周偉朋+金彬

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)試性作為一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)已貫穿于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和使用的全壽命工作過程中，測(cè)試結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)試性目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要工作。為滿足可測(cè)試性要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試需求，分析所處的應(yīng)用環(huán)境，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。通過對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的分類和測(cè)試需求的分析，以國內(nèi)某系列發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的典型測(cè)試結(jié)構(gòu)方案的特征、應(yīng)用范圍以及具體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析和研究，這些方案在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作中得到了有效的工程驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)可靠，可以滿足測(cè)試需求。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī) 測(cè)試性 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：V24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（c）-0072-02

The structural design methods of improving testability in aero engine

ZHOU Weipeng JIN Bin

（Shenyang Engine Design And Research Institute， Shenyang Liaoning 110015， China）

Abstract：The testability of aero engine is an important figure which exists in the hole life cycle of aero engine design and service.The testing structure design plays an significant role in fulfilling the testability goal of the aero engine. The testing structure scheme should be based on the character of testing project and the working environments should also be studied carefully. The significant schemes of testing structures which contains the character， working limitation and the way of structural realization in the aero engine were studied by the means of program classification and working requirements analyze. All the schemes were validated in the real working environment of aero engine and the needs of testing system were also fulfilled.

Key words：aero-engine testability structure design

現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是集熱機(jī)與推進(jìn)器于一體的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，涉及氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料、控制等多學(xué)科，具有高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速等苛刻的工作條件，要求具有高的性能、可靠性和耐久性，而發(fā)動(dòng)機(jī)從論證、立項(xiàng)研制一直到設(shè)計(jì)定型往往要經(jīng)歷重重嚴(yán)格的考驗(yàn)才能成為一款成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)裝備，既要在驗(yàn)證機(jī)研制時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功能和性能，又要解決工程驗(yàn)證過程中暴露出的各種故障，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大量的溫度、壓力、應(yīng)力等參數(shù)測(cè)量，在發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)就考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試性問題，是使發(fā)動(dòng)機(jī)研制得以順利進(jìn)行的至關(guān)重要的問題。

具有加力部件的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)測(cè)量參數(shù)主要包括：轉(zhuǎn)速、角度以及靜壓等，除此之外，發(fā)動(dòng)機(jī)各截面壓力脈動(dòng)、整機(jī)振動(dòng)等均有大量需測(cè)量的參數(shù)，所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要充分考慮這些測(cè)量需求，使發(fā)動(dòng)機(jī)具有可測(cè)試性。

1 測(cè)試項(xiàng)目分類

測(cè)試參數(shù)多少受發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、控制規(guī)律的復(fù)雜程度和不同用途等因素的影響，雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)相比，要求測(cè)試的參數(shù)至少多一個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，多變量的控制規(guī)律必然比單變量的參數(shù)多，根據(jù)測(cè)試參數(shù)的主要用途可分為控制參數(shù)、監(jiān)測(cè)參數(shù)、流程參數(shù)和專項(xiàng)參數(shù)。

2 測(cè)試需求分析

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的各個(gè)階段測(cè)試需求是不同的。下面以某型帶加力的雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)為例說明其測(cè)試參數(shù)需求。

2.1 控制參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則是保證計(jì)算飛行狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大推力和良好的油耗特性，同時(shí)考慮飛機(jī)進(jìn)氣道可容流量、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速限制、渦輪前溫度限制、總增壓比限制和工作穩(wěn)定性后的一個(gè)綜合方案，其控制規(guī)律是一種復(fù)合式調(diào)節(jié)規(guī)律，因此，需要直接測(cè)量的主機(jī)參數(shù)有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總溫T1、壓氣機(jī)進(jìn)口總溫T25、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1、高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2、壓氣機(jī)出口壓力P3、低壓渦輪后排氣壓力P6、低壓渦輪后排氣溫度T6、風(fēng)扇進(jìn)口可調(diào)葉片角度α1、壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)葉片角度α2、收擴(kuò)噴口面積A8，另外還有控制系統(tǒng)采集的燃滑油系統(tǒng)管路、成附件的控制參數(shù)等也是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)必備的測(cè)量參數(shù)。

