RU2645173C1 - Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте - Google Patents
Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645173C1 RU2645173C1 RU2016151143A RU2016151143A RU2645173C1 RU 2645173 C1 RU2645173 C1 RU 2645173C1 RU 2016151143 A RU2016151143 A RU 2016151143A RU 2016151143 A RU2016151143 A RU 2016151143A RU 2645173 C1 RU2645173 C1 RU 2645173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- current
- jet
- soot particles
- flight
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу определения частиц сажи в выхлопной струе газотурбинного двигателя (ГТД) в полете. Для осуществления способа измеряют в полете ток нейтрализации с электростатических разрядников самолета электрических зарядов, генерируемых частицами сажи в выхлопной струе газа ГТД, определяют расход газа через сопло двигателя, измеряют значение электризации аэрозолей атмосферы за счет соприкосновения их с поверхностями самолета, определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета, определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «чисел дымности» от среднего значения плотности электрического заряда и влияния аэрозолей атмосферы. Обеспечивается повышение эффективности определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа ГТД при различных метеорологических условиях. 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к исследованию свойств веществ, а именно к способу определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) самолета при расширении метеорологических условий испытаний в полете и может быть использовано для определении уровня дымления двигателя самолета в полете.
Было обнаружено наличие электрических зарядов на вылетающих из газотурбинных двигателей частицах сажи, причем концентрация частиц в выхлопной струе оказалась связанной со средней плотностью электрического заряда струи на всех режимах полета.
Выброс электрических зарядов вызывает образование адекватного заряда на корпусе самолета, причем с обратным знаком. Последний, суммируясь с зарядом, обусловленным соприкосновением корпуса самолета с аэрозолями атмосферы: частицами облаков и осадков - (так называемая внешняя электризация) стекает через электростатические разрядники самолета в атмосферу. Для разделения вкладов в электростатический заряд на корпусе самолета, а следовательно, и вкладов в токи электростатических разрядников обоих видов электризаций, следует установить снаружи самолета в месте контакта с аэрозолями атмосферы специальную «токоприемную» пластину, по данным с которой можно рассчитать ток зарядки «внешней» электризации.
Известны устройства для измерения содержания твердых частиц в выхлопах газах двигателя фотоэлектрическим методом. Фотоэлектрические устройства используют оптическую плотность выхлопных газов, которая пропорциональна концентрации сажи. Оптическая плотность определяется при пропускании выхлопных газов через специальную магистраль или непосредственно путем измерений на выходе двигателя, Stachame Т. Betz Н. Study of Exhaust Visible Smoke from Aircraft Jet Engines SAF Prepz №710428, 1971 г., «Образование и выгорание сажи при сжигании углеводородных топлив». –М.:Машиностроение. 1989 г.
Недостатком фотоэлектрических устройств является низкая точность, их применение связано с большими затратами и необходимостью решения сложных технических проблем, особенно для измерений в полете.
Известен способ оценки склонности углеводородного топлива к сажеобразованию при горении топлива в лабораторных условиях путем сравнения ламинарного диффузионного пламени испытуемого и эталонного топлива в течение фиксированных отрезков времени. Этот способ не может быть реализован при экспериментах на двигателях самолетов ни в полете, ни на земле (Патент на изобретение RU №2199737 С2, кл. G01N 33/22, опубл. 23.04.2001 г.).
Известен способ определения содержания твердых частиц в запыленных газах путем измерения зарядов частиц и определение по результатам измерений содержания твердых частиц (А.С. СССР №240325, кл. G01N 15/00, опубл. 21.03.1969 г.)
Этот способ обладает невысокой эффективностью при использовании его для изучения струй ГТД, так как дает лишь локальные значения регистрации заряженных частиц. Кроме того, его использование связано с необходимостью разработки специальных датчиков и достаточно сложной экспериментальной аппаратуры.
Наиболее близким к предложенному способу является «Способ определения содержания твердых частиц в газовой струе», предлагающий замерять в полете токи нейтрализации электрических зарядов с электростатических разрядников самолета и замерять расход воздуха через двигатель с последующим определением содержания твердых частиц сажи по градуируемым зависимостям числа дымности от удельного заряда струи из двигателя (А.С. СССР №1019300А, опубл. 23.05.83 г.).
