Analiza experimentala a regimurilor motoarelor cu reactie

PREFATA

Motoarele cu reactie reprezinta o realizare tehnologica de varf a ingineriei moderne, avand un rol esential in aviatie si alte domenii ale transportului si energiei. Aceste sisteme complexe functioneaza pe baza unor principii avansate de termodinamica si mecanica a fluidelor, necesitand o cunoastere aprofundata a principiilor lor de functionare, a caracteristicilor fiecarui element component si a metodelor de masurare si analiza a parametrilor lor. Precizia si fiabilitatea acestor motoare sunt esentiale pentru siguranta si eficienta sistemelor de transport aerian, ceea ce impune utilizarea unor tehnici avansate de testare si monitorizare.

Aceasta carte ofera o abordare sistematica si detaliata a proceselor de experimentare si masurare asociate motoarelor cu reactie, cu accent pe metodologia precisa si aparatura necesara pentru asigurarea calitatii si performantei acestor sisteme. Prin integrarea unor studii de caz relevante si a unor exemple practice, cititorii vor putea sa aprofundeze aspectele esentiale ale testarii motoarelor cu reactie, familiarizandu-se cu cele mai recente tehnologii utilizate in acest domeniu.

Lucrarea este structurata in trei capitole principale, fiecare avand un rol bine definit. In primul capitol, se prezinta metodele de experimentare a motoarelor cu reactie, de la utilizarea standurilor de incercare pana la analiza regimurilor tranzitorii de functionare. Cititorul va descoperi tehnicile prin care sunt determinati parametrii critici ai motoarelor, precum caracteristicile compresorului, temperaturile si presiunile gazelor, dar si pierderile de presiune totala in dispozitivele de evacuare. De asemenea, sunt discutate aspecte privind influenta conditiilor de mediu asupra performantelor motorului, incluzand variatiile de temperatura, presiune si umiditate care pot afecta eficienta combustiei.

Cel de-al doilea capitol aprofundeaza metodele si aparatura utilizate in masuratorile experimentale, oferind o imagine detaliata asupra instrumentelor si tehnicilor esentiale pentru masurarea temperaturilor, presiunilor, vitezelor fluidelor si a altor parametri relevanti. Sunt abordate metode avansate, cum ar fi utilizarea anemometrului cu fir cald sau masurarea vitezei cu laser bazata pe efectul Doppler, care permit obtinerea unor date de mare precizie. Pe langa acestea, lucrarea include o prezentare detaliata a sistemelor moderne de achizitie a datelor, care asigura monitorizarea in timp real a performantelor motorului, optimizarea parametrilor de functionare si prevenirea defectelor critice.

Capitolul final se concentreaza pe prelucrarea datelor experimentale, discutand erorile inerente proceselor de masurare si metodele statistice utilizate pentru a asigura validitatea rezultatelor. Cititorii sunt ghidati prin tehnici precum metoda celor mai mici patrate, aplicarea teoriei probabilitatilor si alte metode statistice, toate necesare pentru interpretarea riguroasa a rezultatelor experimentale. Se pune accent pe importanta calibrarii instrumentelor de masura, precum si pe necesitatea verificarii si validarii datelor prin compararea acestora cu modele teoretice si simulari numerice avansate.

Aceasta carte se adreseaza in principal studentilor, inginerilor si cercetatorilor din domeniul aviatiei si al motoarelor cu reactie, fiind o resursa valoroasa atat pentru cei aflati la inceputul carierei, cat si pentru specialistii care doresc sa aprofundeze aspectele tehnice ale experimentarii motoarelor cu reactie. Structura clara, explicatiile detaliate si numeroasele exemple practice o recomanda ca pe un instrument indispensabil pentru oricine doreste sa inteleaga si sa aplice in mod eficient cunostintele din acest domeniu de inalta tehnologie.

