航空发动机试车台校准技术分析

2020-11-27王超宇

商品与质量 2020年53期

王超宇

中国航发南方工业有限公司湖南株洲 412002

航空发动机功率是衡量发动机性能的关键参数之一。当前，功率输出测试的主要方法是使用航空发动机测试台测功机进行测试。仅当使用功率计作为输出方法并测量功率以高精度和全面的速度参数检测现场扭矩时，才能获得准确的技术参数。

1 航空发动机试车台校准中的问题

目前，中国的航空发动机试验台主要使用两个测功机，一个液压测功机和一个涡流测功机。通常，扭矩平衡原理用于测量扭矩，而频率计数方法用于测量速度值。在校准过程中，所有当前设备都使用具有简单机械臂机制的重量减轻法来比较值，但是这种方法存在明显的缺陷。首先，根据测功机制造商颁发的工厂证书，有一个用于确定测功机结构的长度指示器，即测功机外壳的半径。在实际使用中，不考虑磁场变形，去除和物体变化。由诸如环境温度等因素引起的半径大小调整以及无法有效检测该尺寸，不可避免地会增加臂长误差。

此外，杠杆臂的长度也会因实际测量过程中的异常而改变，并且在校准过程中杠杆的受力点与测力计扭矩的实际输入点不同，这也增加了测量误差的不确定性和误差。其次，仅在忽略发动机时才对测功机进行校准，并且当发动机运转时，实际发动机参数之间会有很大的差异。因为在发动机运转时会产生很多的振动、噪声等干扰因素，这些因素拉低了测量数据的准确性。因此，当前的测量方法仅仅是对测功机静态稳定性的初步分析，而不能精确地校准测功机的实际状态。这项研究旨在开发一套解决该问题的工具。

2 校准方法

2.1 轴向试车台推力校准

经过数十年的发展，国内外已经建立了许多航空发动机的试验台，并且已经对推力测量技术进行了大量的研究。通过研究测试台校准方法，可以协助矢量测试台的推力校准。

推力测量的原理是将一个模拟的推力放在推力架上，运用标准功率传感器来测量该模拟推力的大小，获得并测量其在推力阀上运行的传感器的输出值。通过结合了普通传感器力和操作传感器的力的值进行校准。由于标准力传感器的位置不同，事业模拟推力加载方法也不同。推力测量系统对测试台推力测量系统有两种校准方法：即并行负载校准方法和中央负载校准方法。

平行加载校准方法。平行负载校准方法的实质是在测试台校准过程中提供与发动机轴相反方向的模拟推力，而发动机推力轴上并没有负载。同样有意义的是，在试验台校准期间模拟的推力不直接施加到机器的推力轴上，而是施加到与推力测量值相同的水平面上。现有的用于轴向测试台的平行负载系统包括提供稳定模拟推力的液压负载系统和标准力传感器，该系统可以在测量过程中提供所需要的模拟推力。标准功率传感器可以测量模拟推力的强度、收集运行传感器的输出，并将两者进行比较，以完成对推力系统的校准测量。

中心加载校准方法。中央负载校准方法是将模拟推力直接施加到发动机推力轴上。在校准中心负载时，有必要断开原始负载系统，以避免影响工作台的推力传递。此外，需要设置专门的推力载荷装置，因为载荷校准的关键是在发动机推力轴的方向上施加可测量的模拟推力[1]。

2.2 矢量试车台推力现场校准方法

根据长期的床身校准测试经验，已及参考轴向测试车台推力校准方法研究了矢量测试床推力校准技术。具体步骤包括理论预测、模拟计算、现场测试以及编译详细信息等等。

其中，理论推导可以对矢量试验台推力标定进行可行性分析，为后续的仿真计算提供理论依据。在模拟计算中，可以使用强大的计算机计算能力来数值模拟测试台的受力状态以获得测试台，力学性能也为下一个实验提供了有效的参考。而现场测试是矢量测试台推力校准中最重要的环节，也是检索测试数据的重要步骤，这会降低测试数据的准确性。编制规范是矢量测试操作推力校准技术研究的最终目的是制定合理的规范，这种操作可以确保后续矢量测试台推力校准的顺利进行。

3 我国试车台校准的机遇与可行性

3.1 试车台校准的机遇

为了满足研发特殊“两台发动机”的实验需求，我们还需要建立和改进大量的试车台，它还使用相同的类型或机器在不同的单元或区域中测试银行测试。这些台架测试应该是客观评估被测试发动机的性能并确保这些台架状况的良好度，并且真实地反映测试结果一致性的最有效、最简单的方法，这是根据GJB721校准规格在测试台之间进行的比较测试。这种方法迫切需要前所未有的资源、材料和工作台校准[2]。