Приборы и системы контроля работы авиадвигателей, высотного и кислородного оборудования

1. Лекция № 7 Тема 2.2. Приборы и системы контроля работы авиадвигателей, высотного и кислородного оборудования 2.23. Комплекс

топливоизмерения и центровки
КТЦ2-1Б
2.24. Параметры вибраций и их взаимосвязь
2.25. Датчики вибраций
2.26. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и
виброметр ускорения типа ИВ-41

2. 2.23. Комплекс топливоизмерения и центровки КТЦ2-1Б

27
На самолете Ту-204-300 измерение и индикация запаса
топлива, вычисление и индикация центровки и массы самолета,
управление расходом топлива и перекачкой топлива осуществляются
комплексом топливоизмерения и центровки КТЦ2-1Б.
Данный комплекс состоит из следующих функциональных систем:
- топливоизмерительной системы (ТИС);
- системы автоматического расхода топлива (APT);
- системы автоматической перекачки топлива (АПТ);
- системы автоматического управления заправкой заданного
количества топлива;
- системы встроенного контроля (ВСК).

3. Топливоизмерительная система

26
Топливоизмерительная система (ТИС) осуществляет:
–
измерение и индикацию массы топлива в каждом баке;
–
вычисление и индикацию суммарной массы топлива на самолете;
–
автоматическое управление расходом топлива, перекачкой и
включение соответствующей сигнализации;
–
сигнализацию остатков топлива в расходных отсеках 1300 кг;
–
сигнализацию резервного остатка топлива 2,6 тонны;
–
вычисление и индикацию суммарного остатка топлива на самолете
по информации от расходомера о мгновенном расходе топлива каждого
двигателя;
–
вычисление, разности масс топлива в крыльевых баках №2 (левом
и правом)и выдачи информации в КИСС, МСРП;
–
вычисление разности суммарных масс топлива по информации от
топливомера и расходомера и выдачи информации в КИСС, МСРП;
–
вычисление и индикацию массы самолета в полете;
–
формирование и выдачу в КИСС, МСРП сигналов
"Низкая Ттопл","Увеличь Тторм "
–
выдачу информации в бортовые системы КИСС, МСРП, РИ, САОД-Б
(система автоматизированного обмена цифровыми данными), СО, АСШУ,
ВСС.

4. Топливоизмерительная система

25

5. Топливоизмерительная система

24
Топливоизмерительная система
ШАССИ
убр.
КИСС
СВС
БСКД
МСРП
АСШУ
БЭП18
ПВИ
ДТ35Г
ДТК7А
БЭП15
ПКУ13
ВСС
ПКУ3
КЗА
БЭП18
Табло
ост. 2,6
ШАССИ
убр.
БЭП16
СВС
БСКД
КТЦ2
ИСПР.
СО
САОДБ
Работа топливоизмерительной системы основана на измерении запаса
топлива с помощью емкостных датчиков топливомера ДТ35Г и ёмкостных
датчиков топливомера с компенсатором ДТК7А, установленных внутри
топливных баков и блока электронных преобразователей БЭП15.

6. Топливоизмерительная система

23
Топливоизмерительная система
ШАССИ
убр.
КИСС
СВС
БСКД
МСРП
АСШУ
БЭП18
ПВИ
ДТ35Г
ДТК7А
БЭП15
ПКУ13
ВСС
ПКУ3
КЗА
БЭП18
Табло
ост. 2,6
ШАССИ
убр.
БЭП16
СВС
БСКД
КТЦ2
ИСПР.
СО
САОДБ
Запас топлива измеряется по 8 каналам. К БЭП15 подключены емкостные
датчики ДТ35Г и ДТК7А левых и правых баков № 1 и 2, баков № 3, 4 и
расходных отсеков PO 1 и РО 2.

7. Топливоизмерительная система

ШАССИ
убр.
КИСС
СВС
БСКД
МСРП
АСШУ
БЭП18
ПВИ
ДТ35Г
ДТК7А
БЭП15
ПКУ13
ВСС
ПКУ3
КЗА
БЭП18
Табло
ост. 2,6
ШАССИ
убр.
БЭП16
СВС
БСКД
КТЦ2
ИСПР.
СО
22
В блоке БЭП15
сигналы от емкостных
датчиков
топливомера
преобразуются в
напряжение
постоянного тока,
пропорциональное
количеству топлива в
баках по каждому
каналу измерения.
САОДБ
Сигналы с БЭП15 поступают в блоки электронных преобразователей БЭП18
левого и правого бортов, где преобразуются в последовательный код,
который подается в ПКУ 13-2М (пульт контроля и управления) , КИСС для
отображения информации о суммарном запасе топлива, о количестве
топлива в каждом баке и выдачи информации в смежные системы МСРП,
ВСС и АСШУ. При отказе одного или нескольких каналов измерения топлива
в КИСС выдается сигнал отказа ТИС ОТКАЗ.

