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)

王冰心

摘 要：我國(guó)的航空事業(yè)在近幾年取得了極多的發(fā)展成果，航空系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平也被提升。航空發(fā)動(dòng)機(jī)屬于熱力機(jī)械，其不僅內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，同時(shí)具有極高的精密度，一般會(huì)被安裝到航空器之中，對(duì)其提供航空飛行需要的動(dòng)力能量，也被稱為"工業(yè)之花"。在開展關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的整機(jī)試驗(yàn)活動(dòng)的時(shí)候，技術(shù)人員需要對(duì)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，本文對(duì)其應(yīng)用當(dāng)前情況以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：測(cè)試技術(shù)；航空發(fā)動(dòng)機(jī)；整機(jī)試驗(yàn)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)一般會(huì)被安裝到飛機(jī)等具有飛行需要的飛行裝置之中，優(yōu)質(zhì)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)可以使其所在的飛機(jī)具有更好的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，從綜合國(guó)力的角度來(lái)看，航空發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)?guó)家綜合國(guó)力以及國(guó)防實(shí)力進(jìn)行展現(xiàn)。因此為了使在飛機(jī)內(nèi)部裝置之中的航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有更為穩(wěn)定的應(yīng)用性能，技術(shù)人員需要在整機(jī)試驗(yàn)環(huán)節(jié)之中應(yīng)用測(cè)試技術(shù)，本文根據(jù)對(duì)相關(guān)測(cè)試技術(shù)的了解，對(duì)其應(yīng)用情況與發(fā)展趨勢(shì)展開研究。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)概述

航空發(fā)動(dòng)機(jī)共有3種類型：活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)是早期在飛機(jī)或直升機(jī)上應(yīng)用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，用于帶動(dòng)螺旋槳或旋翼。大型活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可達(dá)2500千瓦。后來(lái)為功率大、高速性能好的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)所取代。但小功率的活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛地用于輕型飛機(jī)、直升機(jī)及超輕型飛機(jī)。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)：這種發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣。包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，都具有壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于時(shí)速小于800千米的飛機(jī)；渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)主要用作直升機(jī)的動(dòng)力；渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于速度更高的飛機(jī)；渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于超音速飛機(jī)。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)：其特點(diǎn)是無(wú)壓氣機(jī)和燃?xì)鉁u輪，進(jìn)入燃燒室的空氣利用高速飛行時(shí)的沖壓作用增壓。它構(gòu)造簡(jiǎn)單、推力大，特別適用于高速高空飛行。由于不能自行起動(dòng)和低速下性能欠佳，限制了應(yīng)用范圍，僅用在導(dǎo)彈和空中發(fā)射的靶彈上。

2 測(cè)試技術(shù)研究

從航空發(fā)動(dòng)機(jī)自身來(lái)看，其與多種學(xué)科存在直接聯(lián)系，包括機(jī)械傳動(dòng)、材料學(xué)以及熱物理學(xué)等，從其根本屬性來(lái)看，航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備制造工程屬于綜合性的工程。其制造環(huán)境的條件也相對(duì)比較特殊，不僅具有高壓以及高溫的特點(diǎn)，同時(shí)具有高速轉(zhuǎn)動(dòng)的特性。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)所處的工作環(huán)境比較惡劣，因此技術(shù)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(lái)嚴(yán)懲其使用期限，為了對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加以改進(jìn)，技術(shù)人員需要對(duì)該裝置在不同環(huán)境條件下的運(yùn)行狀態(tài)有所了解，只有通過測(cè)試工作開能獲取關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行情況。

在整機(jī)試驗(yàn)工作之中，技術(shù)人員需要結(jié)合熱學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)以及幾何量等多種學(xué)科的知識(shí)，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、熱力氣動(dòng)技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)等技術(shù)，不斷地改變參數(shù)，對(duì)多種參數(shù)進(jìn)行確定，包括轉(zhuǎn)速、壓力、推力以及濕度等。

3 當(dāng)前應(yīng)用情況

我國(guó)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行研究的時(shí)間已經(jīng)很長(zhǎng)，在學(xué)科專家的共同努力下，關(guān)于這種裝置的研究工作也取得了初步成功，相關(guān)的測(cè)試技術(shù)的水平也被提升起來(lái)，能夠?qū)@種發(fā)動(dòng)機(jī)裝置進(jìn)行精準(zhǔn)度極高的測(cè)試，以下為當(dāng)前的測(cè)試技術(shù)研究成果：

在高溫測(cè)試領(lǐng)域，已經(jīng)發(fā)展出1800 ℃的高溫?zé)犭娕?，并在燃燒室出口溫度?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 ℃?；跀?shù)據(jù)庫(kù)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。

4 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

以測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)有研究情況以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)狀況來(lái)看，該裝置的可靠性設(shè)計(jì)要求不斷地變得更為嚴(yán)苛，為了飛機(jī)等航空工具更安全性，航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須也要具有更強(qiáng)的可靠性，技術(shù)人員需要對(duì)渦輪進(jìn)口的原有溫度進(jìn)行保持，同時(shí)還需要提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前運(yùn)行效率。從一般發(fā)動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)具有的環(huán)保性能來(lái)看，技術(shù)人員在尋求降低發(fā)動(dòng)機(jī)裝置在運(yùn)行時(shí)發(fā)出的噪聲的強(qiáng)度的途徑，盡量降低其排放的有毒物質(zhì)的含量。從幾種全新的設(shè)計(jì)要求來(lái)看，應(yīng)用在其整機(jī)試驗(yàn)活動(dòng)之中多種測(cè)試技術(shù)均需要被改進(jìn)，測(cè)試項(xiàng)目需要被細(xì)化，一些研究人員在測(cè)試體系之中引入了健康管理技術(shù)，將這項(xiàng)技術(shù)與現(xiàn)代傳感技術(shù)結(jié)合使用之后，可以使測(cè)試數(shù)值更為精準(zhǔn)。

由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝要求比較高，其應(yīng)用的材料也更為昂貴，因此在對(duì)這種發(fā)動(dòng)機(jī)裝置進(jìn)行全方位改進(jìn)時(shí)，還需要尋求節(jié)省設(shè)計(jì)成本的方法。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)與裝置健康管理系統(tǒng)均需要應(yīng)用到傳感裝置，因此在開展測(cè)試工作時(shí)，技術(shù)人員需要將發(fā)動(dòng)裝置系統(tǒng)之中傳感裝置當(dāng)做重點(diǎn)測(cè)試對(duì)象。

未來(lái)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。

結(jié)束語(yǔ)

本文首先對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基本分類進(jìn)行了研究，又對(duì)可用于其整機(jī)試驗(yàn)階段的測(cè)試技術(shù)的基本情況進(jìn)行了研究。在選擇測(cè)試技術(shù)的時(shí)候，必須要先對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的類型有所來(lái)哦接，以便于明確測(cè)試活動(dòng)的側(cè)重點(diǎn)。本文著重介紹了相關(guān)測(cè)試技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用效果以及未來(lái)研究方向，技術(shù)人員需要把握好航空發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)有問題，將其加以優(yōu)化，提升對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體測(cè)試的精準(zhǔn)度，同時(shí)還需要完善測(cè)試技術(shù)規(guī)范，推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平快速提升，從航空事業(yè)方面提升我國(guó)的整體實(shí)力。

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