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航空發(fā)動機露天試驗技術(shù)

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出版社:科學(xué)出版社出版時間:2022-11-01
開本: B5 頁數(shù): 184
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航空發(fā)動機露天試驗技術(shù) 版權(quán)信息

航空發(fā)動機露天試驗技術(shù) 內(nèi)容簡介

本書對航空發(fā)動機露天試驗的相關(guān)內(nèi)容進行了系統(tǒng)介紹。從試驗背景和驗證目的出發(fā),對試驗原理、試驗內(nèi)容、試驗要求、試驗流程、測試和評價方法、試驗設(shè)備等方面進行了全面的分析論述。充分結(jié)合實踐經(jīng)驗,對試驗的關(guān)鍵點給出了相應(yīng)的建議,力求內(nèi)容全面、實用、準(zhǔn)確。

航空發(fā)動機露天試驗技術(shù) 目錄

目錄
渦輪機械與推進系統(tǒng)出版項目 序
“兩機”專項:航空發(fā)動機技術(shù)出版工程 序
前言
第1章緒論001
1.1航空發(fā)動機研制中試驗的地位和作用001
1.2航空發(fā)動機露天試驗及其種類002
1.3國外典型露天試驗設(shè)施010
第2章露天基準(zhǔn)性能試驗021
2.1航空發(fā)動機推力測量021
2.2露天基準(zhǔn)性能試驗要求025
2.3露天基準(zhǔn)性能試驗方法026
2.4露天基準(zhǔn)性能試驗設(shè)施031
第3章露天排放測量試驗034
3.1噪聲試驗034
3.1.1發(fā)動機的噪聲與危害034
3.1.2發(fā)動機噪聲試驗原理及類型037
3.1.3發(fā)動機噪聲試驗要求039
3.1.4發(fā)動機噪聲試驗流程040
3.1.5發(fā)動機噪聲試驗設(shè)備044
3.2紅外試驗047
3.2.1發(fā)動機紅外特征的測量048
3.2.2發(fā)動機紅外試驗要求052
3.2.3發(fā)動機紅外試驗流程054
3.2.4發(fā)動機紅外試驗數(shù)據(jù)處理055
3.2.5發(fā)動機紅外試驗設(shè)備058
第4章露天環(huán)境試驗063
4.1側(cè)風(fēng)試驗063
4.1.1側(cè)風(fēng)試驗要求064
4.1.2側(cè)風(fēng)試驗方法和內(nèi)容065
4.1.3試驗數(shù)據(jù)處理方法069
4.1.4試驗設(shè)備070
4.2地面結(jié)冰試驗075
4.2.1結(jié)冰過程和影響因素076
4.2.2結(jié)冰試驗類型080
4.2.3結(jié)冰試驗要求082
4.2.4結(jié)冰環(huán)境條件模擬085
4.2.5地面結(jié)冰試驗方法和流程089
4.2.6地面結(jié)冰試驗設(shè)備091
第5章吞咽試驗099
5.1吞水試驗099
5.1.1吞水試驗要求100
5.1.2吞水試驗流程101
5.1.3吞水試驗設(shè)備104
5.2吞鳥試驗106
5.2.1吞鳥試驗種類及關(guān)鍵技術(shù)107
5.2.2吞鳥試驗要求111
5.2.3吞鳥試驗內(nèi)容113
5.2.4吞鳥試驗設(shè)備116
5.3吞冰片試驗118
5.3.1吞冰片試驗要求118
5.3.2吞冰片試驗方法119
5.3.3吞冰片試驗設(shè)備121
5.4吞雹試驗123
5.4.1吞雹試驗要求123
5.4.2吞雹試驗的流程124
5.4.3吞雹試驗設(shè)備126
