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第八篇
航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和測(cè)試
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第一章 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)概述
第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)研制和發(fā)展對(duì)試驗(yàn)技術(shù)的要求
一種新型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部件研制和調(diào)試、發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（如防冰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、噴液系統(tǒng)、附件傳動(dòng)系統(tǒng)以及推力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、漏油系統(tǒng)、防火系統(tǒng)和測(cè)試監(jiān)控系統(tǒng)）都離不開試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)研制中要經(jīng)過大量的部件、材料、整機(jī)、地面模擬和飛行試驗(yàn)?zāi)M才能確定發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、耐久性和操縱性。相鄰部件的相互影響、外界條件變更引起的發(fā)動(dòng)機(jī)性能和穩(wěn)定性的改變，主要是靠試驗(yàn)確定。試驗(yàn)不僅是必要的，而且隨航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，要求試驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備應(yīng)隨之不斷提高和發(fā)展。新機(jī)的水平很大程度上取決于試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)的水平。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)由 " 萬(wàn)或更多的零件組成。研制工作一般需要做 %&萬(wàn)小時(shí)部件試驗(yàn)， ’萬(wàn)小時(shí)材料試驗(yàn)， %萬(wàn)小時(shí)整機(jī)試車。先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些數(shù)字。在發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)發(fā)展期間，部件和系統(tǒng)試驗(yàn)是一個(gè)重要方面。美國(guó) (%&&發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展期間，總試驗(yàn)時(shí)數(shù)約為 %)&&&*，其中地面試驗(yàn)時(shí)數(shù)為 %"&&&*，而部件試驗(yàn)占地面試驗(yàn)時(shí)數(shù)的 ’&+以上。 (’&’發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)總時(shí)數(shù)為 %,&&&*。地面試驗(yàn)時(shí)數(shù)為 %’&&&*，部件試驗(yàn)時(shí)間占地面試驗(yàn)時(shí)數(shù)的 -&+。由此可見，國(guó)外在發(fā)動(dòng)機(jī)研制全過程中，幾乎有 %.時(shí)間用在部件試驗(yàn)上。
重大的設(shè)備在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中起了關(guān)鍵作用。美國(guó)阿諾德工程發(fā)展中心在 %,//年建立的高空模擬試驗(yàn)臺(tái)于 %,)"年投入使用，它對(duì)高性能發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)突破超聲速領(lǐng)域起了決定性作用。
一、試驗(yàn)的必要性
航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的必要性主要表現(xiàn)在以下幾方面。
獲取用理論計(jì)算不可能得到的技術(shù)數(shù)據(jù)。例如，確定壓氣機(jī)和渦輪葉片的自振振型和自振頻率，作用在發(fā)動(dòng)機(jī)元件上的振動(dòng)載荷，壓氣機(jī)穩(wěn)定工作邊界和容忍進(jìn)氣畸變的能力，發(fā)動(dòng)機(jī)過渡過程的性能參數(shù)，空中工作特性參數(shù)和機(jī)動(dòng)飛行中載荷的確定等。
"為了適應(yīng)現(xiàn)役機(jī)種提高推力、降低油耗、提高機(jī)動(dòng)性、可靠性和耐久性的要求，就必須通過試驗(yàn)來(lái)探索某種改進(jìn)的可能性和有效途徑。 為了查明外部作用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的影響，在發(fā)動(dòng)機(jī)上各個(gè)部件相互關(guān)聯(lián)、相互影響的情況下，外部作用會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)力、強(qiáng)度和使用性能變化的二次效應(yīng)。諸 •%&%-•
如飛鳥、雜物和雨滴進(jìn)入進(jìn)氣道，結(jié)冰，大角度俯沖造成的過載，飛行員急收油門造成的燃燒室極大貧油等都必須通過試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各種性能的影響。 檢查和修正用計(jì)算方法算得的特性和參數(shù)，驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝修改的效果。當(dāng)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錄取的特性和參數(shù)不符合技術(shù)要求時(shí)，便隨時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)。
"在批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)中，按驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程檢驗(yàn)各個(gè)組件、部件及整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量是否達(dá)到技術(shù)要求。在考查發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性和長(zhǎng)期工作后性能的穩(wěn)定性中，通過等效加速試車和一定時(shí)數(shù)的壽命試驗(yàn)及循環(huán)次數(shù)試驗(yàn)來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際可靠性和工作能力。
