Вопрос 3. Приборы контроля состояния масляных систем двигателя.
Механические манометры. В них используются методы измерения давления, в которых силы измеряемого давления непосредственно сравниваются с весом столба жидкости, эталонного груза или с силами упругих чувствительных элементов. Механические манометры, сконструированные на основе первых двух методов, находят применение в стационарных условиях или используются как контрольные при проверке и тарировке других. При реализации третьего метода измерения давления в качестве упругих чувствительных элементов (УЧЭ) используются мембраны, мембранные коробки, сильфоны и трубчатые пружины. Их деформация зависит от значения измеряемого давления.
Рис. 12. Устройство мановакуумметра
В мановакуумметре (Рис. 12) в качестве УЧЭ применяются манометрический и барометрический сильфоны 9 и 6. Давление рк которое измеряется, подаётся в сильфон 9. Сильфоном 6 измеряется давление ра, равное атмосферному. Под действием разности давлений происходит перемещение штока 8, отклонение рычага 7, перемещение тяги 2, поворот сектора 1, вращение трубки 5 и стрелки 4 относительно шкалы 3.
При измерении давления механическими манометрами возникают методические, инструментальные и динамические погрешности.
Методическая погрешность появляется за счёт изменения абсолютного давления окружающей среды.
Инструментальные погрешности возникают из-за наличия трения, люфтов в опорах и шарнирах подвижных элементов, дисбаланса подвижной системы, а также от изменения температуры окружающей среды. Последнее вызывает изменения модуля упругости материала, из которого изготовлен УЧЭ, и геометрических размеров деталей передаточного механизма. Уменьшение этой погрешности достигается с помощью биметаллических температурных компенсаторов и подбором материалов, из которых изготавливаются УЧЭ.
Динамические погрешности обусловлены запаздыванием измерений, которые зависят от параметров трубопровода, соединяющего объект контроля с механическим манометром.
Электромеханические манометры. В этих манометрах силы измеряемого давления преобразуются в перемещение УЧЭ, которые воздействуют на параметры измерительных электрических схем (сопротивление R, индуктивность L или ёмкость С). Преобразователь давления устанавливается непосредственно на объекте контроля, что позволяет отказаться от соединительных трубопроводов большой длины, избавиться от ряда погрешностей, упростить монтаж и эксплуатационное обслуживания.
Манометры типа ЭДМУ.Электрические дистанционные манометры унифицированного типа ЭДМУ (Рис. 13) имеют одинаковое устройство и элементы для всех диапазонов измеряемых давлений, за исключением УЧЭ и градуировки шкалы. Принципиальная электрическая схема приведена далее.
Рис. 13. Схема манометра типа ЭДМУ
Измеряемое давление ри подаётся в УЧЭ, который связан с щёткой Е3 потенциометра В1 через передаточный механизм. Значения сопротивлений Rx и Ry потенциометра преобразователя давления, меняющиеся в зависимости от давления ри, образуют два плеча мостовой схемы. Другими плечами мостовой схемы являются резисторы R1 и R2. Рамки логометра L1, L2и резистор RД составляют измерительную диагональ моста. Общая точка соединения рамок подключена к полудиагонали, состоящей из резисторов R3 и R4. Они предназначены для компенсации температурных погрешностей, вызванных изменением сопротивления рамок логометра при колебаниях температуры окружающей среды. Рамки логометров имеют одинаковое число витков, но разные конструктивные размеры. Вследствие этого внутренняя рамка имеет меньшее сопротивление. Для обеспечения симметрии схемы в цепь внутренней рамки включено добавочное сопротивление RД. При подключении к схеме напряжения питания в случае Rx = Ry мостовая схема симметрична. Ток, протекающий по полудиагонали через резисторы R3 и R4, разветвляется на два равных тока I1 и I2 рамок L1и L2(Рис. 14). При нарушении равенства между Rx и Ry симметрия в схеме нарушается, вследствие чего нарушается и равенство токов. Токи I1и I2, протекая по рамкам логометра, создают магнитные поля, характеризующиеся векторами напряжённости:
Рис. 14.
H1 = I1 w H2 = I2 w,
где, w – число витков каждой из рамок.
Подвижный магнит, на оси которого крепиться стрелка, располагается по направлению вектора
H = H1 + H2,
где, H – вектор напряжённости результирующего магнитного поля.
Рассмотрим далее кинематическую схему преобразователя давления.
