschend wichtige.

Die präzise Positionierung der Ebene e wurde durch die Notwendigkeit diktiert, den Gesamtwiderstand infolge der Strömung der eingesaugten Luft 25 über die äußere Oberfläche des Triebwerks 1 in Betracht zu ziehen.

Im Idealfall sollte eine ins einzelne gehende Überwachung der Pitot-Statik-Drücke in beiden Ebenen durchgeführt werden, um das Moment der Luftströmung in beiden Ebenen für die verschiedenen Triebwerksschübe kennenzulernen, jedoch war dies für die Ebene e nicht möglich, da die Prüfzelle an dieser Stelle für aerodynamische Störungen anfällig war und die Luftströmung Störungen unterworfen

war. Dieses Problem wurde, wie später erläutert, gelöst.

Die Pitot-Statik-Drucküberwachung wurde unter Bezugnahme auf eine feste Matrix von Meßstellen in den Ebenen i und e vorgenommen und die gleichen Gruppen von Messungen wurden für jeden gewählten Schubwert des Triebwerks abgenommen. Die Drücke p. und ρ wurden bei jeder Schubeinstellung in der Pitot-Statik-Drucküberwachung gemessen. Hierdurch konnte eine mathematische Beziehung zwischen

den Drücken p. und ρ_Λτ^ aufgestellt werden, beispielsweizp ep

se durch graphische Darstellung, und dies ist notwendig, um eine Abweichung der Prüfzellen-Momentenausgleichsgleichung feststellen zu können, wie dies später erläutert wird. Zusätzlich wurde der Druck p. als statischer Bezugsdruck benutzt, um Überwachungsmessungen durchführen zu können, wie dies später erläutert wird, und deshalb wurden die Messungen an jeder Meßstelle aufgezeichnet. Das Pitot-Statik-Drucktneßsystem war in geeigneter Weise in dem gleichen Ausmaß wie die Pfeffertopfsonden 29 und 31 gedämpft, um Druckfluktuationen zu glätten, die infolge von Hochfrequenzturbulenzen in der Luftströmung auftreten können. Es konnte dann die Annahme gemacht werden, daß Änderungen in den Druckmessungen nur durch die Niederfrequenzänderungen in Geschwindigkeit und Schub des Triebwerks verursacht wurden, vorausgesetzt, daß die Fluktuationen, die durch Querwinde verursacht werden, die den Prüfzellen-Lufteinlaß stören, eliminiert werden können und daß auch Frequenzverstimmungen vermieden werden können, indem unter relativ günstigen Bedingungen gemessen wird.

Um die Matrix von Meßstellen schnell bedecken zu können,

wurde eine Zahl von Pitot-Statik-Sonden auf einem horizontal verlaufenden Träger montiert und der Träger wurde dann quer in der jeweiligen Ebene auf- und niederbewegt. Es wurde nur ein Druckwandler benutzt und die Druckabzapfungen von den Sonden wurden einem elektrisch abgetasteten Ventil zugeführt, das den Wandler mit den Drücken jeder Sonde nacheinander versorgte. Dieses Verfahren kann weiter vereinfacht werden, wenn die Zellenluftströmung symmetrisch um die vertikale Mittelebene der Zelle verläuft, die natürlich mit der Mittellinie des Triebwerks bzw. der Achse des Triebwerks zusammenfällt. Dann brauchen die Messungen nur auf einer Seite der Zelle durchgeführt zu werden.

Eine geeignete Versuchsdurchführung zur Pitot-Statik-Drucküberwachung ist die folgende:

(I) Es wird der Querträger an einer vorbestimmten vertikalen Stelle angeordnet.

(II) Es wird das Meßsystem mit einem bekannten Bezugsdruck (beispielsweise Totgewicht) und dem Druck Null geeicht.

(III) Es wird das Triebwerk langsam auf eine gewählte Schubeinstellung beschleunigt.

(IV) Man läßt das Triebwerk und alle Prüfzellenströmungen sich stabilisieren, und dies kann innerhalb von vier Minuten geschehen. Dann werden statische Druckmessungen und andere erforderliche Messungen vorgenommen, beispielsweise Luftmesser-Messungen und statische Druckmessungen von p. und Ρ_ΘΏ·

(V) Es werden die Schritte (III) und (IV) für andere gewählte Schubeinstellungen wiederholt.

(VI) Es werden alle Schritte für sämtliche Stellungen des Querträgers wiederholt.

Die Pitot-Messung (Gesamtmessung) und die statische Druckmessung während der Überwachung waren absolut, wobei Messungen der Differenzen von Umgebungsdruck erforderlich waren. Jede Überwachungsdruckmessung wurde daher von dem Wert des Umgebungsdruckes abgezogen, der gleichzeitig gemessen wurde, um einen relativen Druck ^p (statisch) oder (insgesamt) zu erhalten. Das heißt:

und

= P₀ ~ P (3)

Ap = p_o - P

Dabei ist: ρ der Umgebungsdruck

ρ die überwachte Druckmessung P der überwachte Gesamtdruck.

Die überwachte Druckmessung wurde während des Laufs des Triebwerks gemacht, und zx-rar unter nominell stetigen Bedingungen, die sich jedoch in Wirklichkeit etwas änderten. Deshalb wurde jede Überwachungsdruckmessung in gevrisser Weise durch Faktoren "normalisiert", die mit einem Bezugsdruck multipliziert wurden.

Bei Benutzung dieses Systems der Normalisierung der

Pitot-Werte (Gesamtdruck) und statischer Druckwerte durch Multiplikation mit einem Bezugsdruck konnte man annehmen, daß d"\e Beziehung zwischen den Änderungen in den Zelldrücken und den Änderungen in den Triebwerkslaufbedingungen, die die Druckänderungen verursachten, an allen Punkten in einer bestimmten Querschnittsebene des Bettes gleich waren xxaä sich nicht mit der Zeit änderten. Diese Annahme hat zur Folge, daß sämtliche statische Drücke, die in dem Bett gemessen werden, als proportional zueinander angesehen werden können und daß die Beziehung zwischen Schub und Prüfzellendruck eine sehr einfache Beziehung ist, die nur Änderungen in der Triebwerksströmung und der eingesaugten Strömung benutzt.

