航空發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)安裝中心調(diào)整優(yōu)化研究

陳仟 吳孝幸

摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，被譽(yù)為中國工業(yè)皇冠上的“明珠”，是一種高度精密和復(fù)雜的熱力機(jī)械。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)是集高、精、尖技術(shù)之大成，具有高難度、長周期、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，一款航空發(fā)動(dòng)機(jī)從項(xiàng)目立項(xiàng)到產(chǎn)品定型通常需要十至二十年的時(shí)間。在研制階段，需要反復(fù)開展試驗(yàn)驗(yàn)證，在試車臺(tái)上不斷錄取性能參數(shù)并加以修正改進(jìn)，方可最終定型。隨著技術(shù)力量不斷提升，怎樣不斷提高試驗(yàn)效率和測試精度，加快發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)程成為急需解決的問題。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)軸心?臺(tái)架中心?發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀

前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制階段需要開展大量的臺(tái)架試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)中心調(diào)整是指發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線與試車臺(tái)架中心線的重合度，是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)安裝過程中的一個(gè)重要參數(shù)，是發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)推力測量的重要影響因素。本文以發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合基礎(chǔ)幾何原理，設(shè)計(jì)專用工裝，快速準(zhǔn)確測量發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線，保證發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架安裝精度、節(jié)約大量發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架安裝時(shí)間，提高工作效率，減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)安裝現(xiàn)狀

1.1發(fā)動(dòng)機(jī)中心調(diào)整現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，發(fā)動(dòng)機(jī)中心調(diào)整是通過測量發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線，保證發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線和臺(tái)架中心保持一致來實(shí)現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)中心調(diào)整是發(fā)動(dòng)機(jī)在試車臺(tái)上安裝過程中的一個(gè)重要的到位尺寸，該尺寸測量的操作流程如圖1所示：

從圖1可以看出，采用現(xiàn)目前的方法調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)中心過程較繁瑣、步驟較多，而且需要至少兩人相互配合方能完成，在測量過程中對(duì)人員配合默契度要求較高，操作過程中各環(huán)節(jié)的誤差都會(huì)對(duì)測量結(jié)果造成影響。

1.2對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響

發(fā)動(dòng)機(jī)中心調(diào)節(jié)精度得不到保證，發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線和試車臺(tái)架的中心線將形成一個(gè)夾角，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測量推力與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推力就會(huì)產(chǎn)生誤差，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力測量造成影響，具體情況見圖2：

a——發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線偏離臺(tái)架中心后進(jìn)口到臺(tái)架中心線的距離

l——發(fā)動(dòng)機(jī)長度尺寸

β——發(fā)動(dòng)機(jī)軸心和臺(tái)架中心線形成的夾角

F實(shí)——發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推力

F測——發(fā)動(dòng)機(jī)測量推力

根據(jù)上面公式可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)中心測量若不能滿足要求，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推力大于臺(tái)架測試推力，即F測

一是發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)收試車時(shí)，有時(shí)候會(huì)因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)測量推力偏小，導(dǎo)致驗(yàn)收試車不能通過，這將采取相應(yīng)的措施提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力。

二是發(fā)動(dòng)機(jī)測量推力滿足要求并在限制值的上限時(shí)，此時(shí)若存在發(fā)動(dòng)機(jī)軸心線和臺(tái)架中心不重合，那發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際推力將大于測量推力。

2 改進(jìn)思路

2.1改進(jìn)思路介紹

通過簡化現(xiàn)有工作流程，提高到位尺寸測量精度，必須認(rèn)真梳理現(xiàn)階段該尺寸的測量流程以及工作原理。通過分析可以知，現(xiàn)階段測量過程是利用“弦的中垂線一定經(jīng)過這條弦所在圓的圓心”這個(gè)原理并按照以下3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的：

（1）用平尺和框式水平儀在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口截面上面找到一條水平的弦;

（2）測量出弦的長度，并找到弦的中點(diǎn);

