RU2699869C1 - Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine - Google Patents

Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine Download PDF

Info

Publication number
RU2699869C1
RU2699869C1 RU2018132121A RU2018132121A RU2699869C1 RU 2699869 C1 RU2699869 C1 RU 2699869C1 RU 2018132121 A RU2018132121 A RU 2018132121A RU 2018132121 A RU2018132121 A RU 2018132121A RU 2699869 C1 RU2699869 C1 RU 2699869C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
oil
fuel
tmt
engine
Prior art date
Application number
RU2018132121A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Анатольевич Царёв
Наталия Юрьевна Царева
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой" filed Critical Публичное акционерное общество "Авиационная холдинговая компания "Сухой"
Priority to RU2018132121A priority Critical patent/RU2699869C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2699869C1 publication Critical patent/RU2699869C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/14Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering and can be used in tests of aircraft with turbojet engines to determine the adequacy of oil cooling in design temperature conditions. Proposed method consists in performing flight at selected mode, during flight measuring fuel temperature at fuel-and-oil heat exchanger outlet (FOHE) and oil temperature at engine output, after flight determining parameters of mathematical model, determining fuel temperature at engine inlet under design temperature conditions and initial oil temperature at engine output, then, by successive approximations method, when solving system of differential equations, calculating maximum oil temperature at engine output and comparing it with maximum permissible temperature, if maximum oil temperature at engine outlet does not exceed maximum permissible temperature, conclusion is made on oil cooling sufficiency.
EFFECT: technical result of invention makes it possible to increase reliability of determination of sufficiency of oil cooling in FOHE turbojet engine.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиации, а именно к методам поддержания стабильной работы турбореактивного двигателя (ТРД).The invention relates to the field of aviation, and in particular to methods for maintaining stable operation of a turbojet engine (turbojet engine).

Для обеспечения надежной работы силовой установки, в частности ТРД, необходимо поддерживать определенную температуру ее элементов и систем, в том числе масляной системы. Превышение температуры может привести к перегреву ТРД. Во избежание перегрева необходимо отводить некоторое количество тепла посредством системы охлаждения.To ensure reliable operation of the power plant, in particular the turbojet engine, it is necessary to maintain a certain temperature of its elements and systems, including the oil system. Exceeding the temperature may lead to overheating of the turbojet engine. To avoid overheating, a certain amount of heat must be removed through the cooling system.

Системы охлаждения подразделяются на две группы: воздушные и жидкостные. В первой группе двигательное масло охлаждается атмосферным воздухом в воздушно-масляном теплообменнике (ВМТ). Во второй группе масло охлаждается топливом (авиационным керосином) в топливно-масляном теплообменнике (далее по тексту - ТМТ), обычно входящем в состав ТРД.Cooling systems are divided into two groups: air and liquid. In the first group, engine oil is cooled by atmospheric air in an air-oil heat exchanger (TDC). In the second group, the oil is cooled by fuel (aviation kerosene) in a fuel-oil heat exchanger (hereinafter - TMT), which is usually part of the turbojet engine.

Проверка достаточности охлаждения масла в ТРД является одной из задач летных испытаний. Так как двигатель должен нормально работать в любых условиях, а наиболее тяжелые условия охлаждения получаются при высоких температурах наружного воздуха и высоких начальных температурах рабочих жидкостей (топлива, масла), то охлаждение рассчитывается и проверяется обычно не в условиях стандартной атмосферы (СА), а в так называемых «расчетных атмосферных температурных условиях» (РАТУ) или тем или иным образом специально назначенных расчетных температурных условиях (РТУ).Checking the sufficiency of oil cooling in the turbojet engine is one of the tasks of flight tests. Since the engine should operate normally under any conditions, and the most severe cooling conditions are obtained at high outdoor temperatures and high initial temperatures of working fluids (fuel, oil), cooling is usually calculated and checked not in a standard atmosphere (CA), but in the so-called "calculated atmospheric temperature conditions" (RATU) or in one way or another specially designed calculated temperature conditions (RTU).

В качестве РАТУ иногда применяют следующий закон изменения температуры наружного воздуха с высотой:As the RATU, the following law of changing the outdoor temperature with height is sometimes applied:

Figure 00000001
Figure 00000001

где tH - принимаемая для расчета температура воздуха на высоте Н, tH.СА - температура воздуха на высоте Н в условиях стандартной атмосферы.where t H is the air temperature taken for calculation at a height of H, t H.CA is the air temperature at a height of H in a standard atmosphere.

В некоторых случаях принимают, что по РАТУ температура у земли равна 40°С, а затем падает линейно по какому-либо закону. Иногда, наоборот, оценку работоспособности тех или иных агрегатов необходимо производить для низких температур воздуха [1. Ведров B.C., Тайц М.А. Летные испытания самолетов. Государственное издательство оборонной промышленности, Москва, 1951, стр. 28-29.].In some cases, it is accepted that according to RATU the temperature near the earth is 40 ° C, and then it falls linearly according to some law. Sometimes, on the contrary, an assessment of the performance of certain units is necessary to produce for low air temperatures [1. Vedrov B.C., Taits M.A. Flight tests of aircraft. State Publishing House of the Defense Industry, Moscow, 1951, pp. 28-29.].

В других случаях, для систем жидкостного охлаждения, РТУ могут определяться температурой топлива в топливных баках самолета

Figure 00000002
, равной 45°С [2. Летные испытания специальных устройств и систем силовых установок самолетов и вертолетов. Под ред. Т.П. Долголенко, М.: Машиностроение, 1984, стр. 100-101.].In other cases, for liquid cooling systems, the RTU can be determined by the temperature of the fuel in the fuel tanks of the aircraft
Figure 00000002
equal to 45 ° C [2. Flight tests of special devices and systems of power plants of aircraft and helicopters. Ed. T.P. Dolgolenko, Moscow: Engineering, 1984, pp. 100-101.].

Расчетные температурные условия могут также определяться различными эксплуатационными ограничениями. Например, температура топлива на входе в двигатель, по соображению термической стабильности, не должна превышать 120°С. Для учета этого ограничения

Figure 00000003
принимают равной 120°С. В общем случае
Figure 00000004
назначают в зависимости от эксплуатационных ограничений работы агрегатов топливной системы и проверки их работы в экстремальных условиях.Design temperature conditions may also be determined by various operational limitations. For example, the temperature of the fuel at the engine inlet, for reasons of thermal stability, should not exceed 120 ° C. To account for this limitation
Figure 00000003
taken equal to 120 ° C. In general
Figure 00000004
appoint depending on the operational limitations of the operation of the units of the fuel system and verification of their operation in extreme conditions.

Степень охлаждения масла считается удовлетворительной, если в расчетных атмосферных условиях максимальная температура масла на входе в двигатель не превышает значений, предусмотренных руководством по эксплуатации:The degree of cooling of the oil is considered satisfactory if, under the design atmospheric conditions, the maximum temperature of the oil at the engine inlet does not exceed the values provided by the operating manual:

Figure 00000005
Figure 00000005

Известен способ определения достаточности охлаждения масла с пересчетом в РАТУ, заключающийся в регистрации в процессе полета максимальной температуры масла на входе в двигатель

Figure 00000006
, высоты полета Н (измеренной в километрах), температуры наружного воздуха tH и пересчета максимальной температуры масла, измеренной в фактических условиях летных испытаний, в максимальную температуру масла, соответствующую РАТУ по формулеA known method of determining the sufficiency of oil cooling in terms of RATU, which consists in registering during the flight the maximum temperature of the oil at the engine inlet
Figure 00000006
, flight altitude N (measured in kilometers), outdoor temperature t H and recalculation of the maximum oil temperature, measured under actual flight test conditions, to the maximum oil temperature corresponding to the PATH according to the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
- поправочный коэффициент, зависящий от температуры наружного воздуха и температуры масла, равный 0,3…1,0 [2. стр. 101]. Недостатком этого способа является его ограниченное применение только для турбовинтовых двигателей (ТВД), оборудованных ВМТ.Where
Figure 00000008
- correction factor, depending on the outdoor temperature and oil temperature, equal to 0.3 ... 1.0 [2. p. 101]. The disadvantage of this method is its limited use only for turboprop engines (TVD) equipped with TDC.

