333航空发动机试验技术

第一章航空发动机试车台飞机发动机不像汽车发动机那样出问题才去修理，因为飞机发动机出问题产生的问题就是坠机，造成机毁人亡。测试发动机的建筑物和设备称之为试车台。试车台常用建筑物：进气道、试车间、排气道、操纵间、测试间、设备间、电气设备、准备间、辅助房间及生活卫生间试车台的设备：台架系统、燃油系统、滑油系统、电气系统、测试系统、操纵系统、起动系统第一章航空发动机试车台试车台常用建筑物：进气道、试车间、排气道、操纵间、测试间、设备间、电气设备、准备间、辅助房间及生活卫生间。试验设备分为：①地面试验设备②高空试验设备③飞行试验设备地面试验设备：供航空发动机在地面条件下进行试验。组成：①试车间（又称试车台）主要由安装发动机的测力台架和进、排气系统组成。喷气发动机的测力台架应能精确测出推力；活塞式航空发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机的测力台架则应能精确测量扭矩。②操纵间:又称控制室。发动机试验时有100分贝以上的强烈噪声，还有一定的危险性，因此需要有单独的、能够隔音并有一定防护措施的控制室，供试验人员控制和监视发动机的工作。③测试设备间：其中布置各种测试设备。④试车台系统：包括控制系统、燃油控制系统、水电供应系统等。意义：推进航空发动热试车试验的开展,同时发动机试车台,让航空发动机的试验由单一并且较危险的在翼试验,进步到在试车台上进行试验,这样就可以开展许多的故障模拟等试验内容。第一节试车台的总体布置一、试车台的功能功能：完成发动机试车大纲（或规定）规定的试车项目制造厂及修理厂的试车主要内容是：发动机磨合运转，调整发动机参数、检查发动机质量、发动机持久试车等二、试车台的位置由于航空发动机转速高，气动流量大，排气温度高，试车时噪音、燃气噪声、气动噪声，螺旋桨噪声等多种声源合成从几十到几千赫兹的宽带噪声，可以传播到1~2公里外，因此发动机试车的选址建造选的尤为重要。试车台的选址位置：①应远离办公区及住宅区等人员集中的场所，以避免或减少噪声干扰。夜间试车，试车与住宅区最少500米，白天试车可以减少至300米②应尽量布置在厂区、住宅区的常年下风方向③应尽量离开砂型铸造、喷砂厂房、锅炉房、堆煤场等，以免粉尘及砂微粒被吸入发动机④应注意毗邻的地区有无污染源，并注意其性质、距离和风向⑤应使试车台中心轴线垂直于常年风向，以免将排气口排出的燃气被风吹进进气口，重新吸入发动机。如难以实现，试车台进气入口及排气出口处应采取措施。⑥试车台附近不应有锻造、冲压等产生强烈振动的设备以及强磁场设备，以保证试车间仪器的正常工作，数据测量的准确性⑦试车台与附近厂房的防火距离应符合建筑 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的防火规范规定，若不符合要加强防火设施。续⑧试车台与发动机总装、油封包装车间的距离尽量短，以便组织生产，出入试车间道路应平整，不易大坡道，小弯道，保证运输的安全⑨水平进气的试车台，进气前方宜15米内无建筑，后方排气也应畅通⑩如有一个以上的试车台应尽量可能几种布置，并要考虑以后增建试车台的余地三、试车台的类型分类：1，按发动机机种分类：发动机机种可分为：涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机相应的发动机对应着相应的试车台，涡喷发动机试车台可以各种推力的涡喷发动机，也可以试验小型涡扇发动机；而涡桨或涡轴发动机试车台一般只能专试涡桨或涡轴，不能混用。