5.5吞砂試驗127
5.5.1吞砂試驗要求128
5.5.2吞砂試驗的流程129
5.5.3吞砂試驗設(shè)備130
第6章包容試驗134
6.1包容試驗種類135
6.2包容試驗要求136
6.3包容試驗關(guān)鍵技術(shù)137
6.3.1葉片飛斷技術(shù)137
6.3.2響應(yīng)測量技術(shù)138
6.4包容試驗流程139
6.4.1試驗準(zhǔn)備139
6.4.2試驗過程140
6.4.3試驗后檢查141
第7章姿態(tài)試驗143
7.1姿態(tài)試驗要求144
7.2姿態(tài)試驗方法145
7.3姿態(tài)試驗設(shè)施146
7.3.1基礎(chǔ)支撐架146
7.3.2姿態(tài)系統(tǒng)147
7.3.3試驗配套系統(tǒng)149
7.3.4設(shè)備控制系統(tǒng)150
第8章陀螺試驗151
8.1陀螺力矩的產(chǎn)生及對發(fā)動機的影響151
8.2陀螺力矩試驗要求及試驗流程152
8.2.1陀螺試驗要求152
8.2.2陀螺試驗流程154
8.3陀螺試驗的關(guān)鍵技術(shù)156
8.3.1陀螺力矩及線性載荷加載技術(shù)156
8.3.2轉(zhuǎn)靜子間隙測量技術(shù)157
8.3.3發(fā)動機進氣整流、推力抵消技術(shù)161
8.4陀螺試驗設(shè)施161
8.4.1載荷模擬系統(tǒng)162
8.4.2姿態(tài)模擬系統(tǒng)162
8.4.3排氣導(dǎo)流裝置162
8.4.4主動平衡系統(tǒng)162
8.4.5參數(shù)測量系統(tǒng)162
8.4.6試車測試系統(tǒng)163
參考文獻164
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航空發(fā)動機露天試驗技術(shù) 節(jié)選

第1章緒論   1.1航空發(fā)動機研制中試驗的地位和作用   航空發(fā)動機是一種高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的熱力機械,在廣闊的飛行范圍和惡劣的環(huán)境條件下長期反復(fù)使用、高效可靠工作,涉及氣體動力學(xué)、熱力學(xué)、燃燒學(xué)、結(jié)構(gòu)強度、控制技術(shù)、試驗與測試技術(shù)、材料學(xué)和制造工藝等多個學(xué)科和專業(yè)領(lǐng)域。航空發(fā)動機的研究與發(fā)展是在內(nèi)部流場無法精確計算的條件下,不斷探索提高性能,充分挖掘材料和零部件工作極限的情況下進行的。發(fā)動機內(nèi)部復(fù)雜的氣動與熱力過程、結(jié)構(gòu)形式和使用要求,決定其研究和發(fā)展是一個設(shè)計、制造、試驗、修改設(shè)計、再制造、再試驗的反復(fù)迭代過程。實踐證明,沒有足夠的試驗設(shè)備和大量的試驗工作,要想研制出發(fā)動機是不可能的。統(tǒng)計表明,研制一型發(fā)動機,需要10~20臺,個別多達(dá)50~60臺發(fā)動機,進行10000~20000小時的整機地面試驗(其中包括2000~4000小時的地面模擬高空試驗)和4000~5000小時的飛行試驗以及40000~100000小時的零部件試驗。   發(fā)動機研制中要經(jīng)過大量的零部件試驗、整機地面與飛行試驗才能確定發(fā)動機的性能、耐久性和適應(yīng)性。部件間的相互影響、飛行條件變化引起發(fā)動機性能和穩(wěn)定性的改變,要由試驗確定。在發(fā)動機研制中,試驗不僅是必要的,而且隨發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展,要求試驗技術(shù)、試驗設(shè)備和測試手段不斷提高和發(fā)展。