航空发动机试验技术绪论.ppt

本章目录,总目录,第一节 航空发动机试车的一般概念,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。,本章目录,总目录,一、航空发动机试验的分类：,（1）科学研究试验：研究发动机附件和部件之间的特性 （2）试制试验：长久试车，考验其可靠性和耐久性 研制试验可分为： (a)性能试验：主要检验发动机的空气流量、推力、燃油消耗率和稳定性裕度；部件性能试验则主要检验部件的性能特性。 (b)适用性试验：测定发动机对油门和进口气流流场条件变化的响应。 (c)耐久性试验：包括低周疲劳寿命、应力断裂或蠕变寿命、振动特性、抗外来物损伤、包容能力等机械结构的强度试验。,(3)批生产发动机试车：每一台批生产发动机都要在地面试车台上进行两种试车： (a)工厂试车 (b)检验试车。,从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验，一般也将全台发动机的试验称为试车。 部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。 整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。,如果将一台发动机的设计看作是一个足球队的训练和培养，那么部件试验就相当于对每个队员能力的测试。其中部件性能测试相当于队员足球技术和基本功的测试，如带球、控球、传接球能力等；而零、组件的强度、振动试验就相当于队员的体能测试，如12分钟跑、往返跑等。发动机的各类整机试验则相当于全队的各种教学或模拟比赛，通过试验(比赛)来暴露和解决问题，而发动机一旦正式投入使用(服役)，就好比到了正式的比赛场上。 “平时多流汗，赛时少流泪”，正如严格训练才能取得好成绩一样，只有以大量的试验为基础，才能保证发动机的各项指标满足设计要求，成为一个合格的产品。,本章目录,总目录,第二节 航空发动机试验技术体系,研制中的航空发动机需要经过长时间的试车，以便调整它的性能，考验它的可靠性和耐久性。但在长期试车前首先要进行地面台架试验，试验内容包括：, 各部件性能及其相互间的匹配与全机性能的调试。在试验中测量航空发动机流程各主要截面上的气流参数和发动机性能参数。 强度检验试车：测量航空发动机振动，主要受热零件的温度和叶片、盘等大应力零件的应变。 循环试验：在航空发动机起动、慢车到最大状态间反复作加、减速循环试验，以检验航空发动机零件的低周疲劳强度和密封件的磨损、转动件与相邻静止件的间隙变化。, 系统调整试验：包括对燃油调节器、起动点火系统、防喘和防冰系统、润滑冷却系统、压气机导流叶片和喷管等可调部件的调整试车。 吞咽和吞烟试验：以一定速度向发动机投射飞鸟、砂石、冰雹等外来物，检查发动机的承受能力。模拟发射武器时烟气吞入发动机后发动机的工作状况。 包容性试验：叶片在航空发动机最大转速下折断时，机匣应能将损坏物包容在发动机内。如果损坏物打穿机匣飞出发动机外，则可能造成飞机失火等灾难性事故。包容性试验就是检查机匣的这种包容能力。 环境试验：检查航空发动机对高温、低温、高湿、暴雨等环境条件的适应性以及对发动机进口压力或温度畸变的适应能力。,研制中的航空发动机通过这些试验后再进行长期持久试车。试车方案与批生产发动机长期试车相同。,新研制的航空发动机除进行地面台架试车外，在进行飞行试验前还需要进行高空模拟试验。这种试验的优点是不受自然气候条件限制，可以安置更多测试设备。一台新研制的航空发动机往往要进行1000小时以上的高空模拟试验。高空模拟试验按模拟的程度不同又分以下三类。,连接式高空模拟试验：航空发动机与供气的管道直接连接。试验时只在发动机进口模拟与一定飞行高度和速度对应的进气压力和温度，舱内压力则保持与这一飞行高度的大气压力相等，设备的供气流量约比发动机进气的流量大1015。在这种设备中可以进行发动机性能、各系统工作可靠性、低空高速飞行时发动机强度、高空发动机点火和燃烧稳定性、进气畸变和雷诺数影响等项试验。,自由射流高空模拟试验：在高空舱的进口装有产生超音速射流的收敛-扩散喷管。航空发动机和进气道在模拟超音速飞行条件下进行试验，检验发动机与进气道的相容性。