Известен способ [1. стр. 448-458.] определения достаточности охлаждения масла с пересчетом в РАТУ, заключающийся в регистрации температуры масла на входе в двигатель

Figure 00000006
, высоты полета Н (измеренной в километрах), температуры наружного воздуха tH.B и пересчета температуры масла, измеренной в фактических условиях летных испытаний, в максимальную температуру масла, соответствующую РАТУ, по формуле:The known method [1. p. 448-458.] determining the adequacy of oil cooling in terms of RATU, which consists in registering the temperature of the oil at the engine inlet
Figure 00000006
, flight altitude N (measured in kilometers), outdoor temperature t HB and recalculation of the oil temperature, measured under actual flight test conditions, to the maximum oil temperature corresponding to RATU, according to the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

где А - зависящий от типа двигателя коэффициент, определяемый экспериментально и имеющий значение порядка 200;where A is a coefficient depending on the type of engine, determined experimentally and having a value of the order of 200;

tН.РАТУ - значение температуры наружного воздуха, изменяющейся по какому-либо заданному закону, например,t N.RATU - the value of the outdoor temperature, changing according to any given law, for example,

Figure 00000010
Figure 00000010

где tH.СА - стандартная температура наружного воздуха на высоте Н.where t H.CA - standard outdoor temperature at a height of N.

Недостатком этого способа является то, что он применим только для поршневых двигателей, оборудованных ВМТ.The disadvantage of this method is that it is applicable only to piston engines equipped with TDC.

Известен экспериментальный способ определения достаточности охлаждения масла, при котором температурные характеристики масляной системы силовой установки самолета с двигателем, оборудованным ТМТ, определяются путем заправки в баки самолета топлива с температурой 45°С или проведения летных испытаний в климатических условиях, где температура окружающей среды не ниже 38°С [2. стр. 99, 102.]. Степень охлаждения масла считается удовлетворительной, если температура масла на выходе из двигателя (входе в ТМТ) при заданных режимах полета и работы двигателя находятся в пределах, допустимых инструкцией по эксплуатации. Недостатком этого способа является необходимость специальной подготовки топлива (нагрева до 45°С) и поиска заданных климатических условий.A known experimental method for determining the sufficiency of oil cooling, in which the temperature characteristics of the oil system of a power plant of an aircraft with an engine equipped with TMT, is determined by refueling fuel tanks with a temperature of 45 ° C or conducting flight tests in climatic conditions where the ambient temperature is not lower than 38 ° C [2. p. 99, 102.]. The degree of oil cooling is considered satisfactory if the oil temperature at the engine exit (inlet at the TMT) for given flight and engine operation modes are within the limits allowed by the operating instructions. The disadvantage of this method is the need for special fuel preparation (heating to 45 ° C) and the search for the specified climatic conditions.

Известен способ, основанный на составлении дифференциального уравнения теплового баланса между нагревом масла в двигателе и охлаждением его в теплообменнике (в данном случае в ВМТ) [1. стр. 459-462.]. В результате его решения при заданной зависимости температуры наружного воздуха tH от высоты полета (в частности, при задании изменения tH в РАТУ) и заданных режимах полета и работы двигателя получают функциональную зависимость изменения температуры масла от высоты полета

Figure 00000011
, т.е. получают кривую разогрева. Для проверки достаточности охлаждения находят максимальную температуру масла на кривой разогрева и сравнивают с предельно-допустимой температурой по техническим условиям. Недостатком этого способа является то, что он применим только для поршневых двигателей, оборудованных ВМТ.There is a method based on the preparation of the differential equation of the heat balance between heating the oil in the engine and cooling it in the heat exchanger (in this case, the TDC) [1. p. 459-462.]. As a result of its solution, for a given dependence of the outdoor temperature t H on the flight altitude (in particular, when setting the change in t H in the RATU) and given flight and engine operation modes, a functional dependence of the oil temperature change on the flight altitude is obtained
Figure 00000011
, i.e. get a warming curve. To check the sufficiency of cooling, find the maximum oil temperature on the heating curve and compare with the maximum allowable temperature according to the technical conditions. The disadvantage of this method is that it is applicable only to piston engines equipped with TDC.

Наиболее близким к изобретению является способ определения достаточности охлаждения масла в турбореактивном двигателе [Патент на изобретение №2533597], заключающейся в том, что выполняют полет на выбранном режиме, в процессе полета измеряют температуру топлива на входе в двигатель и температуру масла на выходе из двигателя, после полета определяют среднюю температуру топлива и максимальную достигнутую на выполненном режиме температуру масла, определяют температуру топлива на входе в двигатель при РТУ и начальную температуру масла на выходе из двигателя, после чего методом последовательных приближений вычисляют максимальную температуру масла на выходе из двигателя и сравнивают ее с предельно-допустимой температурой, если максимальная температура масла на выходе из двигателя не превышает предельно-допустимой температуры, делают вывод о достаточности охлаждения масла.Closest to the invention is a method for determining the sufficiency of oil cooling in a turbojet engine [Patent for invention No. 2533597], which consists in flying in the selected mode, during the flight, measure the temperature of the fuel at the engine inlet and the temperature of the oil at the engine outlet, after the flight, determine the average fuel temperature and the maximum oil temperature achieved in the performed mode, determine the fuel temperature at the engine inlet at RTU and the initial oil temperature at the exit one of the engine, after which the method of successive approximations calculates the maximum oil temperature at the engine outlet and compares it with the maximum permissible temperature, if the maximum oil temperature at the engine outlet does not exceed the maximum permissible temperature, conclude that the cooling of the oil is sufficient.

Недостатком этого способа является то, что он применим только для схем систем охлаждения без перепуска топлива в расходный бак самолета, и только в тех случаях, когда разогрев происходит достаточно быстро, двигатель выходит на установившийся тепловой режим и температура масла принимает установившееся максимальное значение. Однако в большинстве случаев применяются системы охлаждения, когда часть топлива, пройдя ТМТ, перепускается в топливный бак, а другая часть поступает в камеру сгорания газово-турбинного двигателя (ГТД). При этом процесс разогрева может продолжаться в течение всего режима с фиксированием максимальной температуры масла в конце выполняемого режима. [3. Бич М.М и др., «Смазка авиационных газотурбинных двигателей», Москва, Машиностроение, 1979, с. 43, 137…139].The disadvantage of this method is that it is applicable only to schemes of cooling systems without transferring fuel to the aircraft’s fuel tank, and only in cases where heating occurs quickly enough, the engine goes to steady-state thermal mode and the oil temperature assumes a steady-state maximum value. However, in most cases, cooling systems are used when part of the fuel, having passed the TMT, is transferred to the fuel tank, and the other part enters the combustion chamber of the gas turbine engine (GTE). In this case, the heating process can continue throughout the entire regime with fixing the maximum oil temperature at the end of the mode. [3. Beach M.M. et al., “Lubrication of aircraft gas turbine engines”, Moscow, Mechanical Engineering, 1979, p. 43, 137 ... 139].

