航空发动机技术Word下载.docx
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（5）动态测量、高温测量、遥测遥控技术；
（6）试验和测试技术的发展，试验数值仿真NPSS、试验数据库；
（7）状态监控、故障诊断。
目录
1航空发动机试验测试技术的现状和发展1
1.120世纪90年代发动机和21世纪初发动机1
1.1.190年代发动机1
1.1.221世纪战斗机发动机3
1.1.3民航机发动机4
1.2发动机研制和发展对试验和测试技术的要求5
1.2.1试验的必要性6
1.2.2试验和测试技术的发展7
1.3典型试验项目7
1.3.1典型试验7
1.3.2通用规范中的试验和测试10
1.4发动机试验分类12
1.4.1试验分类12
1.4.2发动机工作状态12
2整机试验和测试14
2.1试车程序14
2.2沿发动机流道全流程参数测量及专项试验测试16
2.2.1全流程参数测量16
2.2.2专项试验和测试17
2.3试车台18
2.4测控软件及数据采集系统19
3可靠性试验和测试21
3.1可靠性21
3.2结构完整性大纲中的试验和测试23
3.3发动机加速任务试验26
3.3.1加速任务试验概念26
3.3.2加速任务试验的基本理论27
3.4发动机结构完整性主要考核试验30
3.5发动机耐久性考核的新装置—机动载荷模拟器34
4发动机部件试验35
4.1部件试验及其作用35
4.1.1军用发动机发展的关键部件试验35
4.1.2部件试验测试主要内容35
4.1.3部件试验测试对整机研制的作用36
4.2压气机试验和设备37
4.3主燃烧室试验39
4.4涡轮试验41
4.5加力燃烧室试验和测试43
4.6喷管试验44
4.7控制系统试验47
5高空模拟试验及空测技术50
5.1高空模拟试验和测试50
5.2发动机飞行试验52
5.2.1使用方法和环境对发动机的影响52
5.2.2发动机飞行载荷谱53
5.2.3发动机飞行试验台试验55
6航空发动机测试系统58
6.1发动机通用测控软、硬件58
6.2飞行试验自动化综合测试系统59
7航空发动机试验测试技术的新进展62
7.1发动机动态测量、高温测量新技术62
7.1.1组合式三维LDV系统62
7.1.2动态燃气温度测试系统63
7.1.3光学高温计64
7.2发动机故障诊断及状态监控65
7.2.1监控诊断系统的组成66
7.2.2故障诊断技术67
7.3发动机试验数据库68
7.3.1发动机数据库概述68
7.3.2发动机试验数据库70
7.4发动机试验仿真71
7.4.1NPSS71
7.4.2分级建模73
7.4.3学科匹配和发动机数值仿真74
7.5试验、测试和其它新技术76
1航空发动机试验测试技术的现状和发展
1.120世纪90年代发动机和21世纪初发动机
1.1.190年代发动机
图1示出某些发动机推重比的增加趋势。
F119发动机是推重比10以上发动机的典型代表。
表1示出90年代发动机主要性能和用途。
图2示出F119和EJ200加力涡扇发动机简图。
图1某些发动机推重比的变化
表190年代战斗机发动机主要参数和用途
图2F119、EJ200加力涡扇发动机
在推重比9-10发动机上采用的新技术有：
·
压气机采用非定常三元流计算设计，平均级压比提高到1.45-1.50，效率和喘振裕度更大，3级风扇、5-6级高压压气机，压比达25左右，小展弦比叶片设计、抗外物损伤，整体叶盘减轻重量，刷子封严减少漏气；
燃烧室主要采用浮壁结构、隔热涂层，改善气膜冷却。
采用复合喷嘴，提高雾化质量；
涡轮三元跨声速气动设计提高加功量，单级高、低压涡轮，F119采用对转涡轮，取消了导叶；
先进冷却技术；
采用二维矢量喷管（F119），短距起落，非常规机动，减少红外和雷达信号；
采用第三代双余度FADEC（全权数字式电子控制系统），实现故障诊断和处理；
第三代单晶涡轮叶片，工作温度达1100
，损伤容限设计；
树脂基复合材料的外涵机匣；
陶瓷基复合材料和碳-碳材料的加力燃烧室和喷管调节内衬和其它高温静止件。
F119和EJ200的外场更换件拆卸率、返修率、提前换发率、维修工时、平均维修间隔时间和空中停车率均有明显改善。
1.1.221世纪战斗机发动机
21世纪发动机要求：
先进气动布局、性能和稳定性兼顾；
隐身、超音速巡航，非常规机动；
推力矢量后机身/发动机一体化；
短距起落、超视距多目标攻击、多用途；
高可操纵性。
正在实施的推重比15-20的IHPTET计划发动机构形示于图3。
其主要特点为：
风扇1级，叶片后掠、空心，级压比达2.2；
压气机3级，第一级后掠，转子为鼓筒无盘结构，钛合金复合材料、质量减轻达70%；
燃烧室为陶瓷基复合材料，变几何结构，温场更均匀；
涡轮对转、双级、整体叶盘，涡轮前温度达2270-2470K；