这种设备的供气流量为发动机进气流量的24倍。控制超音速射流的方向可以模拟迎角和侧滑角的变化。,推进风洞实验：在大尺寸的风洞中对整个推进系统和飞行器有关部分（如部分机身或机翼）进行联合试验。推进风洞的供气流量为航空发动机进气流量的1020倍。试验目的是研究推进系统与机体的相互干扰和推进系统的性能。推进风洞的设备庞大，试验的费用昂贵，所以航空发动机的高空模拟试验主要在前面两种设备上进行。,本章目录,总目录,第三节 航空发动机试验技术的发展,1，进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l6或l5的缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验。,轴对称 二元（矩形）,对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为：,(1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。 (3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。,2，压气机试验,3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量)所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。 由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂，目前还没有一套精确的设计计算方法。因此，燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成。根据试验目的，在不同试验器上，采用不同的模拟准则，进行多次反复试验并进行修改调整，以满足设计要求，因此燃烧室试验对新机研制或改进改型是必不可少的关键性试验。 按试验件形状可分为单管试验(用于单管燃烧室)、扇形试验(用于联管燃烧室和环形燃烧室)、环形试验(用于环形燃烧室)。,与燃烧室试验有关的试验还有： (1)冷吹风试验 研究气流流经试验件时的气动特性和流动状态的试验。 (2)水力模拟试验 根据流体运动相似原理，以水流代替气流，研究试验件内部各种流动特性的试验。,4，涡轮试验,5，加力燃烧室的试验,6，尾喷管的试验,EJ200,矢量喷管,此外，还有附件试验、强度试验等。强度试验包括：叶片振动疲劳试验、叶片包容试验、涡轮叶片热冲击模拟试验、发动机超速试验、发动机超温试验、发动机低循环疲劳试验、外物吞咽试验、轮盘超转破裂试验等。,7，整机地面试验,整机地面试验一般在专用的发动机地面试车台上进行，包括露天试车台和室内试车台两类。 其中露天试车台又包括高架试车台和平面试车台。 发动机地面室内试车台由试车间、操纵间、测力台架(图97)和试车台系统等组成。 试车间包括进气系统、排气系统和固定发动机的台架。对于喷气发动机、涡轮风扇发动机，台架应包括测力系统；对于涡轮轴和涡轮螺旋桨发动机则应包括测扭(测功)系统。试车间内要求气流速度不大于10米秒，以免影响推力的测量精度；进排气部分力求做到表面光滑，气流流过时流动损失尽量少。 上图是高架露天试车台，与地面室内试车台相比，它除了没有试车间外，其他设备如操纵间、测力台架、试车台系统等均一应俱全。,8， 高空模拟试验,高空模拟试验是指在地面试验设备上，模拟飞行状态(飞行高度、飞行马赫数)和飞行姿态(攻角、侧滑角)以及环境条件对航空发动机进行稳态和瞬态的性能试验。简而言之，就是在地面人工“制造”高空飞行条件，使安装在地面上的发动机如同工作在高空一样，从而验证和考核发动机的高空飞行特性。 随着飞机飞行高度、速度的不断提高，发动机在整个飞行包线(发动机正常工作的速度和高度界限)范围内的进气温度、压力和空气流量等参数有很大变化。这些变化对发动机内部各部件的特性及其工作稳定性，对低温低压下的点火及燃烧，对发动机的推力、耗油率和自动调节均有重大影响。发动机在高空的性能与地面性能大不相同。影响发动机结构强度的最恶劣的气动、热力负荷点已不在地面静止状态条,其优越性： 可以模拟发动的全部飞行范围 可以模拟恶劣的环境条件 可以使发动机试验在更加安全的条件下进行：不用飞行员冒险试机，可以防止机毁人亡的悲剧。 