Технический результат изобретения состоит в повышении достоверности определения достаточности охлаждения масла в ТМТ турбореактивного двигателя (ТРД).The technical result of the invention is to increase the reliability of determining the sufficiency of oil cooling in the TMT of a turbojet engine (turbojet engine).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения достаточности охлаждения масла в турбореактивном двигателе с ТМТ, включающим выполнение критического в отношении перегрева масла режима полета, измерение в процессе полета температуры масла на входе в ТМТ, вычисление максимальной температуры масла на входе ТМТ, сравнение вычисленной максимальной температуры масла на входе в ТМТ с предельно-допустимой температурой, определение после полета температуры топлива на входе в ТМТ при расчетных температурных условиях

Figure 00000012
и выбор начальной температуры масла на входе в ТМТ
Figure 00000013
, а так же вычисление методом последовательных приближений максимальной температуры масла на входе в ТМТ; отличающийся тем, что в процессе полета осуществляют частичный перепуск топлива, после прохождения им ТМТ, из магистрали подачи топлива в двигатель через перепускной клапан в топливный бак, и измеряют температуру топлива на выходе из ТМТ.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for determining the sufficiency of oil cooling in a turbojet engine with ТМТ, including the execution of a flight regime critical for oil overheating, measuring the oil temperature at the inlet of ТМТ during flight, calculating the maximum oil temperature at ТМТ inlet, comparing the calculated maximum temperature of oil at the inlet of TMT at the maximum permissible temperature, determination after flight of the temperature of the fuel at the entrance to TMT at the calculated temperature conditions x
Figure 00000012
and selection of the initial oil temperature at the inlet of TMT
Figure 00000013
, as well as the calculation by the method of successive approximations of the maximum oil temperature at the inlet of TMT; characterized in that during the flight, a partial bypass of the fuel is carried out, after passing through the TMT, from the line for supplying fuel to the engine through the bypass valve to the fuel tank, and the temperature of the fuel at the exit of the TMT is measured.

Способ может включать вычисление максимальной температуры масла на входе в ТМТ методом последовательных приближений, основанным на решении системы дифференциальных уравнений, состоящей из уравнений А и Б, описывающих замкнутую систему циркуляции масла в ГТД (А) и разомкнутую систему перепуска топлива в топливный бак (Б), после прохождения топлива через ТМТ, для которой, после выполнения критического в отношении перегрева масла режима полета, методом подбора определяются параметры АЭ, ВЭ, СЭ, РЭ, RЭ, SЭ математической модели процесса разогрева масла и топлива такие, чтобы математическая модель (решение системы дифференциальных уравнений) соответствовала полученным в эксперименте кривым разогрева по маслу и топливу с определенной точностью:The method may include calculating the maximum temperature of the oil at the inlet of the TMT by the method of successive approximations, based on the solution of a system of differential equations consisting of equations A and B describing a closed system of oil circulation in a gas turbine engine (A) and an open system for transferring fuel to a fuel tank (B) after passing through the fuel TMT such that, after the critical flight condition against overheating oil, selection parameters are determined by a e, B e, C e, R E, R E, S E mathematical process model azogreva oil and fuel such that the mathematical model (the solution of differential equations) corresponds to the experimentally obtained curves for the heating oil and fuel with a certain accuracy:

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

i=0, 1, 2, …,i = 0, 1, 2, ...,

гдеWhere

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где

Figure 00000021
- соответственно теплоемкость и вязкость масла при температуре
Figure 00000022
Where
Figure 00000021
- respectively, the heat capacity and viscosity of the oil at a temperature
Figure 00000022

Figure 00000023
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ при температуре
Figure 00000024
Figure 00000023
- heat transfer coefficient from oil to the walls of the TMT tubes at a temperature
Figure 00000024

Figure 00000025
- соответственно теплоемкость и вязкость топлива при температуре
Figure 00000026
Figure 00000025
- respectively, the heat capacity and viscosity of the fuel at a temperature
Figure 00000026

Figure 00000027
- коэффициент теплоотдачи от стенок трубок ТМТ к топливу при температуре
Figure 00000028
Figure 00000027
- heat transfer coefficient from the walls of the TMT tubes to fuel at a temperature
Figure 00000028

Figure 00000029
- соответственно теплоемкость и вязкость масла при температуре
Figure 00000030
Figure 00000029
- respectively, the heat capacity and viscosity of the oil at a temperature
Figure 00000030

Figure 00000031
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ при температуре
Figure 00000032
Figure 00000031
- heat transfer coefficient from oil to the walls of the TMT tubes at a temperature
Figure 00000032

Figure 00000033
- соответственно теплоемкость и вязкость топлива при температуре
Figure 00000034
Figure 00000033
- respectively, the heat capacity and viscosity of the fuel at a temperature
Figure 00000034

Figure 00000035
- коэффициент теплоотдачи от стенок трубок ТМТ к топливу при температуре
Figure 00000036
Figure 00000035
- heat transfer coefficient from the walls of the TMT tubes to fuel at a temperature
Figure 00000036

Figure 00000037
- параметр математической модели,
Figure 00000037
- parameter of the mathematical model,

Figure 00000038
Figure 00000039
корректировочные коэффициенты до тех пор пока разница вычисленных температур масла в текущем и предыдущем приближениях не станет меньше предопределенной величины погрешности δ.
Figure 00000038
Figure 00000039
correction factors until the difference between the calculated oil temperatures in the current and previous approximations becomes less than the predetermined error δ.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема масляной системы ГТД с осуществляемым частичным перепуском топлива; на фиг. 2 - диаграмма совмещения экспериментальных данных и теоретических, полученных при решении системы дифференциальных уравнений (А, Б) по маслу и по топливу.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of a gas turbine engine system with partial bypass of fuel; in FIG. 2 is a diagram of the combination of experimental and theoretical data obtained by solving the system of differential equations (A, B) for oil and fuel.

Способ позволяет по экспериментальным данным, полученным в одних условиях, без проведения нового летного эксперимента определить ожидаемую максимальную температуру масла при иной температуре топлива и сделать вывод о достаточности охлаждения масла. Предлагаемый способ может быть реализован для системы охлаждения турбореактивного двигателя с ТМТ, снабженного системой частичного перепуска топлива в топливный бак, после прохождения им ТМТ (фиг. 1). В такой системе охлаждения нагретое масло из двигателя 1 откачивается маслонасосами и подается в ТМТ 2 для охлаждения, затем вновь поступает в двигатель. Топливо, поданное из топливного бака 3 в двигатель, пройдя ТМТ и охладив масло, частично перепускается через перепускной клапан 4 в топливный бак, остальная часть поступает в камеру сгорания. В такой системе охлаждения можно считать, что температура масла на входе в двигатель равна температуре масла на выходе из ТМТ, температура масла на выходе из двигателя равна температуре масла на входе в ТМТ. В этой системе принято называть температурой топлива на входе в двигатель температуру топлива на входе в ТМТ.The method allows, according to experimental data obtained under the same conditions, without conducting a new flight experiment to determine the expected maximum oil temperature at a different fuel temperature and conclude that the cooling of the oil is sufficient. The proposed method can be implemented for a cooling system of a turbojet engine with TMT, equipped with a system of partial bypass of fuel into the fuel tank, after passing through it TMT (Fig. 1). In such a cooling system, the heated oil from the engine 1 is pumped out by oil pumps and supplied to the TMT 2 for cooling, then it enters the engine again. The fuel supplied from the fuel tank 3 to the engine, passing TMT and cooling the oil, is partially bypassed through the bypass valve 4 into the fuel tank, the rest enters the combustion chamber. In such a cooling system, it can be assumed that the temperature of the oil at the engine inlet is equal to the temperature of the oil at the outlet of the TMT, the temperature of the oil at the outlet of the engine is equal to the temperature of the oil at the inlet of the TMT. In this system, it is customary to call the temperature of the fuel at the engine inlet the temperature of the fuel at the inlet of the TMT.

Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.

1. Выбирают режим полета (высоту полета и условия работы двигателя), на котором перегрев масла наиболее возможен (режим является критическим в отношении перегрева масла), который известен из практики летных испытаний.1. Choose a flight mode (flight altitude and engine operating conditions) at which oil overheating is most possible (the mode is critical in relation to oil overheating), which is known from flight test practice.

