(完整版)航空發(fā)動機試驗測試技術(shù)

1、航空發(fā)動機試驗測試技術(shù) 航空發(fā)動機是當(dāng)代最精密的機械產(chǎn)品之一，由于航空發(fā)動機涉及氣動、熱工、結(jié)構(gòu)與 強度、控制、測試、計算機、制造技術(shù)和材料等多種學(xué)科，一臺發(fā)動機內(nèi)有十幾個部件和 系統(tǒng)以及數(shù)以萬計的零件，其應(yīng)力、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、振動、間隙等工作條件遠比飛機 其它分系統(tǒng)復(fù)雜和苛刻，而且對性能、重量、適用性、可靠性、耐久性和環(huán)境特性又有很 高的要求，因此發(fā)動機的研制過程是一個設(shè)計、制造、試驗、修改設(shè)計的多次迭代性過程。 在有良好技術(shù)儲備的基礎(chǔ)上，研制一種新的發(fā)動機尚要做一萬小時的整機試驗和十萬小時 的部件及系統(tǒng)試驗，需要龐大而精密的試驗設(shè)備。試驗測試技術(shù)是發(fā)展先進航空發(fā)動機的 關(guān)鍵技術(shù)之一，試驗

2、測試結(jié)果既是驗證和修改發(fā)動機設(shè)計的重要依據(jù)，也是評價發(fā)動機部 件和整機性能的重要判定條件。因此“航空發(fā)動機是試出來的”已成為行業(yè)共識。 從航空發(fā)動機各組成部分的試驗來分類，可分為部件試驗和全臺發(fā)動機的整機試驗， 一般也將全臺發(fā)動機的試驗稱為試車。部件試驗主要有：進氣道試驗、壓氣機試驗、平面 葉柵試驗、燃燒室試驗、渦輪試驗、加力燃燒室試驗、尾噴管試驗、附件試驗以及零、組 件的強度、振動試驗等。整機試驗有：整機地面試驗、高空模擬試驗、環(huán)境試驗和飛行試 驗等。下面詳細介紹幾種試驗。 1進氣道試驗 研究飛行器進氣道性能的風(fēng)洞試驗。一般先進行小縮比尺寸模型的風(fēng)洞試驗，主 要是驗證和修改初步設(shè)計的進氣道靜

3、特性。然后還需在較大的風(fēng)洞上進行I/6或I/5的 縮尺模型試驗，以便驗證進氣道全部設(shè)計要求。進氣道與發(fā)動機是共同工作的，在不同狀 態(tài)下都要求進氣道與發(fā)動機的流量匹配和流場匹配，相容性要好。實現(xiàn)相容目前主要依靠 進氣道與發(fā)動機聯(lián)合試驗。 2, 壓氣機試驗 對壓氣機性能進行的試驗。壓氣機性能試驗主要是在不同的轉(zhuǎn)速下，測取壓氣機特性 參數(shù)(空氣流量、增壓比、效率和喘振點等)，以便驗證設(shè)計、計算是否正確、合理，找出 不足之處，便于修改、完善設(shè)計。壓氣機試驗可分為： (1) 壓氣機模型試驗：用滿足幾何相似的縮小或放大的壓氣機模型件，在壓氣機試驗臺 上按任務(wù)要求進行的試驗。 (2) 全尺寸壓氣機試驗：用全

4、尺寸的壓氣機試驗件在壓氣機試驗臺上測取壓氣機特性， 確定穩(wěn)定工作邊界，研究流動損失及檢查壓氣機調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠性等所進行的試驗。 (3) 在發(fā)動機上進行的全尺寸壓氣機試驗：在發(fā)動機上試驗壓氣機，主要包括部件間的 匹配和進行一些特種試驗，如側(cè)風(fēng)試驗、葉片應(yīng)力測量試驗和壓氣機防喘系統(tǒng)試驗等。 3, 燃燒室試驗 在專門的燃燒室試驗設(shè)備上，模擬發(fā)動機燃燒室的進口氣流條件(壓力、溫度、流量) 所進行的各種試驗。主要試驗內(nèi)容有：燃燒效率、流體阻力、穩(wěn)定工作范圍、加速性、出 口溫度分布、火焰筒壁溫與壽命、噴嘴積炭、排氣污染、點火范圍等。 由于燃燒室中發(fā)生的物理化學(xué)過程十分復(fù)雜，目前還沒有一套精確的設(shè)計計算方法。

