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航空發動機室內整機試驗 版權信息
- ISBN:9787030743855
- 條形碼:9787030743855 ; 978-7-03-074385-5
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
航空發動機室內整機試驗 內容簡介
本書主要是針對國內航空發動機(主要包括渦輪噴氣、渦輪風扇、渦輪螺槳、渦輪軸和輔助動力裝置等)整機室內試驗的試驗類型、試驗設備、試驗流程、試驗方法、測量方法、試驗安全控制、試驗結果分析與評定和試驗常見問題及處理等方面進行較為全面和系統的介紹,同時對優選試驗測試技術的應用及發展進行了分析,并對國外典型整機室內試驗設備進行概況性的簡介。
航空發動機室內整機試驗 目錄
渦輪機械與推進系統出版項目 序
“兩機”專項:航空發動機技術出版工程 序
前言
第1章 概述
1.1 航空發動機室內整機試驗概述 001
1.2 國外相關概況 003
1.3 國內相關概況 005
第2章 試驗類型
2.1 初始飛行前規定試驗 006
2.1.1 試驗項目 006
2.1.2 主要試驗項目特點 007
2.2 設計定型試驗 014
2.2.1 試驗項目 014
2.2.2 主要試驗項目特點 015
2.3 生產定型試驗 020
2.3.1 試驗項目 020
2.3.2 主要試驗項目特點 020
2.4 質量一致性檢驗 021
2.5 適航審定試驗 021
2.5.1 試驗項目 021
2.5.2 主要試驗項目特點 022
2.6 試驗規范 024
2.6.1 軍用規范 024
2.6.2 適航規章 025
參考文獻 025
第3章 試驗設備
3.1 概述 026
3.2 試車臺分類 027
3.3 試車臺功能與用途 027
3.4 試車臺選址原則 028
3.5 試車臺總體要求 028
3.6 試車臺基本組成 029
3.6.1 試車間 029
3.6.2 操縱間 032
3.6.3 測試間 033
3.6.4 燃油間 034
3.6.5 試車臺臺架 034
3.6.6 發動機工藝進氣道 035
3.6.7 發動機進氣加溫裝置 035
3.6.8 典型試車臺布置簡圖 036
第4章 試驗流程
4.1 總體流程 038
4.1.1 試驗策劃 038
4.1.2 試驗設計 039
4.1.3 試驗準備 040
4.1.4 試驗實施 041
4.1.5 試驗總結 041
4.2 試車主要工藝流程要求 042
4.2.1 發動機接收和安裝 042
4.2.2 發動機下臺和交付 043
4.2.3 發動機內部啟封和假起動開車 044
4.2.4 冷運轉 045
4.2.5 起動 046
4.2.6 磨合運轉 047
4.2.7 發動機加溫和冷卻運轉 047
4.2.8 發動機控制系統工作檢查 048
4.2.9 發動機穩態性能驗證 050
4.2.10 推力瞬變或功率變換檢查 051
4.2.11 發動機滑油系統工作檢查 052
4.2.12 發動機密封性檢查 054
4.2.13 停車 054
4.3 試驗過程質量控制 055
4.3.1 試驗準備階段質量控制 055
4.3.2 試驗實施階段質量管理 056
第5章 試驗方法
5.1 初始飛行前規定試驗 059
5.1.1 持久試車 059
5.1.2 高空試驗 061
5.1.3 結構試驗 063
5.1.4 發動機放熱和滑油冷卻試驗 066
5.1.5 發動機電源失效試驗 067
5.1.6 發動機振動測量試驗 069
5.1.7 飛機系統引氣試驗 069
5.1.8 滑油中斷試驗 070
5.1.9 起動扭矩測量試驗 072
5.2 設計定型鑒定試驗 073
5.2.1 持久試車 073