Jede statische Druckmessung von einer Pitot-Statik-Sonde wurde dadurch normalisiert, daß sie mit dem Verhältnis des Bezugswertes des statischen Bezugswertes zum Bezugswert des statischen Druckes multipliziert wurde, welch letztere längs des überwachten Druckes gemessen wurde, wobei überwachte Drücke und Bezugsdrücke zunächst in Relativdrücke gemäß der obigen Gleichung (3) umgewandelt wurden. Demgemäß ist:

(5)

Dabei ist: ρ der statische Bezugsdruck, der im

vorliegenden Beispiel wie oben erwähnt als Pj identifiziert wird, und

B^edeutung von sämtlichen Bezugswerten, gemessen bei einem speziellen Schubpegel durch die Sonde 29 während der Überwachung.

Die überwachten Gesaratdruckmessungen wurden ebenso dadurch normalisiert, daß sie auf die statischen Bezugsdruckmessungen bezogen wurden. Die Strömung in die Prüfzelle hinein und durch die Prüfzelle hindurch ist jedoch Gesamtdruckverlusten unterworfen und diese Verluste ändern sich gemäß der Lage innerhalb der Zelle. TJm diese Verluste in Rechnung zu stellen, kann ein örtlicher Druckverlustkoeffizient \ für jede Stelle in der Prüfzelle definiert werden:

X = (p_o-p)/(p-p)

WextXL man die Gleichungen (3) und (4) benutzt, ergibt dies:

und demgemäß wird

Daraus folgt, daß

^ 'normalisiert ~ ^*⁵'normalisiert

Aus den Gleichungen (5) und (6) ersetzt, ergibt sich
normalisiert

Momentausgleich der Prüfzellenluftströmung durch die Ebenen i und e

Nachdem einmal die Pitot-Statik-Überwachung der Zellenluftströmung in den Ebenen i und e vollendet war, wurden die normalisierten Gesamt- und Statikdruckmessungen benutzt, um einen Momentenparameter (vergleiche unten) für alle Luftströmungen an allen Meßpunkten der Überwachung zu erhalten. Tatsächlich wurde festgestellt, daß eine betriebssichere Pitot-Statik-Uberwachung aller Punkte in
der Ebene e nicht möglich war, wie dies oben erwähnt wurde, und deshalb wurde der Momentenparameter für jeden
Einzelraeßpunkt nur in der Ebene i bestimmt; in der Ebene e wurde das Moment der gesamten Luftströmung aus der
Strömungskontinuität und den Messungen von ρ durch die Pfeffertopfsonde 31 während der Überwachung in der Ebene i gemessen.

Wie bekannt, ergibt sich der Gesamtimpuls oder das Moment I eines Luftstromes, der sich mit einer Mach-Zahl von Nr. Mjt durch eine Ebene der Querschnittsfläche A bei einem
statischen Druck ρ bewegt, durch:

I = Ap(I₊^M_n ²) (8)

Dabei ist ν das Verhältnis der spezifischen Wärmen der Luft "bei konstantem Volumen und konstantem Druck. Der Impuls pro Flächeneinheit (I₀) ergibt sich daher durch:

Wie- bekannt, ist:

Dabei ist T die Gesamttemperatur der Luft am Meßpunkt und t ist die statische Temperatur der Luft am Meßpunkt. Es wird dann

T/t = (P/p)fy~'^l)// (10)

Daher wird:

Daraus ergibt sich, daß die Gleichung (11) in die Gleichung (9) umgeformt werden kann, um I_Q in Ausdrucken von gesamten Totalstatikdrücken zu liefern, unter der Annahme Ϋ= 1,4. Unter Benutzung der normalisierten Druckmessun-

a ° -(Av')

gen wurde P/p ersetzt durch -^o γ* -^normalisiert und

normalisiert

I wurde für jeden (Jberwachungsmeßpunkt der Ebene i bestimmt.

Um das Gesamtmoment I^ der Luftströmung durch die Ebene i bei jedem gewählten Triebwerksschub zu berechnen, nahm man an, daß die Charakteristiken der Luftströmung an jedem Heßpunkt repräsentativ waren für die Charakteristiken eines Elementes des durch den Einflußbereich strömenden Luftstroms, bezogen auf den Meßpunkt und diesen umgebend, wobei die Seiten eines jeden Einflußbereiches glatt in die Seiten der benachbarten Einflußbereiche gemäß einem Honigwabenaufbau oder einem ähnlichen Fetzwerk übergehen. Das Moment des Luftstromelementes durch einen Einflußbereich wurde demgemäß berechnet, indem I mit der Fläche des Einflußbereiches multipliziert wurde, und das Gesamtmoment I- des Luftstroms durch die Ebene i wurde durch Aufsummierung der Momente aller LuftStromelemente erreicht.

Es muß in diesem Zusammenhang berücksichtigt werden, daß in dem oben erwähnten Fall, wo es als zulässig angesehen werden konnte, Pitot-Statik-Quermessungen nur auf einer Seite der Zelle durchzuführen, die Querdaten für jedes Luftstromelement so behandelt werden können, wenn sie nicht nur ihren Einflußbereich repräsentieren, sondern alle spiegelbildlich auf der gegenüberliegenden Seite der Zelle liegen.

