مقدمه

نیاز برای تست موتور از آنجا به وجود می‌آید که به یک یا چند مشخصه‌ی یک موتور مورد تحقیق نیاز می‌شود. نقش فرآیند اندازه‌گیری، انتقال این اطلاعات از موتور به کاربر است.

در هر فرآیند کاملی از طراحی و ساخت یک محصول از جمله یک موتور توربوجت/توربوفن، تست به عنوان یکی از بخش‌های اساسی فرآیند توسعه محصول شناخته می‌شود. اصولاً پس از ساخته شدن یک موتور و همچنین پس از تعمیر اساسی آن، موتور را در محیطی به نام تست سل  تحت یک فرآیندِ از پیش تعریف‌شده و با استفاده از یک سری تجهیزات ویژه مورد آزمایش قرار می‌دهند تا از عملکرد مناسب آن اطمینان یابند.

هدف از آزمایش عملکرد، شناخت تمامی پارامترهای اجزای موتور در شرایط طراحی و خارج از طراحی موتور می‌باشد. انجام موفق آزمایش‌ها و گردآوری اطلاعات درست و سپس پردازش و تحلیل آن‌ها، می‌تواند در مراحل طراحی، بهینه‌سازی، عیب‌یابی این گونه موتورها بسیار مفید و موثر می‌باشد. در واقع داده‌های آزمایش مطمین‌ترین بازخورد برای گروه‌های طراحی می‌باشد.

امروزه حتی با توسعه دانش محاسباتی و شبیه‌سازی‌های عددی و توانایی غیر قابل انکار آن در شبیه‌سازی شرایط واقعی با حداقل هزینه، هنوز هم در مراحل مختلف جهت کسب اطمینان از صحت عملکرد موتور، تست در شرایط گوناگون کاری و واقعی صورت می‌گیرد. آزمایش بعد از ساخت هر وسیله، یکی از راه‌های ارزیابی انطباق وسیله ساخته شده با مشخصات فنی است که در ابتدای فرآیند توسعه مورد نظر قرار داشته است.

انجام تست‌های موتور بسیار گران است، به گونه‌ای که تست سل‌های واقعی، دارای تأسیسات بسیار پیچیده و پرهزینه هستند. به همین خاطر است که معمولاً کاربران و سازندگان موتور دارای چنین تست سل‌هایی هستند.

امروزه اهمیت فرآیند تست موتور در بدست آوردن عملکرد و راندمان موتور سبب شده است که تست سل‌ها  تبدیل به یک جزء جدایی‌ناپذیر در صنعت موتورسازی در دنیا بشوند.

انواع تست سل

به طور کلی دو نوع تست سل وجود دارد. تست سل باز و تست سل بسته. در تست سل‌های باز موتور در فضای باز روی پایه‌ی تراست نصب شده و فرآیند تست بر روی آن انجام می‌شود. در تست سل بسته، بستر تست درون یک فضای بسته جای می‌گیرد و آزمایش بر روی موتور درون یک فضای محصور صورت می‌گیرد.

طرح‌واره‌ای از تست سل بسته موتور جت با ورودی عمودی و خروجی عمودی

مدلی از تست سل بسته موتور جت با ورودی عمودی و خروجی عمودی

هزینه‌ی ساخت تست سل‌های باز در مقایسه با تست سل‌های بسته پایین‌تر بوده و اندازه‌گیری تراست در این نوع تست سل‌ها نیز دقیق‌تر صورت می‌گیرد. البته شرایط آب و هوایی حاکم بر محیط تست، بسیار بر روی نتایج تست به ویژه اندازه‌گیری تراست تأثیرگذار است.

تست سل‌های باز در کنار محاسن خود، معایبی نیز دارند که باعث می‌گردد تنها در مواردی خاص مورد استفاده قرار گیرند. این معایب عبارت‌اند از:

• ایجاد آلودگی صوتی توسط موتور در محیط پیرامون محل تست و عدم توانایی میرا کردن صدای تولید شده؛
• تغییر شرایط آب و هوایی محیط تست ( به ویژه وزش باد) به طور مستقیم بر روی کارایی موتور در طی فرآیند تست که ممکن است چندین ساعت طول بکشد، تأثیر منفی گذارده و باعث می‌شود تا عملکرد موتور به دقت اندازه‌گیری نشود؛
• امکان مکش اجسام خارجی به داخل موتور بالا بوده و حفاظت از موتور سخت می‌باشد؛
• حفظ ایمنی محیط پیرامون محل تست و کنترل موتور در طی فرآیند تست مشکل است؛
• مطلوبیت آن کمتر است.

به طور کلّی، عمده‌ترین عاملی که استفاده از تست سل باز را محدود می‌کند، بستگی شدید نتایج تست موتور در این نوع تست سل به شرایط محیطی حاکم بر محیط تست سل از جمله میزان و جهت وزش باد، میزان رطوبت محیط و بارش‌های محلّی می‌باشد و همین عامل باعث می‌شود تا نتایج تست موتور قابل اطمینان نبوده و قابلیت تکراپذیری نداشته باشد و نتایج تست موتور بی‌اعتبار گردند.