Недостатком способа является ограничение применения при полетах в облаках и осадках, поскольку в таких полетах имеет место электризация корпуса самолета за счет контакта с аэрозолями атмосферы. Указанная электризация увеличивает значение токов с электростатических разрядников, которые, суммируясь с токами, вызванными генерируемыми двигателем заряженными частицами, и приведет к ошибке при определении содержания твердых частиц в газовой струе.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности способа определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа ГТД при расширении метеорологических условий испытаний в полете.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного ГТД в полете, включающем измерение в полете тока нейтрализации электрических зарядов с электростатических разрядников самолета, генерируемыми ГТД заряженными частицами сажи в выхлопной струе газа, определение расхода газа через сопло двигателя Gг[кГм-3], в виде суммы расхода воздуха через двигатель и расхода топлива с последующим определением содержания частиц сажи в струе по градуируемым зависимостям «числа дымности» от среднего значения плотности электрического заряда выхлопной струи газа двигателя, при этом содержание частиц сажи в струе определяют в полете самолета в атмосфере с аэрозолями. Для этого, после предварительных испытаний на обледенение, определяют площадь зон захвата самолетом аэрозолей атмосферы, снаружи самолета на внешней передней кромке крыла или оперения устанавливают токоприемную пластину. Во время полета определяют ток электризации самолета аэрозолями атмосферы, возникающий за счет соприкосновения лобовых поверхностей корпуса самолета с аэрозолями атмосферы. Измеряют локальный ток In заряжения токоприемной пластины и определяют ток «внешней» электризации Iв самолета по формуле:
где In - локальный ток заряжения токоприемной пластины;
S - площадь захвата лобовыми поверхностями корпуса самолета аэрозолей атмосферы;
Sn - площадь токоприемной пластины.
Токи нейтрализации электрических зарядов Ii с электростатических разрядников поступают на входы вычислителя, в котором суммируют и определяют ток Iр по формуле: Iр≅Σ(Ii), где i - число всех электростатических разрядников самолета.
Ток электризации самолета I∂, вызванный генерируемыми ГТД заряженными частицами сажи, вычисляют по формуле: I∂≅(Iр-Iв), [мкА] После этого в вычислителе определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета по формуле:
Затем определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «числа дымности - SN», безразмерной величины, от среднего значения плотности (ρср) электрического заряда струи газа SN=F(ρcp), где «число дымности - SN» нормировано для каждого типа ГТД по методике ICAO. Оценивают влияние на дымность наличия на входе в двигатель аэрозолей атмосферы.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана блок-схема устройства, размещенного на самолете, для осуществления предложенного способа;
на фиг. 2 - зависимость числа дымности - SN от средней плотности электрического заряда ρср в струе газа.
На блок-схеме (фиг. 1) показаны расположенные внутри корпуса 1 самолета: датчик 2 расхода газа, проходящего через сопло двигателя 6, и измерительная схема 5. Снаружи корпуса установлены электростатические разрядники 3. На внешней передней кромке крыла или оперения установлена токоприемная пластина 4. Выход датчика 2 расхода газа через сопло двигателя 6, выходы электростатических разрядников 3 самолета 1, токоприемной пластины 4 связаны с входами измерительной схемы 5, выполненной в виде вычислителя.
Способ осуществляется следующим образом.
При полете самолета в атмосфере с аэрозолями определяют ток электризации самолета с ГТД аэрозолями атмосферы, возникающий за счет соприкосновения корпуса самолета с аэрозолями атмосферы, для этого после предварительных испытаний на обледенение определяют площадь зон захвата самолетом аэрозолей атмосферы. Снаружи самолета на внешней передней кромке крыла или оперения устанавливают токоприемную пластину 4, фиг. 1. Измеряют локальный ток In заряжения токоприемной пластины 4 и определяют ток «внешней» электризации Iв самолета по формуле (1). Токи нейтрализации электрических зарядов Ii с электростатических разрядников поступают на входы вычислителя 5, в котором суммируют и определяют ток Iр по формуле: Iр≅Σ(Ii), где i-число всех электростатических разрядников самолета.