Wie oben erwähnt, hat sich die Ebene e als aerodynamisch gestört erwiesen, so daß die Pitot-Statik-Überwachungsdaten für die Ebene e nicht als zuverlässig angesehen werden können. Dieses Problem wurde jedoch gelöst, indem

zuerst die Massenströmung der eingesaugten Luft 25 durch die Ebene e einfach dadurch erhalten wurde, daß die
Massenströmung der Luft 23 durch das Triebwerk (gemessen mit dem Meßgerät 27) von der Gesamtmassenluftströmung PJ abgezogen wurde und die Luft 25» berechnet aus der Pitot-Statik-Überwachung der Ebene i. Zweitens wux'de der

Statikdruck ρ , der durch die Sonde 31 bei jeder Schubep

einstellung gemessen wurde, in Verbindung mit den Massenströmungsdaten dazu benutzt, einen Mittelwert für den Gesamtdruck P der Luftströmung in der Ebene e zu erhalten, und hieraus könnte das Gesamtmoment I der eingesaugten Luft 25 über der Ebene e berechnet werden, indem man die Gleichungen (11) und (8) heranzieht.

Ein genauer experimentell abgeleiteter Momentenausgleich zwischen den Ebenen i und e konnte dann für jeden Schubpegel hergestellt werden, und dies ist die Änderung der Momente I.-I₀ und dies ist die Schubkorrektur D.

(c) Ableitung der MomentenausgleichsKleichunp;, die für die Prüfzelle spezifisch ist

Der Gesamtimpuls oder das Moment I einer inkompressiblen Luftströmung mit der Gesamtmassenströmung M, der Geschwindigkeit V und der Querschnittsfläche A sowie dem
statischen Druck ρ ist gegeben durch

I = MV + Ap

Wenn die Dichte der Luft gleich p ist, dann wird

BAD

(12) Für eine inkompressible Strömung ergibt sich:

P/o = p/fc+V²/2, d. h- V² = 2(P-p)/j (13)

Wenn man die Gleichung (13) in. Gleichung (12) einsetzt, ergibt sich:

I = 2A(P-p)+Ap = A(2P-2p+p) Wenn nun ρ -P = Z\P und ρ -p = /Vp, wobei ρ den Umge-

wenn riuij. P_n~~^r =ii-^r uuj-u P_n-JJ ^:

bungsdruck darstellt, dann wird

1-1/Ap₀ - 2/}P/p_o-dp/p_o

Es ist üblich, anzunehmen, daß die Luftströmungen inkompressibel sind, vorausgesetzt, daß ihre Geschwindigkeiten den Wert von etwa 60 m/sec nicht überschreiten. Da die Luftströmungen in der Prüfzelle unter diesem Wert blieben, kann die Gleichung (14·) angewandt werden für die Lfberwachungsdaten des Pitot-Statik-Druckes. Daher ergibt sich für die Einlaßebene i:

I=I. der Gesamtimpuls(moment) des LuftStroms in der Ebene i,

BAD OBIGINAL

A=A. die Fläche der Ebene i,

P = T, der mittlere Gesamtdruck der Luftströmung in der Ebene i, und

ρ = p. der statische Druck der Einlaßebene -

Demgemäß kann die Gleichung (14) wie folgt geschrieben werden:

^Λ "Wo =
Dabei ist: ^P^ = P₀-

= P₀-P₁ .

Es wurde festgestellt, daß Verluste in der Luftströmung infolge des Durchtritts durch den Prüfzelleneinlaß 19 auftreten. Diese wurden in Rechnung gezogen, indem ein Einlaßverlustkoeffizient }. benutzt wurde, wobei

Indem man Δ^α in der Gleichung (15) ersetzt, ergibt sich;

(17)

Danach könnte \· aus den Pitot-Statik-Überwachungsdaten berechnet werden. Es hat sich gezeigt, daß ein Wert von Jl₁ die Gleichung (17) über den gesamten Prüfarbeitsbereich des Triebwerks befriedigt.

Der nächste Schritt bei der Erlangung einer Impulsausgleichsgleichung, die speziell für die Prüfzelle gilt, besteht darin, einen Ausdruck abzuleiten, der die gesamte Massenströmung M₁ der Luft durch die Ebene i in Ausdrucken des statischen Druckes P₁ in der Einlaßebene i liefert. Inkompressibilität bedeutet M. = Konstante·χ v/P.-p,¹.

Wenn die Konstante = K₁ ist und wenn sie so gewählt ist, daß sie irgendwelche Beziehungen zwischen P₁ und P₁ einschließt, und die Mittelwerte von Pj und P₁ so gewählt sind, daß M. sich ergibt, dann wird

^Mi ⁼

Unter Benutzung der Gleichung (16) kann diese Gleichung wie folgt geschrieben werden:

Wenn \. unter Benutzung der Gleichung (1?) und der Überwachungsergebnisse berechnet worden ist, könnte auch K. aus den Uherwachungsergebnissen für M. und p. berechnet werden. Es hat sich gezeigt, daß ein Wert von K^ die Gleichung (19) über den gesamten Prüfarbeitsbereich des Triebwerks erfüllt.

Es wurde nunmehr notwendig, einen Ausdruck abzuleiten, der die gesamte eingesaugte Massenströmung M der Luft durch die Ebene e in Ausdrucken des statischen Druckes p. in der Einlaßebene wiedergibt. Wiederum ist:

= Konstante VP^P

Wenn die Konstante gleich K ist und herangezogen wird, ■um irgendwelche Beziehungen zwisehen P und ρ und ihren Mittelwerten zu bestimmen, um M zu liefern, dann wird:

(20)

Bie inneren Verluste der eingesaugten Luftströmung beim Verlassen der Einlaßebene i und beim Durchlaufen bis zur Ebene e wurden dadurch in Betracht gezogen, daß ein innerer Verlustkoeffizient X definiert wurde, wobei:

Unter Benutzung der Gleichung (16) ergibt sich:

was sich auf

AP

⁽²¹⁾

vereinfachen läßt.

Der Wert von ) kann auf diese Weise aus den Überwachungsdaten bestimmt werden, die sich auf P und beziehen, welche bereits bekannt sind.