در نتیجه، تست موتور را، جز در مواردی خاص، معمولاً در تست سل‌های بسته انجام می‌دهند. در تست سل‌های بسته، تست موتور در محیطی کاملاً بسته و محصور انجام می‌گیرد.

یکی از برجسته‌ترین ویژگی‌های این نوع تست سل‌ها در مقایسه با تست سل‌های باز، فراهم نمودن شرایطی جهت تست موتور در حالتی پایدار، ایمن و تکرارپذیر می‌باشد. بدین منظور، این نوع تست سل‌ به عنوان رایج‌ترین نوع تست سل به شمار می‌رود.

تست سل باز موتور جت

تست سل بسته موتور جت

اجزای تست سل

تست سل بسته از ۴ جزء اصلی تشكیل شده است. این اجزا عبارت‌اند از:

• بخش ورودی هوا
• محفظه‌ی تست
• مجرای تقویت‌كننده
• بخش خروجی

برخی از سیستم‌های جانبی تست سل بسته عبارت ‌اند از:

• پایه‌ی تراست و سیستم اندازه‌گیری تراست موتور
• سیستم اندازه‌گیری و داده‌برداری
• سیستم سوخت‌رسانی
• سیستم اطفاء حریق
• سیستم تهویه‌ی هوا
• سیستم تلویزیون مداربسته
• سیستم ارتباطات داخلی
• سیستم روشنایی
• منبع الکتریکی
• میز کنترل یا اتاق کنترل
• سایر سیستم‌های جانبی

فرآیندهای تست موتور

از آغاز فرآیند طراحی و ساخت اولیه‌‌ی موتور جت تا مرحله‌‌ی پایانی، که تولید انبوه و نصب آن روی هواپیما می‌باشد، فرآیند تست موتور گام به گام توسط سازندگان موتور انجام می‌گیرد.

به طور کلّی، چند نوع دسته‌‌بندی در رابطه با تست‌‌های انجام گرفته بر روی موتورهای جت وجود دارد. در دسته‌‌بندی نخست، تست‌‌های انجام گرفته بر روی موتورهای جت را می‌توان به دو بخش زیر تقسیم کرد:

• تست‌‌های مخرب
• تست‌‌های غیر مخرب

در دسته‌‌بندی دیگر، این تست‌‌ها را می‌توان به دو بخش زیر تقسیم کرد:

• تست ماژول یا اجزای موتور (ورودی، کمپرسور، محفظه احتراق، توربین و نازل)
• تست کل موتور

تست سل بسته موتور توربوفن

در تست کل موتور نیز می‌توان آزمایش‌‌ها را به سه دسته‌‌ی زیر بخش کرد:

• تست‌‌های مربوط به مرحله‌‌ی طراحی موتور (تست‌های ابتدایی، تست‌های گواهی پذیرش (تأییدی)، تست‌های توانایی ، تست‌های رفع عیب)
• تست‌‌های مربوط به مرحله‌‌ی مونتاژ و تعمیرات موتور (تست اولیه، تست عملکرد، تست گذرا، تست عمر، تست‌های متفرقه)
• تست‌های پیش از پرواز

استانداردها و مراجع تست

برجسته‌ترین استانداردهای موجود در زمینه‌ی  طراحی تست سل موتورهای بزرگ، استانداردهای SAE  است. استاندارد Mil نیز مطالبی را در مورد سیستم‌های تست ارایه می‌دهد. استاندارد NAVFAC نیز تصاویر شماتیک از تست سل را می‌دهد.

استانداردهای دیگری نیز مانند استاندارد BS، استاندارد ASTM، استاندارد ISO ، استاندارد OSHA  و غیره وجود دارد که در این استانداردها به طور مستقیم در مورد تست سل صحبت نشده ولی به پاره‌ای دیگر از الزامات می‌پردازد. به عنوان نمونه، در زمینه‌ی مسایل اندازه‌گیری می‌توان به استاندارد BS و ISO رجوع کرد یا در زمینه‌ی مسایل آکوستیکی و کاهش نویز و سروصدا باید به استاندارد OSHA رجوع کرد.

در ادامه به برخی از استانداردهای و مراجع مطرح اشاره می‌شود.

استاندارد SAE AIR4869

در این سند، که با عنوان «ملاحظات طراحی برای تست سل‌های بسته‌ی موتور توربوفن/توربوجت » ارایه شده است، به بررسی برخی از عوامل مهم که باید در توسعه‌ی طراحی‌های تست سل با پایداری عملیاتی موتور، عملکرد آیرودینامیکی، و کنترل آکوستیکی مطلوب مورد توجه قرار گیرد، پرداخته است.

