某型涡轮冷却器高空工作可靠性的研究

倪瑞林　韩 冬（沈阳航天新光集团有限公司，辽宁　沈阳　110043）



某型涡轮冷却器高空工作可靠性的研究

倪瑞林韩 冬
（沈阳航天新光集团有限公司，辽宁沈阳110043）

摘要：涡轮冷却器作为飞行器上的辅助设备，需要满足飞行器的所有工作环境要求。本文以某型涡轮冷却器作为研究内容，通过在地面模拟高空环境的方式，研究其在高空环境下工作的可靠性。

关键词：涡轮冷却器；高空试验；可靠性

1 引言

为保证飞行器上某些设备在飞行过程中保持良好的工作状态，避免由于过热而使设备性能降低或者出现故障，需要采取一定手段对其温度进行控制，采用涡轮冷却器是其冷却方式之一。本文针对某型涡轮冷却器，在地面模拟高空环境，对其高空工作可靠性进行研究。

2 工作原理

其原理是利用飞行过程中的来流气体，通过涡轮冷却器后，这部分来流气体温度降低，降温后的气体流向需要被冷却的设备，将其热量带走并排出飞行器外。

图1　试验原理图

3 研究目的

通过在地面模拟高空环境，研究该型涡轮冷却器能够可靠工作的高度。

4 试验方法

试验原理图如图1所示，本试验包含：（1）冷源装置；（2）高空模拟舱（虚线框）；（3）被试涡轮组件（虚线框所示）。其中冷源装置提供试验所需低温气源。高空模拟舱提供试验所需的低压环境，通过真空泵实现。试验选取3个典型的高度，试验控制参数见表1，试验内容为将被试涡轮的入口参数调节为所要求值时，记录被试涡轮的工作时间。

5 试验要求

（1）试验台的安装调试在技术人员指导下进行；

（2）试验系统所有测量设备均在二级以上（含二级）计量部门检定合格，并且在有效期内使用，量程和精度满足产品测试要求；

表1　试验控制参数表

表2　试验设备

图2　冷源装置图

图3　试验模拟舱

表3　模拟高空环境实测值与要求值对照表

（3）所用压力变送器的精度等级为0.1级；

（4）所用温度变送器的测量不确定度≤0.1℃；

（5）所用气体质量流量计示值误差的不确定度≤1.2%；

（6）所用转速测量装置的精度为：0.02%。

6 试验步骤

（1）试验调试前，务必保证气源清洁，试验用涡轮均能正常运转，测量仪表指示正常。

（2）关闭阀门V4，打开阀门V2，调节冷源装置，使得被试涡轮组件入口温度T3为8℃。

（3）打开真空泵，监测高空模拟舱压力和温度，使其达到71.9kPa，温度为8℃。

（4）调节V3，使低压舱达到所要求值时（47.18kPa、8℃），运行稳定5分钟。缓慢打开V4，监测被试件涡轮入口的温度及压力，保证P3若达到（71.9kPa），记录涡轮进出口参数（压力、温度、流量），让涡轮运行10min～15min。

（5）该工况完成后，关闭涡轮入口阀门，进行9km高度试验。

（6）调节冷源装置，调节V3，使低压舱达到所要求值时（30.74kPa、-14℃）。监测被试件涡轮入口的温度及压力，调节V4，保证P3若达到（46.85kPa），打开被试件涡轮的阀门，记录涡轮进出口参数（压力、温度、流量），让涡轮运行10min～15min。

（7）该工况完成后，关闭涡轮入口阀门，进行12km高度试验。

（8）调节冷源装置，调节真空泵开度（增加），调节V3，使低压舱达到所要求值时（19.33kPa、-29℃）。监测被试件涡轮入口的温度及压力，调节V4，保证P3若达到（29.47kPa），打开被试件涡轮的阀门，记录涡轮进出口参数（压力、温度、流量），让涡轮运行10min～15min。

（9）试验完毕，先关闭试验涡轮入口气源阀门，再关闭冷源装置和真空泵。

7 试验设备

试验设备见表2。

8 试验结果

该型涡轮冷却器在给定高度（6km，9km，12km）的环境能够稳定工作，工作时长达到预期指标。模拟高空环境实测值与要求值对比见表3。

结论

实测环境条件与给定环境条件误差在允许范围之内，高空模拟试验过程中涡轮冷却器运转良好，表其在不同高空环境（6km，9km，12km）下能够稳定工作，可靠性良好。

参考文献

[1]秦立森.短周期全尺寸涡轮试验及测试方法[Z].北京：中国科学院工程热物理研究所，2002.

[2]焦天佑.高空台对比试验校准与标定技术研究[Z].成都：燃气涡轮研究所，1997.

中图分类号：TB114

文献标识码：A