Выполняют полет на выбранном режиме и в процессе полета периодически измеряют, температуру топлива на выходе из ТМТ

Figure 00000040
и температуру масла на входе в ТМТ
Figure 00000041
(j=1…n, где n - число замеров). После полета определяют начальную температуру масла
Figure 00000042
и топлива
Figure 00000043
максимальную температуру масла
Figure 00000044
и топлива
Figure 00000045
достигнутую на выполненном режиме.Perform a flight in the selected mode and periodically measure during the flight, the temperature of the fuel at the exit of TMT
Figure 00000040
and oil temperature at the inlet of TMT
Figure 00000041
(j = 1 ... n, where n is the number of measurements). After the flight, the initial oil temperature is determined
Figure 00000042
and fuel
Figure 00000043
maximum oil temperature
Figure 00000044
and fuel
Figure 00000045
achieved in completed mode.

2. По полученным температурам

Figure 00000046
и
Figure 00000047
для известных марок масла и топлива определяют методом подбора из известного по опыту диапазона исходные числовые значения параметров математической модели процесса разогрева масла и топлива АЭ, ВЭ, СЭ, РЭ, RЭ, SЭ такие, чтобы погрешность адекватности решения системы дифференциальных уравнений (1) (математической модели) по маслу и топливу ΔM, ΔT находилась в пределах границ доверительного интервала с заданной доверительной вероятностью РД=0,952. According to the temperatures obtained
Figure 00000046
and
Figure 00000047
for well-known brands of oil and fuel, the initial numerical values of the parameters of the mathematical model of the process of heating the oil and fuel A E , V E , C E , R E , R E , S E such that the accuracy of the solution of the differential equations (1) (mathematical model) for oil and fuel Δ M , Δ T was within the boundaries of the confidence interval with a given confidence probability P D = 0.95

Figure 00000048
Figure 00000048

Figure 00000049
Figure 00000049

где σМ, σТ - среднее квадратическое отклонение разностей между измеренными данными по маслу и по топливу и соответствующими значениями математической модели

Figure 00000050
where σ M , σ T is the standard deviation of the differences between the measured data for oil and fuel and the corresponding values of the mathematical model
Figure 00000050

Figure 00000051
Figure 00000051

где

Figure 00000052
- значения средних величинWhere
Figure 00000052
- mean values

[4. П.В. Новицкий, И.А. Зограф, «Оценка погрешностей результатов измерений, 2-е издание, Ленинград, Энергомашиздат, 1991, С. 82…86, 211…240»].[four. P.V. Novitsky, I.A. Zograf, "Evaluation of errors of measurement results, 2nd edition, Leningrad, Energomashizdat, 1991, S. 82 ... 86, 211 ... 240"].

Figure 00000053
Figure 00000053

Решение системы дифференциальных уравнений по независимой переменной τ (время) выполняется при начальных условиях

Figure 00000054
Figure 00000055
численным методом в математической системе «Mathcad». Диапазон, из которого выбираются параметры математической модели, следующий: АЭ=0,65…1,68 град/сек; ВЭ=0,006…0,028 сек-1; СЭ=0,006…0,025 сек-1; РЭ=10…30 град/сек; RЭ=0,01…0,03 сек-1; SЭ=0,1…0,3 сек-1.The solution of the system of differential equations in the independent variable τ (time) is performed under the initial conditions
Figure 00000054
Figure 00000055
numerical method in the mathematical system "Mathcad". The range from which the parameters of the mathematical model are selected is as follows: А Э = 0.65 ... 1.68 deg / s; In E = 0.006 ... 0.028 sec -1 ; With E = 0.006 ... 0.025 sec -1 ; R E = 10 ... 30 deg / s; R e = 0.01 ... 0.03 sec -1 ; S E = 0.1 ... 0.3 sec -1 .

3. Исходя из допустимых условий по эксплуатации (эксплуатационных ограничений работы агрегатов топливной системы) определяют (назначают) температуру топлива на входе в двигатель при РТУ

Figure 00000056
. Произвольно выбирают начальную температуру масла на выходе из двигателя
Figure 00000057
(i=0). В первом приближении принимаем максимальную температуру масла
Figure 00000058
максимальную температуру топлива
Figure 00000059
. Начальную температуру масла на выходе из двигателя
Figure 00000060
рекомендуется выбирать на 10...30 градусов больше
Figure 00000061
Если, например,
Figure 00000062
=120°С, то
Figure 00000063
=140°С.3. Based on the permissible operating conditions (operational limitations of the operation of the fuel system units) determine (assign) the temperature of the fuel at the engine inlet at RTU
Figure 00000056
. Optionally select the initial oil temperature at the engine outlet
Figure 00000057
(i = 0). In a first approximation, we take the maximum oil temperature
Figure 00000058
maximum fuel temperature
Figure 00000059
. Initial engine oil temperature
Figure 00000060
it is recommended to choose 10 ... 30 degrees more
Figure 00000061
If, for example,
Figure 00000062
= 120 ° C, then
Figure 00000063
= 140 ° C.

4. Вычисляют параметр

Figure 00000064
и корректировочные коэффициенты
Figure 00000065
Figure 00000066
4. The parameter is calculated
Figure 00000064
and adjustment factors
Figure 00000065
Figure 00000066

5. Далее максимальную температуру масла на выходе из двигателя вычисляют методом последовательных приближений, следующим образом.5. Next, the maximum oil temperature at the engine outlet is calculated by the method of successive approximations, as follows.

Вычисляют следующие комплексные параметры:The following complex parameters are calculated:

Figure 00000067
Figure 00000068
Figure 00000067
Figure 00000068

Figure 00000069
Figure 00000069

Figure 00000070
Figure 00000070

Figure 00000071
Figure 00000071

где

Figure 00000072
соответственно теплоемкость и вязкость масла при температуре
Figure 00000073
Where
Figure 00000072
respectively heat capacity and viscosity of oil at temperature
Figure 00000073

Figure 00000074
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ при температуре
Figure 00000075
Figure 00000074
- heat transfer coefficient from oil to the walls of the TMT tubes at a temperature
Figure 00000075

Figure 00000076
и
Figure 00000077
- соответственно теплоемкость и вязкость топлива при температуре
Figure 00000078
Figure 00000076
and
Figure 00000077
- respectively, the heat capacity and viscosity of the fuel at a temperature
Figure 00000078

Figure 00000079
- коэффициент теплоотдачи от стенок трубок ТМТ к топливу при температуре
Figure 00000080
Figure 00000079
- heat transfer coefficient from the walls of the TMT tubes to fuel at a temperature
Figure 00000080

Figure 00000081
и
Figure 00000082
- соответственно теплоемкость и вязкость масла при температуре
Figure 00000083
Figure 00000081
and
Figure 00000082
- respectively, the heat capacity and viscosity of the oil at a temperature
Figure 00000083

Figure 00000084
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ при температуре
Figure 00000085
Figure 00000084
- heat transfer coefficient from oil to the walls of the TMT tubes at a temperature
Figure 00000085

Figure 00000086
- соответственно теплоемкость и вязкость топлива при температуре
Figure 00000087
Figure 00000086
- respectively, the heat capacity and viscosity of the fuel at a temperature
Figure 00000087

Figure 00000088
- коэффициент теплоотдачи от стенок трубок ТМТ к топливу при температуре
Figure 00000089
Figure 00000088
- heat transfer coefficient from the walls of the TMT tubes to fuel at a temperature
Figure 00000089

Получают, решая систему дифференциальных уравнений, температурные кривые разогрева масла на выходе из двигателя и топлива в следующем приближении (i=i+1):Obtaining, by solving the system of differential equations, the temperature curves for heating the oil at the exit of the engine and fuel in the following approximation (i = i + 1):

Figure 00000090
Figure 00000090

Здесь решение системы дифференциальных уравнений выполняется при начальных условиях:

Figure 00000091
Figure 00000092
Here, the solution of the system of differential equations is performed under the initial conditions:
Figure 00000091
Figure 00000092

Из полученных кривых разогрева определяют максимальную температуру масла

Figure 00000093
и максимальную температуру топлива
Figure 00000094
From the obtained heating curves determine the maximum oil temperature
Figure 00000093
and maximum fuel temperature
Figure 00000094

6. Сравнивают вычисленную таким образом максимальную температуру масла с максимальной температурой масла вычисленной в предыдущем приближении.6. Compare the maximum oil temperature calculated in this way with the maximum oil temperature calculated in the previous approximation.