5.2.2 高空試驗 074
5.2.3 發動機環境和吞咽試驗 076
5.2.4 結構試驗 094
第6章 測試方法
6.1 測試需求綜述 097
6.2 常規測試 100
6.2.1 壓力測試 100
6.2.2 流量測試 110
6.2.3 溫度測試 118
6.2.4 轉速測試 127
6.2.5 扭矩測試 131
6.2.6 功率測試 135
6.2.7 推力測試 140
6.2.8 導葉角度測試 141
6.2.9 脈動參數測試 143
6.2.10 振動參數測試 152
6.3 特種測試 156
6.3.1 動應力測試 156
6.3.2 軸向力測試 158
6.3.3 葉尖間隙測試 160
6.3.4 特種測溫技術 162
6.3.5 內流場測試技術 167
6.4 測試系統集成 169
6.4.1 測試系統集成技術簡介 169
6.4.2 測試系統硬件集成 170
6.4.3 測試系統軟件集成 171
6.4.4 典型測試系統集成案例 174
第7章 試驗安全控制
7.1 試驗風險辨析與安全控制 177
7.1.1 整機試驗概述 177
7.1.2 試驗風險辨析 178
7.1.3 安全控制 180
7.2 試驗限制值及保護值 181
7.2.1 發動機緊急停車(AM2) 181
7.2.2 發動機穩定1min后停車(AM1) 182
7.2.3 動力渦輪轉速限制范圍 182
7.2.4 發動機限制值 182
7.3 安全防護技術及方法 184
7.3.1 試驗技術 184
7.3.2 試驗方法 185
7.4 安全監控及應急處置 185
7.4.1 安全監控 185
7.4.2 應急處置 186
第8章 試驗結果分析與評定
8.1 試驗結果處理方法 188
8.1.1 穩態數據處理 188
8.1.2 動態數據處理 201
8.2 試驗結果分析 203
8.2.1 試驗記錄 203
8.2.2 測量參數誤差分析計算 204
8.2.3 試驗結果主要性能參數分析 212
8.2.4 試驗結果偏離及問題處理 214
8.3 試驗結果評定 214
第9章 試驗常見問題及處理
9.1 點火不成功 217
9.2 不明情況的燃油、滑油泄漏 217
9.3 冷懸掛 218
9.4 熱懸掛 218
9.5 喘振 219
9.6 起動過程中滑油壓力無正向指示 219
9.7 起動過程中轉速和溫度不上升 219
9.8 起動過程中尾噴管噴火 220
9.9 試驗過程中滑油壓力波動或降低 220
9.10 試驗過程中金屬屑報警 220
9.11 發動機余轉時間變長或變短 220
9.12 轉速/溫度/功率大范圍波動 220
9.13 尾噴管噴出火星或不正常火舌并伴隨異響和振動變化 221
9.14 明顯的燃油或滑油泄漏 221
9.15 試驗時燃油壓力波動 221
9.16 試驗時振動值突變或超限 221
9.17 試驗時數據采集系統死機 221
9.18 試驗時測功器故障或保護停車 222
9.19 試驗時設備故障 222
9.20 發動機自主起動和尾噴口起火 222
9.21 發動機達不到*大狀態 222
9.22 發動機起動時超溫或超轉報警停車 223
9.23 渦槳發動機不能反槳 223
9.24 渦槳發動機槳軸抱死 223
第10章 先進試驗測試技術的應用及發展
10.1 技術應用綜述 224
10.1.1 現狀分析 224
10.1.2 發展趨勢 225
10.2 測試前端受感、傳感技術 226
10.2.1 先進發動機內流流場測試技術研究 227
10.2.2 高溫測試技術 227
10.3 特種測試技術 229
10.4 綜合測試系統集成技術 231
10.5 先進試驗測試技術發展展望 235
附錄 典型試車臺簡介 237
航空發動機室內整機試驗 節選
