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

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測試(measurement and test)是測量與試驗的概括,是人們藉助於一定的裝置,獲取被測物件有相關資訊的過程。測試包含兩方面的含義:一是測量,指的是使用測試裝置通過實驗來獲取被測量的量值;二是試驗,指的是在獲取測量值的基礎上,藉助於人、計算機或一些資料分析與處理系統,從被測量中提取被測量物件的有關資訊。測試分為動態測試和靜態測試。如果被測量不隨時間變化,稱這樣的量為靜態量,相應的測試成為靜態測試;反之為動態。

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

摘要:在研製航空發動機過程中,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,並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;測試技術;整機試驗

航空發動機是作為一個動力系統,具有一定的複雜性,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援,整機試驗的測試技術是先進航空發動機研製的關鍵技術之一。航空發動機整機試驗的測量結果是衡量發動機整機效能的重要標準,同時,也為航空發動機設計的改進和驗證提供了重要依據。

一、航空發動機試驗測試技術介紹

航空發動機的研製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,處於高溫、高壓和高速轉動的工作狀態,為了提升航空發動機的效能、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資料採集處理技術、氣動熱力分析技術、結構設計技術、資料儲存技術以及訊號傳輸技術等;測量引數主要包括壓力、溫度、轉速、氣流方向與速度、推力、空氣流量、燃油流量、電壓、溼度、進排氣顆粒、組分濃度等。

隨著科學技術的不斷髮展,發動機效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、智慧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製要求。最後,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製得以高效有序的進行。

二、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,並在燃燒室出口溫度場測試成功;以及研製出1250 ℃的最高示溫漆測溫,並在複雜構件表面溫度場測試成功。同時,我國對於高溫應變計測量技術的掌握已經達到了 1000 ℃,正致力於研究更高溫度的應變技術。而氣動引數測量技術領域中已經設計研製出多種氣動探針,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製出多套動態採集裝置及分析工具。其中,約200 kS/s的最高取樣率和控制在100 kHz內的訊號測試分析,能夠對大發激波測試、畸變旋渦尺度、消喘、整機氣動極限引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引數測量,並具有根據試驗要求設計和製造特殊結構的能力。

在葉尖間隙測量領域實現突破,採用多種技術手段對發動機內部結構和間隙進行測量,擴大測量範圍,提高測量精度,其中感測器端面耐溫為1400 ℃。基於資料庫技術開發試驗資料管理系統對大量的試驗資料進行管理和分析,並進一步強化設計與試驗的資料協同,挖掘出重要資料。

三、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於更高的可靠性發展,致力於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慧發動機主要採用的技術,要求感測技術精益求精。另外,有相關研究結果表明,未來發動機的研製方向為具有高效率、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感測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於感測器小型化設計、高效能測試儀器、高溫燃氣溫度測量、嵌入式感測、高溫構件表面溫度測量、長壽命高可靠感測器設計、滑油品質線上監測、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。

四、結語

綜上所述,作為對航空發動機整機效能進行綜合評價和對其設計進行科學優化的重要指標,試驗測試資料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,那麼,我國要致力於使航空發動機整機試驗測試技術標準規範的建立得到不斷的完善,以加速研製航空發動機的程序。

參考文獻:

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