Если расхождение превышает или равно заранее предопределенной величине δ

Figure 00000095
вычисляют температуру масла на входе в ТМТ в следующем приближении, решая систему дифференциальных уравнений (2). Эти действия выполняют до тех пор, пока разница вычисленных температур масла в текущем и предыдущем приближениях не станет меньше заданной величины δ:If the discrepancy is greater than or equal to a predetermined value δ
Figure 00000095
calculate the temperature of the oil at the entrance to the TMT in the following approximation, solving the system of differential equations (2). These actions are performed until the difference between the calculated oil temperatures in the current and previous approximations becomes less than the specified value δ:

Figure 00000096
Figure 00000096

Величина δ не должна быть больше абсолютной погрешности датчика, которую можно определить из паспорта на датчик. Обычно, величина абсолютной погрешности на датчики, используемых для измерения температуры топлива и масла, находятся в диапазоне 0,5…2.0.The value of δ should not be greater than the absolute error of the sensor, which can be determined from the passport to the sensor. Usually, the magnitude of the absolute error on the sensors used to measure the temperature of the fuel and oil are in the range of 0.5 ... 2.0.

Начальную температуру масла на выходе из двигателя

Figure 00000097
рекомендуется выбирать на 10…30 градусов больше
Figure 00000098
Initial engine oil temperature
Figure 00000097
it is recommended to choose 10 ... 30 degrees more
Figure 00000098

7. Вычисленную максимальную температуру масла сравнивают с предельно допустимой по техническим (эксплуатационным) условиям

Figure 00000099
В случае, если вычисленная температура не превышает предельно допустимой, делают вывод о достаточности охлаждения масла при РТУ.7. The calculated maximum oil temperature is compared with the maximum allowable for technical (operational) conditions
Figure 00000099
If the calculated temperature does not exceed the maximum allowable, conclude that the cooling of the oil is sufficient during RTU.

Обоснование расчетных формул.Justification of calculation formulas.

В статьях [5. Царев В.А. «Теоретические исследования температурного состояния самолетных систем», Отраслевой научно-технический журнал «Техника воздушного флота», Том LXXVII, №3 (662), 2003, стр. 20-26], [6. Царев. В.А. «Теоретические исследования температурного состояния масляных систем ГТД при проведении летных испытаний», Вопросы авиационной науки и техники. Научно-технический сборник. Выпуск №2-4 (22-24), Москва, 1994, с. 31-41.] получены системы дифференциальных уравнений, описывающих температурное состояние рабочих жидкостей для различных схем систем охлаждения. В частности, для схемы, когда часть топлива пройдя ТМТ перепускается в расходный бак самолета, а другая часть направляется в магистраль, ведущую в камеру сгорания ГТД, используется система дифференциальных уравнений видаIn the articles [5. Tsarev V.A. “Theoretical studies of the temperature state of aircraft systems”, Industry Scientific and Technical Journal “Air Fleet Engineering”, Volume LXXVII, No. 3 (662), 2003, pp. 20-26], [6. Tsarev. V.A. “Theoretical studies of the temperature state of gas turbine engine systems during flight tests”, Questions of aviation science and technology. Scientific and technical collection. Issue No. 2-4 (22-24), Moscow, 1994, p. 31-41.] Obtained a system of differential equations describing the temperature state of the working fluids for various schemes of cooling systems. In particular, for the scheme, when part of the fuel passing through the TMT is transferred to the aircraft’s consumable tank, and the other part is sent to the highway leading to the GTE combustion chamber, a system of differential equations of the form

Figure 00000100
Figure 00000100

Figure 00000101
Figure 00000101

или в более общем видеor more generally

Figure 00000102
Figure 00000103
Figure 00000102
Figure 00000103

где τ - время, с;where τ is the time, s;

Figure 00000104
- температура масла на входе в ТМТ (выходе из двигателя), °С;
Figure 00000104
- oil temperature at the inlet to TMT (engine exit), ° С;

Figure 00000105
- температура топлива на выходе из ТМТ, °С;
Figure 00000105
- fuel temperature at the outlet of TMT, ° C;

Figure 00000106
- емкость масляной системы (количество масла в масляной системе), кг;
Figure 00000106
- capacity of the oil system (amount of oil in the oil system), kg;

Figure 00000107
- емкость топливного перепускного контура (количество топлива в перепускном контуре), кг;
Figure 00000107
- capacity of the fuel bypass circuit (amount of fuel in the bypass circuit), kg;

q - теплоотдача двигателя в масло, ккал/с,q is the heat transfer of the engine to oil, kcal / s,

Figure 00000108
Figure 00000108

Figure 00000109
Figure 00000109

F - площадь теплообмена, м2;F is the heat transfer area, m 2 ;

Figure 00000110
- массовые расходы соответственно масла и топлива через ТМТ, кг/с;
Figure 00000110
- mass costs, respectively, of oil and fuel through TMT, kg / s;

Figure 00000111
- массовый расход топлива в магистрали, ведущую в камеру сгорания двигателя, кг/с;
Figure 00000111
- mass fuel consumption in the highway leading to the engine combustion chamber, kg / s;

Figure 00000112
- массовый расход топлива в магистрали перепуска, кг/с;
Figure 00000112
- mass fuel consumption in the bypass line, kg / s;

Figure 00000113
- удельная теплоемкость масла, ккал/кг град;
Figure 00000113
- specific heat of oil, kcal / kg deg;

Figure 00000114
- удельная теплоемкость топлива, ккал/кг град;
Figure 00000114
- specific heat of fuel, kcal / kg hail;

Figure 00000115
- коэффициенты теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ и от стенок ТМТ к топливу соответственно, ккал/м2 с град;
Figure 00000115
- heat transfer coefficients from the oil to the walls of the TMT tubes and from the walls of the TMT to the fuel, respectively, kcal / m 2 s deg;

А, В, С, Р, R, S - параметры (коэффициенты) математической модели.A, B, C, P, R, S - parameters (coefficients) of the mathematical model.

Это система линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами и с правой частью. Чтобы найти изменение температуры масла в расчетных температурных условиях нужно вычислить относительное изменение параметров А, В, С, P, R, S, полученных при фактических температурах, полученных при выполнении заданного режима работы двигателя и полета самолета и температурах РТУ.This is a system of linear differential equations with constant coefficients and with the right side. To find the change in oil temperature in the calculated temperature conditions, it is necessary to calculate the relative change in the parameters A, B, C, P, R, S obtained at actual temperatures obtained by performing a given engine and flight mode and RTU temperatures.

Коэффициенты теплоотдачи определяются из зависимостей:Heat transfer coefficients are determined from the dependencies:

Figure 00000116
Figure 00000117
Figure 00000116
Figure 00000117

где:

Figure 00000118
- значения критериев Нуссельта, характеризующих конвективный теплообмен между средой и поверхностью теплообмена;Where:
Figure 00000118
- the values of the Nusselt criteria characterizing convective heat transfer between the medium and the heat exchange surface;

Figure 00000119
- теплопроводность масла и топлива;
Figure 00000119
- thermal conductivity of oil and fuel;

Figure 00000120
- наружный (для масла) и внутренний (для топлива) диаметр трубок ТМТ.
Figure 00000120
- outer (for oil) and inner (for fuel) diameter of TMT tubes.

