9. Стендовые испытания Конструкция стенда

Испытания двигателя проводятся с целью определения его основных характеристик. Определяют мощность двигателя; удельный расход топлива; обороты, на которых достигается максимальная мощность; влияние различных топлив на мощность, расходные данные двигателя и, наконец, изменение ресурса двигателя и мощности его в процессе работы (а также ряд побочных менее значимых характеристик). Все эти характеристики могут быть получены в процессе стендовых испытании на различных стендовых устройствах, выбираемых в соответствии с назначением двигателя. Стендовое оборудование состоит из нестандартных измерительных устройств, стандартных устройств, топливной системы, системы зажигания, системы запуска двигателя и предохранительных устройств. Нестандартные измерительные устройства. К нестандартным измерительным устройствам относятся балансирный станок со спрямляющей решеткой и набор воздушных винтов.

Балансирный станок предназначен для замера крутящего момента. Он состоит из корпуса, к которому крепится угольник - моторама. На корпусе имеется фланец для крепления рейки, передающей усилие на весы, и демпфирующее приспособление с фиксатором. В корпусе установлены два шарикоподшипника, снижающие потери на трение при передаче крутящего момента двигателя. Подставка служит для установки балансирного станка на станине и закрепления его. Демпфирующее устройство представляет емкость, заполненную смесью трансформаторного масла с маслом MC-20, устанавливаемую на подставке балансирного станка. Период затухания колебаний должен составлять не более 3 сек. В этой емкости помещена пластина, связанная с рейкой, демпфирующая колебания. На другом конце рейки установлен шарикоподшипник, снижающий контактное трение с чашей весов. Одна из конструкций балансирного станка показана на рисунке 7. Это балансирный станок, используемый для испытания модельных двигателей с рабочим объемом цилиндров до 25 см3. Для установки других типов двигателей на станке предусмотрена сменная моторная рама. Схема испытательного стенда приведена на рисунке 8.

Для обкатки (приработки) и некоторых видов испытаний удобно использовать станок для закрепления двигателя, показанный на рисунке 9. Станок состоит из чугунного основания, на котором устанавливаются две стойки - одна неподвижная, другая подвижная. На стопках имеются выступы, предотвращающие возможность перемещения двигателя вперед под действием тяги воздушного винта (в случае ослабления стандартного запрещения его во время работы). Прижим осуществляется винтами, позволяющими перемещать одну из стоек (в зависимости от размеров двигателя). Крепят станок с помощью болтов в основании. Станок позволяет закреплять двигатель для обкатки. На нем также можно проводить сравнительные испытания двигателей с помощью тарированного винта.

Спрямляющая решетка уменьшает влияние закрученной струп от воздушного винта на точность замера мощности. Спрямляющая решетка состоит из двух частей и крепится к станине. Спрямляющая решетка выполнена из стальных полос, сваренных между собой аргонодуговой сваркой.

Воздушные винты служат в качестве нагрузки двигателя при его испытании. С их помощью замеряют максимальные крутящие моменты, развиваемые двигателем при различной скорости вращения. Для этого двигатель испытывают с различными винтами, доводя число оборотов до предельно возможного. Рекомендуется испытание двигателя начинать с винтом, развивающим наименьшее число оборотов. На рисунке 10 представлена серия винтов для испытания двигателя МАИ-25. Воздушные винты имеют следующие параметры: винт №1, диаметр D = 275 мм, шаг Н = 400 мм: винт № 2, D = 300 мм, Н = 400 мм; винт № 3, D = 330 мм, Н = 400 мм; винт № 4, D = 350 мм, Н = 400 мм; винт № 5, D = 380 мм. Н = 400 мм; винт № 6, D = 400 мм и Н = 200 мм. Винты сделаны из твердых пород древесины (бука), тщательно отбалансированы. Поверхность винтов для предупреждения ее разрушения активными компонентами топлив, каковыми являются метанол и нитрометан, покрыты слоем эпоксидной смолы ЭД-5. Стандартное измерительное оборудование. На стенде используются следующие измерительные приборы: строботахометр СТ-МЭИ (26) (см. рис. 8), служащий для бесконтактного замера числа оборотов вала двигателя; хронометрический тахометр СК-751 (рис. 11) для грубого определения диапазона чисел оборотов, что необходимо при работе со строботахометром, а также замера чисел оборотов двигателя при ярком свете; весы ВНЦ-2 (на рис. 8) для фиксации крутящего момента двигателя. Топливная система. Топливная система состоит из двух расходных емкостей 1 и 2 (см. рис. 8); топливного распределительного крана 4; трубки расходомера 3; топливного крана 5; поплавковой камеры 6; резиновой трубки, соединяющей штуцер поплавковой камеры со штуцером жиклера двигателя.  Уровень топлива регулируется положением поплавковой камеры, которую устанавливают вертикально на рейке с делениями. Количественный расход топлива изменяется регулировочной иглой. Для удобства испытаний двигателей регулировка подачи топлива производится дистанционно. Дистанционное управление выполнено в виде гибкого валика (тросик от бормашины) с маховичком 21, который и вращает иглу подачи топлива 18. Система зажигания. Система зажигания состоит из понижающего трансформатора 25; реостата 24; сигнальной лампы 23, показывающей готовность электрической цепи к работе; включателя для замыкания электрической цепи. С помощью реостата 24 перед запуском двигателя регулируется напряжение, подводимое к свече 9. Система записка. Система запуска состоит из электрического стартера 13, установленного на подставке 14 и питаемого от выпрямителя ВСА-6М (27). Электростартер (рис. 12) сделан на основе электродвигателя МУ-332. Для увеличения крутящего момента при запуске двигателей больших рабочих объемов на вал электродвигателя устанавливают маховик. Сцепление с коком двигателя происходит через резиновую муфту (вставку), выполненную, как показано на рисунке 13. Электростартер устанавливают на подставке, которая допускает возможность перемещения на направляющих вперед. Уровень оси электростартера относительно оси обтекателя втулку винта двигателя устанавливается регулировочными гайками, расположенными на подставке. Пуск электростартера производится кнопкой включателя. При работе модельного двигателя, развивающего большое число оборотов (20000-30000 об/мин), возникает опасность разрушения вращающихся деталей от инерционных сил. Для защиты испытателей на упругой подвеске устанавливают броневое органическое стекло толщиной до 25 мм. Отработавшие газы двигателя направляются в вытяжное устройство. При ручной регулировке двигателя со стороны винта нужно поставить защитную решетку 16 (см. рис. 8), которая не допустит попадания пальцев рук под вращающийся винт. Для снижения пожарной опасности, которая может возникнуть при запуске двигателей с калильным зажиганием, все детали и узлы стенда выполняются из металла. При запуске двигателя возможна утечка топлива, для сбора которого под рамой балансирного станка установлен поддон. Поскольку топливом для калильных двигателей являются спирты, в поддон наливают воду, которая снижает концентрацию спирта, делая смесь негорючей.