8.

ПКУ 13-2М
(пульт контроля
и управления

9.

Индикатор
КИСС

10. 2.23. Электроемкостные топливомеры с цифровым вычислителем

ШАССИ
убр.
21
КИСС
СВС
БСКД
МСРП
АСШУ
БЭП18
ПВИ
ДТ35Г
ДТК7А
БЭП15
ПКУ13
ВСС
ПКУ3
КЗА
БЭП18
Табло
ост. 2,6
ШАССИ
убр.
БЭП16
СВС
БСКД
КТЦ2
ИСПР.
СО
САОДБ
По сигналу «ШАССИ УБРАНО» производится изменение корректирующих
функций, компенсирующих методическую погрешность измерения массы.
Автомат расхода топлива обеспечивает автоматическое управление
расходом топлива из баков в соответствии с ДИАГРАММОЙ РАСХОДА
ТОПЛИВА. Предусмотрено также ручное управление топливными насосами
и кранами с помощью кнопок, расположенных на ПКУ 13-2М.

11.

Комплекс управления топливом и
центровкой КТЦ4-1 (для самолетов Ту-214)
2.19. Виды расхода топлива
2.20. Турбинный расходомер топлива
типа СИРТ с
датчиком ДРТМС

12. 2.23. Параметры вибраций и их взаимосвязь

20
2.23. Параметры вибраций и их взаимосвязь
Вибрация авиационного двигателя – движение точки или
механической системы в целом, во время которого возрастают и
уменьшаются со временем параметры, которые его характеризуют.
Причинами возникновения вибрации:
- круговая неравномерность потока воздуха на входе в двигатель;
- неравномерность процессов в проточной части двигателя;
- овальность подшипников опор роторов;
- несбалансированность роторов двигателя;
- неисправность последовательно соединенных роторов;
- тепловой дисбаланс роторов;
- разрушение подшипников, валов, компрессоров и турбины;
- обрывы лопаток у турбин и компрессоров;
- нарушение работы воздухозаборников.
При определенной величине вибрации возникает резонанс
колебаний частей авиадвигателя и самолета, что может привести к
разрушению их конструкции.

13. 2.24. Датчики вибраций

19
Приборы контроля вибраций обеспечивают измерение
скорости или ускорения вибрации двигателя и выдачу сигналов
повышенной и опасной вибрации в случаях превышения ее
значения выше установленной нормы.
Раннее предупреждение дефектов в двигателе дает
возможность избежать серьезных повреждений двигателя и летных
происшествий.
Средства измерительной техники, которые измеряют
величины характеризующие вибрацию, называются виброметрами,
а в авиации их называют аппаратурой контроля вибрации и
обозначают буквами ВВ (ИВ) с цифрами, которые условно
определяют назначение и область применения.
Применяемые в настоящее время датчики вибрации имеют
электрический выход. В качестве преобразователей перемещения в
электрический сигнал используются омические, индуктивные,
емкостные, электромагнитные, микросинные, пьезоэлектрические,
магнитострикционные преобразователи.

14. 2.24. Датчики вибраций

18
При измерении вибраций всегда участвуют три элемента:
вибрирующее звено, исходное (не вибрирующее) звено и устройство
для измерения движения вибрирующего звена относительно не
вибрирующего.
Устройство ИВ
1 – сейсмический элемент; 2 –
пружина; 3 – демпфер; 4 – корпус
прибора; 5 – датчик; 6 – входная
ось вибродатчика; 7 –направление
передачи вибраций на корпус
вибродатчика
Обычно исходное (не вибрирующее) звено создается в самом
приборе при помощи массы, которая может двигаться вдоль (или
вокруг) оси измерения вибраций. Масса связывается с основанием
прибора при помощи пружины и демпфера