2.2 監(jiān)控參數(shù)

依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案設(shè)置監(jiān)控參數(shù)，對(duì)于未采用健康管理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，仍然有設(shè)置監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的測(cè)量參數(shù)需求，因此，需要直接測(cè)量的參數(shù)通常有風(fēng)扇出口內(nèi)外涵壓力脈動(dòng)P23m/P13m、壓氣機(jī)出口壓力脈動(dòng)P3m、整機(jī)振動(dòng)總量B、滑油壓差ΔP、滑油回油溫度TM、金屬屑末信號(hào)等，另外發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)中很多參數(shù)也屬于發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控參數(shù)，如低壓渦輪后排氣溫度T6。

2.3 流程參數(shù)

流程參數(shù)是流路中各部件間截面或重要位置的氣動(dòng)參數(shù)，通常是空氣或燃?xì)獾目倻亍⒖倝汉挽o壓，除了控制系統(tǒng)直接采集的少量機(jī)載參數(shù)外，其它絕大多數(shù)參數(shù)通常需要單獨(dú)安裝測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，通常包括發(fā)動(dòng)機(jī)各部件進(jìn)出口總溫和總壓等。endprint

2.4 專項(xiàng)測(cè)試參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)研制通常是較為漫長的過程，需要反復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)結(jié)果與理論計(jì)算的差異，同時(shí)在遇到故障時(shí)，需要進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)量來確定故障原因，因此，專項(xiàng)測(cè)試包含很多非常規(guī)的測(cè)試項(xiàng)目，如轉(zhuǎn)子軸向力和各壓力腔壓力，葉片動(dòng)應(yīng)力，支點(diǎn)軸承溫度測(cè)量，渦輪前溫度，燃油流量，排氣溫度場(chǎng)測(cè)量等，這些測(cè)試項(xiàng)目雖然具有一定的偶然性，但是從發(fā)動(dòng)機(jī)研制的規(guī)律來看具有很大的必然性，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要重點(diǎn)考慮，預(yù)期可能出現(xiàn)的問題，從而提供必要的測(cè)量條件。

3 測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于整機(jī)測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試需求分析，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試參數(shù)按其參數(shù)性質(zhì)有如下幾種：溫度、壓力、位移、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、流量、載荷、振動(dòng)、頻率、面積、間隙等。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述各類參數(shù)的測(cè)試，在發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，除了完成正常的機(jī)載控制、監(jiān)測(cè)參數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)預(yù)見發(fā)動(dòng)機(jī)功能、可靠性等驗(yàn)證或者排故等可能需要的測(cè)試功能需求，預(yù)先保留必要的測(cè)試安裝座、測(cè)試通道和相應(yīng)的操作窗口等，因此，本文就發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)主要的測(cè)試參數(shù)提出測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案、原則。

3.1 溫度測(cè)試

常見的溫度測(cè)試可分為流道總溫、壁溫和腔溫、溫度場(chǎng)測(cè)量等。

如圖1所示，對(duì)于單層機(jī)匣，可以直接在機(jī)匣上預(yù)留溫度傳感器安裝座，直接完成流道總溫的測(cè)量。

壁溫和腔溫測(cè)量通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部測(cè)試的壁面或密封腔布置熱電偶，需要在引線路徑上機(jī)匣等結(jié)構(gòu)件上開孔，一般測(cè)試座結(jié)構(gòu)如圖2所示，在機(jī)匣上預(yù)留測(cè)試安裝座，開孔除了引線外，臺(tái)階孔用來填充密封材料，通過壓板用螺栓壓住，確保不漏氣。

對(duì)于多層機(jī)匣，測(cè)量點(diǎn)位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流道，需要穿過多層機(jī)匣進(jìn)行測(cè)量，為解決引線路徑較長，測(cè)量引線可靠性問題，設(shè)計(jì)引線管來保護(hù)，在機(jī)匣上預(yù)留好安裝座來固定引線管，如圖3所示。