Aus der Gleichung (21) ergibt sich:

Daher kann die Gleichung (20) wie folgt geschrieben wer den:

Der Wert von K kann so aus den Oberwachungsdaten abgeleitet werden und ) und J. wurden bereits berechnet.

Das Moment I . der eingesaugten Luft wurde aus den Überwachungsdaten berechnet, wie bereits erwähnt, und ebenso in der folgenden Weise:

I = Gesamtmoment in der Ebene e.

Die Luft soll als inkompressibel angesehen werden

Ve

Dabei ist Mj die kombinierte Massenströmung der Schubstrahlen (Nebenschlußströmung plus Turbinenabgasströmung) und

Vj die mittlere Geschwindigkeit der Schubstrahlen, so daß Mj Vj den Gesamtschub der Schubstrahlen darstellt« Demgemäß wird infolge der Inkompressibilität:

I_e. - A_{iPe +} M_eV_e (23)

Durch Analogieschluß mit der Gleichung (8) ergibt sich:

Dabei ist Aj die kombinierte Querschnittsfläche der Schubstrahlen.

Demgemäß wird:

V -

Außerdem ergibt sich unter Benutzung der Gleichung (23) und der Gleichung (13):

Durch Teilung durch A. ergibt sich

Aus den Gleichungen (3) und (4-) ergibt sich:

und

P_e =

Daher wird I_e./A_± -

_e./A_±

= Ρ_Ο-24Ρ_Θ

Setze (^i^-Aj)ZA₁ = A'_t dann dividiere durch ρ und triff die Anordnung wie folgt:

» 2Α·4ρ_θΖρ_ο-(2Α'-ίMp₆Zp₀ (25)

Aus den Gleichungen (2.5) und (21) ergibt sich

Demgemäß wurde für die betreffende betrachtete Prüfzelle die mathematische Beziehung zwischen den Werten p. und

ρ bereits während der Pitot-Statik-überwachung festge-"P

stellt und die Gleichung (26) kann dann benutzt werden, um Werte des eingesaugten Strömungsmomentes zum Vergleich mit jenen Werten zu liefern, die aus den Überwachungsdaten berechnet wurden. Hierdurch wird die Sicherheit erlangt, daß die Schritte bei der Ableitung einer Mornentenausgleichsgleichung für die Prüfzelle richtig sind.

Die Gleichung (26) kann ebenso in Ausdrucken von M geschrieben werden. Die gesamte eingesaugte Massenströmung der Luft durch die Ebene e ergibt sich unter Benutzung der Gleichung (22) wie folgt:

(27)

Der letzte Schritt bei der Ableitung der

Momentenausgleichsgleichung kann nunmehr aus der Gleichung (1) gewonnen werden:

D - X - X_B

Nunmehr wird X=I-I ,

Daher ergibt sich:

- I_e, (28)

Dies ist die Änderung des Impulses (Momentes) von der Ebene i nach der Ebene e. Wenn man die Gleichung (28) in einer Form schreibt, bei der die Gleichungen (27) und (17) benutzt werden, ergibt sich:

²l (29) Dies ist die erforderliche Momentenausgleichsgleichung.

BAD ORIGINAL

(d) Ableitung von D für jeden gewählten Schubwert und kreuzweise Überprüfung mit Überwachungs- und Schubaus gleichmessungen

Die Gleichung (29) wurde benutzt, um D für die gewählten Schubwerte zu berechnen. M ist aus der Gleichung (22) verfügbar, wenn man die sich ergebende Beziehung zwischen den Werten von p^ und ρ benutzt. Die so für D erhaltenen Werte werden mit den Momentenänderungswerten zwischen den Ebenen i und e verglichen, die von den Pitot-Statik-Überwachungsdaten erhalten werden, wie im einzelnen unter (b) ausgeführt. Außerdem erfolgt ein Vergleich mit der Differenz zwischen den tatsächlichen Innen- und Außen-Schubausgleichsmessungen, wie oben unter Schritt M- erwähnt. Es hat sich gezeigt, daß die Werte von D, die durch die drei Verfahren erlangt wurden, innerhalb annehmbarer Grenzwerte übereinstimmen.

(e) Ableitung der Gleichung, die D in Ausdrücken nur von p. und ρ liefert

Oberflächlich betrachtet, erfordert die Berechnung von D in der Gleichung (29) nur die Kenntnis von /Ip. und erfordert nicht Λρ_Ω? das durch \ und Μ_Λ ersetzt wurde. Der θ e e

Ausdruck J) kann jedoch keine v/irkliche Konstante sein, wenn beispielsweise eine Änderung in der AbgasabStimmung (nicht in ¥ig. 1 dargestellt, aber mit dem Abgassammelkanal 21 verbunden) eine Änderung von M erzeugt, da im Falle einer Änderung von M /M₁. das Ausmaß der Expansion in der Fläche von M sich von der Ebene i nach der

Ebene e ändern würde, und dies ist einer der Faktoren, die den Wert von X beeinflussen. Hieraus ergibt sich,

daß es zweckmäßig ist, die Gleichung (29) zu schreiben, um ,1 zu entfernen, und wenn die Gleichung (22) benutzt

wird, um dies zu verwirklichen, dann zeigt sich, daß ein Ausdruck in Form der Gleichung (2) erhalten wird. Wenn man die Gleichung (22) umformt, ergibt sich

Wenn man dies in die Gleichung (29) einsetzt und vereinfacht, erhält man die Gleichung

D = A_i[Z\p_e-Z\p_i(4-i)/a_i+1)-2(1-A')M_e ²/K_e ²J (30)