استاندارد SAE AIR5026

در این سند، که با عنوان «ابزارهای اندازه‌گیری تست سل» ارایه شده، در مورد ابزارهای اندازه‌گیری در تست موتور توربین گاز، بعد از تعمیر اساسی، بحث شده است.

استاندارد SAE AIR1813

در این سند، که با عنوان «مفهوم کواندا/شکست برای فرونشانی سروصدای تست سل موتور توربین گاز » ارایه شده است، یک فنّاوری پیشرفته در زمینه‌ی کاهش سروصدای خروجی موتور توربین گازی در سیستم‌های تست زمینی ارایه شده است.

استاندارد SAE ARP741

در این سند، که با عنوان «همبستگی تست سل موتور توربین گاز توربوفن و توربوجت » ارایه شده است، یک روش پیشنهاد شده را برای همبستگی تست سل‌هایی که برای تست عملکرد موتورهای توربوفن و توربوجت استفاده می‌شوند، توصیف می‌کند.

استاندارد SAE ARP1210

در این سند، که با عنوان «برنامه‌های کامپیوتری برای کاهش داده‌های تست موتور توربین گاز » ارایه شده است، دسته‌ای از برنامه‌های کامپیوتری برای کاهش داده‌های تست موتور وابسته به تداخل موتور در سیستم تست، توضیح داده شده است. این سند همچنین، راهنمایی برای تهیه‌ی چنین برنامه‌های کامپیوتری است.

استاندارد MIL-E-5007D

این استاندارد در مورد عملکرد، مشخصات عملکردی، جنبه‌های طراحی، تست و ... برای موتورهای توربوفن و توربوجت بحث می‌کند.

گزارش AGARD-LS-132

در این گزارش، که با عنوان «عملکرد و اندازه‌گیری کارایی موتورها در تاسیسات تست سطح دریا » ارایه شده است، در آغاز در مورد ملاحظات آیروترمودینامیکی و آکوستیکی در طراحی سیستم تست موتورهای توربوجت و توربوفن مطالبی ارایه می‌کند. سپس در مورد استفاده از سیستم تست در سطح دریا بحث می‌کند. در ادامه به بررسی تکنیک‌های اندازه‌گیری در تاسیسات تست سطح دریا می‌پردازد.

قابلیت‌های تست سل

برجسته‌ترین قابلیت تست سل، آزمایش موتور و ارزیابی عملكرد آن از طریق اندازه‌گیری پارامترهای عملكردی موتور است. پارامترهای اصلی كه معمولاً در طی تست های عملكردی موتور در تست سل اندازه‌گیری می‌شوند عبارت‌اند از:

• تراست موتور
• مصرف سوخت ویژه‌ی موتور
• دور موتور
• دبی جریان هوای ورودی و خروجی موتور
• فشار، دما و دبی سوخت موتور
• فشارها و دماهای جریان هوا در بخش‌های گوناگون موتور
• دما و فشار محیط تست سل
• دبی جریان هوای ورودی محیط تست سل
• ارتعاشات موتور

گام‌های انجام پروژه

عناوین برخی از گام‌های اصلی انجام پروژه طراحی و ساخت تست سل بسته موتور توربوجت/توربوفن عبارت‌اند از:

• مطالعات خاک‌شناسی، محیط زیست و آکوستیک
• مطالعه اسناد، مدارک و استانداردهای تست و اندازه‌گیری
• طراحی مفهومی تست سل
• طراحی اولیه تست سل
• تحلیل‌های سیالاتی، سازه‌ای و ارتعاشی
• طراحی دقیق و تفصیلی
• طراحی اجزا و تجهیزات جانبی تست سل
• طراحی سیستم اندازه‌گیری و داده‌برداری (سخت‌افزار و نرم‌افزار)
• طراحی پایه‌ی اندازه‌گیری تراست موتور
• طراحی روش تست و سنسورگذاری
• تامین تجهیزات
• ساخت تست سل
• کالیبراسیون تجهیزات
• نصب و راه‌اندازی موتور
• تست عملکرد و داده‌برداری
• پردازش داده‌ها، تحلیل نتایج تست و ارایه گزارش

جمع‌بندی

انجام تست‌های موتور بسیار گران است، به گونه‌ای که تست سل‌های واقعی، دارای تأسیسات بسیار پیچیده و پرهزینه هستند. به همین خاطر است که معمولاً کاربران و سازندگان موتور دارای چنین تست سل‌هایی هستند.

امروزه اهمیت فرآیند تست موتور در به دست آوردن عملکرد و راندمان موتور سبب شده است که تست سل‌ها تبدیل به یک جزء جدایی‌ناپذیر در صنعت موتورسازی در دنیا شوند.

پروژه‌های مرتبط:

• طراحی و توسعه تست استند میکروتوربین
• طراحی و ساخت تست سل میکروتوربین
• تست میکروتوربین در تست سل
• پروژه‌های ما در حوزه‌ی تست و اندازه‌گیری توربوماشین‌ها