5、 因此，燃燒室的研制和發(fā)展主要靠大量試驗來完成。根據(jù)試驗?zāi)康模诓煌囼炂魃?，?用不同的模擬準(zhǔn)則，進行多次反復(fù)試驗并進行修改調(diào)整，以滿足設(shè)計要求，因此燃燒室試 驗對新機研制或改進改型是必不可少的關(guān)鍵性試驗。 按試驗件形狀可分為單管試驗 （用于單管燃燒室）、扇形試驗（用于聯(lián)管燃燒室和環(huán)形 燃燒室）、環(huán)形試驗（用于環(huán)形燃燒室）。 另外，與燃燒室試驗有關(guān)的試驗還有： （1）冷吹風(fēng)試驗 研究氣流流經(jīng)試驗件時的氣動特性和流動狀態(tài)的試驗。 （2）水力模擬試驗 根據(jù)流體運動相似原理，以水流代替氣流，研究試驗件內(nèi)部各種流動特性的試驗。 （3）燃油噴嘴試驗 這是鑒定噴嘴特性的試驗。 （4）燃氣分析 對燃燒室燃

6、燒后的氣體的化學(xué)成分進行定性、定量分析。 （5）壁溫試驗 模擬燃燒室的火焰筒壁面冷卻結(jié)構(gòu)，對不同試驗狀態(tài)下的壁面溫度和換熱情況進行測 量和分析。 （6）點火試驗 研究燃燒室點火和傳焰性能的一種試驗。 4渦輪試驗 幾乎都采用全尺寸試驗。渦輪試驗一般不模擬渦輪進口壓力、溫度，試驗時，渦輪進 口的溫度和壓力較實際使用條件低的多。因而，通常都只能進行氣動模擬試驗，及進行渦 輪氣動性能的驗證和試驗研究。 與渦輪試驗有關(guān)的試驗還有：高溫渦輪試驗、渦輪冷卻效果試驗。 5加力燃燒室試驗 研究加力燃燒室燃燒效率、流體損失、點火、穩(wěn)定燃燒范圍是否滿足設(shè)計要求以及結(jié) 構(gòu)強度、操縱系統(tǒng)與調(diào)解器聯(lián)合工作等性能的試驗。按

7、設(shè)備條件可分為全尺寸加力燃燒室 地面試驗，模擬高空試驗臺和飛行臺的加力試驗。全尺寸加力燃燒室地面試驗一般選用成 熟合適的發(fā)動機做主機，以改型或新設(shè)計的全尺寸的加力燃燒室做試驗件，進行地面臺架 或模擬狀態(tài)試驗。目的是確定加力燃燒室的性能及結(jié)構(gòu)強度，為整機試驗創(chuàng)造條件，縮短 整機研制周期，在性能調(diào)整試驗基本合格后在與原型機聯(lián)試。加力燃燒室高空性能（如高 空推力、耗油率、飛行包線內(nèi)點火和穩(wěn)定燃燒室）的試驗，應(yīng)在高空模擬試車臺和飛行臺 上進行。 6尾噴管的試驗 用全尺寸或縮尺模型尾噴管在試驗設(shè)備上模擬各種工作狀態(tài)，測取性能數(shù)據(jù)，考核是 否達到設(shè)計要求的試驗。 按試驗內(nèi)容分為: (1) 結(jié)構(gòu)試驗：主要考

8、驗機械構(gòu)件、調(diào)節(jié)元件、操縱機構(gòu)的工作可行性。除用部件模 擬試驗外，主要是在整機上對全尺寸尾噴管做地面、模擬高空試驗及飛行試驗。 (2) 性能試驗：分內(nèi)流試驗和外流干擾試驗。該實驗可做縮尺模型和全尺寸部件模擬 試驗或整機試驗。縮尺模型試驗不能完全模擬真實流動和幾何形狀，只適于做方案對比和 機理探討。 7整機試驗 整機地面試驗一般在專用的發(fā)動機地面試車臺上進行，包括露天試車臺和室內(nèi)試車臺 兩類。其中露天試車臺又包括高架試車臺和平面試車臺。發(fā)動機地面室內(nèi)試車臺由試車間、 操縱間、測力臺架和試車臺系統(tǒng)等組成。 試車間包括進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和固定發(fā)動機的臺架。對于噴氣發(fā)動機、渦輪風(fēng) 扇發(fā)動機，臺架應(yīng)包括