部分復(fù)雜溫度場(chǎng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室出口溫度場(chǎng)或渦輪后排氣溫度場(chǎng)，可單獨(dú)設(shè)計(jì)具有溫度場(chǎng)測(cè)量功能的部件，如渦輪導(dǎo)向葉片前緣安裝高溫?zé)犭娕?，或加力部件機(jī)匣上設(shè)置一定數(shù)量的安裝座，專門用于溫度場(chǎng)測(cè)量。發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較多的主燃燒室出口溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過導(dǎo)向器改裝設(shè)計(jì)布置測(cè)點(diǎn)，再將測(cè)試引線引出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

3.2 壓力測(cè)試

航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見的壓力測(cè)試可分為總壓、靜壓和脈動(dòng)壓力測(cè)量。其中總壓測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)構(gòu)與總溫測(cè)試結(jié)構(gòu)大同小異，這里不詳細(xì)論述。

靜壓測(cè)試在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多的兩種結(jié)構(gòu)如圖5所示，通過發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將靜壓信號(hào)引出發(fā)動(dòng)機(jī)，通過連接測(cè)試傳感器完成靜壓測(cè)量。

脈動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)構(gòu)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用主要分為兩種，一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)計(jì)傳感器安裝座，直接安裝傳感器，適用與測(cè)量位置空間充足和結(jié)構(gòu)簡單的位置；另一種是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脈動(dòng)壓力測(cè)試引出管，將脈動(dòng)信號(hào)引出發(fā)動(dòng)機(jī)，適用與結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間緊張，需要穿過雙層或多層機(jī)匣。這里介紹一種穿雙層機(jī)匣的脈動(dòng)壓力測(cè)量結(jié)構(gòu)，如圖6所示，在設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)過程中，需要充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)裝配性、密封性和發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的軸向變形，同時(shí)需要考慮路徑和結(jié)構(gòu)形式對(duì)脈動(dòng)信號(hào)的影響。

3.3 其他測(cè)試

這里選取一種典型且復(fù)雜的高壓渦輪間隙測(cè)量結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行介紹。航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪部件處于高溫高壓工作條件下，其發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，測(cè)試傳感器和測(cè)試引線至少需要穿過四層機(jī)匣才能引出發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖7所示測(cè)試裝配結(jié)構(gòu)方案來實(shí)現(xiàn)高壓渦輪間隙的測(cè)量。

4 測(cè)試結(jié)構(gòu)應(yīng)用

上文介紹的溫度、壓力以及間隙等測(cè)試結(jié)構(gòu)在國內(nèi)某系列發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中已得到廣泛使用和驗(yàn)證。其中發(fā)動(dòng)機(jī)總溫測(cè)量結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)壁溫和腔溫測(cè)量開孔結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)多層機(jī)匣測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)靜壓測(cè)量結(jié)構(gòu)和雙層機(jī)匣脈動(dòng)壓力測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)等在某系列發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)測(cè)試和專項(xiàng)測(cè)試中為測(cè)試首選結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的可靠性和適用性已經(jīng)過了數(shù)百次試車驗(yàn)證。發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室出口溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了某系列發(fā)動(dòng)機(jī)兩次全流程參數(shù)測(cè)量驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)方案得到了初步驗(yàn)證。高壓渦輪間隙測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了國內(nèi)不同型號(hào)間隙測(cè)量專項(xiàng)試車驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)方案較為合理可行，能夠?qū)崿F(xiàn)間隙測(cè)量需求，并可以保證工作可靠。

