航空發動機臺架試驗安裝中心調整優化研究

陳仟 吳孝幸

摘要：航空發動機作為飛機的心臟，被譽為中國工業皇冠上的“明珠”，是一種高度精密和復雜的熱力機械。航空發動機的研制和生產是集高、精、尖技術之大成，具有高難度、長周期、高投入、高風險等特點，一款航空發動機從項目立項到產品定型通常需要十至二十年的時間。在研制階段，需要反復開展試驗驗證，在試車臺上不斷錄取性能參數并加以修正改進，方可最終定型。隨著技術力量不斷提升，怎樣不斷提高試驗效率和測試精度，加快發動機研制進程成為急需解決的問題。

關鍵詞：發動機軸心?臺架中心?發動機中心對準儀

前言

航空發動機研制階段需要開展大量的臺架試驗，發動機中心調整是指發動機軸心線與試車臺架中心線的重合度，是發動機臺架試驗安裝過程中的一個重要參數，是發動機臺架試驗推力測量的重要影響因素。本文以發動機設計理論為基礎，結合基礎幾何原理，設計專用工裝，快速準確測量發動機軸心線，保證發動機臺架安裝精度、節約大量發動機臺架安裝時間，提高工作效率，減輕工作人員的工作負擔。

1 發動機上臺安裝現狀

1.1發動機中心調整現狀

現階段，發動機中心調整是通過測量發動機軸心線，保證發動機軸心線和臺架中心保持一致來實現。發動機中心調整是發動機在試車臺上安裝過程中的一個重要的到位尺寸，該尺寸測量的操作流程如圖1所示：

從圖1可以看出，采用現目前的方法調整發動機中心過程較繁瑣、步驟較多，而且需要至少兩人相互配合方能完成，在測量過程中對人員配合默契度要求較高，操作過程中各環節的誤差都會對測量結果造成影響。

1.2對發動機試驗數據的影響

發動機中心調節精度得不到保證，發動機軸心線和試車臺架的中心線將形成一個夾角，發動機臺架試驗測量推力與發動機實際推力就會產生誤差，將對發動機推力測量造成影響，具體情況見圖2：

a——發動機軸心線偏離臺架中心后進口到臺架中心線的距離

l——發動機長度尺寸

β——發動機軸心和臺架中心線形成的夾角

F實——發動機實際推力

F測——發動機測量推力

根據上面公式可以看出，發動機中心測量若不能滿足要求，將會導致發動機實際推力大于臺架測試推力，即F測

一是發動機驗收試車時，有時候會因為發動機測量推力偏小，導致驗收試車不能通過，這將采取相應的措施提高發動機推力。

二是發動機測量推力滿足要求并在限制值的上限時，此時若存在發動機軸心線和臺架中心不重合，那發動機的實際推力將大于測量推力。

2 改進思路

2.1改進思路介紹

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

（1）用平尺和框式水平儀在發動機進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;

（3）利用弦的性質：“弦的中垂線一定經過這條弦所在圓的圓心”，由此找到發動機進口截面的中垂線;

通過梳理研究，我們設計出一個新的測量發動機中心的工具，將該專用測量工具定義為發動機中心對準儀。發動機中心對準儀由工作尺、水泡和鉛垂線支點構成。發動機中心對準儀的結構三視圖如圖3所示：

2.2發動機中心對準儀工作原理

發動機中心對準儀放進發動機進氣道后，通過觀察水平儀水泡位置，調整工作尺位置，保證工作尺處于水平狀態，此時工作尺上端面近似看作發動機進口截面圓的一條弦，此時鉛垂線支點的鉛垂線線在鉛垂重力作用下保持豎直狀態（與弦垂直），其反向延長線必定通過發動機進口截面圓的圓心，此條線即可作為發動機進口截面圓的中垂線，視為發動機中垂線;通過調整發動機位置，即可保證發動機中心線與臺架中心線重合。

2.3發動機中心對準儀誤差分析

發動機中心對準儀作為發動機上臺安裝到位尺寸測量工具，測量精度必須得到保證。需要認真分析發動機中心對準儀在使用過程中哪些因素將對測量結果造成影響，在使用過程中盡量避免各種因素影響測量結果。發動機中心對準儀使用過程中引起誤差主要有兩方面：

（1）發動機中心對準儀自身有一定長度，在長時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導致產生一定變形量，變形后工作尺中心到兩個端點的距離不一致，將會造成實際測量的發動機中心存在誤差，導致在使用過程中找到的中心線沒有經過圓心，即不是發動機的中心線;

（2）發動機中心對準儀兩端結合面在長期使用過程中會產生一定的磨損，如果兩端面磨損量不一致，將會造成發動機中心對準儀的鉛垂線支點不在量具長度的中間位置，導致在使用過程中找到的中心線不是發動機的軸心線。如圖4所示：

按圖4所示，若單邊磨損量為d，那么中心線會與實際中心線偏差d/2，該發動機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

改進后，使用發動機中心對準儀測量發動機臺架安裝中心測量流程圖如圖5所示：

通過圖1、圖5可知，使用發動機中心對準儀測量發動機臺架安裝中心，將發動機現在的8個環節減少為4個，且1人可以輕松完成，簡化了發動機上臺流程，發動機上臺時間大大縮短，有效提高了發動機上臺安裝工作效率，而且隨著調整工步的減少，測量誤差也大大降低，從而更可靠的保證了測量精度。

4結束語

發動機中心對準儀不僅有效解決了發動機上臺過程中流程繁瑣、花費時間較多、工作效率低等問題，同時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，各流量級發動機進口尺寸有差異，將中心對準儀工作尺加長或縮短即可滿足各型號發動機的需求。同時，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，此時可以考慮將工作尺做成伸縮可調式，只要保證工作尺中心到兩端面距離相等，根據管道直徑選取適當長度的工作尺，即可滿足各種尺寸管道的測量需求。

參考文獻：

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