Рис. 15. Кинематическая схема преобразователя давления
Измеряемое давление ри подаётся через штуцер 9 в полость преобразователя давления. Под действием ри происходит перемещение центра мембраны 8, толкателя 6 ,качалки 5, рычага 3, и щёткодержателя 13. Пружина 4 возвращает рычаг в исходное положение при уменьшении давления ри.
Рис. 16. Конструкция логометра ЭДМУ
Конструкция логометра ЭДМУ (Рис. 16) состоит из подвижного магнита 2 и неподвижных рамок 3 и 10. Магнит 2 и стрелка 5 крепиться к оси 9, концы которой вставлены в подпятники 6. Медный корпус 1 магнитного успокоителя используется для демпфирования колебаний подвижной системы логометра.
Неподвижный магнит 4 возвращает стрелку прибора в нулевое положение при отключении напряжения питания.
Погрешности, вносимые в схему измерения датчиком давления, аналогичны погрешностям механических манометров. Погрешности, вносимые электрической схемой и указателем, возникают при изменении температуры окружающей среды, при действии на подвижную систему указателя сил трения, дисбаланса и люфтов, а также от магнитного гистерезиса в материале экрана и подвижного магнита. Общая суммарная погрешность (± 4) и наличие ненадёжного скользящего контракта являются недостатками манометров этого типа.
Манометры типа ЭМявляются приборами дифференциального типа, измеряющими разность двух давлений (Рис. 17). В качестве УЧЭ применяются гофрированные мембраны, деформация которых преобразуется в электрическую величину с помощью потенциометрического преобразователя. Указателем является четырёхрамочный логометр с подвижным магнитом.
Рис. 17. Схема манометра типа ЭМ
Крайние точки потенциометра соединены накоротко, поэтому он эквивалентен круговому потенциометру. Каждая секция потенциометра соединена с соответствующим отводом рамки логометра. Напряжение питания 27 В ± 10% подаётся на щётку потенциометрического преобразователя и точку объединяющую все рамки логометра. При перемещении щётки потенциометра под действием сил давления происходит перераспределение токов в рамках логометра. В них создаются магнитные поля, характеризующиеся векторами напряженности. Подвижный магнит четырёхрамочного логометра располагается по направлению вектора напряжённости Н суммарного магнитного поля. Сопротивления R1 и R2 служат для регулировки ширины и равномерности шкалы. Применение такой схемы даёт возможность получать при малом перемещении жёсткого центра мембраны и щётки потенциометра большие углы отклонения стрелки указателя (размах шкалы достигает 2700). Это существенно повышает точность измерения давления при прочих равных условиях. Вследствие симметричности схемы прибора на показания указателя не влияют ни изменение напряжения питания, ни сопротивления рамок при колебаниях температуры окружающей среды. Суммарная погрешность прибора ± 3%. Основными недостатками манометра типа ЭМ являются наличие скользящего контакта и увеличенное число соединительных проводов, что снижает надёжность прибора, увеличивает его массу и усложняет монтаж на борту ЛА.
Манометры типа ДИМ. Недостатки потенциометрических преобразователей, связанные с износом потенциометрических преобразователей, связанные с износом потенциометра, нарушением контактов при вибрациях и колебаниях измеряемого давления, повышенных температурах, устранены в дистанционных индуктивных манометрах типа ДИМ (Рис. 18). Это обеспечивается применением дифференциального индуктивного преобразователя. Манометры этого типа применяются для измеряемого давления при повышенных температурах и значительных высокочастотных помех (до 700 Гц). Принципиальная электрическая схема манометра приведена ниже.
Рис. 18. Схема манометра типа ДИМ
В качестве УЧЭ применяются либо гофрированные мембраны, либо мембранные коробки. Жёсткий подвижный центр УЧЭ соединён с якорем индуктивного преобразователя. Катушки индуктивного преобразователя L1 и L2 совместно с резисторами R1 и R2 образуют мостовую схему, которая работает на переменном токе 36В 400 Гц. В диагональ мостовой схеме включены рамки логометрического указателя. При измерении давления деформация УЧЭ передаётся на якорь, который изменяет воздушный зазор в магнитных цепях катушек L1и L2. Это вызывает изменения индуктивности катушек и ведёт к перераспределению токов в рамках логометра. Так как логометр работает на постоянном токе, то в качестве выпрямителей в измерительную схему введены диоды Д1 и Д2. Максимальные погрешности манометров типа ДИМ составляет ± 4%, размах шкалы указателя 1200.
Сигнализаторы давления. Они предназначены для выдачи информации о наличии в системах силовых установок номинальных или критических режимов. УЧЭ 1 сигнализатора давления управляют работой контактов 4,5, коммутирующих электрическую цепь (Рис. 19).