5 結(jié)語

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，尤其是方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分貫徹可測(cè)試性設(shè)計(jì)思想，預(yù)留測(cè)試結(jié)構(gòu)，為后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)加工工作，節(jié)省研制周期具有重要作用。該文研究的某系列發(fā)動(dòng)機(jī)典型測(cè)試性結(jié)構(gòu)方案均已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形式較為成熟可靠，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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2.4 專項(xiàng)測(cè)試參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)研制通常是較為漫長的過程，需要反復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)結(jié)果與理論計(jì)算的差異，同時(shí)在遇到故障時(shí)，需要進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)量來確定故障原因，因此，專項(xiàng)測(cè)試包含很多非常規(guī)的測(cè)試項(xiàng)目，如轉(zhuǎn)子軸向力和各壓力腔壓力，葉片動(dòng)應(yīng)力，支點(diǎn)軸承溫度測(cè)量，渦輪前溫度，燃油流量，排氣溫度場(chǎng)測(cè)量等，這些測(cè)試項(xiàng)目雖然具有一定的偶然性，但是從發(fā)動(dòng)機(jī)研制的規(guī)律來看具有很大的必然性，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要重點(diǎn)考慮，預(yù)期可能出現(xiàn)的問題，從而提供必要的測(cè)量條件。

3 測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于整機(jī)測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試需求分析，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試參數(shù)按其參數(shù)性質(zhì)有如下幾種：溫度、壓力、位移、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、流量、載荷、振動(dòng)、頻率、面積、間隙等。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述各類參數(shù)的測(cè)試，在發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，除了完成正常的機(jī)載控制、監(jiān)測(cè)參數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)預(yù)見發(fā)動(dòng)機(jī)功能、可靠性等驗(yàn)證或者排故等可能需要的測(cè)試功能需求，預(yù)先保留必要的測(cè)試安裝座、測(cè)試通道和相應(yīng)的操作窗口等，因此，本文就發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)主要的測(cè)試參數(shù)提出測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案、原則。

3.1 溫度測(cè)試

常見的溫度測(cè)試可分為流道總溫、壁溫和腔溫、溫度場(chǎng)測(cè)量等。

如圖1所示，對(duì)于單層機(jī)匣，可以直接在機(jī)匣上預(yù)留溫度傳感器安裝座，直接完成流道總溫的測(cè)量。

壁溫和腔溫測(cè)量通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部測(cè)試的壁面或密封腔布置熱電偶，需要在引線路徑上機(jī)匣等結(jié)構(gòu)件上開孔，一般測(cè)試座結(jié)構(gòu)如圖2所示，在機(jī)匣上預(yù)留測(cè)試安裝座，開孔除了引線外，臺(tái)階孔用來填充密封材料，通過壓板用螺栓壓住，確保不漏氣。

對(duì)于多層機(jī)匣，測(cè)量點(diǎn)位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流道，需要穿過多層機(jī)匣進(jìn)行測(cè)量，為解決引線路徑較長，測(cè)量引線可靠性問題，設(shè)計(jì)引線管來保護(hù)，在機(jī)匣上預(yù)留好安裝座來固定引線管，如圖3所示。

部分復(fù)雜溫度場(chǎng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室出口溫度場(chǎng)或渦輪后排氣溫度場(chǎng)，可單獨(dú)設(shè)計(jì)具有溫度場(chǎng)測(cè)量功能的部件，如渦輪導(dǎo)向葉片前緣安裝高溫?zé)犭娕?，或加力部件機(jī)匣上設(shè)置一定數(shù)量的安裝座，專門用于溫度場(chǎng)測(cè)量。發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較多的主燃燒室出口溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過導(dǎo)向器改裝設(shè)計(jì)布置測(cè)點(diǎn)，再將測(cè)試引線引出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

3.2 壓力測(cè)試

航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見的壓力測(cè)試可分為總壓、靜壓和脈動(dòng)壓力測(cè)量。其中總壓測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)構(gòu)與總溫測(cè)試結(jié)構(gòu)大同小異，這里不詳細(xì)論述。

靜壓測(cè)試在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多的兩種結(jié)構(gòu)如圖5所示，通過發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將靜壓信號(hào)引出發(fā)動(dòng)機(jī)，通過連接測(cè)試傳感器完成靜壓測(cè)量。

