Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » Статьи о средствах измерений » Голенцов Д.А., Кюрегян Н.С., Фланден В.С., "Метод и средства измерений параметров разряда свечей зажигания ГТД"

Метод и средства измерений параметров разряда свечей зажигания ГТД




Д. А. Голенцов, к. ф.-м. н., начальник сектора, Н. С. Кюрегян, начальник сектора, В. С. Фланден, инженер ФГУП «Центральный институт авиационного моторостроения им. П. И. Баранова»

 

Для обеспечения эффективного и надежного воспламенения в камерах сгорания при запуске авиационных ГТД весьма актуальной остается задача диагностики разрядных импульсов на свечах зажигания. Полезная энергия, выделяемая в разрядном промежутке свечи и воздействующая на воспламеняемую смесь, которая может составлять до 15% от накопленной энергии в конденсаторе агрегата зажигания, в первую очередь, определяется как параметрическим и эксплуатационным состоянием элементов системы зажигания (агрегата зажигания, провода зажигания и свечи), так и составом и физическим состоянием среды в зоне разряда (соотношение компонентов топливовоздушной смеси, качество распыла топлива, температура, давление, скорость и др.). Существенную роль в обеспечении воспламенения топливо-воздушной смеси играет также и сама форма разрядного импульса, определяемая характерными амплитудами тока и напряжения, частотой и длительностью импульса.

Обстоятельства зачастую вынуждают производить выбор параметров и режимов систем зажигания априорно и выбор оказывается далеко не оптимальным. Таким образом, встает задача разработки системы измерений параметров разрядных импульсов, которая должна обеспечивать вычисление комплексных диагностических показателей(критериев)энергетической эффективности разряда, таких как: энергии, выделяемые в элементах разрядного контура, эффективное значение тока разрядного импульса, к.п.д. разряда и ряда других показателей.

 

Структура и элементы системы измерения параметров разряда. Метод измерений

 

Электрический разряд на свече зажигания используется в качестве воспламеняющего агента в камерах сгорания двигателей, оказывая энергетическое воздействие на окружающую топливовоздушную смесь.

В технике систем зажигания в качестве единственного регламентируемого показателя этого энергетического воздействия применяется накопленная энергия в конденсаторе агрегата зажигания. Известно, однако, что часть этой энергии (до 85%) теряется в процессе разряда в цепях и устройствах разрядного контура системы до свечи, а еще некоторая часть и в самой свече. Поэтому, как правило, неизвестна полная полезная энергия импульсного разрядного плазмоида свечи, воздействующая на воспламеняемую смесь. 

Эта полезная энергия разряда, в первую очередь, определяется как параметрическим и эксплуатационным состоянием элементов системы зажигания (агрегата зажигания, провода зажигания и свечи), так и составом и физическим состоянием среды в зоне разряда (соотношение компонентов топливовоздушной смеси, качество распыла топлива, температура, давление, скорость и др.). Этими же факторами определяется и воспламеняющая способность того или иного разряда при тех или иных физических условиях пребывания горючей смеси. Существенную роль играет также и сама форма разрядного импульса, определяемая характерными амплитудами тока и напряжения, частотой и длительностью импульса.

Зачастую, выбор параметров и режимов систем зажигания происходит априорно и оказывается, как правило, далеко не оптимальным с позиций энергетической эффективности, а сами системы оказываются переразмеренными по габаритам и массе. Если для ГТД, в особенности полноразмерных, такой выбор в определенной мере был оправдан в силу относительной незначительности в них габаритов и массы системы зажигания, то применительно к прямоточным ВРД подобный подход являлся бы неприемлемым, потому что для прямоточных ВРД, где несравненно более тяжелые условия воспламенения в камере сгорания, проблематично обеспечить надежный запуск или дежурное сопровождение работы ВРД при приемлемых относительных габаритах и массе системы зажигания без оптимизации параметров и режима системы зажигания, формы разрядных импульсов. Таким образом, встает задача разработки системы измерений параметров разрядных импульсов, как инструмента их исследований.

Система измерений должна обеспечивать вычисление комплексных диагностических показателей (критериев) энергетической эффективности разряда, таких как: энергии, выделяемые в элементах разрядного контура, эффективное значение тока разрядного импульса, к. п. д. разряда и ряда других показателей [1]. В достижение этого, а также наряду с тем и независимо она должна обеспечивать регистрацию текущих значений тока I и напряжения U разрядных импульсов в цепи питания свечи зажигания.

Элементом измерительной системы, реализующим регистрацию этих разрядных импульсов, является плата сбора данных (аналого-цифровой преобразователь - АЦП), обладающая достаточной частотой дискретизации, обусловленной частотой колебаний измеряемых разрядных импульсов.

Среди комплексных диагностических показателей (критериев) энергетической эффективности разряда следует, в первую очередь, указать на энергию разряда непосредственно на свече зажигания Q, которая может быть вычислена по формуле:   

        r

Q= ∫UIdt.

        о

В качестве приемников входных сигналов в измерительной системе используются аналоговые датчики тока и напряжения разряда, согласующие параметры разряда с входными параметрами АЦП.

Система (рис. 1) состоит из измерительного модуля ИМ, который объединяет собой датчики тока ДТ и напряжения ДН разряда и измерительный адаптер Ад и подключается к разрядному контуру системы зажигания между агрегатом зажигания АЗ и свечей зажигания Св, а также линии передачи сигналов тока iи напряжения и (ЛПС) в систему сбора и обработки данных ССОД на базе аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера (АЦП-ПК).

Датчик тока разряда представляет собой измерительный трансформатор тока, он монтируется в высоковольтный провод зажигания непосредственно перед свечей.

Датчик напряжения разряда представляет собой резистивный делитель напряжения, который подключается к разрядному контуру свечи зажигания с помощью специального адаптера. На параметры разряда датчик не влияет из-за собственного большого входного сопротивления.

Одним из главных требований к элементам диагностической системы является обеспечение минимальных искажений уровней и формы сигналов в процессе их преобразований и передачи от исходных точек к местам регистрации - то есть максимальная точность отображения импульсов. Для проверки выполнения этого условия было проведено специальное исследование на лабораторной установке. В результате, удалось подобрать такую конструкцию датчиков, сигнал с которых был бы наиболее близкий к теоретически ожидаемому с учетом согласования с длинными линиями передачи сигнала.

Апробирование системы измерений

На рис. 2 показана система измерений, смонтированная непосредственно на двигателе.

На рис. 3 представлены типичные зарегистрированные датчиками сигналы разрядного импульса емкостной свечи зажигания. Красная кривая - это ток разряда, черная - напряжение. Следует отметить, что вычисленная энергия Qcs, подведенная к свече, всегда несколько больше энергии Qp, выделенной непосредственно в искровом разрядном промежутке свечи, на некоторую величину потерь в сопротивлениях электродов свечи и переходных контактов на участке между точками подключения датчика напряжения (со стороны хвостовика свечи) и искровым промежутком. Как показали оценки, разница составляет порядка 30%.

Выводы

Страница 1 из 2 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » Статьи о средствах измерений » Голенцов Д.А., Кюрегян Н.С., Фланден В.С., "Метод и средства измерений параметров разряда свечей зажигания ГТД"