發(fā)動機型號研制的水平很大程度上取決于試驗、測試技術(shù)和試驗設(shè)備的水平。   一般地,航空發(fā)動機的試驗分三大類: 性能試驗(performance tests)、適應(yīng)性試驗(operability tests)和耐久性試驗(durability tests)。   亦可根據(jù)試驗對象、學(xué)科專業(yè)、*終目的、試驗件尺寸、試驗狀態(tài)等進行分類。   按試驗對象可分為零部件試驗、系統(tǒng)試驗、核心機試驗、整機試驗。   按學(xué)科專業(yè)可分為氣動、燃燒、換熱、控制、機械傳動、結(jié)構(gòu)強度、材料、工藝等各類試驗。   按*終目的可分為研究探索性試驗、型號研制試驗和批產(chǎn)發(fā)動機試驗。   按試驗件尺寸可分為模型試驗、全尺寸試驗。   按試驗狀態(tài)可分為模擬試驗、全狀態(tài)試驗。   航空發(fā)動機試驗類別和分類之所以如此多,與其涉及的學(xué)科、技術(shù)多有關(guān)。另外,在發(fā)動機的發(fā)展過程中,在降低風(fēng)險、減少投入的前提下,盡可能在真實的工作狀態(tài)下掌握整機以及部件、系統(tǒng)等的性能、功能和可靠性等情況。如為降低新發(fā)動機在新飛機上的飛行風(fēng)險,有了飛行臺試驗;為了更多地了解發(fā)動機在空中飛行的工作情況,讓發(fā)動機在地面“飛”起來,有了高空臺試驗;為方便、經(jīng)濟地驗證整機的性能、可靠性,開展了大量的整機地面試驗。整機試驗中,雖然可以布置大量的測點測量流動和受力情況,但由于有些部位無法詳細(xì)測量、有些部位無法測量、測試受感部故障會造成整個發(fā)動機嚴(yán)重?fù)p壞、不易在極限狀態(tài)工作等原因,因而需要開展部件試驗。部件試驗雖然克服了上述缺點,但不易模擬工作狀態(tài),需要的試驗設(shè)備、試驗費用比較高,因此,對一些技術(shù)成熟度不高、還處于研究探索階段的技術(shù),需要開展零件、構(gòu)件等的模擬試驗,詳細(xì)測量流動和受力情況。   試驗的作用大致可以概括為以下幾個方面:   (1) 檢驗和驗證整機及部件的設(shè)計性能;   (2) 考核發(fā)動機的可靠性、耐久性;  。3) 檢查和修正設(shè)計方法;  。4) 發(fā)現(xiàn)和排除故障;   (5) 獲取用理論計算不可能得到的技術(shù)數(shù)據(jù)。   從以上論述和分析,可以看出航空發(fā)動機試驗的特點是: 涉及零部件、系統(tǒng)、整機等全系統(tǒng),涵蓋氣動性能、機械性能、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、耐久性等全特性,伴隨預(yù)先研究、工程研制、使用發(fā)展等全過程。   1.2航空發(fā)動機露天試驗及其種類   現(xiàn)代高性能發(fā)動機需要在更加惡劣的環(huán)境下高效、穩(wěn)定運行,對發(fā)動機的性能、可靠性和耐久性提出了更高的要求。這也對試驗項目提出了更加全面的要求,其中整機試驗是*重要的試驗項目,可以直接地反映發(fā)動機的運行狀態(tài)和能效情況。航空發(fā)動機整機試驗包括地面試驗、高空臺試驗、飛行臺試驗。   整機地面試驗包括室內(nèi)試驗和露天試驗。   航空發(fā)動機露天試驗就是利用露天條件,開展發(fā)動機研制過程中只能在露天或者適宜在露天開展的整機試驗,如基準(zhǔn)性能試驗、環(huán)境適應(yīng)試驗、吞咽試驗、排放測量、姿態(tài)試驗、陀螺試驗等,這些試驗是研究和驗證發(fā)動機整機性能、功能和可靠性重要的、必不可少的試驗項目。