Ток электризации самолета I∂, вызванный генерируемыми ГТД заряженными частицами сажи, вычисляют в вычислителе 5 по формуле:
I∂≅(Iр-Iв), [мкА],
Измеряют расход газа Gг через двигатель (датчик 2).
В вычислителе 5 определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета по формуле (2) и определяют «число дымности» -SN, введенная по методике ICAO безразмерная величина. В вычислителе 5 последовательно осуществляют операции вычисления по формуле (1), затем по формуле (2) определяют и интерпретируют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета ρср в искомые значения универсальной градуируемой зависимости SN=F(ρcp) по графику (фиг. 2).
Пример
Предложенный способ был опробован в ходе летных исследований. Определяют ток зарядки самолета в атмосфере в полете в облаках или осадках. Для этого снаружи самолета на внешней передней кромке крыла или оперения устанавливают токоприемную пластину. Измеряют локальный ток заряжения токоприемной пластины аэрозолями атмосферы - In и определяют ток «внешней» электризации Iв самолета по формуле (1).
Расход газа через сопло двигателя Gг определяется как сумму расхода воздуха через двигатель и расхода топлива. Расход воздуха через двигатель определяется по снятой на стенде дроссельной характеристике и измеренному значению приведенных оборотов. Расход топлива измеряется топливным расходомером.
В наземных условиях с применением фильтрационного устройства была получена универсальная градуируемая зависимость SN=F(ρcp), (фиг. 2), где SN - безразмерная величина, введенная по методике ICAO, называемая «числом дымности» и нормированная для каждого типа ГТД.
Таким образом, предлагаемый способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа авиационного газотурбинного двигателя самолета в полете позволяет существенно расширить метеорологические условия проведения испытаний.
Claims (11)
- Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в полете, включающий измерение в полете самолета с ГТД тока нейтрализации электрических зарядов с электростатических разрядников самолета, генерируемыми ГТД заряженными частицами сажи в выхлопной струе газа двигателя, определение расхода газа через сопло двигателя Gr [кгм-3] в виде суммы расхода воздуха через двигатель и расхода топлива, с последующим определением содержания частиц сажи в струе по градуируемым зависимостям «числа дымности» от среднего значения плотности электрического заряда выхлопной струи газа двигателя, отличающийся тем, что определяют содержание частиц сажи в струе при полете самолета с ГТД в атмосфере с аэрозолями, для этого, после предварительных испытаний на обледенение, определяют площадь зон захвата самолетом аэрозолей атмосферы S, снаружи самолета на внешней передней кромке крыла или оперения устанавливают токоприемную пластину, во время полета определяют ток электризации самолета аэрозолями атмосферы, возникающий за счет соприкосновения лобовых поверхностей корпуса самолета с аэрозолями атмосферы, измеряют локальный ток In заряжения токоприемной пластины и определяют ток «внешней» электризации Iв самолета по формуле:
- где In - локальный ток заряжения токоприемной пластины;
- S - площадь захвата лобовыми поверхностями корпуса самолета аэрозолей атмосферы;
- Sn - площадь токоприемной пластины;
- токи нейтрализации электрических зарядов Ii с электростатических разрядников поступают на входы вычислителя, в котором суммируются и определяют ток Ip по формуле: Ip≅Σ(Ii), где i - число всех электростатических разрядников самолета,
- ток электризации самолета I∂, вызванный генерируемыми ГТД заряженными частицами сажи, вычисляют в вычислителе по формуле:
- I∂≅(Iр-Iв), [мкА],
- определяется среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета по формуле:
- затем определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «числа дымности - SN» (безразмерная величина) от среднего значения плотности (ρср) электрического заряда струи газа SN=F(ρcp) и влияние на дымность наличия на входе в двигатель аэрозолей атмосферы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151143A RU2645173C1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151143A RU2645173C1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645173C1 true RU2645173C1 (ru) | 2018-02-16 |
Family
