(完整版)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)代最精密的機(jī)械產(chǎn)品之一，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)涉及氣動(dòng)、熱工、結(jié)構(gòu)與 強(qiáng)度、控制、測(cè)試、計(jì)算機(jī)、制造技術(shù)和材料等多種學(xué)科，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有十幾個(gè)部件和 系統(tǒng)以及數(shù)以萬計(jì)的零件，其應(yīng)力、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、振動(dòng)、間隙等工作條件遠(yuǎn)比飛機(jī) 其它分系統(tǒng)復(fù)雜和苛刻，而且對(duì)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(dòng)機(jī)的研制過程是一個(gè)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、修改設(shè)計(jì)的多次迭代性過程。 在有良好技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上，研制一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)尚要做一萬小時(shí)的整機(jī)試驗(yàn)和十萬小時(shí) 的部件及系統(tǒng)試驗(yàn)，需要龐大而精密的試驗(yàn)設(shè)備。試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)是發(fā)展先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的 關(guān)鍵技術(shù)之一，試驗(yàn)

2、測(cè)試結(jié)果既是驗(yàn)證和修改發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)部 件和整機(jī)性能的重要判定條件。因此“航空發(fā)動(dòng)機(jī)是試出來的”已成為行業(yè)共識(shí)。 從航空發(fā)動(dòng)機(jī)各組成部分的試驗(yàn)來分類，可分為部件試驗(yàn)和全臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)試驗(yàn)， 一般也將全臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)稱為試車。部件試驗(yàn)主要有：進(jìn)氣道試驗(yàn)、壓氣機(jī)試驗(yàn)、平面 葉柵試驗(yàn)、燃燒室試驗(yàn)、渦輪試驗(yàn)、加力燃燒室試驗(yàn)、尾噴管試驗(yàn)、附件試驗(yàn)以及零、組 件的強(qiáng)度、振動(dòng)試驗(yàn)等。整機(jī)試驗(yàn)有：整機(jī)地面試驗(yàn)、高空模擬試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和飛行試 驗(yàn)等。下面詳細(xì)介紹幾種試驗(yàn)。 1進(jìn)氣道試驗(yàn) 研究飛行器進(jìn)氣道性能的風(fēng)洞試驗(yàn)。一般先進(jìn)行小縮比尺寸模型的風(fēng)洞試驗(yàn)，主 要是驗(yàn)證和修改初步設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道靜

3、特性。然后還需在較大的風(fēng)洞上進(jìn)行I/6或I/5的 縮尺模型試驗(yàn)，以便驗(yàn)證進(jìn)氣道全部設(shè)計(jì)要求。進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)是共同工作的，在不同狀 態(tài)下都要求進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的流量匹配和流場(chǎng)匹配，相容性要好。實(shí)現(xiàn)相容目前主要依靠 進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合試驗(yàn)。 2, 壓氣機(jī)試驗(yàn) 對(duì)壓氣機(jī)性能進(jìn)行的試驗(yàn)。壓氣機(jī)性能試驗(yàn)主要是在不同的轉(zhuǎn)速下，測(cè)取壓氣機(jī)特性 參數(shù)(空氣流量、增壓比、效率和喘振點(diǎn)等)，以便驗(yàn)證設(shè)計(jì)、計(jì)算是否正確、合理，找出 不足之處，便于修改、完善設(shè)計(jì)。壓氣機(jī)試驗(yàn)可分為： (1) 壓氣機(jī)模型試驗(yàn)：用滿足幾何相似的縮小或放大的壓氣機(jī)模型件，在壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái) 上按任務(wù)要求進(jìn)行的試驗(yàn)。 (2) 全尺寸壓氣機(jī)試驗(yàn)：用全