Из теории подобия тепловых процессов известно, что критерий Нуссельта есть функция двух критериев: Прандтля

Figure 00000121
(по маслу) и
Figure 00000122
(по топливу) и Рейнольдса (
Figure 00000123
),From the theory of similarity of thermal processes it is known that the Nusselt criterion is a function of two criteria: Prandtl
Figure 00000121
(oily) and
Figure 00000122
(for fuel) and Reynolds (
Figure 00000123
),

где

Figure 00000124
- плотность соответственно масла и топлива,
Figure 00000125
Where
Figure 00000124
- the density, respectively, of oil and fuel,
Figure 00000125

Figure 00000126
- вязкость соответственно масла и топлива,
Figure 00000127
Figure 00000126
- viscosity, respectively, of oil and fuel,
Figure 00000127

Figure 00000128
- площадь проходных сечений в ТМТ соответственно для масла и топлива, м2;
Figure 00000128
- the cross-sectional area in TMT, respectively, for oil and fuel, m 2 ;

Figure 00000129
- объемный расход через ТМТ соответственно масла и топлива,
Figure 00000130
Figure 00000129
- volumetric flow rate through TMT, respectively, of oil and fuel,
Figure 00000130

Объемные расходы можно определить через перепад давления Δр из соотношений:Volumetric costs can be determined through the pressure drop Δp from the relations:

Figure 00000131
Figure 00000131

где

Figure 00000132
- диаметр и длина подводящего к ТМТ трубопровода соответственно для масла и топлива.Where
Figure 00000132
- the diameter and length of the pipeline leading to TMT, respectively, for oil and fuel.

Так как на установившемся режиме, при постоянных оборотах роторов двигателя, перепад давления Δр практически постоянный (регулирующая аппаратура держит постоянное давление), то на расход влияет только вязкость и плотность жидкости.Since in the steady state, at constant revolutions of the engine rotors, the pressure drop Δp is almost constant (the control equipment keeps the pressure constant), only the viscosity and density of the liquid affect the flow rate.

Для топлива:For fuel:

Figure 00000133
- при ламинарном течении топлива внутри трубок ТМТ,
Figure 00000133
- with laminar flow of fuel inside the TMT tubes,

Figure 00000134
- при турбулентном течении топлива внутри трубок.
Figure 00000134
- with turbulent flow of fuel inside the tubes.

Для масла:For oil:

Figure 00000135
- при расположении трубок в шахматном порядке,
Figure 00000135
- when the tubes are staggered,

Figure 00000136
- при коридорном расположении трубок в ТМТ.
Figure 00000136
- with the corridor arrangement of tubes in TMT.

По известным значениям

Figure 00000137
находят с точностью до постоянных, входящих в формулы геометрических параметров, коэффициенты теплоотдачи
Figure 00000138
[4. Домотенко Н.Т, Кравец А.С и др. «Авиационные силовые установки. Системы и устройства», Москва, Транспорт, 1976, с. 100-109, 220-223.]By known values
Figure 00000137
find, up to constants included in the formulas of geometric parameters, heat transfer coefficients
Figure 00000138
[four. Domotenko N.T., Kravets A.S. et al. “Aircraft power plants. Systems and devices ”, Moscow, Transport, 1976, p. 100-109, 220-223.]

Выведем выражение для

Figure 00000139
We derive the expression for
Figure 00000139

Figure 00000140
Figure 00000140

Критерий Нуссельта при расположении трубок в ТМТ в шахматном порядке следующийThe Nusselt criterion for the location of the tubes in the TMT in a checkerboard pattern is as follows

Figure 00000141
Figure 00000141

С учетом согласования размерности получим следующее выражение для

Figure 00000142
Taking into account the coordination of dimensions, we obtain the following expression for
Figure 00000142

Figure 00000143
Figure 00000143

Таким образом,In this way,

Figure 00000144
Figure 00000144

где

Figure 00000145
- коэффициент, учитывающий все постоянные параметры и константы и равныйWhere
Figure 00000145
- coefficient taking into account all constant parameters and constants and equal

Figure 00000146
Figure 00000146

Аналогично получимSimilarly, we get

Figure 00000147
Figure 00000147

где

Figure 00000148
Where
Figure 00000148

Figure 00000149
Figure 00000149

Figure 00000150
Figure 00000150

Figure 00000151
Figure 00000151

где

Figure 00000152
Where
Figure 00000152

Figure 00000153
Figure 00000153

где

Figure 00000154
Where
Figure 00000154

Figure 00000155
Figure 00000155

Figure 00000156
Figure 00000156

Коэффициенты

Figure 00000157
определенные из опыта и учитывающие входящие в формулы постоянные значения и геометрические параметры, примерно равны:Odds
Figure 00000157
determined from experience and taking into account the constant values and geometric parameters included in the formulas, are approximately equal:

Figure 00000158
Figure 00000158

Теплофизические свойства масла и топлива, входящие в формулы (вязкость, плотность, теплоемкость, теплопроводность), зависят от температуры. Их численные значения представлены в справочниках и отраслевых стандартах. Они также могут быть рассчитаны по формулам. Например, для двигательного масла ИПМ-10 применяются следующие расчетные формулы в зависимости от температуры масла

Figure 00000159
The thermophysical properties of oil and fuel, included in the formulas (viscosity, density, heat capacity, thermal conductivity), depend on temperature. Their numerical values are presented in reference books and industry standards. They can also be calculated using formulas. For example, for the IPM-10 engine oil, the following calculation formulas are applied depending on the oil temperature
Figure 00000159

Figure 00000160
, м2/с, для определения вязкости;
Figure 00000160
, m 2 / s, to determine the viscosity;

Figure 00000161
, для определения плотности;
Figure 00000161
, to determine the density;

Figure 00000162
, ккал/кг град, для определения теплоемкости;
Figure 00000162
, kcal / kg deg, to determine the heat capacity;

Figure 00000163
, ккал/м с град, для определения теплопроводности.
Figure 00000163
, kcal / m with hail, for determining thermal conductivity.

Для топлива марки ТС-1 известны следующие формулы зависимости параметров топлива от температуры топлива

Figure 00000164
For TC-1 fuel, the following formulas are known for the dependence of fuel parameters on fuel temperature
Figure 00000164

Figure 00000165
, м2/с, для определения вязкости;
Figure 00000165
, m 2 / s, to determine the viscosity;

Figure 00000166
, кг/м3, для определения плотности;
Figure 00000166
kg / m 3 to determine the density;

Figure 00000167
, ккал/кг град, для определения теплоемкости;
Figure 00000167
, kcal / kg deg, to determine the heat capacity;

Figure 00000168
, ккал/м с град, для определения теплопроводности.
Figure 00000168
, kcal / m with hail, for determining thermal conductivity.

[5. Чертков Я.Б. «Современные и перспективные углеводородные реактивные топлива»; Издательство «Химия»; Москва, 1968, с. 58, 96-99, 134][5. Chertkov Ya.B. “Modern and promising hydrocarbon jet fuels”; Chemistry Publishing House; Moscow, 1968, p. 58, 96-99, 134]

[6. Шишков И.Н, Белов В.Б. «Авиационные горюче-смазочные материалы и специальные жидкости»; Издательство «Транспорт»; Москва, 1979, с. 130][6. Shishkov I.N., Belov V.B. “Aviation fuels and lubricants and special fluids”; Publishing House "Transport"; Moscow, 1979, p. 130]

[7. Дубовкин Н.Ф. «Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания»; Госэнергоиздат; Москва. - Ленинград; 1962, с. 66-68, 111-112].[7. Dubovkin N.F. “Handbook of hydrocarbon fuels and their combustion products”; Gosenergoizdat; Moscow. - Leningrad; 1962, p. 66-68, 111-112].