9、測力系統(tǒng)；對于渦輪軸和渦輪螺旋槳發(fā)動機則應(yīng)包括測扭(測功)系 統(tǒng)。試車間內(nèi)要求氣流速度不大于10米/秒，以免影響推力的測量精度；進排氣部分力求 做到表面光滑，氣流流過時流動損失盡量少。 8咼空模擬試驗 高空模擬試驗是指在地面試驗設(shè)備上，模擬飛行狀態(tài)(飛行高度、飛行馬赫數(shù))和飛行 姿態(tài)(攻角、側(cè)滑角)以及環(huán)境條件對航空發(fā)動機進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的性能試驗。簡而言之， 就是在地面人工“制造”高空飛行條件，使安裝在地面上的發(fā)動機如同工作在高空一樣， 從而驗證和考核發(fā)動機的高空飛行特性。 隨著飛機飛行高度、速度的不斷提高，發(fā)動機在整個飛行包線(發(fā)動機正常工作的速度 和高度界限)范圍內(nèi)的進氣溫度、壓力和空氣流

10、量等參數(shù)有很大變化。這些變化對發(fā)動機內(nèi) 部各部件的特性及其工作穩(wěn)定性，對低溫低壓下的點火及燃燒，對發(fā)動機的推力、耗油率 和自動調(diào)節(jié)均有重大影響。發(fā)動機在高空的性能與地面性能大不相同。影響發(fā)動機結(jié)構(gòu)強 度的最惡劣的氣動、熱力負荷點已不在地面靜止?fàn)顟B(tài)條件下而是在中、低空告訴條件下， 如中空的馬赫數(shù)為1.2-1.5.在這種情況下，發(fā)展一臺新的現(xiàn)代高性能航空發(fā)動機，除了要 進行大量的零部件試驗和地面臺試驗之外，還必須利用高空臺進行整個飛行包線范圍內(nèi)各 種模擬飛行狀態(tài)下的部件和全臺發(fā)動機試驗。高空模擬試驗臺，就是地面上能夠模擬發(fā)動 機于空中飛行時的高度、速度條件的試車臺，它是研制先進航空發(fā)動機必不可少的

11、最有效 的試驗手段之一。 高空模擬試驗的優(yōu)越性有： (1) 可以模擬發(fā)動的全部飛行范圍 (2) 可以模擬惡劣的環(huán)境條件 (3) 可以使發(fā)動機試驗在更加安全的條件下進行：不用飛行員冒險試機，可以防止機 毀人亡的悲劇。 (4) 可以提高試驗水平：測量參數(shù)可以更好的控制 (5) 縮短發(fā)動機研制周期：(兩周的高空模擬試驗相當(dāng)于300次飛行試驗，而高空模 擬實驗僅為飛行試驗的 1/301/6 ) 9環(huán)境試驗 環(huán)境試驗的實質(zhì)是指發(fā)動機適應(yīng)各種自然環(huán)境能力的考核，按通用規(guī)范，環(huán)境試驗所 包含的項目可以分為三類： （1）考驗外界環(huán)境對發(fā)動機工作可靠性的影響，包括：高低溫起動與加速試驗、環(huán)境 結(jié)冰試驗，腐蝕敏感性試驗，吞鳥試驗，外物損傷試驗，吞冰試驗，吾砂試驗，吞大氣中 液態(tài)水試驗等八項試驗。 （2）檢查發(fā)動機對環(huán)境的污染是否超過允許值，包括噪聲測量和排氣污染。 （3）是考核實戰(zhàn)條件下的工作能力，包括吞如武器排煙和防核能力。在制訂環(huán)境試驗 條件時要依據(jù)對自然環(huán)境的普查、事故累計分析、實戰(zhàn)環(huán)境記載以及環(huán)境保護要求。 未來發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展要求發(fā)動機具有更高的渦輪進口溫度、效率和可靠性，以及更 低的排放和噪聲，這些都對發(fā)動機試驗測試技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。隨著航空發(fā)動機研制水 平的深入，需要開展的試驗種類