2，按试车台用途分类：按试车台用途可以分为：生产试车台和科研试车台生产厂一般是制造厂及修理厂，发动机机种单一，所以试车台基本相同，而科研试车台是进行多种发动机的试车，试车台数量少，一般一个机种只有一个试车台3，按试车台型式分类试车台按其型式可以分为：①一字型：进气道及排气道均为水平，特点：进排气阻力小，占地较长，一般用于大功率涡桨发动机试车②U型：进气道和排气道均垂直，目的是为了降低车间流速或降低排气温度③山型：进气道和排气道均垂直，且有两个垂直进气道，特点是便于动力和噪声的处理，占地较短④L型试车台：进气道是垂直的，试车间和排气道是水平或进气道和试车间是水平的，排气道是垂直的4，按发动机推力级和功率级分类如表1.1四、试车台的布置及其简图1，试车台布置考虑以下内容：①被试发动机的机型、数量及要求②发动机试车台架型式。如支撑式或屋顶悬挂式等等③进气道、试车间及排气道的尺寸、型式、气动及消声设施，如导流片、引射筒、消声装置等以及相互间的位置④与发动机试车相适应的各种系统及其电气控制、测量、采集与处理等设备及操纵间、测试间及设备间等尺寸及其位置⑤按发动机试车工艺流程及有关规定要求的准备间的面积、设备及其位置布置⑥试车台各种设备及房间所需供电、供气、供油、给排水、采暖通风及空调、防火设备设施而增加的设备及房间⑦按使用要求需考虑辅助性房间。如机修、电修、仪表控存房间及生活卫生间等2，典型试车台的布置简图①涡喷发动机试车台布置简图图示均为推力≤150KN的涡轮喷气发动机进行生产及科研试车，均有较好的气动性能及消声效果。不同之处：试车台台架型式不同，有支撑式、悬挂式；发动机中心高度可取不同，设备房间可分为一层、二层布局；排气方式可为喷水冷却或二次引射以降低排气间温度等②涡扇发动机试车台布置简图图示均为推力≤150KN的涡扇发动机试车，因进气量很大，故试车间为收缩性，它使发动机排气及被引射的气流沿收缩通畅的流入引射间，并可避免试车间内排气回流，气动力及噪声控制均可符合要求。③涡桨发动机试车台布置简图图示发动机试车，它们的进排气气流通畅、阻力小，消声装置需较长，但结构简便。④涡轴发动机试车台布置简图涡轴发动机试车台因为进气气流较小、排气温度较低，噪声处理较容易，主要是发动机台架要与测功装置相匹配；排气管道要与发动机排气口相适应。本章目录总目录1.1.2试车台空气动力要求1.室内试车台与露天试车台的气动差异发动机露天试车台和试车间试车气流流线的差异：①露天试车发动机远前方的气流速度为零，进气流场是对称均匀，气压为大气 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值。室内进气压力小于大气压力②试车间试车时，大量冷空气被吸入引射筒内，降低了高温燃气的温度③室内试车排气截面有限，并且不同程度地存在排气反压，露天则不存在④露天试车时发动机一般离地面很高，对发动机性能的影响可以忽略，而在室内试车时，发动机中心线离地面距离受到限制，会影响发动机试车性能露天试车时，发动机的理论推力公式：喷口出于超临界状态时，有：发动机喷口出于亚临界或临界状态时，有：2，试车间进气流场和气流品质的要求：根据航发试车台的设计规定，对进气流场的要求是：①进气压力损失不应大于50mm水柱（约490Pa）②进气口流场要均匀稳定，不产生气流畸变，不均匀度要求用不均匀系数β表示：3.试车间空气动力要求①涡喷涡轴平均气流速度不大于10m/s，涡扇和涡桨不大于15m/s②进排气截面静压差不超过100pa③1.1.3试车台噪声控制1.试车台噪声控制的措施①根据环境保护的要求，试车台需要降低噪声②尽可能把试车台布置在工厂生产区和生活区的下风向③降低试车间混响，控制压气机和涡轮旋转噪声，燃烧室和加力燃烧室的高频嘶叫声以及排气过程中的紊流和激波噪声④在传播途径上采取减弱声能的措施，详细见书⑤试车间人员带个人防护用具4，噪声控制措施的技术要求：（1）试车间内吸声措施：第二节试车台主要设备一、试车台架1，试车台架的要求试车台架是试车台最主要的设备，其它设备均以它为中心进行布置和安装。