Рис. 19. Схема сигнализатора давления
Сигнализатор давления 2 размыкает электрическую цепь с помощью упоров 3 и 6 при уменьшении разности давления р = р2 – р1.
Измеритель отношения давлений типа ИОД. Он предназначен для контроля тяги двигателя по отношению давлений
=р2 / р1
где, р1 – полное давление на входе в двигатель;
р2 – давление за турбиной двигателя.
Схема прибора (Рис. 20) состоит их датчика отношения давления (ДОД) и указателя отношения давлений (УОД). Она является измерительной схемой компенсационного типа в отличие от измерительных схем прямого преобразования. ДОД состоит: из рабочего сильфона17, в полость которого подаётся давление р2, анероид 1, реагирующего на изменение давления р1, подаваемого в корпус датчика; контактной системы 15, служащей для управления электродвигателем 13, через усилитель 16, потенциометра 2, фиксирующего отклонение рычага 18.
Рис. 20. Схема измерителя отношения давлений типа ИОД
УОД состоит: из усилителя 8; двигателя 10; механизма обратной связи, в который входят редуктор и потенциометр 12; механизма указателя, включающего ходовой механизм, шкалу 4, механизм ленты 3 и возвратную пружину 7. Лампы Л1 и Л2 освещают шкала указателя.
При изменении режима работы двигателя, следовательно, и изменении отношения давления подвижный контакт контактной системы 15, расположенной на рычаге 18, замкнётся с верхним или нижним неподвижным контактном, и электродвигатель 13 начнёт поворачивать анероид, изменяя угол его наклона к рычагу 18. При достижении равновесия приведённых сил сильфона и анероида происходит размыкание контактов и двигатель отключается. При этом с потенциометра 2 снимаются сигналы, пропорциональные отношению давлений. Он включён в мостовую измерительную схему указателя, содержащую потенциометр обратной связи 12 и подгоночные сопротивления 11. При разбалансе моста в диагонали возникает напряжение, которое усиливается усилителем 8 и поступает на электродвигатель 10 указателя, который уравновешивает мостовую схему с помощью потенциометрической обратной связи 12 и перемещает механизм указателя с показывающей лентой 3. При этом на шкале 4 указывается величина измеряемого отношения давлений. В случае отклонения питания или выхода из строя элементов прибора лента возвращается за нижнюю отметку шкалы возвратной пружиной 7. Подгоночные резисторы 11 позволяет произвести регулировку размаха чётно-белой границы ленты по шкале указателя. Вращением кремальеры 6 перемещается гайка со стрелкой 5 вдоль шкалы для отметки заранее установленного значения отношения давлений в точке контроля.
Термостружкосигнализаторы. Для своевременного предупреждения экипажа о появлении ненормальностей в работе подшипниковых узлов средней и задней опор ротора двигателя в нижней части камеры сгорания установлен корпус с масляными фильтрами и термостружкосигнализаторами (ТСС).
Система (Рис. 21) состоит из следующих основных элементов:
а) двух термостружкосигнализаторов 1, один из которых установлен в магистрали откачки масла от заднего подшипника ротора компрессора, другой – в магистрали откачки масла от подшипника ротора турбины;
б) сигнальной лампочки, расположенной на приборной доске в кабине экипажа.
В корпусе маслофильта имеются два канала, один из которых соединён с полостью заднего подшипника компрессора, другой – с полостью подшипника турбины.
В каждом канале установлен маслофильтр 10 и ТСС 1, которые своими фланцами совместно крепятся к корпусу маслофильтров 11 двумя болтами.
Рис. 21. Конструкция маслофильтра
Корпус маслофильтров 11 своим верхним фланцем крепиться четырьмя болтами к фланцу, имеющему на нижнем ребре жёсткости корпуса камеры сгорания. Между фланцами устанавливается паронитовая прокладка.
На корпусе маслофильтров 11, кроме того, установлено два штуцера для соединения каналов корпуса трубопроводами с масляным агрегатом.
Каждый ТСС состоит из датчика, сигнализирующего о стальной стружке в откачиваемом масле, и датчика предельной температуры воздушно - масляной смеси.
Датчик наличия стальной стружки состоит из магнитного накопителя стружки, представляющего собой два постоянных магнита 4 и 6, установленных с воздушным зазором друг против друга разными полюсами. Магниты соединены проводами 2 и 3 с контактами штепсельного разъёма термостружкосигнализатора. На корпусе ТСС установлен штепсельный разъём для подключения его к электрическим цепям двигателя и самолёта.