為此,國外航空發(fā)達(dá)國家廣泛開展發(fā)動機露天試驗,建設(shè)了規(guī)模大、能力強的露天試驗設(shè)施。   航空發(fā)動機通用規(guī)范(GJB 241A—2010、GJB 242A—2018、JSGS—87231A、JSSG—2007A等)和發(fā)動機適航規(guī)定(CCAR33、FAR33等)是發(fā)動機型號研制、驗證、試驗和交付使用的依據(jù),其中對航空發(fā)動機整機試驗提出了要求和指導(dǎo)意見。通過梳理通用規(guī)范、適航規(guī)定對發(fā)動機露天試驗的要求,結(jié)合國外航空發(fā)動機露天試驗情況,整理歸納出軍民用渦噴、渦扇、渦軸、渦槳航空發(fā)動機露天試驗7類,即基準(zhǔn)性能試驗、環(huán)境試驗、吞咽試驗、包容試驗、排放測量、姿態(tài)試驗、陀螺試驗。   1. 基準(zhǔn)性能試驗   發(fā)動機室內(nèi)試車臺由于受外部環(huán)境因素影響相對較少,還能控制發(fā)動機運行時產(chǎn)生的噪聲,廣泛用于評估航空發(fā)動機的性能。但在封閉的室內(nèi)試車臺,由于有氣流流過試車間,對發(fā)動機產(chǎn)生一定的迎面速度、發(fā)動機外部有氣流通過,不能完全滿足發(fā)動機的地面靜止條件,需要對測量的推力等進行修正,這些都為發(fā)動機性能的評定引入了不確定因素。   航空發(fā)動機在露天試車臺試驗時,周圍的空氣流速為零,測量的推力在考慮了測量設(shè)備的誤差后,即為真實推力。   因此,露天試車臺的主要功能之一,就是在露天基準(zhǔn)試車臺(圖1.1)上對基準(zhǔn)發(fā)動機進行性能標(biāo)定試驗。標(biāo)定試驗后,將基準(zhǔn)發(fā)動機安裝在被校準(zhǔn)的試車臺上,進行校準(zhǔn)試車,以確定被校準(zhǔn)試車臺的修正系數(shù)。這種校準(zhǔn)稱為交叉校準(zhǔn),是國外廣為采用的試車臺校準(zhǔn)方法。   圖1.1國外露天基準(zhǔn)試車臺   2. 環(huán)境試驗   發(fā)動機在自然環(huán)境中可靠工作,具備良好的環(huán)境適應(yīng)性,是發(fā)動機設(shè)計、驗證中重點考慮的一個方面。從試驗的便捷性和經(jīng)濟性角度考慮,開展環(huán)境試驗要充分利用地理和自然條件模擬真實發(fā)動機工作條件。露天開展的環(huán)境試驗主要有側(cè)風(fēng)試驗和地面結(jié)冰試驗。   1) 側(cè)風(fēng)試驗   發(fā)動機側(cè)風(fēng)試驗(圖1.2)的目的主要是檢驗發(fā)動機在側(cè)風(fēng)條件下發(fā)動機的工作穩(wěn)定性。飛機都是在寬廣的空域和復(fù)雜的氣象條件下飛行的,隨時都可能遇到與發(fā)動機中心線成風(fēng)切變的氣象條件。側(cè)風(fēng),特別是強側(cè)風(fēng)將造成發(fā)動機進口流場畸變,對發(fā)動機起動性能與穩(wěn)定工作性能影響較為顯著,嚴(yán)重情況下甚至造成發(fā)動機起動過程或穩(wěn)態(tài)過程顫振、失速或喘振。這對發(fā)動機的工作和飛機的飛行都是十分不利的。   圖1.2通用電氣公司側(cè)風(fēng)試驗臺   大涵道比發(fā)動機短艙較短,側(cè)風(fēng)對工作穩(wěn)定性影響較大。因此,對大涵道比發(fā)動機來講,由于其自身的結(jié)構(gòu)特點,通過側(cè)風(fēng)試驗驗證其在不同側(cè)風(fēng)條件下的抗畸變能力尤為重要。   