（3）利用弦的性質(zhì)：“弦的中垂線一定經(jīng)過這條弦所在圓的圓心”，由此找到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口截面的中垂線;

通過梳理研究，我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)新的測量發(fā)動(dòng)機(jī)中心的工具，將該專用測量工具定義為發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀。發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀由工作尺、水泡和鉛垂線支點(diǎn)構(gòu)成。發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)三視圖如圖3所示：

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀放進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道后，通過觀察水平儀水泡位置，調(diào)整工作尺位置，保證工作尺處于水平狀態(tài)，此時(shí)工作尺上端面近似看作發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口截面圓的一條弦，此時(shí)鉛垂線支點(diǎn)的鉛垂線線在鉛垂重力作用下保持豎直狀態(tài)（與弦垂直），其反向延長線必定通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口截面圓的圓心，此條線即可作為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口截面圓的中垂線，視為發(fā)動(dòng)機(jī)中垂線;通過調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)位置，即可保證發(fā)動(dòng)機(jī)中心線與臺(tái)架中心線重合。

2.3發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀誤差分析

發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀作為發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)安裝到位尺寸測量工具，測量精度必須得到保證。需要認(rèn)真分析發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀在使用過程中哪些因素將對(duì)測量結(jié)果造成影響，在使用過程中盡量避免各種因素影響測量結(jié)果。發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀使用過程中引起誤差主要有兩方面：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀自身有一定長度，在長時(shí)間工作和保管過程中，由于自重、使用過程中的碰撞等因素會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一定變形量，變形后工作尺中心到兩個(gè)端點(diǎn)的距離不一致，將會(huì)造成實(shí)際測量的發(fā)動(dòng)機(jī)中心存在誤差，導(dǎo)致在使用過程中找到的中心線沒有經(jīng)過圓心，即不是發(fā)動(dòng)機(jī)的中心線;

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀兩端結(jié)合面在長期使用過程中會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，如果兩端面磨損量不一致，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀的鉛垂線支點(diǎn)不在量具長度的中間位置，導(dǎo)致在使用過程中找到的中心線不是發(fā)動(dòng)機(jī)的軸心線。如圖4所示：

按圖4所示，若單邊磨損量為d，那么中心線會(huì)與實(shí)際中心線偏差d/2，該發(fā)動(dòng)機(jī)中心線的安裝要求為1mm，而鉛垂最下端的尖嘴處直徑為hmm，如果鉛垂中心始終在臺(tái)架中心的中間位置，那一邊還有（1-h/2）mm的裕度，那么要保證安裝尺寸始終能滿足要求，d/2<（1-h）/2mm，及d<（1-h）mm。

3 總結(jié)

改進(jìn)后，使用發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀測量發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架安裝中心測量流程圖如圖5所示：

通過圖1、圖5可知，使用發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀測量發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架安裝中心，將發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在的8個(gè)環(huán)節(jié)減少為4個(gè)，且1人可以輕松完成，簡化了發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)流程，發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)時(shí)間大大縮短，有效提高了發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)安裝工作效率，而且隨著調(diào)整工步的減少，測量誤差也大大降低，從而更可靠的保證了測量精度。

4結(jié)束語

發(fā)動(dòng)機(jī)中心對(duì)準(zhǔn)儀不僅有效解決了發(fā)動(dòng)機(jī)上臺(tái)過程中流程繁瑣、花費(fèi)時(shí)間較多、工作效率低等問題，同時(shí)還減少了該到位尺寸測量配合人員，從而減少了測量過程中人的因素影響測量精度的可能性，提高測量精度。通過分析，各流量級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口尺寸有差異，將中心對(duì)準(zhǔn)儀工作尺加長或縮短即可滿足各型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。同時(shí)，在某些大尺寸管道施中，為了保證大管道能順利連接安裝，在安裝前需要找到管道的中心線，此時(shí)可以考慮將工作尺做成伸縮可調(diào)式，只要保證工作尺中心到兩端面距離相等，根據(jù)管道直徑選取適當(dāng)長度的工作尺，即可滿足各種尺寸管道的測量需求。

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