试车台架必须满足以下要求。1)能承受发动机在各种气象条件下可能产生的最高试车载荷及因发动机叶片断裂发动机喘振等因素产生的短时间破坏载荷。2)试车台架的推力(或功率)测量系统应稳定、可靠，测量精度须满足发动机试车要求。3)装有发动机的试车台架，由发动机转子残余不平衡量激起所有振动型式中，其固有频率不应高于慢车转速的80％。4)台架主体结构不得对发动机进气流场造成扰流和流场畸变。5)应考虑发动机型号改型和发展余地。6)台架结构应紧凑、简单、实用，安装维修和使用操作方便。2.涡喷、涡扇发动机试车台架该台架由与基础刚性连接的定架，安装发动机并传递推力的挂架（支架）和动架，定架与动架连接的弹簧片和推力测量系统等组成，推力测量包括测量装置和校准装置等。1）对试车台架的要求①推力测量系统精度：室内生产试车台架为±0.5％，室内基准试车台架为±0.25％。②主体结构除强度要求外，还应有足够的刚度，减少推力测量附加误差。③推力测量系统的灵敏度：对测量精度为±0.5％的台架应不大于最大测量值的±0.1％；测量精度±0.25％的台架应不大于最大测量值的±0.05~5．④发动机施工进气道应伸出其主体结构前缘不小于1．5倍进气道直径。⑤推力传感器应装在台架前部，以减少排气高温热辐射引起的推力测量附加误差。⑥为消除发动机低转速下的共振现象，应减小台架固有振动频率，如适当地增加动架重量等。⑦台架承载能力及其结构尺寸等方面均要考虑发展，留有余地。⑧与发动机、动架连接的管道应为软弹性连接，其阻力值及变化量应尽量小。2)试车台架的型式动架固定方法支撑式：发动机固定在动架上部悬挂式壁柱挑梁悬挂式屋顶悬挂式支撑悬挂式3）支撑式试车台架发动机在台架上的装卸一般用运输车将发动机运到台架前方，用专用吊具将发动机放在支架上，连接各类油管、空气管、测量管及电气插件等。发动机试车时，推力通过动架传到推力传感器。特点：结构简单，造价便宜。但不易快速装卸，并且附件在下部时，调试不方便。4）悬挂式试车台架发动机悬挂在动架下面，一般台架本身设有起吊装置，当发动机中心线距地面2.5m以上时还有升降平台。图示为壁柱挑梁式，特点：台架主体构件固定在试车间上部，下部空间宽畅，整齐，气流流场较通畅，对附件在下面的发动机调试方便。容易实现发动机在台架上的快速装卸，但是设备较复杂，成本较高。5)发动机在试车台架上的快速装卸减少发动机在台架上装卸所花费的辅助时间，通常的方法是采用发动机预装。(1)对每种型号的发动机应备有专用的预装架。架的接管板上有供发动机试车所需的各类油、气、测量管快速接头，还有电气插件的快速接头。动架上也有相对应的快速接头及其接管板。(2)在准备间先将发动机固定在预装架上：发动机需连接的各类油、气、测量管等与预装架接管板上的接头连接。然后把它们一起吊装在专用运输车上。(3)运输车将装有发动机的预装架运到动架下面。(4)台架起吊装置将预装架吊起，并通过台架上的快速连接机构把预装架固定在动架上，同时预装架上的接管板与动架上的接管板也快速结合。运输车推出试车间。(5)试车完后，将运输车推在动架下面，按上述对应程序将预装架装在运输车上运出试车间。6)发动机推力测量及校准试车台动架与定架连接的构件型式主要有：轴承连杆式；静压轴承式；弹簧片式。其中，弹簧片式没有摩擦阻力，灵敏度高，在台架中应用最广泛。台架推力测量系统有杠杆测力、液压测力和电测力等系统。发动机推力由推力秤指示．由于动架相对定架在推力方向移动使弹簧经变形产出阻力以及推力传感器安装略有偏斜等，都使实际作用在推力传感器上的推力值偏小，产生误差。