[8. Отраслевой стандарт. Масла для авиационных газотурбинных двигателей. ОСТ 100148-75.][8. Industry standard. Oils for aircraft gas turbine engines. OST 100148-75.]

Теперь можно по теплофизическим параметрам, зависящим от температуры и входящим в расчетные формулы, подсчитать относительное изменение коэффициентов А, В, С, Р, R, S при фактических температурах, полученных при летных испытаниях, и температурах РТУ и рассчитать максимальную температуру масла на выходе из двигателя. При этом геометрические параметры, входящие в формулы, не изменяются, а теплоотдача двигателя в масло и расход топлива при неизменных режимах полета и программах регулирования двигателя изменяются незначительно и на относительное изменение существенно не влияют.Now it is possible to calculate the relative change in the coefficients A, B, C, P, R, S at the actual temperatures obtained during flight tests and the temperatures of the RTU using thermophysical parameters that depend on temperature and are included in the calculation formulas and calculate the maximum oil temperature at the outlet of engine. At the same time, the geometric parameters included in the formulas do not change, and the heat transfer of the engine to oil and fuel consumption with unchanged flight modes and engine control programs change insignificantly and do not significantly affect the relative change.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

1. При выполнении заданного режима работы двигателя и полета самолета при температуре топлива на входе в двигатель 69°С получены следующие данные:1. When performing the specified mode of operation of the engine and flight of the aircraft at a fuel temperature of 69 ° C at the engine inlet, the following data were obtained:

начальная температура масла на выходе из двигателя

Figure 00000169
;initial engine oil temperature
Figure 00000169
;

начальная температура топлива на выходе из ТМТ

Figure 00000170
;initial fuel temperature at the exit of TMT
Figure 00000170
;

максимальная температура масла на выходе из двигателя

Figure 00000171
,maximum engine oil temperature
Figure 00000171
,

максимальная температура топлива на выходе из ТМТ

Figure 00000172
maximum fuel temperature at the exit of TMT
Figure 00000172

Используемое топливо марки ТС-1, используемое масло марки ИПМ-10. Надо определить при выбранных величинах: δ=1°C и

Figure 00000173
=140°С на том же режиме работы двигателя и полета самолета ожидаемую максимальную температуру масла на выходе из двигателя при температуре топлива на входе в двигатель в РТУ
Figure 00000174
, равной 120°С, и сравнить ее с предельно-допустимой температурой.Used fuel grade TS-1, used oil grade IPM-10. It must be determined at the selected values: δ = 1 ° C and
Figure 00000173
= 140 ° С at the same engine and airplane flight mode, the expected maximum oil temperature at the engine exit at the fuel temperature at the engine inlet in the RTU
Figure 00000174
equal to 120 ° C, and compare it with the maximum permissible temperature.

2. По полученным данным измерений температур масла и топлива определяют из известного диапазона параметры математической модели: АЭ=0,83 град/сек; ВЭ=0,018 сек-1; СЭ=0,0176 сек-1; РЭ=18 град/сек; RЭ=0,0178 сек-1; SЭ=0,27 сек-1.2. According to the obtained data on temperature measurements of oil and fuel, the parameters of the mathematical model are determined from a known range: А Э = 0.83 deg / s; In E = 0.018 sec -1 ; With e = 0.0176 sec -1 ; P E = 18 deg / s; R e = 0.0178 sec -1 ; S e = 0.27 sec -1 .

3. Вычисляют максимальную температуру масла и топлива в первом приближении (i=1), решая систему дифференциальных уравнений (2).3. Calculate the maximum temperature of oil and fuel in a first approximation (i = 1) by solving the system of differential equations (2).

Получили:

Figure 00000175
;
Figure 00000176
Got:
Figure 00000175
;
Figure 00000176

Figure 00000177
Figure 00000177

4. Так как

Figure 00000178
то полученные максимальные значения
Figure 00000179
Figure 00000180
подставляют в формулу для определения Ai, Bi, Сi Ri, Si решают систему дифференциальных уравнений (2) и получают температуру масла во втором приближении (i=2):4. Since
Figure 00000178
then the maximum values obtained
Figure 00000179
Figure 00000180
substitute in the formula for determining A i , B i , C i R i , S i solve the system of differential equations (2) and get the oil temperature in the second approximation (i = 2):

Figure 00000181
Figure 00000182
Figure 00000181
Figure 00000182

Figure 00000183
Figure 00000183

В третьем приближении (i=3):In the third approximation (i = 3):

Figure 00000184
Figure 00000185
Figure 00000184
Figure 00000185

Figure 00000186
Figure 00000186

В четвертом приближении (i=4):In the fourth approximation (i = 4):

Figure 00000187
Figure 00000188
Figure 00000187
Figure 00000188

Figure 00000189
Figure 00000189

Здесь разница температур меньше 1°С, поэтому принимают расчетную максимальную температуру масла на выходе из двигателя равной 174,8°С. Предельно допустимая температура масла на выходе из двигателя по техническим условиям равна 200°С. Поэтому делают вывод о том, что охлаждение масла является достаточным.Here, the temperature difference is less than 1 ° C; therefore, the calculated maximum oil temperature at the engine outlet is 174.8 ° C. The maximum allowable temperature of the oil at the outlet of the engine according to the technical conditions is 200 ° C. Therefore, they conclude that oil cooling is sufficient.

Рассчитанная температура 174,8°С не превышает предельно допустимой, поэтому дают вывод, что система охлаждения масла является достаточной.The calculated temperature of 174.8 ° C does not exceed the maximum permissible, therefore, they conclude that the oil cooling system is sufficient.

Для реализации вычислительной части предлагаемого способа разработана программа в среде математической системы «Mathcad».To implement the computational part of the proposed method, a program was developed in the environment of the mathematical system "Mathcad".

Claims (20)

