測試技術在航空發動機整機試驗中的應用現狀和發展趨勢

王冰心

摘 要：我國的航空事業在近幾年取得了極多的發展成果，航空系統設計水平也被提升。航空發動機屬于熱力機械，其不僅內部構造復雜，同時具有極高的精密度，一般會被安裝到航空器之中，對其提供航空飛行需要的動力能量，也被稱為"工業之花"。在開展關于航空發動機裝置的整機試驗活動的時候，技術人員需要對測試技術進行應用，本文對其應用當前情況以及未來的發展趨勢進行分析。

關鍵詞：測試技術；航空發動機；整機試驗；應用現狀；發展趨勢

航空發動機一般會被安裝到飛機等具有飛行需要的飛行裝置之中，優質的航空發動機可以使其所在的飛機具有更好的經濟性與可靠性，從綜合國力的角度來看，航空發動機能夠對國家綜合國力以及國防實力進行展現。因此為了使在飛機內部裝置之中的航空發動機具有更為穩定的應用性能，技術人員需要在整機試驗環節之中應用測試技術，本文根據對相關測試技術的了解，對其應用情況與發展趨勢展開研究。

1 航空發動機概述

航空發動機共有3種類型：活塞式航空發動機是早期在飛機或直升機上應用的航空發動機，用于帶動螺旋槳或旋翼。大型活塞式航空發動機的功率可達2500千瓦。后來為功率大、高速性能好的燃氣渦輪發動機所取代。但小功率的活塞式航空發動機仍廣泛地用于輕型飛機、直升機及超輕型飛機。

燃氣渦輪發動機：這種發動機應用最廣。包括渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機，都具有壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪。渦輪螺旋槳發動機主要用于時速小于800千米的飛機；渦輪軸發動機主要用作直升機的動力；渦輪風扇發動機主要用于速度更高的飛機；渦輪噴氣發動機主要用于超音速飛機。

沖壓發動機：其特點是無壓氣機和燃氣渦輪，進入燃燒室的空氣利用高速飛行時的沖壓作用增壓。它構造簡單、推力大，特別適用于高速高空飛行。由于不能自行起動和低速下性能欠佳，限制了應用范圍，僅用在導彈和空中發射的靶彈上。

2 測試技術研究

從航空發動機自身來看，其與多種學科存在直接聯系，包括機械傳動、材料學以及熱物理學等，從其根本屬性來看，航空發動機設備制造工程屬于綜合性的工程。其制造環境的條件也相對比較特殊，不僅具有高壓以及高溫的特點，同時具有高速轉動的特性。由于航空發動機所處的工作環境比較惡劣，因此技術人員必須要提升這種核心裝置的可靠程度，并盡可能地通過提升制造成本來嚴懲其使用期限，為了對航空發動機加以改進，技術人員需要對該裝置在不同環境條件下的運行狀態有所了解，只有通過測試工作開能獲取關于航空發動機的各種運行情況。

在整機試驗工作之中，技術人員需要結合熱學、聲學、電磁學以及幾何量等多種學科的知識，同時采用結構設計技術、熱力氣動技術以及數據采集技術等技術，不斷地改變參數，對多種參數進行確定，包括轉速、壓力、推力以及濕度等。

3 當前應用情況

我國對航空發動機設備進行研究的時間已經很長，在學科專家的共同努力下，關于這種裝置的研究工作也取得了初步成功，相關的測試技術的水平也被提升起來，能夠對這種發動機裝置進行精準度極高的測試，以下為當前的測試技術研究成果：

在高溫測試領域，已經發展出1800 ℃的高溫熱電偶，并在燃燒室出口溫度場測試成功；以及研制出1250 ℃的最高示溫漆測溫，并在復雜構件表面溫度場測試成功。同時，我國對于高溫應變計測量技術的掌握已經達到了1000 ℃，正致力于研究更高溫度的應變技術。而氣動參數測量技術領域中已經設計研制出多種氣動探針，其中包括滿足Ma=0.1～1.4 測試要求的氣體壓力探針，已在發動機整機試驗中成功應用。

在航空發動機整機試驗動態壓力測試技術領域中，已經成功地開發和研制出多套動態采集設備及分析工具。其中，約200 kS/s的最高采樣率和控制在100 kHz內的信號測試分析，能夠對大發激波測試、畸變旋渦尺度、消喘、整機氣動極限參數等工作提供強有力的支撐。同時應用遙測系統和引電器等進行參數測量，并具有根據試驗要求設計和制造特殊結構的能力。 在葉尖間隙測量領域實現突破，采用多種技術手段對發動機內部結構和間隙進行測量，擴大測量范圍，提高測量精度，其中傳感器端面耐溫為1400 ℃?；跀祿旒夹g開發試驗數據管理系統對大量的試驗數據進行管理和分析。

4 未來發展趨勢分析

以測試技術的現有研究情況以及航空發動機的設計狀況來看，該裝置的可靠性設計要求不斷地變得更為嚴苛，為了飛機等航空工具更安全性，航空發動機必須也要具有更強的可靠性，技術人員需要對渦輪進口的原有溫度進行保持，同時還需要提升航空發動機的當前運行效率。從一般發動裝置應當具有的環保性能來看，技術人員在尋求降低發動機裝置在運行時發出的噪聲的強度的途徑，盡量降低其排放的有毒物質的含量。從幾種全新的設計要求來看，應用在其整機試驗活動之中多種測試技術均需要被改進，測試項目需要被細化，一些研究人員在測試體系之中引入了健康管理技術，將這項技術與現代傳感技術結合使用之后，可以使測試數值更為精準。

由于航空發動機的工藝要求比較高，其應用的材料也更為昂貴，因此在對這種發動機裝置進行全方位改進時，還需要尋求節省設計成本的方法。由于自動控制系統與裝置健康管理系統均需要應用到傳感裝置，因此在開展測試工作時，技術人員需要將發動裝置系統之中傳感裝置當做重點測試對象。

未來航空發動機整機試驗測試技術致力于傳感器小型化設計、高性能測試儀器、高溫燃氣溫度測量、嵌入式傳感、高溫構件表面溫度測量、長壽命高可靠傳感器設計、滑油品質在線監測、噪聲測量校準分析、空氣系統測量、葉尖間隙測量與校準、燃油流量動態測量校準、流場精細測量等測試技術研究工作。

結束語

本文首先對航空發動機的基本分類進行了研究，又對可用于其整機試驗階段的測試技術的基本情況進行了研究。在選擇測試技術的時候，必須要先對航空發動機的類型有所來哦接，以便于明確測試活動的側重點。本文著重介紹了相關測試技術的當前應用效果以及未來研究方向，技術人員需要把握好航空發動機的現有問題，將其加以優化，提升對航空發動機的整體測試的精準度，同時還需要完善測試技術規范，推動航空發動機技術水平快速提升，從航空事業方面提升我國的整體實力。

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