为此色架上装有校准装置，通常每月对台架测力系统进行一次校准。校准时：(1)发动机装在试车台架上，连接所有管道。(2)保持油管工作压力。(3)由校准装置力源由小到大逐级对动架施加标准推力载荷。(4) 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在各标准推力值下推力秤读数。(5)绘制校准曲线。(6)调整推力秤，使某一级推力载荷下推力秤读数等于标准推力值。由于静校标准推力与发动机试车推力不在同一平面，而产生误差，校准装置还消除不掉。曾经对各种结构型式台架的测试，发现有的台架该误差值还较大，为最大测量值的0.5％左右。7)校准装置：(1)液压加载——标准推力秤系统校准装置该装置由液压加载器和手动液压加载系统组成。手动改变液压加载器的供油压力，逐级加大标准推力值。该推力直接作用在标准推力传感器上并由其二次仪表指示标准推力值；同时作用在动架上使推力传感器及其二次仪表指示标准推力值。对液压加载器其要求如下：①应具有粗、细两种加载控制。②加载应平稳。对每一标准推力值5s内推力值的变化量：对基准试车台架不大于额定载荷的O．05％；对室内生产试车台架不大于额定载荷的0．1％。对标准推力传感器及其二次仪表的技术要求列于表1．2。(2)砝码——杠杆系统校准装置该装置由砝码和杠杆系统组成。它以一定质量砝码的重力经两级杠杆放大成为水平推力加在动架上。加载(加砝码)方式一般用手动加载，也可用电动加载。对砝码质量及杠杆放大比的要求如下:①砝码质量准确度优于0.05％。②杠杆放大比准确度优于0.15％。③初级、额定载荷的灵敏度不大于该级载荷的0.1％。该装置校准周期一般为4年。3．涡桨发动机试车台架这类台架一般由发动机转接架和与试车间刚性连接的台架主体结构组成。发动机中心线一般为试车间的对称轴线。其结构简图见图1．17。涡桨发动机试车对流场要求较严格，为避免因流场不均匀而引起发动机较大的附加振动，要求螺旋桨桨叶后缘至试车台架主体凸出部的距离(在顺桨位置)应不少于凸出厚度的4～5倍。迎着气流的台架主体凸出部前缘应包成机翼流线型。螺旋桨测量功率可通过发动机“内测功”测量，也可“外测功”测量。外测功即通过台架测扭装置测量其扭矩。同时测量发动机转数，利用下列公式进行计算:其中：M——测量扭矩，单位：牛米n——发动机转速，r/minp——测量功率，kw4.涡轴发动机试车台架特点：空气流量较小，试车间截面尺寸也不大，发动机功率通常采用水力测功器测量，为了便于安装一般都采用支撑式。组成：发动机安装架、减速器、水力测功器、底架及轴系连接件注：进水、排水系统应跟随试车状态变化调节，有手动调节和自动调节两种型式。二、发动机进气加温装置该装置的技术性能应满足国标的规定，满足发动机试车时所需的进气流量、进气温度及温度场等要求。涡喷、涡扇发动机试车台的进气加温装置的热源一般有两种：①用成熟发动机排出的高温气体作为热源。②用多个单管燃烧室直接加热空气。现有试车台均是采用前一种作为热源加温装置。结构装置见图其实喷气发动机像所有的热机一样，也是压缩、燃烧、膨胀做功。根据卡诺定理，如果热机的高温热源的温度T1愈高，低温热源的温度T2愈低，则效率愈高。对于喷气发动机，T2就是涡前温度（低温），T1则是最后的排气温度（高温）。显然在涡轮排后温度T1一定的前提下，进气温度T2高则效率高，也就是省油。涡轴发动机试车台的进气加温装置，通常被加温的空气流量较小（一般＜5kg/s）、温度较低（一般＜80℃），因而多用电热加温器三、试车用发动机进气道1.功用：把足够数量的外界空气以较小的流动损失导入发动机2.