4、尺寸的壓氣機(jī)試驗(yàn)件在壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)取壓氣機(jī)特性， 確定穩(wěn)定工作邊界，研究流動(dòng)損失及檢查壓氣機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠性等所進(jìn)行的試驗(yàn)。 (3) 在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的全尺寸壓氣機(jī)試驗(yàn)：在發(fā)動(dòng)機(jī)上試驗(yàn)壓氣機(jī)，主要包括部件間的 匹配和進(jìn)行一些特種試驗(yàn)，如側(cè)風(fēng)試驗(yàn)、葉片應(yīng)力測(cè)量試驗(yàn)和壓氣機(jī)防喘系統(tǒng)試驗(yàn)等。 3, 燃燒室試驗(yàn) 在專門的燃燒室試驗(yàn)設(shè)備上，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的進(jìn)口氣流條件(壓力、溫度、流量) 所進(jìn)行的各種試驗(yàn)。主要試驗(yàn)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(diǎn)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(jì)計(jì)算方法。

5、 因此，燃燒室的研制和發(fā)展主要靠大量試驗(yàn)來完成。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，在不同試?yàn)器上，采 用不同的模擬準(zhǔn)則，進(jìn)行多次反復(fù)試驗(yàn)并進(jìn)行修改調(diào)整，以滿足設(shè)計(jì)要求，因此燃燒室試 驗(yàn)對(duì)新機(jī)研制或改進(jìn)改型是必不可少的關(guān)鍵性試驗(yàn)。 按試驗(yàn)件形狀可分為單管試驗(yàn) （用于單管燃燒室）、扇形試驗(yàn)（用于聯(lián)管燃燒室和環(huán)形 燃燒室）、環(huán)形試驗(yàn)（用于環(huán)形燃燒室）。 另外，與燃燒室試驗(yàn)有關(guān)的試驗(yàn)還有： （1）冷吹風(fēng)試驗(yàn) 研究氣流流經(jīng)試驗(yàn)件時(shí)的氣動(dòng)特性和流動(dòng)狀態(tài)的試驗(yàn)。 （2）水力模擬試驗(yàn) 根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)相似原理，以水流代替氣流，研究試驗(yàn)件內(nèi)部各種流動(dòng)特性的試驗(yàn)。 （3）燃油噴嘴試驗(yàn) 這是鑒定噴嘴特性的試驗(yàn)。 （4）燃?xì)夥治?對(duì)燃燒室燃

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

7、設(shè)備條件可分為全尺寸加力燃燒室 地面試驗(yàn)，模擬高空試驗(yàn)臺(tái)和飛行臺(tái)的加力試驗(yàn)。全尺寸加力燃燒室地面試驗(yàn)一般選用成 熟合適的發(fā)動(dòng)機(jī)做主機(jī)，以改型或新設(shè)計(jì)的全尺寸的加力燃燒室做試驗(yàn)件，進(jìn)行地面臺(tái)架 或模擬狀態(tài)試驗(yàn)。目的是確定加力燃燒室的性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為整機(jī)試驗(yàn)創(chuàng)造條件，縮短 整機(jī)研制周期，在性能調(diào)整試驗(yàn)基本合格后在與原型機(jī)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(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒室）的試驗(yàn)，應(yīng)在高空模擬試車臺(tái)和飛行臺(tái) 上進(jìn)行。 6尾噴管的試驗(yàn) 用全尺寸或縮尺模型尾噴管在試驗(yàn)設(shè)備上模擬各種工作狀態(tài)，測(cè)取性能數(shù)據(jù)，考核是 否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)。 按試驗(yàn)內(nèi)容分為: (1) 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)：主要考

8、驗(yàn)機(jī)械構(gòu)件、調(diào)節(jié)元件、操縱機(jī)構(gòu)的工作可行性。除用部件模 擬試驗(yàn)外，主要是在整機(jī)上對(duì)全尺寸尾噴管做地面、模擬高空試驗(yàn)及飛行試驗(yàn)。 (2) 性能試驗(yàn)：分內(nèi)流試驗(yàn)和外流干擾試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)可做縮尺模型和全尺寸部件模擬 試驗(yàn)或整機(jī)試驗(yàn)。縮尺模型試驗(yàn)不能完全模擬真實(shí)流動(dòng)和幾何形狀，只適于做方案對(duì)比和 機(jī)理探討。 7整機(jī)試驗(yàn) 整機(jī)地面試驗(yàn)一般在專用的發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車臺(tái)上進(jìn)行，包括露天試車臺(tái)和室內(nèi)試車臺(tái) 兩類。其中露天試車臺(tái)又包括高架試車臺(tái)和平面試車臺(tái)。發(fā)動(dòng)機(jī)地面室內(nèi)試車臺(tái)由試車間、 操縱間、測(cè)力臺(tái)架和試車臺(tái)系統(tǒng)等組成。 試車間包括進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和固定發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架。對(duì)于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng) 扇發(fā)動(dòng)機(jī)，臺(tái)架應(yīng)包括