第1章概述 1.1航空發動機室內整機試驗概述 自20世紀30年代以來,航空發動機技術的發展日新月異,取得了巨大進步,并呈現出繼續加速發展的態勢。以渦輪噴氣式發動機技術為主線,戰斗機的發動機發展了五代,推重比從2提高到11以上;軍用和民用大涵道比渦扇發動機朝著高可靠性、高安全性、更經濟、更清潔的方向發展;渦槳發動機性能、可靠性持續提高,耗油率持續降低,單位空氣流量產生的功率由180kW/(kg/s)提高到270kW/(kg/s),耗油率由0.41kg/(kW h)下降至0.21kg/(kW h);高超聲速飛行器動力和非傳統新型發動機也在研究開發之中;利用航空發動機技術改型發展的艦船用燃氣輪機和作為地面動力設施的燃氣輪機得到了廣泛應用。航空動力已形成軍機、民機、燃機三足鼎立的格局,成為國防武器裝備建設和國民經濟發展的重要支柱和高科技戰略性產業。 由于航空動力技術的復雜性和研制的高風險性,特別是工作范圍的不斷擴大和設計指標的日益提高,包括概念研究在內的航空動力發展的每個環節都離不開廣泛而深入的研究與試驗。據統計,一臺航空發動機有數以萬計的零部件,一種新型發動機研制工作一般需要進行10000h以上的整機試驗,數千小時高空臺模擬試驗和飛行試驗。盡管設計手段日趨成熟和進步,基于大量整機與部件試驗數據的積累和計算機仿真與故障診斷技術的長足進步,使得設計更加優化、常規試驗時數不斷減少和試驗效率不斷提高,但飛機戰技指標的日益增長使得發動機研制對試驗(特別是新功能驗證和考核的試驗)需求有增無減。例如,據英國《防務新聞》2007年5月11日報道,以經過數千小時飛行驗證的F119核心機為基礎發展的F135發動機,已進行累計超過7400h的研制和驗證地面試驗,這還不包括F35計劃概念驗證階段試驗累計的3600h。可見,發動機設計技術和手段的進步,盡管對常規試驗的需求有所下降,但對總的試驗需求不降反升。 一般來說,按照試驗項目分類,航空發動機整機試驗主要分為以下類別: 1)基本性能試驗 基本性能試驗包括基本性能調試試驗(常規、矢量、變循環、垂直起降)、各部件性能匹配優化試驗、節流特性試驗、發動機過渡態試驗(加減速特性)、進氣道/發動機相容性試驗、發動機工作穩定性試驗等。 2)基本功能試驗 基本功能試驗包括發動機起動試驗、發動機防冰試驗、發動機功率提取試驗、發動機引氣試驗、發動機電器加載試驗、發動機反推和矢量推進裝置試驗、發動機燃油加溫試驗(滿足主燃油泵進口溫度要求)、發動機控制及調節系統適應性/匹配性試驗等。 3)發動機可靠性試驗 發動機可靠性試驗包括發動機低循環疲勞試驗、發動機振動測量試驗和應力特性試驗(核心機)、發動機轉子結構完整性試驗、發動機滑油中斷試驗、發動機飛行姿態試驗、發動機電源失效試驗、發動機起動扭矩試驗、發動機超溫/超轉試驗、發動機包容性試驗、發動機機動載荷模擬試驗(發動機陀螺力矩試驗)、發動機新材料應用試驗等。 4)發動機環境試驗 發動機環境試驗包括發動機結冰試驗、發動機腐蝕敏感性試驗、發動機吞鳥試驗、發動機吞冰(冰塊、冰雹、冰風暴)試驗、發動機外物(機械硬件)損傷試驗、發動機吞砂試驗、發動機吞水試驗、發動機吞煙試驗(武器排煙)、發動機側風試驗、發動機排氣污染試驗、發動機地面效應試驗等。 5)生存能力試驗 生存能力試驗包括雷達橫截面測量試驗、紅外輻射試驗、電磁干擾試驗、核輻射試驗、發動機噪聲水平試驗等。 開展上述試驗主要有四大類別的試驗設施: 地面室內整機試車臺、高空模擬試車臺、露天試車臺和飛行試車臺。其中,發展*早、應用*廣泛、試驗時數占比*大的是地面室內整機試車臺。 航空發動機地面室內整機試車臺作為航空發動機整機試驗的主要試驗設施,一般布置在室內,并且采取了滿足噪聲控制要求的特殊措施,因而其試驗不受大氣條件的影響和限制,而且對周邊環境影響較小。與高空模擬試車臺、露天試車臺、飛行試車臺等相比,地面室內整機試車臺可以滿足航空發動機科研、生產的大多數試驗需要,具有建設和運行成本低、可用運行時間長、試驗改裝靈活程度高等諸多優點,因此廣泛裝備于航空發動機研究所、生產廠等。