Das Beispiel zeigt, daß die Schubkorrektur B entweder durch die Gleichung (30) oder die Gleichung (29) ausgedrückt werden kann und daß M durch Berechnung von M. aus der Gleichung (19) und durch das Wissen erlangt werden kann, daß M die Differenz zwischen M. und der Massenströmung der Luft in den Einlaß des Triebwerks ist, gemessen durch den Luftmesser 27· Die Gleichung (30) ermöglicht jedoch, daß der Wert der Innen-Außen-Schubkorrektur D nur vom Wissen der statischen Drücke p- und ρ erhalten werden kann, die durch die Pfeffertopfsonden 29 und 31 gemessen werden, und dies macht eine direkte Überwachung der Schubkorrekturen möglich_r die bei einer Triebwerksprüfung im geschlossenen Raum erforderlich sind, und nachdem die benutzte Prüfzelle einmal in der beschriebenen Weise geeicht ist, kann leicht ein

3340518

Vergleich durchgeführt werden. Der Anteil der im Freien erforderlichen Prüfungen zur Kreuzeichung zwischen Innen- und Außenmessung wird demgemäß auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Die Genauigkeit und die Schubmessungen werden vergrößert im Vergleich mit Prüfungen im Freien, weil letztere größeren Fluktuationen unterworfen sind, wenn eine Schubmessung durchgeführt wird, weil hier durch Wind eine Verfälschung der Ergebnisse eintreten kann.

Eine Überwachung der statischen Drücke innerhalb der Prüfzelle in den Ebenen i und e ergibt einen weiteren Vorteil, der von der Tatsache herrührt, daß p. und ρ

ip ep

nicht nur von dem Schub abhängen, der von dem zu prüfenden Triebxirerk erzeugt wird, sondern auch von der Bedingung des Prüfzellen-Lufteinlaßsystems, der Abgasverstinimvorrichtung und dem Ausmaß der Drosselung der Luftströmung durch die Prüfzelle.

So zeigt die Gleichung (19) für die Ebene i, daß Änderungen in p. bei einem festen Pegel von Gesamtschub nur durch Änderungen in M. oder JL verursacht werden können, die die Strömungscharakteristiken des Prüfzellen-Lufteinlaßsystems wiederspiegeln. Es kann jedoch mit Sicherheit angenommen werden, daß nicht merkbare Änderungen in der Prüfbett-LuftStrömungscharakteristik die Massenströmung der Luft nach dem Triebwerk bei einem gegebenen Gesamtschubpegel nicht wesentlich verändern und daher jede Änderung in M., die Massenströmung der Luft durch die Einlaßebene i bei einem gegebenen Gesamtschub X nur durch eine Änderung von M verursacht werden können, d. h. durch die Änderung der Gesamtmassenströmung durch die Ebene e. Es ist daher möglich zu sagen, daß die

Änderungen in p. Änderungen in M und \. anzeigen.

In gleicher Weise kann für die Austrittsebene e die Gleichung (22) benutzt werden, um zu zeigen, daß bei einem gegebenen Wert von /Jp₁. (M und }. werden durch Beobachtung von p. überwacht, um zu gewährleisten, daß diese sich im wesentlichen nicht ändern) die Differenz zwischen den beiden Drücken p_- und p. nur durch Änderungen in X beeinflußt wird. So ergibt sich aus der Gleichung (22):

4p_e -

Durch die Gleichung (3) und die obige Gleichung ergibt sich:

Aus den obigen Betrachtungen ergibt sich, daß eine Überwachung der Drücke p^ und ρ aus den Sonden 29 und 31 eine Überwachung der Änderungen von M . ), und } bewirkt. Normalerweise ändern sich für einen gegebenen Schubpegel diese Charakteristiken der Prüfzelle nicht, so daß p. und ρ sich nicht außerhalb gewisser Grenzwerte gegenüber X_ß (dem gemessenen Schub des Triebwerks) ändern, und die Schübkorrektur D, die aus der Gleichung (30)

abgeleitet wird, ist gültig. Wenn der Lufteinlaß- oder der Abgasverstimmer jedoch beschädigt wird oder teilweise blockiert wird, oder wenn die Prüfzelle mit zusätzlichen Einrichtungen in unerwünscht ei" Weise gestört wird, dann ändern sich 2.. , J oder KL und p._ oder p_„ werden beeinträchtigt und bewegen sich außerhalb ihrer erwarteten Grenzwerte im Hinblick auf Χ_β, und so wird ein Warnsignal geliefert, daß die Schubkorrektur ungültig geworden sein kann und daß die Prüfzelle in ihre ursprüngliche Bedingung zurückgeführt x^erden muß oder eine Neueichung erforderlich wird. Unter der Annahme, daß p. und ρ (gemessen ^a"**^s ^iO ^*¹^ ^eO^ bekannte Funktionen von Xg innerhalb der erwarteten Grenzen Jy_x. und +^p sind, d. h.

P₁ = ΐ_Λ (X₃)I(O-^₁) (32)

P_e =

dann zeigt jede der folgenden Bedingungen

) oder p_e / f_g(X_£

an_s daß die Schubkorrektur ungültig geworden ist und nicht mehr den tatsächlichen Werten entspricht.

Um zu gewährleisten, daß die normalen Veränderungen von Tag zu Tag in den Werten p. und p_Q^ gegenüber Χ_Ώ in an-

ip ep jo

gemessener Weise berücksichtigt sind, ist es zweckmäßig, ein Pilotsystem in der Prüfzelle zu installieren und jene Änderungen während einer statistisch bedeutsamen

- MA- -

Zeitdauer zu beobachten.

Bei den vorstehend erwähnten Beispielen und Erläuterungen wurde Wert darauf gelegt, daß es erwünscht ist, die Erfindung zu benutzen, um eine genaue Schubkorrektur während der Prüfung von Flugtriebwerken zu gewährleisten, wobei eine Warnvorrichtung anzeigt, wenn die Genauigkeit der Schubkorrektur beträchtlich abfällt, was durch Überwachung der einzelnen Beziehungen zwischen dem gemessenen Schub X₁-. und den Drücken p. und ρ gewährleistet wurde. Jedoch selbst beim Fehlen einer Notwendigkeit, eine korrekte Schubkorrektur anders als durch bekannte Techniken einer Kreuzeichung von Außen- und Innentestbetten vorzunehmen, würde dennoch die Überwachung der Beziehung zwischen den Drücken p. und ρ und dem Schub X_n, gemessen beim Schubausgleich, eine Warnung unerwünschter Änderungen in der Prüfzellencharakteristik liefern und infolgedessen eine Anzeige bezüglich der Ungültigkeit der Schubkorrekturen, die von Kreuzeichungen von innen und außen abgeleitet wurden.

Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf die Prüfung eines Turbofan-Flugtriebwerks beschrieben, das getrennte Abgasdüsen für den Nebenstrom und den Abgasstrom des Kerntriebwerks aufweist, jedoch ist die Erfindung auch anwendbar für Turbofans, die eine Abgasdüse aufweisen, welche beiden Strömen gemeinsam ist, oder sie ist auch anwendbar für Turbo-Jets. In den letztgenannten beiden Fällen würde die Ebene e natürlich nicht mit der Austrittsebene der Abgasdüse zusammenfallen oder kurz vor. dieser liegen. Außerdem kann die Abgasdüse eine gewellte Lärmschutzduse oder eine ähnliche Düse sein.

Die Erfindung ist auch anwendbar bei der Prüfung von
Turboprop- oder Propfan-IPlugtriebwerken, wobei die Ebene i natürlich in geeigneter Weise zwischen dem Prüfzellenluft einl aß und dem Propeller oder Prop-fan angeordnet
sein muß und die Ebene e auf das hintere Ende der "mit
Luft gewaschenen" äußeren Oberfläche des zu prüfenden
Triebwerks ausgerichtet sein muß.

In Verbindung mit der Bestimmung der Lageanordnung der
Ebene e für irgendein spezielles Triebwerk ist zu bemerken, daß es nur die "durch Luft gewaschene" äußere Oberfläche des zu prüfenden Triebwerks ist, die zu dem Widerstand D beiträgt, d. h. jene freiliegende äußere Oberfläche, die während des PrüfVorganges von der Luftströmung berührt wird, die durch die Prüfzelle strömt. Demgemäß trägt die konische Oberfläche der Kerntriebwerksabgasdüse 5 gemäß Pig. 1, die über die Nebenstromabgasdüse 3 vorsteht, nicht zum Widerstand D bei, sondern sie wird gegen eine Berührung mit der Zellenluftströmung 25 durch dexiNebenstromabgasstrom 7 abgeschirmt.

Es ist für den Fachmann klar, daß die Messungen, die zum Aufbau eines Systems gemäß der Erfindung notwendig sind, in zweckmäßiger Weise durch einen Computer gesteuert und behandelt werden können, wobei der Computer die Eingangsdaten von der Pitot-Statik-Uberwachungsvorrichtung und
anderen Meßstellen empfängt und so programmiert ist, daß die relevanten Gleichungen, die oben erwähnt vnirden, gelöst werden. Ebenfalls können im Betrieb die Werte von

p. und ρ einem Computer zugeführt werden, der so proip ep

grammiert ist, daß die erforderliche Schubkorrektur berechnet wird und/oder eine Fehleranzeige geliefert wird,

wenn die Werte von p. und ρ außerhalb gewisser Grenzen

ip ep

im Hinblick auf den gemessenen Schub X^ zu liegen kommen. In Fig. 3 werden die Drücke p^ und ρ durch ein elektronisch gesteuertes Ventil 41 einem Transducer 43 zugeführt, dessen Ausgangssignal digitalisiert ist und von einem Datenprozessor 45 gelesen wird. Letzterer ist so programmiert, daß das Ventil 41 über eine Steuerschleife 47 so gesteuert wird, daß die Werte von p-_ und p__ bei

JP ep

verschiedenen Schubwerten X-n aufgezeichnet und die Schubkorrektur D = f(p^, p_e) bei diesen Werten von X-g berechnet wird. Der richtige Gesamtschub X^ + D wird ausgegeben. Der Datenprozessor 45 sucht auch die Bedingungen:

P₁ / 1_Λ (Xg)I(O-^y₁) oder p

und wenn eine dieser Bedingungen vorhanden ist, dann wird ein lehlerausgang E erzeugt.

Liste von Symbolen und Definitionen

Indizes

Strömungsbedingung in der Einlaßebene der Prüfζeile

Strömungsbedingung in der Auslaßebene der Prüfζeile

eingesaugte Strömung an der Austrittsebene der Prüfzelle

Messung durch "Pfeffertopf"-Drucksonde

Querschnittsfläche des Luftstroms

Querschnittsfläche der Schubstrahlen (Nebenstrom + Kern)

Widerstandskräfte infolge der Luftströmung durch die Prüfzelle

Totalimpuls des Luftstroms

Impuls des Luftstroms pro Flächeneinheit

Konstante der inkompressiblen Luftstrommas senströmung

Massenströmung des Luftstroms

Massenströmung der Schubstrahlen (Nebenstrom + Kerntriebwerk)

Mach-Zahl = /2(T/t-1)/(y-1)

«rl

P Gesamtdruck

ρ statischer Druck

ρ Umgebungsdruck (atmosphärischer Druck)

ρ statischer Bezugsdruck

(p )_da4-_um Bezugswert des statischen Bezugsdruckes

= P₀-P

= P₀-P

^normalisiert ^{= Av}

T Gesamttemperatur

t statische Temperatur

V mittlere Geschwindigkeit des Luftstroms

Vj mittlere Geschwindigkeit der Schubstrahlen

(Nebenstrom und Kern)

X wahrer Schub des Triebwerks (Gesamtschub)

X_B Schub des Triebwerks, gemessen an einer Schubausgleichsvorrichtung in der Prüfzelle

y erwartete Grenze der "Veränderung von p^ ge

genüber X

erwartete Grenze der Veränderung von ρ gegenüber Xg

_v Verhältnis der spezifischen Wärmen von Luft

ο bei konstantem Volumen und Druck

¹ = (p_o-p)/(p-p)

örtlicher Druckverlustkoeffizient = (p_o-P)/(P-p)

Dichte des Luftstroms

LISTE DER FORMELN

X-D

D =

Po-P

ΔΡ= On-

-Δρ (Δρ_Γ)

Δρ_Γ

ΔΡ= Δρ. A.