脈動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)構(gòu)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用主要分為兩種，一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)計(jì)傳感器安裝座，直接安裝傳感器，適用與測(cè)量位置空間充足和結(jié)構(gòu)簡單的位置；另一種是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脈動(dòng)壓力測(cè)試引出管，將脈動(dòng)信號(hào)引出發(fā)動(dòng)機(jī)，適用與結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間緊張，需要穿過雙層或多層機(jī)匣。這里介紹一種穿雙層機(jī)匣的脈動(dòng)壓力測(cè)量結(jié)構(gòu)，如圖6所示，在設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)過程中，需要充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)裝配性、密封性和發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的軸向變形，同時(shí)需要考慮路徑和結(jié)構(gòu)形式對(duì)脈動(dòng)信號(hào)的影響。

3.3 其他測(cè)試

這里選取一種典型且復(fù)雜的高壓渦輪間隙測(cè)量結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行介紹。航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪部件處于高溫高壓工作條件下，其發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，測(cè)試傳感器和測(cè)試引線至少需要穿過四層機(jī)匣才能引出發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖7所示測(cè)試裝配結(jié)構(gòu)方案來實(shí)現(xiàn)高壓渦輪間隙的測(cè)量。

4 測(cè)試結(jié)構(gòu)應(yīng)用

上文介紹的溫度、壓力以及間隙等測(cè)試結(jié)構(gòu)在國內(nèi)某系列發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中已得到廣泛使用和驗(yàn)證。其中發(fā)動(dòng)機(jī)總溫測(cè)量結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)壁溫和腔溫測(cè)量開孔結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)多層機(jī)匣測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)靜壓測(cè)量結(jié)構(gòu)和雙層機(jī)匣脈動(dòng)壓力測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)等在某系列發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)測(cè)試和專項(xiàng)測(cè)試中為測(cè)試首選結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的可靠性和適用性已經(jīng)過了數(shù)百次試車驗(yàn)證。發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室出口溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了某系列發(fā)動(dòng)機(jī)兩次全流程參數(shù)測(cè)量驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)方案得到了初步驗(yàn)證。高壓渦輪間隙測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了國內(nèi)不同型號(hào)間隙測(cè)量專項(xiàng)試車驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)方案較為合理可行，能夠?qū)崿F(xiàn)間隙測(cè)量需求，并可以保證工作可靠。

5 結(jié)語

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，尤其是方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分貫徹可測(cè)試性設(shè)計(jì)思想，預(yù)留測(cè)試結(jié)構(gòu)，為后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)加工工作，節(jié)省研制周期具有重要作用。該文研究的某系列發(fā)動(dòng)機(jī)典型測(cè)試性結(jié)構(gòu)方案均已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形式較為成熟可靠，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張寶誠.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

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[5] 朱艷.某型發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].工程碩士論文，電子科技大學(xué)，2009.

[6] 姜彩虹.航空發(fā)動(dòng)機(jī)雙余度控制規(guī)律設(shè)計(jì)方法[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2011（10）： 2364-2370.endprint

2.4 專項(xiàng)測(cè)試參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)研制通常是較為漫長的過程，需要反復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)結(jié)果與理論計(jì)算的差異，同時(shí)在遇到故障時(shí)，需要進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)量來確定故障原因，因此，專項(xiàng)測(cè)試包含很多非常規(guī)的測(cè)試項(xiàng)目，如轉(zhuǎn)子軸向力和各壓力腔壓力，葉片動(dòng)應(yīng)力，支點(diǎn)軸承溫度測(cè)量，渦輪前溫度，燃油流量，排氣溫度場(chǎng)測(cè)量等，這些測(cè)試項(xiàng)目雖然具有一定的偶然性，但是從發(fā)動(dòng)機(jī)研制的規(guī)律來看具有很大的必然性，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)仍然需要重點(diǎn)考慮，預(yù)期可能出現(xiàn)的問題，從而提供必要的測(cè)量條件。