Датчик предельной температуры расположен в верхней части корпуса 5 и состоит из корпуса 8, вставки 9 из легкоплавкого сплава и контактов, одним из которых является верхняя часть магнита 6 , а другим – кольцо 7.
Вставка 9 помещается внутри конуса 8 и поддерживается тремя равноотстоящими выступами.Кольцо 7 соединено проводом 2 с магнитом 4.
Принцип работы как датчика наличия стружки, так и термодатчика основан на замыкании минусовой цепи сигнальной лампочки системы термостружкосигнализации при появлении стружки или повышении температуры откачиваемой воздушно – масляной смеси выше допустимой величины.
При появлении металлической стружки в одной из указанных выше магистралей откачки масла между магнитами образуется замкнутая сеть, так как зазор между магнитами заполняется стружкой.
В результате этого на приборной доске в кабине экипажа загорается лампочка наличия стружки в двигателе.
В случае повышения температуры воздушно - масляной смеси в магистрали откачки из полости заднего подшипника компрессора выше 180 0С и магистрали откачки из полости подшипника турбины выше 202 0С легкоплавкие вставки расплавляются и соединяют поверхность магнитов 6 и колец 7.Образуется замкнутая электрическая цепь, которая включает лампочку в кабине пилота, сигнализирующую о наличии стружки в масле.
Вывод: приборы контроля за работой силовых установок самолётов предназначены для контроля за тягой и тепловым режимом авиационных двигателей, состоянием смазки, запасом и расходом топлива, работой отдельных систем и агрегатов. К ним относятся приборы для измерения скорости вращения, температуры, давления, количества топлива в баках и расхода топлива. К этой же группе приборов относятся сигнализаторы заданных давлений в топливной системе и указатели положений конуса воздухозаборника, противопомпажных створок и рычага топлива, позволяющие проверить состояние соответствующих систем.
Двигатели самолётов, топливные и масляные баки, баллоны воздушных систем и другие объекты, за работой которых необходимо наблюдать во время полёта, располагается на расстоянии нескольких метров и даже десятков метров от кабины, где сосредоточено управление самолётов. Поэтому все приборы, контроля за работой силовых установок должны быть дистанционными.
Авиационные двигатели работают в напряжённом тепловом режиме, близком к предельному. Поэтому к термометрам, применяемым для контроля за тепловым режимом двигателя и обслуживающих систем. Предъявляется требование повышенной точности измерения. Так, при максимальных значениях измеряемых температур погрешность измерения температуры газов ТРД не должна превышать ± (0,5-1)%. Точность измерения температуры в системах охлаждения авиационных двигателей всех типов оценивается допустимой погрешностью ± (3-5)%.
Давление топлива в газотурбинных двигателях должно измеряться с погрешностью не более ± 1.5 % в диапазоне 0-10 кГ/см2 и ±4 % в диапазоне 10-100 кГ/см2. Погрешность измерения давления масла не должна превышать ± 4%.
Заключение
Точное измерение фактического запаса топлива на самолёте и мгновенного или суммарного его расхода необходимо для обеспечения безопасности полёта и выдерживания оптимального режима работы двигателя. Погрешность измерения количества топлива при положении самолёта в линии полёта не должна превышать 2-3% фактического запаса топлива не должна быть более ± 2,5%.
Сигнализаторы заданных давлений должны срабатывать с погрешностью, не превышающей ± 5% номинальных значений давления срабатывания.
Вопросы на самостоятельную подготовку
1.Контролируемые параметры силовых установок, агрегатов и систем ЛА.
2.Принцип работы термометра типа ТЭУ.
3. Принцип работы термодатчика.
4. Принцип работы ТНВ.
5. Принцип работы термоэлектрических термометров.
6. Принцип действия магнитоэлектрического гальванометра
7. Приборы контроля состояния масляных систем двигателя.
Литература
1. В.Д. Константинов, И.Г. Уфимцев, Н.В. Козлов "Авиационное оборудование самолётов" стр. 119-148.
2. Ю. П. Доброленский "Авиационное оборудование" стр. 82-88.
3. А.С. Тыртычко, Н.Н. Точилов, М.М. Ногас, В.М. Блувштейн "Авиационное оборудование вертолётов" стр. 254-282.
4. В.В. Глухов, И.М. Синдеев, М.М. Шемаханов "Авиационное и радиоэлектронное оборудование ЛА." стр. 46-76.
5. Конспект лекций.