(Δ P)

= ΔΡ (^APr)

Δρ_Γ

I = Io =

I » t

•ί-

S-I -.

(O

(5)

(6)

(7)

(1O) (H)

02) 03)

(M)

•(15)

) 1 b : :^:.-:. ': LISTE DER FORMELN (2)

Δ Pj = Ap₁.

ί —

Ii

AiPo

^ΔΡΐ Po

'i- «j/Δρ,

1+λ}

= Κ_6Λ/Δρ₆-ΔΡ

L· =

Mp =

^ΔΡί Ke

1 + λ;

M_eV_e

Ip¹

e¹ - Pe

Ne J

2A

Po

Po (1 + A₁)

(16)

(17)

(18) 09)

(20)

(22)

(23) (24)

(25)

l-Ji = ^u

AiPo D-I₁- Ie¹

Po(I _ M₆ ² (2a'-0 (27)

(28)

BAD ORIGINAL

LISTE DER FORMELN (3)

D = A;

(H₊I)

i=, Δρ; (]-

.(29)

-(3O)

(31)

Pj.--f, (Χ_Β)ί(θ-5,) (32)

(33)

Claims (1)

1. Patentanwälte : : * - -: - Dj _pj.-i ag.. C-u r t W a 11 a c h

   Europäische Patentvertreter " " Dlpl.-Ing. Günther Koch

   European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

   Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

   D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

   Datum: ⁹· November 1983

   Rolls-Royce Limited unser zeichen: 17 787 K/Nu

   Buckingham Gate
   London SW1E 6AT
   England

   Verfahren und System zur Korrektur der Netto-Schub-

   messun^en in einer Flugtriebwerks-Prüfzelle

   Patentansprüche:

   erfahren zur Korrektur der Netto-Schubmessungen in einer Plugtriebwerks-Prüfzelle zur Gesamtschubmessung, wobei die Prüfzelle einen Einlaß besitzt, durch den Luft in die Prüfzelle eintritt, um das Flugtriebwerk zu speisen, welches darin als Prüfling angeordnet ist, und ein Auslaß vorgesehen ist, durch den die Abgase des IPlugtriebwerks plus eingesaugter Luft aus der Prüfzelle ausgeblasen werden, wobei eine Schubausgleichsvorrichtung den Netto-Schub X_ß des Flugtriebwerks in der Prüfzelle mißt und dieser Hetto-Schub X^ gleich ist dem Gesamtschub X des Triebwerks minus dem Widerstand D infolge der Luftströmung in das Triebwerk über die luftbewaschenen äußeren Oberflächen und durch die Prüfzelle hindurch, wobei der Wert D der Schubkorrekturwert ist, der erforderlich ist, um die Netto-Schubablesung Xg an der Schubausgleichsvorrichtung in den Gesamtschub X

   _ 2 —

   umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet , daß während des Prüflaufs des Triebwerks (1) der statische Druck p. in einer "Einlaß"-Ebene i in der Prüfzelle und der statische Druck ρ an einer "Austritts"-Ebene e in der Prüfzelle gemessen werden, wobei die Ebene i stromab des Lufteinlasses (19) und stromauf des Triebwerks (1) liegt, während die Ebene i stromab des stromabwärtigen Endes (3) der äußeren von Luft bespülten Oberfläche des Triebwerks (1) liegt, und daß der Wert von D dadurch berechnet wird, daß man die Messungen von P₁ und ρ in einer Funktion der Form D = fCp^, ρ ) berechnet.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß D nach einer der folgenden Formeln berechnet wird:

   D = A-C/1 (1+AJ/O+L)-(2A'-1)M ²/K ²I

   oder

   D - A₁^p -/ü_p>Q_i-i)/a_i+i)-2(1-A^I)M_e ²/K_e ²J,

   wobei die verschiedenen Symbole in der beiliegenden Liste der Symbole und Definitionen erläutert sind.

   3· Verfahren zur Überwachung der Luftströmung in einer Flugtriebwerks-Prüfzelle, wobei die Prüfzelle einen Lufteinlaß aufweist, durch den Luft in die Prüfzelle

   eintreten kann, um das zur Prüfung innerhalb der Prüfzelle installierte Flugtriebwerk zu speisen, und ein Auslaß vorgesehen ist, durch den die Abgase des Flugtriebwerks plus Luft, die innerhalb der Testzelle eingesaugt wurde, aus der Prüfzelle austreten können, und wobei eine Schubausgleichsvorrichtung eine Messung des Netto-Schubs X-q des Plugtriebwerks in der Prüfzelle ermöglicht und der Netto-Schub X_ß gleich ist dem Gesamtschub X des Triebwerks minus dem Widerstand D infolge der Luftströmung in das Triebwerk, über die luftbespülte äußere Oberfläche desselben und durch die Prüfzelle hindurch, wobei der Widerstand D den Schubkorrekturfaktor darstellt, der erforderlich ist, um die Netto-Schubablesung Xg der Schubausgleichsvorrichtung in den Gesamtschub X ixmzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, daß während des Prüflaufs des Triebwerks (1) der statische Druck p^ an einer "Einlaß"-Stelle i der Prüfzelle und der statische Druck ρ an einer "Austritts"-Stelle e der Prüfzelle gemessen \fird, wobei die Stelle i stromab des Lufteinlasses (19) und stromauf des Flugtriebwerks (1) befindlich ist und die Stelle e nach außen vom stromabwärtigen Ende (3) der luftbestrichenen Oberfläche des Flugtriebwerks (1), aber auf das Ende ausgerichtet, angeordnet ist, und daß Änderungen von p. und ρ gegenüber Xq überwacht und festgestellt werden, wenn sie außerhalb von Grenzbereichen von p^ und p_e gegenüber X-g liegen, wobei eine solche Anzeige von Änderungen, die außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegen, das Auftreten von Änderungen in den Charakteristiken der Luftströmung (23, 25) in die Prüfzelle hinein und durch diese

   hindurch angeben, wenn diese ausreichen, um den Wert der Schubkorrektur D beträchtlich zu verändern.