进气道的基本要求：①流通能力要满足发动机的工作需要②在发动机各种工作状况下，总压损失小③进气流场均匀无畸变④安装方便，固定可靠⑤应装有测量进气参数和冬季防结冰装置3.进气道的种类按进气型面划分：①喇叭口型进气道②维托辛斯基进气道4.进气道的组成组成：防尘网、转接段、中间环、橡胶密封圈及固定支架等本章目录总目录第三节试车台常用系统试车台系统按用途分：①汽油、燃油（航空煤油）、滑油、空气、氮气等供应系统。②发动机操纵系统、尾喷口操纵系统。③空气压，液压泵、交直流发电机等负载试验系统，抽真空、引气等系统。④油封系统特点：满足发动机要求及试车大纲规定其它：试车台台架升降、发动机冷却吹风系统、水力测功率、引射筒内喷水降温等，主要按设备使用性能要求而定。一、空气启动系统给利用空气起动的发动机供气，它应满足发动机起动的空气流量、压力、温度及起动时间等，部分机型空气起动参数见表1.3组成：气源及调控阀等附件组成二、汽油供应系统作用：给发动机提供起动供油。介质为航空汽油三、燃油供应系统1)燃油来自专门的油库。其供油方法可用油泵供油、压缩空气油箱供油及高位油箱供油等。一般前二者居多。回油，靠重力经回油管流至油库的回油罐内；或流到室外一个油箱内，充满时自动启动油泵将油送到油库的回油罐内，油输送完后油泵自动停止工作。2)按试车要求，除正常试车向发动机燃油增压泵供常温油外，还可供加温的燃油或向加力燃油总管补充供油等。3)按燃油流量的测量要求：测量精度为0.2％～0.5％分别测量发动机慢车、最大、加力状态的流量等。从而选用测量方法及其设备等4)系统的管道通径及其各种附件等的总阻力应满足发动机入口处的压力、温度及最大流量要求，并保证加速状态试车时能连续不断的向发动机供油。5)设置粗、细油滤以清除油中的杂质，过滤精度为5～10微米纸质或金属网滤芯)。有时还需设置油气分离器以清除油中空气。6)按需要安装燃油密度计，测量每次试车燃油消耗量的容积流量计，燃油流量计的校准装置等。7)为安全防火，通常在发动机燃油入口前设置遥控的电动或气动开关(或称防火阀门)，管道还应作静电接地，接地电阻一般为100欧四、滑油供应系统该系统应按发动机滑油系统的要求和试车大纲的规定，向发动机滑油泵及其附件供应滑油使之组成一个油路，并可进行循环的滑油系统。涡喷和涡扇发动机上有自成独立的滑油系统，试车台不需滑油供应系统。涡桨及涡轴发动机试车时，通常需由机外供应滑油。组成：油箱、油泵、油虑、流量计、散热器、阀门及其管道等组成一般供油压力≤0.4MPa，进口温度70~80℃，回油温度90~100℃作用：①润滑：减少零部件之间由于高转速带来的摩擦②降温：滑油流过发动机零部件时带走机件表面一部分温度，从而降低了机件表面由于工作产生的温度。五、发动机内部油封系统涡桨及涡轴发动机试车台，内部油封系统通常与滑油供应系统共用。涡喷及涡扇发动机试车台，用新滑油充注发动机燃油、汽油及滑油系统等以完成发动机内部封油。组成：油箱、油泵、油虑及阀门等组成。作用：该系统在试车时供氮气以检查氧气系统中氧气单向活门的密封性.六、发动机尾喷口操纵系统作用：试车前检查发动机尾喷口液压作动筒的全程时间及喷口直径，试车时操纵尾喷口的收放。组成：油箱、油泵、油虑、蓄能器、各类阀门及管道组成。工作介质：10号航空液压油七、液压泵负载系统作用：模拟飞机上液压泵的工作状态组成：液压油箱、油泵、油虑、蓄能器、电动节流阀、流量计、散热器、各类阀门及管道组成。工作介质：航空液压油（10号）试验时，起动油泵2将油箱1中的液压油供至被试液压泵入口处，调节阀门3使液压油泵压力达到要求值，一般为15~17MPa，当压力超过要求时，安全阀4开放，回油降压。八、交直流发电机负载系统直流负载一般可采用低电阻温度系数的电阻元件；交流负载使用无感电阻元件。