航空發動機整機推力試車臺測力方法與校準技術

唐潮

摘要：從發動機誕生之初，發動機推力就作為重要的參數指標為廣大工程師們所鉆研。一般來說，航空發動機的推力由標準臺架試驗測得，整機試車條件下，影響發動機推力測量準確度的因素主要包括動架懸掛結構（中心加載與臺架測力的差別、動架位移等）、作用在臺架和發動機上的氣動參數（進氣沖量、迎風阻力、噴口負壓、動架前后靜壓差、空氣摩擦阻力、進氣安全網損失、噴口面積變化等） 和試車環境的溫濕度變化等因素。因此，整機在試車臺上的推力測量存在損失，尤其是戰斗機，由于裝機而造成的損失更為明顯，因此，測量評估整機試車下的推力校準和測量技術成為航空發動機研制中的關鍵。

關鍵詞：試驗研究;整機推力試車臺;推力校準;測控系統

1平臺步局

發動機推力測量臺架是用來固定發動機，實現發動機推力、空氣流量等參數測量的裝置。將發動機安裝固定于特定的試車臺架中，有助于更加準確地測量其推力。發動機推力測量臺架是用來固定發動機，實現發動機推力、空氣流量等參數測量的裝置。將發動機安裝固定于特定的試車臺架中，有助于更加準確地測量其推力。

試車臺架由動架、靜架及其它一系列附件組成。發動機安裝在動架中，靜架支撐動架，兩者通過彈性元件連接，動架可根據發動機推力大小自由做出響應并傳遞至測量系統，最后再傳遞至固定靜架的地面或墻壁在試車臺架上，發動機通過掛架和動架經由前后彈簧片掛裝在靜架上，在靜架和動架之間安裝有推力傳感器。發動機本身的重量主要由前后彈簧片承擔。發動機工作時產生的推力造成使彈簧片微小的形變，并經推力傳感器由動架傳遞到靜架上，可通過推力傳感器測得發動機的推力值。通常發動機試車臺架上會配備液壓加載裝置，主要用于試車前推力傳感器的現場校準，如圖 2所示。

2中心加載校準

中心加載校準也稱為原位校準，是在安裝發動機的位置安裝一臺模擬發動機，并放置標準推力傳感器，通過安裝固定支架的形式（現在也有墻面斜拉的設計），將液壓加載裝置安裝在固定支架上，以提供標準傳感器的動力源。工作推力傳感器安裝至臺架動架與靜架之間，調整頂桿機構，使工作推力傳感器與推桿之間留有約5道的間隙（利用塞尺測量）。當液壓加載裝置壓力建立，加載裝置的頂桿將力傳遞到標準傳感器上，標準傳感器采集并記錄標準推力，該標準推力又通過模擬發動機傳遞到工作傳感器上，測力系統測得工作推力，通過對比一個已知標準力和一個測力系統的測量力，并獲得差值，可被認為即臺架系統造成的損失，并對該差值進行擬合修正，評價測力系統的準確性，這個過程就是車臺的中心加載校準過程。

3發動機安裝節推力校準與試車臺測量

發動機安裝節推力測量是目前國內外發動機飛行試驗測試領域研究的熱點問題之一。在實際飛行條件下，發動機的推力最終通過安裝節直接傳遞給飛機，因此安裝節對于飛機結構載荷和飛控系統設計而言至關重要。安裝節推力測量的原理就是在發動機安裝節上布置應變計，在地面通過標定試驗獲得推力——應變校準方程。飛行中將實測的應變數據代入到推力-應變校準方程中，即可獲得安裝節推力。該方法不依賴于發動機模型，原理成熟，簡單易行，成本低，特別適合在飛行試驗中開展。推力銷左側被試車臺安裝節支座完全包裹，處于全約束狀態，推力銷中間圓錐段是外露區，右側圓柱段被發動機軸承包裹，承受并傳遞發動機的航向推力和部分重力。通過測量主安裝節圓柱截面剪切力的方式可以獲得發動機推力。

4 試車臺推力測量電信號誤差消除

在航空試車臺測試過程中，為了克服傳感器溫漂帶來的誤差，或者避免傳感器在非額定工作溫度下，需要在傳感器外包裹一層帶電熱絲的保溫罩，若保溫功率較大，其內交流電會對傳感器信號產生明顯的干擾，如屏蔽層不接地，則只有屏蔽電場耦合干擾能力，而無抑制磁場耦合干擾能力;此外，靜電感應電流便有極大可能流經由屏蔽層和信號導線形成的電容而進入放大器，對傳感器信號造成破壞。需注意屏蔽層不能兩點接地，否則電流會通過電容形成回路，產生很高的共模噪聲。在一個總系統中，如果將模擬電路和數字電路都必須放在同一機柜中，那么要盡可能使兩者相距遠一些。系統中的公共接地板可以放在機柜的中央，或者采用兩塊接地排，一塊供模擬信號接地，一塊供數字信號接地，這兩塊接地排必須用低電感的連接來緊固，而后再與接地母排連接。

在測量電路中接地點太多，會在試驗儀器、測量電路及大地接地點相互之間形成多個接地回路，這樣，便將產生有害的接地回路電流，故需采用將全部設備的機柜都在單一點處接地。而除這一點外，全部設備都被“浮置”起來，所有接地線必須接在同一公共的接地點，而不該在其他接地點與類似的接地線相連。

一般的單端放大器不具備共模抑制的能力，某些受限制的電路結構（放大器和負責都與地隔離，且負責的泄漏阻抗相當大）才具備某種程度的共模抑制能力。在測試系統中最適用的是隔離差分放大器。在放大器的輸入部分有保護屏蔽，其共模抑制能力決定于保護屏蔽的質量。隔離差分放大器可以承受輸入端一定的不平衡量，而保持良好的共模抑制能力。在連接時，放大器的輸入保護屏蔽與輸入電纜屏蔽相連接，輸出保護屏蔽應該接到輸出電纜的屏蔽上，機殼應與系統的接地板相連。

結語

推力是發動機最主要性能指標之一，試驗過程中準確地測量出發動機推力，對于發動機研制與性能評定具有重要意義，推力臺架作為推力測量中的關鍵部件，其性能對推力測量精度影響較大，發動機試車臺數據采集系統信號在傳輸的過程中，如果缺少相應的抗干擾措施會導致數據測量不準確，采集的數據雜亂無章甚至影響計算機的正常工作。

參考文獻

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