15. 2.24. Датчики вибраций

17
2.24. Датчики вибраций
Масса вибродатчика по аналогии с сейсмографами
(приборами для записи землетрясений) называется
сейсмической или сейсмическим элементом.
Сейсмический элемент вместе с пружиной и
демпфером образуют сейсмическую систему.
Такая система реагирует на вибрации,
передаваемые на корпус вибродатчика.
Движение корпуса прибора 4, который приводится в соприкосновение с
вибрирующим элементом, относительно сейсмического элемента 1,
исполняющего роль исходного звена, измеряется датчиком 5.
Совокупность сейсмической системы и датчика сигналов 5 образует
датчик вибраций или вибродатчик. Сигналы датчика 5 в зависимости от
параметров сейсмической системы могут быть сделаны пропорциональными
относительному перемещению элементов 7 и 4 относительной скорости или
ускорению.
В состав каждого виброметра входят несколько датчиков вибрации
(обозначают буквами МВ), электронные блоки (ВЭ) и прибор указатель

16. 2.24. Датчики вибраций

16
2.24. Датчики вибраций
Конструктивные схемы некоторых типов датчиков вибрации
Вибродатчик при объеме
90 см3 весит около 450 г,
обладает собственной
частотой 10 Гц и
коэффициентом
относительного затухания
d ~ 0,7.
Чувствительность
прибора 0,03 в/см/сек и
диапазон входных
смещений ± 0,5 см.
Схема линейного электромагнитного вибродатчика:
1 – направляющий диск, 2 – ось чувствительности; 3 – вязкая
жидкость; 4 – опорный стержень; 5 – втулка с малым трением; 6 –
постоянный магнит; 7 – обмотка; 8 – сейсмический элемент; 9 – каркас
катушки; 10 – паз; 11 –воздушный зазор; 12 – соединительные
пружины; 13 – пружинный мост; 14 – корпус

17. 2.24. Датчики вибраций

15
2.24. Датчики вибраций
Конструктивные схемы некоторых типов датчиков вибрации
Сейсмический элемент представляет
собой цилиндр из магнитного
материала с малым гистерезисом. Он
выполняет функции якоря и
перемещается между двумя
катушками. Датчик при объеме 45 см3
весит 200 Г. При питании
напряжением 10В 400 Гц он обладает
чувствительностью 0,01 в/см/сек2.
Датчик работает в диапазоне
измерения ускорений до 10g
Схема вибродатчика с индуктивным мостом:
1 – опорный стержень; 2 – ось чувствительности; 3 – немагнитная
втулка; 4 – пластинчатая пружина; 5 – каркасы катушек; 6 – лента; 7 –
сейсмический элемент; 8 – пластинчатая пружина; 9 – немагнитная
втулка; 10 – вязкая жидкость; 11 – якорь; 12 – корпус; 13 – воздушный
зазор

18. 2.24. Датчики вибраций

14
2.24. Датчики вибраций
Конструктивные схемы некоторых типов датчиков вибрации
Биморфный пьезоэлемент:
а - схема; б - биморфный
пьезоэлемент для измерения ускорений;
1 - пьезоэлемент; 2 - зажим; 3 - масса
инерционного чувствительного элемента
Пьезоэлемент состоит из двух одинаковых склеенных пьезопластинок,
между которыми находится металлическая фольга, являющаяся одним
электродом: другим электродом являются металлические пластинки,
помещенные на внешних гранях пьезоэлемента.
На свободном конце укреплена масса инерционного чувствительного
элемента 3 , воспринимающая вибрацию. При изгибе такого элемента одна
пластина удлиняется, а другая укорачивается, что приводит к значительному
возрастанию чувствительности. Сигнал с пьезоэлемента снимают
экранированным кабелем. Ввиду малой величины выходной мощности ПЧЭ
необходимо его подать на усилитель с возможно большим входным
сопротивлением.

19. 2.24. Датчики вибраций

13
2.24. Датчики вибраций
Вибрационные колебания частей авиадвигателя можно записать в
виде следующей зависимости:
sB = SB sin ωВ t,
(1)
где sB и SB — текущее значение и амплитуда виброперемещения;
ωВ — круговая частота вибрации.
Помимо параметров sB и SВ вибрационные колебания характеризуются
виброскоростью VB, виброускорением аВ, виброперегрузкой nВ, частотой f В:
VB = dsB / d t = SB ωВ cos ωВ t
aB = d VB / d t = - SB ωВ2 sin ωВ t ;
nВ = aB/g = f В2 sB/250
(2)
(3)
(4)
В турбореактивном двигателе (ТРД) частота вращения ротора
колеблется в определенном диапазоне в функции от требуемой тяги. Поэтому
контроль вибрации ведется в некотором частотном диапазоне. Оценка уровня
вибрации осуществляется по значению виброскорости VB.
Скорость вращения вала винта в турбовинтовом двигателе (ТВД)
практически не меняется, поэтому частота вибрации постоянна. Оценка уровня
вибрации ведется по значению виброускорения aB.
В измерителях вибрации шкала может быть проградуирована в
единицах виброскорости (мм/с) и в единицах виброускорения (O...7g).