地面室內整機試車臺承擔的任務多、適用范圍廣,其應用范圍從單項技術驗證、驗證機研制到型號定型,再到服役發動機排故與改進改型的全產品生命周期,應用領域涉及所有類別和型號的發動機。 1.2國外相關概況 美國、俄羅斯、英國、法國等航空發達國家,為了持續提高民機適航能力和軍機作戰威力,一直致力于功能完備的試驗研究、測試手段的建設和試驗測試技術的研究。功能強大的零部件與整機試驗手段和先進的試驗與測試技術的擁有,確保了其在發動機研制方面特別是超聲速飛行與機動性能研究方面的領先地位。這些國家正是在注重航空發動機理論研究的同時,重視試驗和測試技術的同步發展,促進了航空發動機日新月異的發展,同時壟斷了航空發動機這個巨大的高科技市場,使這些國家相比其他國家具有政治、經濟和軍事的突出優勢。 燃氣渦輪發動機作為航空飛行器的主動力,其研究和發展是一個“設計—制造—試驗—修改設計—再制造—再試驗”的反復迭代過程。國外航空發動機試驗技術經歷了以性能試驗、適應性試驗、耐久性試驗為特征的前三個階段,20世紀70年代后開始進入數值仿真與實物試驗緊密結合的第四個階段。針對不同階段的要求建設試驗設備,并不斷補充、擴建、更新測試技術。目前,發達國家研制航空發動機的特點:一是研制手段齊全、設備配套、試驗設備能力適應范圍廣,為發動機研制技術的進步留有一定的發展空間;二是規模大、投資多、考慮全面,研制能力相當強大;三是隨著發動機技術的發展,不斷地擴建、改建和增建試驗設備,提高設備能力,擴大其適應范圍,特別是應用信息技術不斷更新和提高測試手段、試驗數據采集處理能力和自動化控制水平。例如,通用電氣公司、普拉特 惠特尼集團公司、羅爾斯 羅伊斯公司等都擁有幾十年甚至上百年的經驗,借助計算機技術的發展,發展了能全面考核發動機和驗證設計技術的試驗設備與試驗測試技術,而且在現有試驗測試技術體系的基礎上不斷積極探索先進的試驗測試方法。 隨著微電子技術、傳感器技術、光電測量技術、計算機技術、仿真技術、網絡技術的迅速發展,航空發動機測試技術水平不斷提高,主要表現在:非接觸式傳感技術、激光與光纖技術、薄膜傳感技術等有了較大發展,以計算機為中心的集散式實時數據采集、處理與控制系統日趨完善,動態測試、信號處理與試驗測試數據庫技術有了較大進步。 適應飛機動力需要更優越的性能、更可靠的工作、更高的機動性、更低的成本與使用維護費用要求,圍繞發動機研制的試驗與測試研究呈現以下顯著的發展趨勢。 1)數字化試驗技術發展迅猛 隨著計算機技術和數字化技術的不斷發展,特別是發動機研制與試驗研究的日積月累,數字化技術在高風險的發動機試驗研究領域得到了積極應用和深度拓展。幾乎在計算流體力學發展的同時,航空發動機數字化試驗技術開始發展。航空發動機數字化試驗技術可以替代相當一部分航空發動機試驗,降低試驗成本,而且可以消除受試驗設備能力限制而難以達到的或付出太高代價才能進行的具有很大危險性的試驗狀態等。數字化試驗技術可以優化真實試驗(實物試驗)方案,培訓試驗操作人員,監控整個試驗過程,實時判斷航空發動機試驗的有效性,輔助航空發動機試驗數據的處理,從而提高航空發動機試驗數據的質量和試驗效率,縮短試驗周期。據估計,該計劃將使發動機的研制時間和成本減少25%~40%。數字化試驗技術在高性能航空動力研制試驗中的應用越來越廣泛,而且呈日益深化發展和與試驗研究融匯發展的趨勢。 2)智能化、綜合化和集成化發展迅速 航空推進系統是一個知識和技術高度密集型的大學科跨度產品,具有難度大、投入多、周期長、風險高等顯著特點,因此綜合試驗是航空動力研制和先進航空推進技術研究必不可少的*有效保障手段。發達國家已經建成了較為完善的航空推進系統綜合試驗技術體系,在第四代戰斗機動力和大型民機動力的全壽命過程中縱向集成了試驗與測試的體制,實現了試驗自動化。