2) 地面結(jié)冰試驗   飛機在存在冷水滴、冰晶及雪花的大氣層中飛行時,發(fā)動機的零件、部件,特別是進氣部件前沿很可能發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。發(fā)動機進氣系統(tǒng)結(jié)冰將改變氣流通道的形狀,減少發(fā)動機進氣面積,甚至導(dǎo)致氣流分離,引起發(fā)動機不穩(wěn)定工作;在發(fā)動機和飛機振動的情況下,冰層可能會脫落而進入發(fā)動機,導(dǎo)致發(fā)動機零部件發(fā)生機械事故;壓氣機轉(zhuǎn)子葉片結(jié)冰會改變?nèi)~片形面而使葉片偏離設(shè)計狀態(tài),使壓氣機進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)。為防止這種情況發(fā)生,發(fā)動機都有防冰系統(tǒng)。發(fā)動機地面結(jié)冰試驗的目的就是在地面驗證發(fā)動機進氣系統(tǒng)結(jié)冰情況和防冰系統(tǒng)的工作能力,如圖1.3所示。   圖1.3通用電氣公司結(jié)冰試驗臺   3. 吞咽試驗   飛機在起飛、巡航和下降過程中,發(fā)動機會吸入外來物。發(fā)動機在吸入外來物后,外來物對流路部件關(guān)鍵部位造成損傷后,仍需要按規(guī)定繼續(xù)工作。吞咽試驗包括吞鳥、外來物損傷(外來物是螺帽、螺栓、鉚釘、石塊、飛機零件、彈殼和工具等)、吞冰、吞咽砂石和灰塵、吞入大氣中液態(tài)水、吸入武器排氣、吸入水蒸氣等試驗?紤]到場地、危險性、防護等方面的要求,部分試驗在露天試車臺上開展更為合適,露天開展的吞咽試驗主要有吞鳥、吞水、吞冰試驗。   1) 吞鳥試驗   發(fā)生鳥撞事故后,飛機發(fā)動機葉片發(fā)生變形、斷裂,會造成發(fā)動機推力下降,斷裂的葉片也有可能打傷其他葉片,使其斷裂,一旦斷裂的葉片飛出穿透機匣,會破壞飛機控制系統(tǒng)。斷裂的葉片也會導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)子的不平衡性,造成的后果極其嚴(yán)重,直接影響到飛機的飛行安全,會帶來巨大的經(jīng)濟損失,同時也危及乘員的生命安全。   飛機發(fā)動機抗鳥撞擊的能力,是保證飛機安全的一個重要條件。為了確保飛行安全,就必須在發(fā)動機設(shè)計時采取必要措施,以減輕發(fā)動機在發(fā)生鳥撞后的損傷程度,盡可能減少由此而引起的損傷。在適航性規(guī)定中,航空發(fā)動機必須經(jīng)過嚴(yán)格的吞鳥試驗,評估其承受飛鳥撞擊的能力。吞鳥試驗如圖1.4所示。   圖1.4Trent1000發(fā)動機吞鳥試驗   2) 吞水試驗   飛機在雨天飛行時,發(fā)動機會吞入雨水。如果發(fā)動機吞進大量的雨水,雨水進入壓氣機后在離心力的作用下甩向壓氣機機匣壁面,可能會使高溫的機匣因突然冷卻而收縮,導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機葉片與機匣間隙減小而發(fā)生摩擦,損傷機匣及轉(zhuǎn)子葉片。另外,吞入大量的雨水還會造成壓氣機喘振,發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低,甚至是燃燒室熄火。當(dāng)發(fā)動機處于慢車狀態(tài)時,空氣流量較小,若是雨水占空氣質(zhì)量流量的百分比較大,更易于引起發(fā)動機熄火。這都涉及飛機的安全問題,因此,在設(shè)計定型之前,航空發(fā)動機都必須通過吞水試驗,如圖1.5所示。

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