20. 2.24. Датчики вибраций

12
2.24. Датчики вибраций
Так как при гармонической вибрации существует взаимная связь между
скоростью и ускорением, аппаратура контроля вибрации делится на
виброметры скорости (ИВ-200, ИВ-300, ИВ-50) и виброметры ускорения (ИВ-41,
ИВ-500Е, ИВ-45-1).
В обоих случаях датчиком служит преобразователь, включающий
вибрирующий корпус 1, инерционную массу — постоянный магнит 2, который
соединен с корпусом через пружины 3.
Принципиальная схема
магнитоиндукционного датчика вибрации:
1- вибрирующий корпус;
2 - инерционная масса — постоянный
магнит; 3 - пружины; 4 – катушка
магнитоиндукционного преобразователя.

21. 2.24. Датчики вибраций

11
2.24. Датчики вибраций
Уравнение движения колебательной системы
2 sв
2x
x
2
2d 0
0 x
2
t
t
t2
0
- коэффициент
относительного затухания;
Cж
m
d k/2
Cж
m
- собственная круговая
частота;
k - коэффициент демпфирования т - масса
магнита; Сж - жесткость пружины.
Амплитудно-частотная
характеристика системы
Фазочастотная
характеристика системы
A
x
x max
2
1
2 2
2d
2
1
arctg
4d
2
2
в / 0

22. 2.24. Датчики вибраций

10
Амплитудночастотная характеристика
подвижной системы
датчика вибрации:
Дс - диапазон измерения
скорости; Ду - диапазон
измерения ускорения;
Дв - диапазон измерения
виброперемещений
При v >> 1 величина A→ 1. Для реализации этого режима следует
использовать пружину малой жесткости. Диапазон измерения
виброускорения отличается тем, что в этом диапазоне (v < 0,5)
рассматриваемая подвижная система превращается в акселерометр,
измеряющий ускорение колебаний. Получить данный режим можно, если
взять пружину большой жесткости. Для измерения виброскорости в
диапазоне 0,5 < v < 1,5 скоростная сила, пропорциональная входному
сигналу, должна быть больше позиционной и инерционной сил.

23. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

9
Виброметры скорости типа ИВ-200
Аппаратура контроля вибрации ИВ-200 предназначена для измерения
вибрации корпуса двигателя и сигнализации о возникновении вибрации,
превышающей допустимый уровень для данного двигателя. Уровень вибрации
выражается в процентах от максимального значения (устанавливается на
самолете ИЛ-62).

24. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр 8
ускорения типа ИВ-41
Виброметры скорости типа ИВ-200
Сигнал датчика усиливается, выпрямляется, подается на указатель и
одновременно на ждущий мультивибратор схемы сравнения. При достижении
заданного уровня виброскорости мультивибратор обеспечивает срабатывание
электронного реле Р, которое включает сигнальную лампу. Указатель ИВ
является микроамперметром магнитоэлектрической системы с подвижной
рамкой.

25. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр 7
ускорения типа ИВ-41
Виброметры скорости типа ИВ-200
Указатель вибрации УК-68В представляет
собой микроамперметр магнитоэлектрической
системы. Шкала указателя отградуирована в процентах
от их максимальных значений. Световая сигнализация
ПОВЫШЕННАЯ ВИБРАЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ срабатывает
при уровне вибрации 65%, а сигнализация ОПАСНАЯ
ВИБРАЦИЯ — при уровне 90%.
Встроенный контроль. При кнопочном
включении на вход канала усиления
подается напряжение контрольной
частоты. При этом световая
сигнализация (сигнальные лампы
«Повышенная вибрация» и «Опасная
вибрация») должна включиться, а
стрелка указателя — показать
определенное значение
виброскорости.

26. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр 6
ускорения типа ИВ-41
Виброметры скорости типа ИВ-50П
Аппаратура ИВ-50П предназначена для непрерывного контроля
вибрации корпуса двигателя в месте установки датчика путем
преобразования виброскорости в электрические сигналы, выдачи сигналов
на указатель уровня вибрации и на световые индикаторы двух уровней,
первый из которых выдается в случае превышения установленной нормы
вибрации двигателем «Повышенная вибрация», а второй - при достижении
уровня вибрации, работа двигателя при котором недопустима «Опасная
вибрация».
Кроме этого, аппаратура выдает на индикатор и в бортовое
устройство регистрации полета (МСРП - 64) напряжение постоянного тока,
пропорциональное текущему значению виброскорости.
Отличие ИВ-50П от аналогичной аппаратуры состоит в применении
пьезоэлектрических датчиков вместо электроиндукционных.
Недостатками датчиков типа МВ-25 являются ограниченный ресурс их
эксплуатации (6000 ч.), значительные погрешности и дорогостоящий ремонт
из-за выработки и полной замены подвижной системы датчика при ремонте.
Пьезодатчики лишены этого недостатка, не имеют ограничений ресурса, что
очень важно при переходе от ТО ВС по наработке к более прогрессивному
виду ТО по состоянию.

27. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр 5
ускорения типа ИВ-41
Виброметры скорости типа ИВ-50П
На каждом двигателе
установлены по 2
пьезоэлектрических
датчиков вибрации МВ04-01. Основные
достоинства
пьезодатчиков: их
высокие динамические
характеристики и
способность
воспринимать
механические колебания
с частотой 10 - 1000 Гц
Сигнал от датчика поступает на вход соответствующего канала блока БЭ-30,
имеющий полосу пропускания 50 -200 Гц, где заряд преобразуется в
переменное напряжение, пропорциональное виброскорости. Переменное
напряжение по каждому каналу отдельно фильтруется, усиливается до
необходимого значения, затем выпрямляется.

28. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр 4
ускорения типа ИВ-41
Виброметры скорости типа ИВ-50П
БЭ имеет два релейных
выхода, коммутирующих
напряжение бортсети 27В
для питания световых
табло двух уровней, а
также выдает 27В бортсети
в качестве разовой
команды для записи в БУР.
Релейный выход каждого
из двух уровней является
общим для обоих каналов
блока.
При превышении в месте установки любого из двух датчиков на двигателе
виброскорости, принятой за первый уровень срабатывания сигнализации,
включается табло «Повышенная вибрация» этого двигателя – при
номинальном значении 55 мм/с (55%), при превышении второго уровня
включается световое табло «Опасная вибрация» - при 65 мм/с (65%).

29. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

Виброметры ускорения типа ИВ-41
1
ИВ
2
Постоянный
магнит
U
Принципиальная схема
измерителя вибраций:
1 - катушка; 2 - корпус; 3 пружины
Электронн.
блок
3
"Опасная вибрация
Конструктивно датчики магнитоиндукционного типа виброметров
скорости и ускорения аналогичны. Различие заключается в разных
жесткостях пружин, на которых подвешены постоянные магниты, в
градуировке шкал и элементной базы ЭБ (лаппы). Виброметры
ускорения градуируются в единицах виброускорения (от 0 до 7g),
виброметры скорости — в единицах виброскорости (мм/с) или %.
3

30. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

Виброметры ускорения типа ИВ-41
Принципиальная схема
измерителя вибраций:
1 - катушка; 2 - корпус; 3 пружины
Указатель имеет шкалу, отградуированную в единицах
ускорения от 0 до 7 g с оцифровкой через 1 g и ценой деления
0,5 g, а также подвижный треугольный индекс, который заранее
вручную устанавливается на величину опасной вибрации в
пределах от 3 до 6 g (1 g = 9,8 м/с2).
2

31. 2.25. Виброметры скорости типа ИВ-50П, ИВ-200 и виброметр ускорения типа ИВ-41

1
Погрешности ИВ.
Основные погрешности авиационных виброметров определяются:
- несовпадением направления вибрации с осью датчика:
- изменением магнитной индукции магнита за счет старения и
температурных изменений;
- наличием трения в подшипниках и ошибками указателя.
Основная погрешность измерителей вибрации не превышает ± 10 %.
Для проверки виброметров используется переносная установка УПИВ. В
проверку входит оценка работоспособности, градуировки канала измерения,
исправности основных элементов. В условиях лабораторий для этих целей
применяются вибростенды.