九、发动机操纵系统该系统为试车时在操作台远距离操纵发动机油门杆的位置，并与电气控制系统等配合，从而对发动机从起动至停车的各种状态进行操纵。1.杠杆操纵系统又称机械操纵系统，它是按机械运动原理，由操纵手柄、拉杆、摇臂、平面或空间回转部件等组成。2.电动操纵系统该系统利用电能转变为机械能的原理，它由带操纵手柄的发送器、带摇臂的接收器，控制箱、备用电源及其连接用的电缆等组成。十、发动机引气系统该系统模拟飞机在高空中的发动机引气，发动机引气部位、引出的尺寸、数量，引出口气量及其状态等均按发动机的型号及其试车大纲的规定进行。十一、抽真空系统该系统为发动机试车时，抽取发动机某些气压调节器内腔的空气使达到一定的真空度，以模拟发动机在空中的工作状态。组成：真空泵、调节阀及真空表组成十二、螺旋桨顺回桨系统十三、冷却吹风系统该系统用于试车时对发动机的部件和所带的飞机附件进行强制吹风，起冷却作用。详见P28~P29十四、发动机清洁系统清洁的液体及其品质、流量、压力、时间等均按发动机清洁要求而定。通常要求如下：①清洁液体为饮用水或者软化水，在0度以下时用防冻液，水中加约25%的酒精②清洁流量20~100L/min③发动机需要在停止运行30min后才可以进行清洗。④清洁时，应将发动机可进水的通道堵死，排水通道开启，有时还需将发动机的某些零、附件取下清洁后装上⑤一般是间隔式清洗，清洗1min间隔30min继续，连续进行2~4次⑥有时用化学溶解液清洗后还要用清水冲洗⑦清洗后，运转发动机进行吹干十五、设备用液压操纵系统试车台需用液压操纵系统的设备通常有如下三种：①悬挂试车台架，其中发动机挂架的起吊装置及挂架与动架连接用的承力销夹紧装置②安装、调试发动机用的升降平台或活动平台③试车间进气消声装置的活动部分本章目录总目录第一章绪论第4节试车台的电气设备一、试车台电源试车台常用交流和直流两大类。交流：①380V/220V、50Hz：用于试车台电力设备、电气照明、发动机和试车台常用系统的控制、测量和数据采集处理系统。②115V、400Hz：对某些航空仪表和仪器供电直流：①24V/48V：用于发动机的电起动系统②27V：用于发动机和试车台控制测量系统3，试车台防雷和接地（1）防雷试车台属于第三类工业防雷建筑物，试车台进排气塔采用构件防雷，建筑中的主钢筋与基础钢筋采用焊接或捆绑，接地电阻不大于4Ω（2）接地试车台一般应设置保护接地和测试系统工作接地两组相互独立的接地装置，保护接地电阻不大于10Ω二、试车台控制装置试车台控制装置完成试车台（不包括发动机）系列各类常用系统和辅助设备的控制。①电起动直流电源（或空气起动用气源）系统②汽油供应系统③燃油供应系统④滑油供应系统⑤油封油供应系统⑥液压操纵系统⑦交直流发电机负载试验系统⑧发动机发电机和加力燃烧室冷却吹风系统⑨发动机电动操纵系统⑩电动大门，卷帘门、活动消声段、升降平台等等辅助设备（11）灭火系统（12）喷火冷却系统三、发动机和试车台测试系统见P33四、操纵台操纵台有如下两种基本结构形式：1）贴墙式：即操作台的背面和操纵间与试车间相邻一侧的墙壁相贴。我国早期试车台一般采用此类2）与观察窗垂直布置的结构形式：操纵人员可以通过侧面观测窗来观察发动机的试车情况。五、防爆和防火要求1）设备间防爆和防火要求设备间采用的电气设备应用隔爆型。设备间宜设置任何一种灭火系统。2）试车间防爆和防火要求：试车间应设置下列灭火系统中的一种或几种①局部应用或全淹没二氧化碳灭火系统②局部应用或全淹没卤代烷灭火系统③水喷雾灭火系统3）操纵间、测试间防火要求：上述房间应设应用或全淹没卤代烷灭火系统4）准备间防火要求准备间宜设自动喷水灭火系统或消火栓系统5）其他防火设施试车台各部位应设置相应种类的手提式灭火器