   System zur Korrektur der Netto-Schubmessung in einer Triebwerks-Prüfzelle zur Auffindung des Gesamtschubwertes, wobei die Prüfzelle einen Einlaß besitzt, durch den Luft in die Zelle eintritt und das Triebwerk, welches überprüft werden soll, speist, und wobei eine Ablaßvorrichtung den Ausfluß des Triebwerkes plus Luft, die durch das Triebwerk hindurchgetreten ist, aus der Prüfzelle austreten läßt, und wobei eine Schubausgleichsvorrichtung den Netto-Schub X-r, des Plugtriebwerkes in der Prüfzelle mißt, der dem Gesamtschub X des Triebwerkes minus dem Widerstand D entspricht, der eine Folge der Luftströmung in das Flugzeug und über die äußere Oberfläche und durch die Zelle ist, wobei der Wert D der Schubkorrekturwert ist, der notwendig ist, um die Netto-Schubablesung Xg der Schubausgleichsvorrichtung in den Gesamtschub X umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Druckmeßvorrichtung (29) den statischen Druck p. an einer "Einlaß"-Stelle i in der Prüfzelle mißt, die stromab des Lufteinlasses (19) und stromauf des Triebwerkes (1) liegt, wobei zweite Druckmeßglieder (31) eine Messung des statischen Druckes ρ an einer "Austritts"-Stelle e in der Prüfzelle durchführen, die außerhalb des stromabwärtigen Endes (3) der luftbespülten Oberfläche des Triebwerkes (1) liegt und im wesentlichen auf das Ende ausgerichtet ist, und daß ein Datenprozessor (4-5) a*¹ den ersten und den zweiten

   Druckmesser (29 j 31) angeschlossen ist, dem die Messungen der Drücke p. und ρ zugeführt werden und der die Werte aus D aus einer Funktion der Form D = If(P₁, p_e) gewinnt.

   5· System nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert D durch die folgenden Gleichungen gegeben ist:

   D =

   oder

   2-

   wobei die verschiedenen Symbole und ihre Bedeutung der beigefügten Liste der Symbole und Definitionen zu entnehmen sind.

   6. System zur Überwachung einer Luftströmung in einer Flugtriebwerks-Prüfzelle, die folgende Bestandteile umfaßt:

   - einen Lufteinlaß, durch den Luft in die Prüfzelle eintreten kann, um ein Flugtriebwerk zu speisen, wenn dieses für Prüfzwecke darin angeordnet ist,

   - einen Auslaß, durch den die Abgase des Flugtriebxverkes plus Luft ausgelassen werden können, die

   . innerhalb der Prüfzelle in den Abgasstrom eingesaugt wurde,

   "■ D ""

   - eine Schubausgleichsvorrichtung zur Messung des Netto-Schubs X-g des Flugtriebwerkes innerhalb der Prüfzelle, wobei der Netto-Schub Xg der Gesamtschub X des Flugtriebwerkes minus dem Strömungswiderstand D infolge der Luftströmung in das Flugtriebwerk, über die luftbespülte Oberfläche desselben und durch die Prüfzelle hindurch ist, wobei dieser Strömungswiderstand D die Schubkorrektur darstellt, die erforderlich ist, um die Netto-Schubablesung Xg der Schubausgleichsvorrichtung in den Gesamtschub X umzuformen,

   gekennzeichnet durch

   - eine erste Druckmeßvorrichtung (29), die den statischen Druck p^ an einer "Einlaß"-Stelle i in der Prüfzelle mißt, die stromab des Lufteinlasses (19) und stromauf des Flugtriebwerkes (1) angeordnet ist;

   - eine zweite Druckmeßvorrichtung (31), die den statischen Druck ρ an einer "Austritts"-Stelle e in der Prüfzelle mißt, die außerhalb des stromabwärtigen Endes (3) der luftbespülten äußeren Oberfläche des Flugtriebwerkes (1) liegt, jedoch hierauf ausgerichtet ist;

   - einen Datenprozessor (4-5), der an die erste und die zweite Druckmessvorrichtung (29, 31) angeschlossen ist, um Änderungen der Drücke p. und ρ gegenüber Xt. zu überwachen und solche Änderungen erkennbar zu machen, wenn sie außerhalb eines vorbestimmten Grenzbereiches von Änderungen dieser

   BAD ORIGINAL

   Druckmessungen von p^ und p_e gegenüber Xg liegen, wobei diese Anzeige von Änderungen außerhalb des vorbestimmten Grenzbereiches das Auftreten von Änderungen in den Charakteristiken der Luftströmungen (23, 25) erkennbar macht, falls diese so groß sind, daß der Wert des Schubkorrekturfaktors D beträchtlich geändert wird;

   - Anzeigemittel, die erkennbar machen, daß die Veränderung außerhalb der vorbestimmten Grenzbereiche liegt.

   7. Prüfzelle für ein Flugtriebwerk mit einem System zur Korrektur der Netto-Schubmessung, dadurch gekennzeichnet , daß dieses gemäß Anspruch 4- ausgebildet ist.

   8. IPlugtriebwerks-Prüfzelle mit einem System zur Überwachung der Luftströmung durch die Zelle hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß sie entsprechend Anspruch 6 ausgebildet ist.