In final, lucrarea isi propune sa sprijine progresul stiintific si tehnologic, contribuind la dezvoltarea unor motoare mai eficiente, mai fiabile si mai ecologice, in beneficiul unei industrii aviatice durabile. Speram ca aceasta carte sa fie o sursa de inspiratie si cunoastere pentru toti cei care o vor studia, facilitand o mai buna intelegere a provocarilor si oportunitatilor din acest domeniu fascinant al ingineriei aeronautice.

Autorii

CUPRINS

1. EXPERIMENTAREA MOTOARELOR CU REACTIE 11
1.1. Standuri de incercare a motoarelor cu reactie 14
1.2. Testarea motoarelor cu reacte pentru determinarea parametrilor si caracteristicilor de functionare 22
1.2.1. Prelucrarea datelor experimentale in scopul construirii caracteristicii compresorului 26
1.2.2. Determinarea coeficientului excesului de aer in camera de ardere 28
1.2.3. Stabilirea presiunii totale medii a gazelor de ardere la intrarea in turbina 28
1.2.4. Stabilirea temperaturii totale medii a gazelor de ardere la intrarea in turbina 29
1.2.5. Prelucrarea datelor experimentale in scopul construirii caracteristicii turbinei 30
1.2.6. Stabilirea pierderilor de presiune totala in dispozitivul de evacuare 32
1.3. Incercari ale motoarelor in regimuri tranzitorii 33
1.3.1. Desfasurarea probei de suplete 33
1.3.2. Pornirea turbomotoarelor 34
1.3.3. Particularitatile regimurilor tranzitorii 41

2. METODE SI APARATURA DE MASURA UTILIZATE LA EXPERIMENTAREA MOTOARELOR CU REACTIE 44
2.1. Masurarea temperaturilor 44
2.1.1. Termometre cu lichid 45
2.1.2. Termometre cu rezistenta electrica 46
2.1.3. Termometrele termoelectrice (termocuplele) 47
2.1.4. Masurarea temperaturii gazului in miscare 50
2.1.5. Erori de masurare legate de inertia termica a traductorilor termometrelor 52
2.1.6. Masurarea temperaturii suprafetei pieselor cu culori termoindicatoare 53
2.2. Masurarea presiunilor 54
2.2.1. Masurarea presiunii statice 54
2.2.2. Masurarea presiunii totale 57
2.2.3. Masurarea presiunii in regim dinamic 58
2.2.4. Traductori de presiune 60
2.3. Masurarea vitezei fluidului de lucru 62
2.3.1. Anemometrul cu fir cald 62
2.3.2 Masurarea vitelezelor cu laser cu efect Doppler 66
2.3.3. Masurarea directiei de curgere a fluidului 71
2.4. Vizualizarea miscarii unui fluid 73
2.4.1. Metoda umbrelor 75
2.4.2 Metoda Schilieren 77
2.4.3. Metoda interferometrica 79
2.5. MASURAREA DEBITELOR 81
2.5.1. Masurarea debitelor de gaze 81
2.5.2. Masurarea debitelor de lichide 84
2.6. MASURAREA FORTELOR 84

3. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE 88
3.1. Erorile de calcul legate de operatiile cu numere aproximative 88
3.2. Aplicarea teoriei fenomenelor aleatorii la erorile aleatorii de masurare. Indicii preciziei de masurare 94
3.2.1. Valoarea probabila a marimii masurate 94
3.2.2. Eroarea patratica medie a unei masuratori separate 95
3.2.3. Eroarea probabila a unei masuratori separate 96
3.2.4. Eroarea medie a unei masuratori separate 96
3.2.5. Eroarea maxima a unei masuratori separate 96
3.3. Erorile probabile ale masuratorilor indirecte 97
3.4. Metoda celor mai mici patrate 100

Anexa. MARIMI FIZICE SI UNITATI DE MASURA 103
Metodele de studiu ale fenomenelor fizice 103
Experimentul 104
Modelarea fenomenelor fizice 104
Marimile fizice si unitatile de masura 105