采用陶瓷基或碳-碳基复合材料；
全方位矢量喷管；
可在
高空以M数3-4巡航，作战半径
，隐身、非常规机动。
表2列出IHPTET计划的目标和效率。
图3推重比15-20战斗机发动机构
表2IHPTET计划的目标和效率
1.1.3民航机发动机
民航发动机重点在降低耗油率，提高耐久性。
目前PW4084、V2500的耗油率均已达到
。
V2500发动机采用风扇叶片后掠，涵道比为17.5，总压比为36。
图4示出V2500发动机应用了多项新技术，如宽弦风扇叶片、蜂窝夹芯、扩散焊制造；
压气机喘振裕度达30%；
燃烧室内壁板为瓦片精铸、涡轮主动间隙控制、单晶气冷空心叶片、MERL76粉末冶金涡轮盘。
采用FADEC改善性能，提高了可靠性，具有良好经济性。
图4V2500发动机技术特点
1.2发动机研制和发展对试验和测试技术的要求
航空发动机的研发对气动热力学、结构强度、控制系统、工艺材料和试验测试提出了新的要求。
在试验和测试技术方面，主要包括：
（1）分析-试验一体化，经过反复修正，使分析和试验结果相吻合；
（2）发展精密、无干涉测量技术；
（3）建立高技术试验测试系统，如阿诺德ASTF推进系统高空模拟试车台，数据采集、处理、显示、分析及控制为一体；
模拟机动飞行的载荷模拟器；
装有高精度测试仪器的飞行试验台；
环境综合模拟试验系统；
全自动化试车台；
动态过程试验测试系统；
（4）试验测试数字化、智能化、网络化，试验计算可视化；
（5）发展加速试车技术、飞行加速模拟试验设备和测试；
（6）建立发动机试验数据库、试验程序库、仿真建模库、试验网络库、故障分析库等；
（7）发展光纤传感器、复合多功能传感器、红外传感器、叶尖间隙传感器、智能传感器等。
1.2.1试验的必要性
一种新型号发动机的研制，总体和各系统（防冰、润滑、控制、燃油、点火、液压、启动、喷液、附件传动、推力转向、防火、漏油、监控等）均离不开试验，主要靠试验确定。
新机研制主要取决于试验和测试技术的水平。
据统计：
一台2-3万多零件组成的发动机，需10万小时部件试验，4万小时材料试验，一万小时整机试车；
F100发动机改进期间，总试验时数为18000h，其中地面试验12000h，部件试验占地面试验时数的40%以上；
F404发动机试验总时数19000h，地面试验占14000h，部件试验占地面试验的50%；
一般有1/3时间用于部件试验。
试验必要性主要表现在：
（1）获取用理论计算不可能获得的数据，如叶片自振振形、频率；
容忍进气畸变能力，机动飞行的载荷等；
（2）探索改进发动机的可能性和途径；
（3）查明外部作用对发动机性能影响，如飞鸟、杂物、雨滴进入发动机，大角度俯冲造成的过载，急收油门的贫油熄火等；
（4）验证计算结果的正确性，工艺修改的影响；
（5）批生产发动机，按验收标准检验发动机性能、部件的匹配；
考虑可靠性、耐久性；
（6）新机研制的可行性试验，核心机/验证机试验，包括材料、工艺、加工质量、性能、控制可靠性等；
（7）发展试验和测试技术，可以大幅度降低研发费用，减少研制周期；
（8）发动机一体化研发要求高水平的试验和测试技术。
发动机的性能、可靠性和经济性的综合平衡要求试验和测试技术不断改进、完善和发展。
1.2.2试验和测试技术的发展
试验和测试技术的发展包括：
（1）探讨适应新特性要求的试验和测试技术。
如变循环发动机试验、燃烧主动控制、暴雨断滑油的自转试验等；
（2）寻求完善和经济的试验方法，如多任务同时试验，降压、降流量试验和测试；
（3）受损相当，明显缩短时间的加速任务试验（AMT）；
（4）建立典型试验方法，如偏差诊断法，动态畸变模拟法；
（5）试验诊断一体化、实时处理；
（6）研发非接触测量：
激光法、PDPA法、CARS相干反斯托克喇曼光谱法、红外法；
（7）建立高水平大型设备，如高空台、全压全流量燃烧试验测试系统、机动载荷模拟器、全自动化试车台、动态模拟试验器、综合环境试验系统、特种试验设备；
（8）采用新设计方案、控制系统的试验，如主动间隙控制、降低油耗、推力矢量喷管，抑制红外辐射等；
（9）监控与诊断功能试验等。
美国于20世纪80年代投资1700万美元建立机动载荷模拟器，即是为模拟飞机机动飞行的载荷建立的，该设备一直处于世界领先地位，确保了在地面上准确验证发动机的实际飞行状态下的结构完整性。
1.3典型试验项目
1.3.1典型试验
军、民发动机发展和定型试验可分三大类：
性能试验、测试；
操纵性试验、测试；
耐久性试验、测试。
表3列出新发动机定型试验，表4列出发展性部件试验，图5示出发动机相对研制难度。
图5航空发动机相对研制难度
表3发动机定型试验项目
表4发展性部件试验
部件名称
试验内容
说明
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