测试技术在航空发动机整机试验中的应用现状和发展趋势

孔庆珊（中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳　110015）



测试技术在航空发动机整机试验中的应用现状和发展趋势

孔庆珊
（中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015）

摘 要：在研制航空发动机过程中，测试技术在航空发动机整机试验中的应用具有非常重要的意义。本文对在航空发动机整机试验中应用的测试技术进行了简要的阐述，并分析了测试技术的发展现状与未来的发展趋向，希望能够对航空发动机整机试验的测试技术的可持续发展起到一定促进作用。

关键词：航空发动机；整机试验；测试技术

航空发动机是作为一个动力系统，具有一定的复杂性，构成部件包括：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室及附件传动装置等。在先进航空发动机发展的过程中，测试技术提供了强有力的支持，整机试验的测试技术是先进航空发动机研制的关键技术之一。航空发动机整机试验的测量结果是衡量发动机整机性能的重要标准，同时，也为航空发动机设计的改进和验证提供了重要依据。

1　航空发动机试验测试技术介绍

航空发动机的研制和发展是涉及热物理学、流体力学、材料学、结构强度、机械传动、自动控制、计算机与电子技术、光学技术等多种学科的综合性系统工程。航空发动机的工作条件非常苛刻，处于高温、高压和高速转动的工作状态，为了提升航空发动机的性能、可靠性以及寿命等，要充分掌握航空发动机在不同工况下的温度、压力、腐蚀、间隙以及应力等情况。

航空发动机整机试验测试技术涉及了电磁学、声学、光学、力学、热学、几何量等专业领域；其应用的技术主要包括数据采集处理技术、气动热力分析技术、结构设计技术、数据存储技术以及信号传输技术等；测量参数主要包括压力、温度、转速、气流方向与速度、推力、空气流量、燃油流量、电压、湿度、进排气颗粒、组分浓度等。

随着科学技术的不断发展，发动机性能也得到了进一步的提高，同时提升了航空发动机的安全性、可靠性和经济性等。在航空发动机整机试验测试技术的飞速发展过程中，对测试系统的灵敏度、准确度、量程、规模、通道、动态响应情况、抗恶劣环境能力、智能化水平以及非接触情况等方面均提出了较高的要求，只有做到精益求精，才能够更加贴合航空发动机的使用要求和研制要求。最后，航空发动机整机试验的测试结果一定要满足设计要求的准确度，这样才能够使航空发动机研制得以高效有序的进行。

2　现阶段航空发动机整机试验测试技术的现状分析

我国的航空发动机已经经历了半个多世纪的研究发展，目前，航空发动机整机试验测试技术也取得了阶段性的发展与进步。在高温测试领域，已经发展出1800 ℃的高温热电偶，并在燃烧室出口温度场测试成功；以及研制出1250 ℃的最高示温漆测温，并在复杂构件表面温度场测试成功。同时，我国对于高温应变计测量技术的掌握已经达到了 1000 ℃，正致力于研究更高温度的应变技术。而气动参数测量技术领域中已经设计研制出多种气动探针，其中包括满足Ma=0.1～1.4 测试要求的气体压力探针，已在发动机整机试验中成功应用。

在航空发动机整机试验动态压力测试技术领域中，已经成功地开发和研制出多套动态采集设备及分析工具。其中，约200 kS/s的最高采样率和控制在100 kHz内的信号测试分析，能够对大发激波测试、畸变旋涡尺度、消喘、整机气动极限参数等工作提供强有力的支撑。同时应用遥测系统和引电器等进行参数测量，并具有根据试验要求设计和制造特殊结构的能力。

在叶尖间隙测量领域实现突破，采用多种技术手段对发动机内部结构和间隙进行测量，扩大测量范围，提高测量精度，其中传感器端面耐温为1400 ℃。基于数据库技术开发试验数据管理系统对大量的试验数据进行管理和分析，并进一步强化设计与试验的数据协同，挖掘出重要数据。

3　未来航空发动机整机试验测试技术发展趋向

来来航空发动机趋向于更高的可靠性发展，致力于保持航空发动机高效率与涡轮进口温度。同时，降低噪声和排放也是未来航空发动机发展需求，这就对发动机整机试验测试技术提出了更高的要求与新的挑战。健康管理技术和主动控制技术是新一代智能发动机主要采用的技术，要求传感技术精益求精。另外，有相关研究结果表明，未来发动机的研制方向为具有高效率、竞争力的价格以及友好的环境，与此同时，发动机的健康管理和主动控制也对传感器提出了更多的要求。

未来航空发动机整机试验测试技术致力于传感器小型化设计、高性能测试仪器、高温燃气温度测量、嵌入式传感、高温构件表面温度测量、长寿命高可靠传感器设计、滑油品质在线监测、噪声测量校准分析、空气系统测量、叶尖间隙测量与校准、燃油流量动态测量校准、流场精细测量等测试技术研究工作。

4　结语

综上所述，作为对航空发动机整机性能进行综合评价和对其设计进行科学优化的重要指标，试验测试数据的准确性确定非常重要的意义。为此，航空发动机整机试验测试技术的进一步发展能够促进我国航空发动机发展的整体水平，那么，我国要致力于使航空发动机整机试验测试技术标准规范的建立得到不断的完善，以加速研制航空发动机的进程。

参考文献：

[1]王振华,王亮.航空发动机试验测试技术发展探讨[J].航空发动机,2014,40(06):47-51.

[2]郭昕,蒲秋洪,宋红星等.航空发动机试验与测试技术的发展[C].//第五届动力年会论文集,2013:122-130.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.187