Работа стенда

Перед запуском двигателя проверяют работоспособность всех элементов стенда в отдельности: балансирного станка, измерительной аппаратуры, топливной системы, системы зажигания и системы запуска двигателя. Работа испытательного стенда (см. рис. 8) происходит следующим образом: двигатель 11, установленный на подмоторной раме 17 балансирного станка 39, проверяется на легкость вращения, а винт 10 устанавливается так, чтобы выпускное окно было открытым. Далее, к свече 9 подводится напряжение, которое контролируется вольтметром и визуально - по отсвету спирали свечи в выпускном окне. Открывают топливный кран 5. В выпускное окно впрыскивают несколько капель топливной смеси. Включая электростартер 13, подводят муфту сцепления к коку двигателя 12 и вводят в зацепление. После этого двигатель 11 запускается. Включают осветительную лампу 22 строботахометра 26 и замеряют число оборотов. Крутящий момент определяют по числу делений шкалы весов. Расход топлива определяют путем переключения крана 4 на заполнение трубки расходомера 3, фиксирующего уровень топлива в мерной трубке; затем кран 4 переводится в положение режима работы двигателя (по показаниям трубки расходомера с помощью секундомера отмечают время потребления топлива). Программу испытаний выбирают в зависимости от типам назначения двигателя. Каждый двигатель проходит приработку. Ее производят на малых оборотах и на смесях, содержащих повышенное количество масла. Во время обкатки сопряженные детали прирабатываются и механические потери уменьшаются. Приработку производят с воздушным винтом большого диаметра, создающим интенсивный воздушный потек, охлаждающий двигатель, так как во время приработки двигатель сильно нагревается за счет трения неприработанных деталей. Для лучшего внутреннего охлаждения двигателя увеличивают подачу топлива и двигатель работает на богатой смеси; заодно улучшается его смазка. Если во время приработки из выпускного окна выбрасывается темное масло, что можно обнаружить, приложив к выпускному патрубку чистый лист бумаги, то необходимо прекратить приработку. Потемнение масла обычно вызывается появлением мелких частичек металла, которые придают смазке темный цвет, увеличивая износ трущихся деталей. Необходимо выяснить причину повышенного износа, устранить ее и продолжить дальнейшую приработку. После приработки измеряют мощность двигателя, предварительно проведя тарировку балансирного станка. Тарировку балансирного станка производят путем установки на валу двигателя тарированного приспособления, которое позволяет определить крутящий момент. Тарировочное приспособленке представляет собой рейку с постоянным плечом, на конце которой подвешивается чашка весов, уравновешивающаяся грузом. На чашку кладут разновесы, начиная с малых. Показания контролируются визуально по положению стрелки весов. При этом чашки весов разгружают в обратной последовательности, отмечая положение стрелки весов. По среднеарифметическим значениям показаний строят тарировочный график, который действителен только для данного двигателя. Тарировка стенда позволяет учесть погрешности при определении крутящего момента, зависящего от установки двигателя, упругости топливных трубок, системы монтажа проводников тока и т. д. После тарировки приступают к испытанию двигателя с целью получения скоростной внешней характеристики по мощности. Для получения точек характеристики устанавливают последовательно различные воздушные винты, начиная с наиболее тяжелого аэродинамического винта, и регулируют при этом подачу топлива так, чтобы получить максимальное число оборотов. На максимальных оборотах двигателя фиксируют положение стрелки весов. Одновременно со значениями измеряемой мощности двигателя регистрируют расход топлива. Перед началом измерений необходимо занести в протокол испытания метеорологические условия: давление, температуру, влажность воздуха.