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

孔慶珊（中航工業沈陽發動機設計研究所,沈陽　110015）

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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

孔慶珊
（中航工業沈陽發動機設計研究所,沈陽110015）

摘 要：在研制航空發動機過程中，測試技術在航空發動機整機試驗中的應用具有非常重要的意義。本文對在航空發動機整機試驗中應用的測試技術進行了簡要的闡述，并分析了測試技術的發展現狀與未來的發展趨向，希望能夠對航空發動機整機試驗的測試技術的可持續發展起到一定促進作用。

關鍵詞：航空發動機；整機試驗；測試技術

航空發動機是作為一個動力系統，具有一定的復雜性，構成部件包括：壓氣機、燃燒室、渦輪、加力燃燒室及附件傳動裝置等。在先進航空發動機發展的過程中，測試技術提供了強有力的支持，整機試驗的測試技術是先進航空發動機研制的關鍵技術之一。航空發動機整機試驗的測量結果是衡量發動機整機性能的重要標準，同時，也為航空發動機設計的改進和驗證提供了重要依據。

1　航空發動機試驗測試技術介紹

航空發動機的研制和發展是涉及熱物理學、流體力學、材料學、結構強度、機械傳動、自動控制、計算機與電子技術、光學技術等多種學科的綜合性系統工程。航空發動機的工作條件非常苛刻，處于高溫、高壓和高速轉動的工作狀態，為了提升航空發動機的性能、可靠性以及壽命等，要充分掌握航空發動機在不同工況下的溫度、壓力、腐蝕、間隙以及應力等情況。

航空發動機整機試驗測試技術涉及了電磁學、聲學、光學、力學、熱學、幾何量等專業領域；其應用的技術主要包括數據采集處理技術、氣動熱力分析技術、結構設計技術、數據存儲技術以及信號傳輸技術等；測量參數主要包括壓力、溫度、轉速、氣流方向與速度、推力、空氣流量、燃油流量、電壓、濕度、進排氣顆粒、組分濃度等。

隨著科學技術的不斷發展，發動機性能也得到了進一步的提高，同時提升了航空發動機的安全性、可靠性和經濟性等。在航空發動機整機試驗測試技術的飛速發展過程中，對測試系統的靈敏度、準確度、量程、規模、通道、動態響應情況、抗惡劣環境能力、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動機的使用要求和研制要求。最后，航空發動機整機試驗的測試結果一定要滿足設計要求的準確度，這樣才能夠使航空發動機研制得以高效有序的進行。

2　現階段航空發動機整機試驗測試技術的現狀分析

我國的航空發動機已經經歷了半個多世紀的研究發展，目前，航空發動機整機試驗測試技術也取得了階段性的發展與進步。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 ℃。基于數據庫技術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，并進一步強化設計與試驗的數據協同，挖掘出重要數據。

3　未來航空發動機整機試驗測試技術發展趨向

來來航空發動機趨向于更高的可靠性發展，致力于保持航空發動機高效率與渦輪進口溫度。同時，降低噪聲和排放也是未來航空發動機發展需求，這就對發動機整機試驗測試技術提出了更高的要求與新的挑戰。健康管理技術和主動控制技術是新一代智能發動機主要采用的技術，要求傳感技術精益求精。另外，有相關研究結果表明，未來發動機的研制方向為具有高效率、競爭力的價格以及友好的環境，與此同時，發動機的健康管理和主動控制也對傳感器提出了更多的要求。

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。

4　結語

綜上所述，作為對航空發動機整機性能進行綜合評價和對其設計進行科學優化的重要指標，試驗測試數據的準確性確定非常重要的意義。為此，航空發動機整機試驗測試技術的進一步發展能夠促進我國航空發動機發展的整體水平，那么，我國要致力于使航空發動機整機試驗測試技術標準規范的建立得到不斷的完善，以加速研制航空發動機的進程。

參考文獻：

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[2]郭昕,蒲秋洪,宋紅星等.航空發動機試驗與測試技術的發展[C].//第五屆動力年會論文集,2013:122-130.

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