9、測(cè)力系統(tǒng)；對(duì)于渦輪軸和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)則應(yīng)包括測(cè)扭(測(cè)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(cè)量精度；進(jìn)排氣部分力求 做到表面光滑，氣流流過時(shí)流動(dòng)損失盡量少。 8咼空模擬試驗(yàn) 高空模擬試驗(yàn)是指在地面試驗(yàn)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(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的性能試驗(yàn)。簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)如同工作在高空一樣， 從而驗(yàn)證和考核發(fā)動(dòng)機(jī)的高空飛行特性。 隨著飛機(jī)飛行高度、速度的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)飛行包線(發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的速度 和高度界限)范圍內(nèi)的進(jìn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 部各部件的特性及其工作穩(wěn)定性，對(duì)低溫低壓下的點(diǎn)火及燃燒，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、耗油率 和自動(dòng)調(diào)節(jié)均有重大影響。發(fā)動(dòng)機(jī)在高空的性能與地面性能大不相同。影響發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度的最惡劣的氣動(dòng)、熱力負(fù)荷點(diǎn)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(tái)新的現(xiàn)代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)，除了要 進(jìn)行大量的零部件試驗(yàn)和地面臺(tái)試驗(yàn)之外，還必須利用高空臺(tái)進(jìn)行整個(gè)飛行包線范圍內(nèi)各 種模擬飛行狀態(tài)下的部件和全臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。高空模擬試驗(yàn)臺(tái)，就是地面上能夠模擬發(fā)動(dòng) 機(jī)于空中飛行時(shí)的高度、速度條件的試車臺(tái)，它是研制先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的

11、最有效 的試驗(yàn)手段之一。 高空模擬試驗(yàn)的優(yōu)越性有： (1) 可以模擬發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)在更加安全的條件下進(jìn)行：不用飛行員冒險(xiǎn)試機(jī)，可以防止機(jī) 毀人亡的悲劇。 (4) 可以提高試驗(yàn)水平：測(cè)量參數(shù)可以更好的控制 (5) 縮短發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期：(兩周的高空模擬試驗(yàn)相當(dāng)于300次飛行試驗(yàn)，而高空模 擬實(shí)驗(yàn)僅為飛行試驗(yàn)的 1/301/6 ) 9環(huán)境試驗(yàn) 環(huán)境試驗(yàn)的實(shí)質(zhì)是指發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)所 包含的項(xiàng)目可以分為三類： （1）考驗(yàn)外界環(huán)境對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性的影響，包括：高低溫起動(dòng)與加速試驗(yàn)、環(huán)境 結(jié)冰試驗(yàn)，腐蝕敏感性試驗(yàn)，吞鳥試驗(yàn)，外物損傷試驗(yàn)，吞冰試驗(yàn)，吾砂試驗(yàn)，吞大氣中 液態(tài)水試驗(yàn)等八項(xiàng)試驗(yàn)。 （2）檢查發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境的污染是否超過允許值，包括噪聲測(cè)量和排氣污染。 （3）是考核實(shí)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(yàn) 條件時(shí)要依據(jù)對(duì)自然環(huán)境的普查、事故累計(jì)分析、實(shí)戰(zhàn)環(huán)境記載以及環(huán)境保護(hù)要求。 未來發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的渦輪進(jìn)口溫度、效率和可靠性，以及更 低的排放和噪聲，這些都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水 平的深入，需要開展的試驗(yàn)種類