航空發動機試車臺校準技術分析

王超宇

中國航發南方工業有限公司 湖南株洲 412002

航空發動機功率是衡量發動機性能的關鍵參數之一。當前，功率輸出測試的主要方法是使用航空發動機測試臺測功機進行測試。僅當使用功率計作為輸出方法并測量功率以高精度和全面的速度參數檢測現場扭矩時，才能獲得準確的技術參數。

1 航空發動機試車臺校準中的問題

目前，中國的航空發動機試驗臺主要使用兩個測功機，一個液壓測功機和一個渦流測功機。通常，扭矩平衡原理用于測量扭矩，而頻率計數方法用于測量速度值。在校準過程中，所有當前設備都使用具有簡單機械臂機制的重量減輕法來比較值，但是這種方法存在明顯的缺陷。首先，根據測功機制造商頒發的工廠證書，有一個用于確定測功機結構的長度指示器，即測功機外殼的半徑。在實際使用中，不考慮磁場變形，去除和物體變化。由諸如環境溫度等因素引起的半徑大小調整以及無法有效檢測該尺寸，不可避免地會增加臂長誤差。

此外，杠桿臂的長度也會因實際測量過程中的異常而改變，并且在校準過程中杠桿的受力點與測力計扭矩的實際輸入點不同，這也增加了測量誤差的不確定性和誤差。其次，僅在忽略發動機時才對測功機進行校準，并且當發動機運轉時，實際發動機參數之間會有很大的差異。因為在發動機運轉時會產生很多的振動、噪聲等干擾因素，這些因素拉低了測量數據的準確性。因此，當前的測量方法僅僅是對測功機靜態穩定性的初步分析，而不能精確地校準測功機的實際狀態。這項研究旨在開發一套解決該問題的工具。

2 校準方法

2.1 軸向試車臺推力校準

經過數十年的發展，國內外已經建立了許多航空發動機的試驗臺，并且已經對推力測量技術進行了大量的研究。通過研究測試臺校準方法，可以協助矢量測試臺的推力校準。

推力測量的原理是將一個模擬的推力放在推力架上，運用標準功率傳感器來測量該模擬推力的大小，獲得并測量其在推力閥上運行的傳感器的輸出值。通過結合了普通傳感器力和操作傳感器的力的值進行校準。由于標準力傳感器的位置不同，事業模擬推力加載方法也不同。推力測量系統對測試臺推力測量系統有兩種校準方法：即并行負載校準方法和中央負載校準方法。

平行加載校準方法。平行負載校準方法的實質是在測試臺校準過程中提供與發動機軸相反方向的模擬推力，而發動機推力軸上并沒有負載。同樣有意義的是，在試驗臺校準期間模擬的推力不直接施加到機器的推力軸上，而是施加到與推力測量值相同的水平面上。現有的用于軸向測試臺的平行負載系統包括提供穩定模擬推力的液壓負載系統和標準力傳感器，該系統可以在測量過程中提供所需要的模擬推力。標準功率傳感器可以測量模擬推力的強度、收集運行傳感器的輸出，并將兩者進行比較，以完成對推力系統的校準測量。

中心加載校準方法。中央負載校準方法是將模擬推力直接施加到發動機推力軸上。在校準中心負載時，有必要斷開原始負載系統，以避免影響工作臺的推力傳遞。此外，需要設置專門的推力載荷裝置，因為載荷校準的關鍵是在發動機推力軸的方向上施加可測量的模擬推力[1]。

2.2 矢量試車臺推力現場校準方法

根據長期的床身校準測試經驗，已及參考軸向測試車臺推力校準方法研究了矢量測試床推力校準技術。具體步驟包括理論預測、模擬計算、現場測試以及編譯詳細信息等等。

其中，理論推導可以對矢量試驗臺推力標定進行可行性分析，為后續的仿真計算提供理論依據。在模擬計算中，可以使用強大的計算機計算能力來數值模擬測試臺的受力狀態以獲得測試臺，力學性能也為下一個實驗提供了有效的參考。而現場測試是矢量測試臺推力校準中最重要的環節，也是檢索測試數據的重要步驟，這會降低測試數據的準確性。編制規范是矢量測試操作推力校準技術研究的最終目的是制定合理的規范，這種操作可以確保后續矢量測試臺推力校準的順利進行。

3 我國試車臺校準的機遇與可行性

3.1 試車臺校準的機遇

為了滿足研發特殊“兩臺發動機”的實驗需求，我們還需要建立和改進大量的試車臺，它還使用相同的類型或機器在不同的單元或區域中測試銀行測試。這些臺架測試應該是客觀評估被測試發動機的性能并確保這些臺架狀況的良好度，并且真實地反映測試結果一致性的最有效、最簡單的方法，這是根據GJB721校準規格在測試臺之間進行的比較測試。這種方法迫切需要前所未有的資源、材料和工作臺校準[2]。

3.2 試車臺校準的可行性

首先，與俄羅斯和英國合作完成了試車臺校準，這使中國不僅可以有效地執行GJB721測量標準，而且可以了解和掌握了其他國家其校準能力和技術方法，成功地獲得實際經驗，從而大大降低了技術風險。

其次，在中國建立并擴展了試車臺，并建設了四個高級實驗室和露天試車臺，以滿足市場需求和足夠的軟硬件資源。如有必要，可以在序列號之間運行比較測試。也就是說，這需要相關工作人員比較成本、周期、工作臺校準以及生產開發測試的任務。但是，與其他非測試指標的要求，收益和結果相比，這些調整并不困難。

最后，依據航空發動機測試和評估的要求，只有明確技術狀態，才能準確定義戰術和技術性能，操作效率以及發動機支撐的有效性，并進行技術評估。因此，試車臺校準已成為中國航空公司和大多數用戶必要和嚴重關注的問題[3]。

4 結語

在本文中，我們對航空發動機測試臺校準技術進行了有針對性的研究，并提出了一些有關航空發動機測試臺校準技術的想法。一旦實現，將有助于在模型開發，測試和制造過程中提高航空發動機的功率。功率測量精度為航空發動機的設計和制造提供了可靠的數據庫和質量保證。