1. Способ определения достаточности охлаждения масла в турбореактивном двигателе с топливно-масляным теплообменником (ТМТ), включающий выполнение критического в отношении перегрева масла режима полета, измерение в процессе полета температуры масла на входе в ТМТ, вычисление максимальной температуры масла на входе в ТМТ, сравнение вычисленной максимальной температуры масла на входе в ТМТ с предельно допустимой температурой, определение после полета температуры топлива на входе в ТМТ при расчетных температурных условиях
Figure 00000190
и выбор начальной температуры масла на входе в ТМТ
Figure 00000191
вычисление методом последовательных приближений максимальной температуры масла на входе в ТМТ, отличающийся тем, что в процессе полета осуществляют частичный перепуск топлива, после прохождения им ТМТ, из магистрали подачи топлива в двигатель через перепускной клапан в топливный бак, и измеряют температуру топлива на выходе из ТМТ.
1. A method for determining the sufficiency of oil cooling in a turbojet engine with a fuel-oil heat exchanger (TMT), which includes performing a flight regime critical for oil overheating, measuring the temperature of the oil at the inlet of the TMT during the flight, calculating the maximum oil temperature at the inlet of the TMT, comparing the calculated maximum temperature of the oil at the inlet of the TMT with the maximum permissible temperature, the determination after the flight of the temperature of the fuel at the entrance to the TMT under the calculated temperature conditions
Figure 00000190
and selection of the initial oil temperature at the inlet of TMT
Figure 00000191
calculation by the method of successive approximations of the maximum oil temperature at the inlet of the TMT, characterized in that during the flight they partially bypass the fuel, after passing the TMT, from the fuel supply line to the engine through the bypass valve to the fuel tank, and measure the temperature of the fuel at the exit of the TMT .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что метод последовательных приближений основан на решении системы дифференциальных уравнений, состоящей из уравнений А и Б, описывающих замкнутую систему циркуляции масла в ГТД (А) и разомкнутую систему перепуска топлива в топливный бак (Б), после прохождения топлива через ТМТ, для которой, после выполнения критического в отношении перегрева масла режима полета, методом подбора определяются параметры АЭ, ВЭ, СЭ, РЭ, RЭ, SЭ математической модели процесса разогрева масла и топлива такие, чтобы математическая модель соответствовала полученным в эксперименте кривым разогрева по маслу и топливу с определенной точностью:2. The method according to claim 1, characterized in that the method of successive approximations is based on solving a system of differential equations consisting of equations A and B describing a closed system of oil circulation in a gas turbine engine (A) and an open system for transferring fuel to a fuel tank (B) , after the fuel has passed through TMT, for which, after the flight mode is critical with respect to oil overheating, the parameters A E , V E , C E , RE , R E , S E of the mathematical model of the oil and fuel heating process are determined by the selection method, such to mathematically The sky model corresponded to the experimentally obtained heating curves for oil and fuel with a certain accuracy:
Figure 00000192
Figure 00000192
Figure 00000193
Figure 00000193
i=0, 1, 2, …,i = 0, 1, 2, ..., где
Figure 00000194
Where
Figure 00000194
Figure 00000195
Figure 00000195
Сi=BiK1korr;C i = B i K1korr;
Figure 00000196
Figure 00000196
Si=Ri+K3korr,S i = R i + K3korr, где
Figure 00000197
- соответственно теплоемкость и вязкость масла при температуре
Figure 00000198
Where
Figure 00000197
- respectively, the heat capacity and viscosity of the oil at a temperature
Figure 00000198
Figure 00000199
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ при температуре
Figure 00000200
Figure 00000199
- heat transfer coefficient from oil to the walls of the TMT tubes at a temperature
Figure 00000200
Figure 00000201
- соответственно теплоемкость и вязкость топлива при температуре
Figure 00000202
Figure 00000201
- respectively, the heat capacity and viscosity of the fuel at a temperature
Figure 00000202
Figure 00000203
- коэффициент теплоотдачи от стенок трубок ТМТ к топливу при температуре
Figure 00000204
Figure 00000203
- heat transfer coefficient from the walls of the TMT tubes to fuel at a temperature
Figure 00000204
Figure 00000205
- соответственно теплоемкость и вязкость масла при температуре
Figure 00000206
Figure 00000205
- respectively, the heat capacity and viscosity of the oil at a temperature
Figure 00000206
Figure 00000207
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам трубок ТМТ при температуре
Figure 00000208
Figure 00000207
- heat transfer coefficient from oil to the walls of the TMT tubes at a temperature
Figure 00000208
Figure 00000209
- соответственно теплоемкость и вязкость топлива при температуре
Figure 00000210
Figure 00000209
- respectively, the heat capacity and viscosity of the fuel at a temperature
Figure 00000210
Figure 00000211
- коэффициент теплоотдачи от стенок трубок ТМТ к топливу при температуре
Figure 00000212
Figure 00000211
- heat transfer coefficient from the walls of the TMT tubes to fuel at a temperature
Figure 00000212
Figure 00000213
- параметр математической модели,
Figure 00000213
- parameter of the mathematical model,
Figure 00000214
корректировочные коэффициенты до тех пор, пока разница вычисленных температур масла в текущем и предыдущем приближениях не станет меньше предопределенной величины погрешности δ.
Figure 00000214
correction factors until the difference between the calculated oil temperatures in the current and previous approximations becomes less than a predetermined error δ.
RU2018132121A 2018-09-07 2018-09-07 Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine RU2699869C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132121A RU2699869C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132121A RU2699869C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699869C1 true RU2699869C1 (en) 2019-09-11

Family

ID=67989822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132121A RU2699869C1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2699869C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114022975A (en) * 2021-10-25 2022-02-08 四川腾盾科技有限公司 Method for preventing high-altitude evaporation loss of unmanned aerial vehicle
CN115077740A (en) * 2022-06-08 2022-09-20 昆山市易泰汽车科技有限公司 Gearbox temperature testing method and system
RU2816352C1 (en) * 2023-09-25 2024-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for operating gas turbine unit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2287074C2 (en) * 2004-12-20 2006-11-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Device to control oil system of gas-turbine
RU2533597C1 (en) * 2013-12-27 2014-11-20 Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" Method of determination of sufficiency of oil cooling in jet turbine engine
RU2645066C1 (en) * 2017-04-20 2018-02-15 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Testing method of aviation turbojet engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2287074C2 (en) * 2004-12-20 2006-11-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Device to control oil system of gas-turbine
RU2533597C1 (en) * 2013-12-27 2014-11-20 Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" Method of determination of sufficiency of oil cooling in jet turbine engine
RU2645066C1 (en) * 2017-04-20 2018-02-15 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Testing method of aviation turbojet engine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114022975A (en) * 2021-10-25 2022-02-08 四川腾盾科技有限公司 Method for preventing high-altitude evaporation loss of unmanned aerial vehicle
CN114022975B (en) * 2021-10-25 2024-04-09 四川腾盾科技有限公司 Method for preventing unmanned aerial vehicle from high-altitude evaporation loss
CN115077740A (en) * 2022-06-08 2022-09-20 昆山市易泰汽车科技有限公司 Gearbox temperature testing method and system
RU2816352C1 (en) * 2023-09-25 2024-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method for operating gas turbine unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105510037B (en) A kind of altitude pilot system of Aero-Engine Lubrication System and method
RU2699869C1 (en) Method of determining the sufficiency of cooling oil in a turbojet engine
US11530652B2 (en) Water injection
Serrano et al. An experimental procedure to determine heat transfer properties of turbochargers
US9746394B2 (en) Bench test, for the characterization of a flow of a two-phase fluid
CN108508147B (en) System and method for measuring steady-state leakage rate of liquefied gas
BR112014008308B1 (en) AIR COMPRESSION COMBUSTION DRIVE ASSEMBLY CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD TO CHANGE THE FUEL INJECTION OF AN AIR COMPRESSION COMBUSTION DRIVE ASSEMBLY
CN110023599A (en) Method and apparatus for obtaining the oil temperature in internal combustion engine
US20230194322A1 (en) Method for determining characteristics of a fuel supplied to an aircraft engine
RU2533597C1 (en) Method of determination of sufficiency of oil cooling in jet turbine engine
Elzahaby et al. Theoretical and experimental analysis of a micro turbojet engine’s performance
BR112020000625B1 (en) FUEL MEASUREMENT CIRCUIT, TURBOM MACHINE AND FUEL MEASUREMENT METHOD
Trushlyakov et al. An experimental investigation of convective heat transfer at evaporation of kerosene and water in the closed volume
US8886448B2 (en) Method of providing a volume-mass law for fuel consumption
CN116291899A (en) Variable inlet guide vane
Koptilyy et al. Mathematical modeling of transient processes during start-up of main liquid propellant engine under hot test conditions
CN114441180B (en) Low-temperature endurance test system and test method
US10018519B2 (en) Method of estimating the temperature of the fuel leaving a turbomachine exchanger
Vincké et al. Description of an Air-Oil Test Set-Up for ACOC Heat Exchangers Testing
Beňo et al. Modeling of aircraft fuel system
CN115263615A (en) Fuel oil heating system and fuel oil heating method
Chebotaryev et al. Experimental study of thermophysical properties of gasoline oil fractions
deBooy Experiments on the Saturn S-Ib Stage to Determine the Lox Density
Branchi et al. Comparison of Aqueous Mixtures of Propylene-Glycol and Ethylene-Glycol Under Simulated Engine Cooling Conditions
Campbell Evaluation of Variables Influencing Air Cooling of Engines