國內的試驗手段更新和技術研究基本上依附于科研生產,其通用化和自動化水平遠落后于美國等發達國家,在相當程度上影響了我國高性能航空產品的研發進程,加劇了航空動力“瓶頸”的形成及其影響。試驗技術的研究對先進航空推進關鍵技術的機理認識和重點攻關具有直接推動作用。 為了更深入地了解和掌握發動機的真實工作情況,為設計和修改設計提供準確可靠的依據,發動機試驗要求越來越多、越來越全、越來越高。因此,測試參數越來越多,測點容量、測量速度和測量精度越來越高,測量參數范圍越來越寬,測量環境越來越惡劣,常規測量越來越難以滿足需求;非接觸式、特種測試技術的快速發展解決了對測量參數的“擾動”和對發動機結構的“破壞”;電子和計算機技術的廣泛應用,使數據采集和處理的速度越來越快;測試設備更加智能化、更加精準,更新換代速度越來越快。雖然國外20世紀五六十年代建設的許多試驗設備尚能滿足試驗要求而仍在使用中,但其測試設備平均3~4年就要更換一次,并難以做到試驗數據自動采集、實時處理以及試驗過程的自動化控制。 3)故障診斷與健康管理促進試驗安全 高性能航空發動機結構復雜,而且工作在高溫、高壓、高應力及高交變載荷的苛刻條件之下,因此目前的設計、生產、維護和工藝材料還不能充分滿足發動機使用中對可靠性、耐久性和維修性的要求,不能確保試驗的安全性和可靠性。為了有效降低發動機在研制試驗與使用過程中的風險,充分利用以往多型號發動機試驗研究與使用維護中積累的成熟經驗,降低試驗與使用成本,需要開發功能強大的發動機監控系統(engine monitoring system, EMS)和故障診斷系統、狀態監控與性能分析軟件系統等專家系統,以確定發動機的技術狀態和健康狀況,有利于進行趨勢分析和風險分析;縮短試驗周期、節省試驗費用,促進試驗方式由定期試驗檢查向視情試驗檢查發展;能夠根據試驗情況分析和確定發動機自身的薄弱環節,為設計改進和使用維護提供技術支持。 4)大數據驅動的航空發動機試驗應用日益受到重視 航空發動機試驗數據庫的設計和開發是發動機設計、試驗和使用維護中的一個重要課題。一方面,隨著發動機性能、可靠性和操縱性水平的提高,試驗工作日趨復雜,數據量也日趨龐大,對試驗研究和試驗數據管理的要求也日益提高;另一方面,試驗數據與試驗信息是發動機試驗中的寶貴資源,對發動機設計、驗證和改進改型,以及發動機試驗專家診斷系統的建立和數值仿真都有十分重要的意義。因而,試驗數據庫的開發和應用研究在現代發動機試驗和研制中日益受到重視。 1.3國內相關概況 地面室內整機試車臺一般分為三類: 渦噴渦扇發動機整機試車臺、渦軸/渦槳發動機整機試車臺和輔助動力裝置(auxiliary power unit, APU)整機試車臺。目前,國內航空發動機試車臺主要建設在中國航空發動機集團沈陽發動機研究所、中國航空發動機集團湖南動力機械研究所、中國航空發動機集團渦輪院、中國航空發動機集團貴陽發動機設計研究所、中國航發商用航空發動機有限責任公司等研制機構和相關批生產廠。 在發動機研制過程中,地面室內整機試車臺主要承擔發動機技術研究驗證整機試驗任務、型號設計調整整機試驗任務以GJB 241A—2010《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發動機通用規范》、GJB 242A—2018《航空渦輪螺槳和渦輪軸發動機通用規范》、CCAR33R2《航空發動機適航規定》、相應型號規范等文件規定的部分鑒定試驗任務。另外,在地面室內整機試車臺上還能夠進行核心機試驗、葉尖間隙檢測、進氣溫度調節、發動機氣動穩定性檢查等特種試驗。 從地面整機試驗專業試驗內容的完整性來看,國內基本具備了較完整的試驗研究能力。通過總結提煉,在參考國外相關標準規范的
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