ID=61227031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016151143A RU2645173C1 (ru) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645173C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2743089C1 (ru) * | 2020-09-09 | 2021-02-15 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Способ определения величины тока выноса электрически заряженных частиц в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1019300A1 (ru) * | 1981-12-09 | 1983-05-23 | Предприятие П/Я В-8759 | Способ определени содержани частиц в газовой струе |
US20040135584A1 (en) * | 2003-01-13 | 2004-07-15 | Nagy Louis L. | Apparatus and method for sensing particle accumulation in a medium |
US8653838B2 (en) * | 2009-12-14 | 2014-02-18 | Continental Automotive Gmbh | Soot sensor |
RU2538217C2 (ru) * | 2010-09-15 | 2015-01-10 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Устройство для обработки содержащего частицы сажи отработавшего газа |
US20150168285A1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-06-18 | Stoneridge,Inc. | Soot sensor system |
-
2016
- 2016-12-26 RU RU2016151143A patent/RU2645173C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1019300A1 (ru) * | 1981-12-09 | 1983-05-23 | Предприятие П/Я В-8759 | Способ определени содержани частиц в газовой струе |
US20040135584A1 (en) * | 2003-01-13 | 2004-07-15 | Nagy Louis L. | Apparatus and method for sensing particle accumulation in a medium |
US8653838B2 (en) * | 2009-12-14 | 2014-02-18 | Continental Automotive Gmbh | Soot sensor |
RU2538217C2 (ru) * | 2010-09-15 | 2015-01-10 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Устройство для обработки содержащего частицы сажи отработавшего газа |
US20150168285A1 (en) * | 2013-11-13 | 2015-06-18 | Stoneridge,Inc. | Soot sensor system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2743089C1 (ru) * | 2020-09-09 | 2021-02-15 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Способ определения величины тока выноса электрически заряженных частиц в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kinsey et al. | Physical characterization of the fine particle emissions from commercial aircraft engines during the Aircraft Particle Emissions eXperiment (APEX) 1–3 | |
Durdina et al. | Determination of PM mass emissions from an aircraft turbine engine using particle effective density | |
Yli-Ojanperä et al. | Improving the nanoparticle resolution of the ELPI | |
Lobo et al. | Comparison of standardized sampling and measurement reference systems for aircraft engine non-volatile particulate matter emissions | |
US20060150754A1 (en) | Method and device for the measurement of the number concentration and of the average diameter of aerosol particles | |
Suhre et al. | In-cylinder soot deposition rates due to thermophoresis in a direct injection diesel engine | |
JP5480157B2 (ja) | 気流における帯電浮遊粒子のサイズ分布を特徴付けるデバイス | |
Yu et al. | Evaluation of PM emissions from two in-service gas turbine general aviation aircraft engines | |
JP2014521966A (ja) | 検知システム | |
CN102147350A (zh) | 气溶胶粒子浓度和尺寸分布的快速检测方法及其装置 | |
JP3985960B2 (ja) | 排気ガス中の微粒子計測装置および計測方法 | |
Bilby et al. | Current amplification in an electrostatic trap by soot dendrite growth and fragmentation: Application to soot sensors | |
RU2645173C1 (ru) | Способ определения содержания частиц сажи в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте | |
Arffman et al. | High-resolution low-pressure cascade impactor | |
Desantes et al. | Methodology for measuring exhaust aerosol size distributions using an engine test under transient operating conditions | |
Rubino et al. | Portable emission measurement system (PEMS) for heavy duty diesel vehicle PM measurement: the European PM PEMS program | |
Wilson et al. | Measurement and prediction of emissions of aerosols and gaseous precursors from gas turbine engines (PartEmis): an overview | |
Cornette et al. | Influence of the dynamic behaviour of impactor surfaces on particulate matter emission measurements with electrical low pressure impactors | |
Rostedt et al. | A new miniaturized sensor for ultra-fast on-board soot concentration measurements | |
Cavina et al. | Benchmark comparison of commercially available systems for particle number measurement | |
RU38837U1 (ru) | Устройство для измерения запыленности воздушного потока | |
JP4748476B2 (ja) | 微粒子計測装置 | |
Johnson et al. | Development of techniques to characterize particulates emitted from gas turbine exhausts | |
Hagen et al. | Performance evaluation of a fast mobility-based particle spectrometer for aircraft exhaust | |
Wardoyo et al. | A DC low electrostatic filtering system for PM2. 5 motorcycle emission |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191227 |