可以提高试验水平：测量参数可以更好的控制 缩短发动机研制周期：（两周的高空模拟试验相当于300次飞行试验，而高空模拟实验仅为飞行试验的1/301/6）,简介：我国的SB101高空模拟试验台 我国的航空发动机高空模拟设备的建设和高空模拟试验技术的研究，起步不算太晚。早在1958年就着手进行航空涡轮发动机高空模拟试验设备的建设；1959年曾与苏联协作，规划建设以航空涡轮发动机高空模拟试验设备为核心的航空发动机试验基地；1962年开始进行航空涡轮发动机高空模拟试验技术的研究工作；1964年改建成一个工作时间为7.510分钟的暂冲式小型涡轮喷气发动机高空模拟试验舱；同年正式规划并着手建设大型连续式气源的航空涡轮发动机高空模拟试验设备，简称高空台。在当时特殊的政治环境下，1965年，选定在四川西部的秦岭山区建设我国的SB101高空台。老一辈高空台建设者不畏困难，一切从零开始，历经30年艰苦卓绝的建设，,1995年，SBl01高空台顺利通过国家验收，并与俄罗斯中央航空发动机研究院高空模拟设备的L工一4H高空试验舱进行了对比试验，完全可以满足我国现在和将来航空涡轮发动机研制和发展的需要。SB101高空台的设备规模在世界上是继美、俄、英、法后居第五位，在亚洲目前是第一位，被称为“亚洲第一台”。,9，发动机性能考核试验 1），发动机环境与吞咽试验 环境试验的实质是指发动机适应各种自然环境能力的考核，按通用规范，环境试验所包含的项目可以分为三类： 第一类：考验外界环境对发动机工作可靠性的影响，包括：高低温起动与加速试验、环境结冰试验，腐蚀敏感性试验，吞鸟试验，外物损伤试验，吞冰试验，吾砂试验，吞大气中液态水试验等八项试验。 第二类：检查发动机对环境的污染是否超过允许值，包括噪声测量和排气污染。 第三类：是考核实战条件下的工作能力，包括吞如武器排烟和防核能力。在制订环境试验条件时要依据对自然环境的普查、事故累计分析、实战环境记载以及环境保护要求。,2）吞鸟试验,随着飞行速度的提高，飞机鸟装事件不断增多，据美国空军统计自1964年以后破坏性鸟装事故显著增加，平均每年达350次，被撞最多的部位就是发动机，约占32%.撞入发动机的鸟类范围很广，按其重量分我国分为：大鸟（2KG以上）、中鸟（1KG左右）、小鸟（50100G）三类。 试验要求： 中小鸟群撞入发动机不应破坏发动机结构完整性，也不停车，但会引起短暂的推力下降或压气机不稳定。 大鸟撞入发动机应能安全停车且不发生危及发动机故障。,静态单独叶片碰撞试验 试验用一块静态叶片，成本最低。用火药枪或气枪将鸟射入。在风扇旋转叶片的叶稍处，乌的速度要超过音速。试验结果要作离心力修正。 旋转单独叶片撞击试验 因全叶片费用太大故采用单独旋转叶片试验以模拟真实情况下离心力的影响。为了模拟切割理论，通常以自由落体的方式打人摸拟鸟，降落速度约为4ms。 旋转全叶撞击试验 经过单叶静止和旋转试验考验后，便可以进行发动机吸鸟性能的旋转全叶撞击试验 ，用气枪把鸟射入，要考查是否有导致叶片断裂的裂纹，若有断裂是否引起发动机性能恶化，并用高速摄影机强下撞击过程。,试验的鸟由压缩空气炮按一定速度、发动机吸鸟必须是真实的禽类。试一定的位置射向工作中的发动机。由于现代喷气客机的巡航高度一股在8000米以上，很少有鸟类能飞到如此高的空中，因此发动机吞鸟事故一般发生在中低空，尤其在机场附近，即飞机的起飞和降落过程中。由于在起飞过程中飞机的迎角很大，速度不快，高度不高，需要发动机处于最大推力状态才能保持稳定飞行姿态，此时一旦因为鸟撞造成发动机的推力下降，哪怕只有十几秒，都会造成严重的后果。因此，鸟撞试验时发动机一般应处于最大推力状态，以模拟起飞的情况，并需要用不同大小的鸟类，在不同的径向位置射入，从接近发动机轴线的中心位置一直到接近发动机机匣的外部位置，以模拟实际鸟撞情况。试验时，除用高速摄影机摄下撞击过程外，还需记录整个试验过程中的发动机参数变化情况，并在试验后分解发动机，分析鸟撞的后果和各部件(尤其是风扇叶片)的结 构变形情况，为评估发动机的结构完整性和改进设计提供依据。,发动机吸鸟试验 完成上述各种预先试验对所研制的叶片之抗鸟撞强度、工作性能的变