BIBLIOGRAFIE 110

DESPRE AUTORI

Dr. ing. Valentin SILIVESTRU
S-a nascut in comuna Tintea, judetul Prahova. A absolvit Facultatea de Inginerie Aerospatiala, Specializarea Sisteme de Propulsie, la Politehnica Bucuresti, in anul 1979, si a devenit doctor inginer, cu distinctia „Cum Laude”, in specialitatea Inginerie Aerospatiala, in anul 2001. Este cercetator stiintific gradul I, din anul 1994, si profesor asociat in cadrul Universitatii Nationale de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti, Facultatea de Inginerie Aerospatiala, din 1999. Director al Institutului National de Cercetare Dezvoltare Turbomotoare COMOTI. In calitate de director de proiect, a coordonat peste 17 proiecte de CDI din cadrul competitiilor nationale PN II, ROSA, POSCCE, PNCDI III si a participat la coordonarea cercetarilor institutului ca partener in proiecte europene de cercetare din domeniul turbomotoarelor. Este autor a 56 de articole stiintifice, publicate in reviste de specialitate din tara si strainatate, autor a 7 carti de specialitate si 16 brevete de inventie. Este membru corespondent al Academiei de Stiinte Tehnice din Romania, din anul 2016, si vicepresedinte al Asociatiei Generale a Inginerilor din Romania, ales la Congresul din noiembrie 2022. De asemenea, este membru/reprezentant in bordul unor prestigioase asociatii si societati profesionale nationale si internationale, precum: membru al Asociatiei Generale a Inginerilor din Romania (AGIR), din 1993; membru al American Society of Mechanical Engineering (ASME), din 1997; vicepresedinte al Asociatiei Aeronautice si Astronautice a Romaniei (AAAR), din 2006; Reprezentant National in „National States Representative Group Clean Sky1 and 2 JTI Brussels”, din 2009; „Trustee board member” - Council of European Aerospace Societies (CEAS), din 2011; membru al Colegiului Consultativ pentru Cercetare-Dezvoltare si Inovare (CCCDI), in perioada 2015-2018.

Prof. dr. ing. Grigore CICAN
S-a nascut in Targu Jiu, judetul Gorj. A absolvit Facultatea de Inginerie Aerospatiala - Specializarea Sisteme de Propulsie, la Universitatea Politehnica Bucuresti, in anul 2009. A absolvit Facultatea de Fizica - Specializarea Fizica Tehnologica, la Universitatea Bucuresti, in anul 2010. A devenit doctor in inginerie aerospatiala, in anul 2014. Din 2014 pana in prezent este cadru didactic in Universitatea Nationala de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti, Facultatea de Inginerie Aerospatiala, Departemenul de Stiinte Aerospatiale ”Elie Carafoli”. In anul 2022 isi sustine teza de abilitare iar in anul 2023 obtine titlul de Profesor universitar cu conducere de doctorat. Este cercetator stiintific gradul I, din anul 2024, in cadrul Institutului National de Cercetare Dezvoltare Turbomotoare COMOTI. Este autorul a 10 carti de specialitate, autor a peste 60 de articole publicate in jurnale de specialitate avanda 50 de articole indexate in baza de date Web of Science, majoritatea publicate in jurnale cotate Q1 sau Q2. In calitate de director de proiect, a coordonat sau a fost responsabil pentru 3 proiecte de CDI din cadrul competitiilor nationale PN III si STAR si a participat ca specialist in proiecte de cercetare din domeniul aviatiei si al potectiei mediului. Ca profesor universitar preda urmatoarele cursuri in cadrul Facultatii de Inginerie Aerospatiala a Universitatii Nationale de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti:”Introducere in inginerie aerospatiala”, ”Bazele propulsiei aerospatiale”, ”Tehnologii de fabricatie a sistemelor de propulsie”, ”Agregate si instalatii in turbomotoare”, ”Modelarea si simularea transferului de caldura”, ”Sisteme de propulsie spatiale”, ”Aviatia si mediu”, ”Acustica si poluare fonica”.