測(cè)試技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

孔慶珊（中航工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,沈陽　110015）

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測(cè)試技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

孔慶珊
（中航工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,沈陽110015）

摘 要：在研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)過程中，測(cè)試技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)中的應(yīng)用具有非常重要的意義。本文對(duì)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)中應(yīng)用的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，并分析了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來的發(fā)展趨向，希望能夠?qū)娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)的測(cè)試技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展起到一定促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；整機(jī)試驗(yàn)；測(cè)試技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是作為一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，具有一定的復(fù)雜性，構(gòu)成部件包括：壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室及附件傳動(dòng)裝置等。在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的過程中，測(cè)試技術(shù)提供了強(qiáng)有力的支持，整機(jī)試驗(yàn)的測(cè)試技術(shù)是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，也為航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和驗(yàn)證提供了重要依據(jù)。

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

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和發(fā)展是涉及熱物理學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)械傳動(dòng)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等多種學(xué)科的綜合性系統(tǒng)工程。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件非常苛刻，處于高溫、高壓和高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工作狀態(tài)，為了提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、可靠性以及壽命等，要充分掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的溫度、壓力、腐蝕、間隙以及應(yīng)力等情況。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)涉及了電磁學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、幾何量等專業(yè)領(lǐng)域；其應(yīng)用的技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)、氣動(dòng)熱力分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)以及信號(hào)傳輸技術(shù)等；測(cè)量參數(shù)主要包括壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、氣流方向與速度、推力、空氣流量、燃油流量、電壓、濕度、進(jìn)排氣顆粒、組分濃度等。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)性能也得到了進(jìn)一步的提高，同時(shí)提升了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展過程中，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度、準(zhǔn)確度、量程、規(guī)模、通道、動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況、抗惡劣環(huán)境能力、智能化水平以及非接觸情況等方面均提出了較高的要求，只有做到精益求精，才能夠更加貼合航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求和研制要求。最后，航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果一定要滿足設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確度，這樣才能夠使航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制得以高效有序的進(jìn)行。

2　現(xiàn)階段航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀分析

我國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的研究發(fā)展，目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)也取得了階段性的發(fā)展與進(jìn)步。在高溫測(cè)試領(lǐng)域，已經(jīng)發(fā)展出1800 ℃的高溫?zé)犭娕迹⒃谌紵页隹跍囟葓?chǎng)測(cè)試成功；以及研制出1250 ℃的最高示溫漆測(cè)溫，并在復(fù)雜構(gòu)件表面溫度場(chǎng)測(cè)試成功。同時(shí)，我國(guó)對(duì)于高溫應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)的掌握已經(jīng)達(dá)到了 1000 ℃，正致力于研究更高溫度的應(yīng)變技術(shù)。而氣動(dòng)參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中已經(jīng)設(shè)計(jì)研制出多種氣動(dòng)探針，其中包括滿足Ma=0.1～1.4 測(cè)試要求的氣體壓力探針，已在發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)中成功應(yīng)用。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中，已經(jīng)成功地開發(fā)和研制出多套動(dòng)態(tài)采集設(shè)備及分析工具。其中，約200 kS/s的最高采樣率和控制在100 kHz內(nèi)的信號(hào)測(cè)試分析，能夠?qū)Υ蟀l(fā)激波測(cè)試、畸變旋渦尺度、消喘、整機(jī)氣動(dòng)極限參數(shù)等工作提供強(qiáng)有力的支撐。同時(shí)應(yīng)用遙測(cè)系統(tǒng)和引電器等進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，并具有根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)和制造特殊結(jié)構(gòu)的能力。

在葉尖間隙測(cè)量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，采用多種技術(shù)手段對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和間隙進(jìn)行測(cè)量，擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高測(cè)量精度，其中傳感器端面耐溫為1400 ℃。基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析，并進(jìn)一步強(qiáng)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)的數(shù)據(jù)協(xié)同，挖掘出重要數(shù)據(jù)。

3　未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨向

來來航空發(fā)動(dòng)機(jī)趨向于更高的可靠性發(fā)展，致力于保持航空發(fā)動(dòng)機(jī)高效率與渦輪進(jìn)口溫度。同時(shí)，降低噪聲和排放也是未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展需求，這就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)提出了更高的要求與新的挑戰(zhàn)。健康管理技術(shù)和主動(dòng)控制技術(shù)是新一代智能發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用的技術(shù)，要求傳感技術(shù)精益求精。另外，有相關(guān)研究結(jié)果表明，未來發(fā)動(dòng)機(jī)的研制方向?yàn)榫哂懈咝省⒏?jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格以及友好的環(huán)境，與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的健康管理和主動(dòng)控制也對(duì)傳感器提出了更多的要求。

未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)致力于傳感器小型化設(shè)計(jì)、高性能測(cè)試儀器、高溫燃?xì)鉁囟葴y(cè)量、嵌入式傳感、高溫構(gòu)件表面溫度測(cè)量、長(zhǎng)壽命高可靠傳感器設(shè)計(jì)、滑油品質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、噪聲測(cè)量校準(zhǔn)分析、空氣系統(tǒng)測(cè)量、葉尖間隙測(cè)量與校準(zhǔn)、燃油流量動(dòng)態(tài)測(cè)量校準(zhǔn)、流場(chǎng)精細(xì)測(cè)量等測(cè)試技術(shù)研究工作。

4　結(jié)語

綜上所述，作為對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化的重要指標(biāo)，試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性確定非常重要的意義。為此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展能夠促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的整體水平，那么，我國(guó)要致力于使航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立得到不斷的完善，以加速研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]王振華,王亮.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展探討[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī),2014,40(06):47-51.

[2]郭昕,蒲秋洪,宋紅星等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)的發(fā)展[C].//第五屆動(dòng)力年會(huì)論文集,2013:122-130.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.187