新機(jī)研制中通過大量的新材料試驗(yàn)、創(chuàng)新部件可行性試驗(yàn)、核心機(jī)和驗(yàn)證機(jī)試驗(yàn)來(lái)最終確定新機(jī)的設(shè)計(jì)、技術(shù)指標(biāo)和綜合實(shí)施的可能性。其中以核心機(jī)為基礎(chǔ)衍生發(fā)展各類發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)今新機(jī)研發(fā)的有效途徑。核心機(jī)—驗(yàn)證機(jī)匹配試驗(yàn)，考查各部件的工作協(xié)調(diào)性是其主要目的。又例如，通過試驗(yàn)確定陶瓷基復(fù)合材料 "、碳—碳復(fù)合材料 和金屬基復(fù)合材料 ""等的彎曲和拉伸強(qiáng)度、裂紋擴(kuò)展速率、高溫工作穩(wěn)定性、界面抗氧化性和抗振性；采用新制造工藝（如擴(kuò)散焊連接、超塑成形工藝、復(fù)合冷卻的 %和繪制、照相—腐蝕、激光和電子束工藝、整體轉(zhuǎn)子 &機(jī)匣的制坯、精鑄、熱等靜壓和快速凝固等）制造的零部件都必須在部件試驗(yàn)器和臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)考核，考查加工方法的適用性，測(cè)量主要性能參數(shù)在采用新工藝下的變化；采用主動(dòng)間隙控制、狀態(tài)監(jiān)控診斷、最佳性能調(diào)節(jié)以及控制穩(wěn)定工作邊界等，都必須進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配試驗(yàn)。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制費(fèi)用高，研發(fā)周期長(zhǎng)，發(fā)展試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)意義重大。據(jù)統(tǒng)計(jì)。 ’())發(fā)動(dòng)機(jī)于 (*+,年定型時(shí)其研制費(fèi)為 -. /億美元。至 (*0-年改進(jìn)費(fèi)達(dá) 1. 1/億美元。美國(guó) 2)世紀(jì) *)年代發(fā)動(dòng)機(jī)（戰(zhàn)斗機(jī)）型號(hào)發(fā)展費(fèi)為 (2. /億美元。目前，一臺(tái)大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制費(fèi)約為 2)億美元。其中各種試驗(yàn)費(fèi)用，諸如整機(jī)、部件、地面模擬和試飛等費(fèi)用占相當(dāng)?shù)谋壤Ｒ虼耍倪M(jìn)試驗(yàn)方法，提高測(cè)試技術(shù)水平，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)是降低費(fèi)用的重要部分。
另一問題是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)周期長(zhǎng)。 ’())自 (*+,定型，出現(xiàn)可靠性問題后經(jīng)改進(jìn)達(dá)到其成熟期共經(jīng)歷了 2)年時(shí)間； 34 ,(%發(fā)動(dòng)機(jī) ()余年間共使用 /(臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，臺(tái)架試車?yán)塾?jì)達(dá) (112/5，試飛 122/5，還裝于 *)年代的蘇 ,/飛機(jī)，其改進(jìn)和發(fā)展仍在進(jìn)行。
其他機(jī)種，如 36*%、’1、782)))、’"/1和 92/))發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)均由于技術(shù)難度大、高度復(fù)雜、部件預(yù)研和試驗(yàn)均提前 2)年進(jìn)行，因此，改進(jìn)試驗(yàn)方法也有利于縮短發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)周期。
&發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化研發(fā)方法，即從方案設(shè)計(jì)到外場(chǎng)采購(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)壽命期內(nèi)，包括設(shè)計(jì)、計(jì)劃、試驗(yàn)、加工、方案改進(jìn)以及產(chǎn)品驗(yàn)收等均從使用觀點(diǎn)進(jìn)行權(quán)衡設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，并要求更有效的試驗(yàn)方法，獲得可靠的測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)，從而獲得具有最佳性能、可靠性和維修性的發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，高水平的試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)是十分必要的。
各種航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)迫使試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)必須適應(yīng)這一要求。性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的綜合權(quán)衡要求試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)不斷改進(jìn)、不斷完善及發(fā)展。當(dāng)今和未來(lái)對(duì)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求量將不斷增加，因此對(duì)提高推重比、降低耗油率、低維修費(fèi)用、低噪聲、低有害排放物、多狀態(tài)最佳性能參數(shù)、適應(yīng)惡劣使用條件以及高可靠性和高可操縱性的發(fā)動(dòng)機(jī)研究越來(lái)越深入。動(dòng)態(tài)測(cè)量、試驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)可視化、試驗(yàn)仿真要求試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)代化以及綜合化的
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