3 測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于整機(jī)測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試需求分析，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試參數(shù)按其參數(shù)性質(zhì)有如下幾種：溫度、壓力、位移、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、流量、載荷、振動(dòng)、頻率、面積、間隙等。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述各類參數(shù)的測(cè)試，在發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，除了完成正常的機(jī)載控制、監(jiān)測(cè)參數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)預(yù)見發(fā)動(dòng)機(jī)功能、可靠性等驗(yàn)證或者排故等可能需要的測(cè)試功能需求，預(yù)先保留必要的測(cè)試安裝座、測(cè)試通道和相應(yīng)的操作窗口等，因此，本文就發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)主要的測(cè)試參數(shù)提出測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案、原則。

3.1 溫度測(cè)試

常見的溫度測(cè)試可分為流道總溫、壁溫和腔溫、溫度場(chǎng)測(cè)量等。

如圖1所示，對(duì)于單層機(jī)匣，可以直接在機(jī)匣上預(yù)留溫度傳感器安裝座，直接完成流道總溫的測(cè)量。

壁溫和腔溫測(cè)量通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部測(cè)試的壁面或密封腔布置熱電偶，需要在引線路徑上機(jī)匣等結(jié)構(gòu)件上開孔，一般測(cè)試座結(jié)構(gòu)如圖2所示，在機(jī)匣上預(yù)留測(cè)試安裝座，開孔除了引線外，臺(tái)階孔用來填充密封材料，通過壓板用螺栓壓住，確保不漏氣。

對(duì)于多層機(jī)匣，測(cè)量點(diǎn)位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流道，需要穿過多層機(jī)匣進(jìn)行測(cè)量，為解決引線路徑較長，測(cè)量引線可靠性問題，設(shè)計(jì)引線管來保護(hù)，在機(jī)匣上預(yù)留好安裝座來固定引線管，如圖3所示。

部分復(fù)雜溫度場(chǎng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室出口溫度場(chǎng)或渦輪后排氣溫度場(chǎng)，可單獨(dú)設(shè)計(jì)具有溫度場(chǎng)測(cè)量功能的部件，如渦輪導(dǎo)向葉片前緣安裝高溫?zé)犭娕迹蚣恿Σ考C(jī)匣上設(shè)置一定數(shù)量的安裝座，專門用于溫度場(chǎng)測(cè)量。發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較多的主燃燒室出口溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過導(dǎo)向器改裝設(shè)計(jì)布置測(cè)點(diǎn)，再將測(cè)試引線引出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

3.2 壓力測(cè)試

航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見的壓力測(cè)試可分為總壓、靜壓和脈動(dòng)壓力測(cè)量。其中總壓測(cè)試用發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)構(gòu)與總溫測(cè)試結(jié)構(gòu)大同小異，這里不詳細(xì)論述。

靜壓測(cè)試在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用較多的兩種結(jié)構(gòu)如圖5所示，通過發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將靜壓信號(hào)引出發(fā)動(dòng)機(jī)，通過連接測(cè)試傳感器完成靜壓測(cè)量。

脈動(dòng)壓力測(cè)試結(jié)構(gòu)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用主要分為兩種，一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)計(jì)傳感器安裝座，直接安裝傳感器，適用與測(cè)量位置空間充足和結(jié)構(gòu)簡單的位置；另一種是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脈動(dòng)壓力測(cè)試引出管，將脈動(dòng)信號(hào)引出發(fā)動(dòng)機(jī)，適用與結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間緊張，需要穿過雙層或多層機(jī)匣。這里介紹一種穿雙層機(jī)匣的脈動(dòng)壓力測(cè)量結(jié)構(gòu)，如圖6所示，在設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)過程中，需要充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)裝配性、密封性和發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的軸向變形，同時(shí)需要考慮路徑和結(jié)構(gòu)形式對(duì)脈動(dòng)信號(hào)的影響。

3.3 其他測(cè)試

這里選取一種典型且復(fù)雜的高壓渦輪間隙測(cè)量結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行介紹。航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪部件處于高溫高壓工作條件下，其發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，測(cè)試傳感器和測(cè)試引線至少需要穿過四層機(jī)匣才能引出發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖7所示測(cè)試裝配結(jié)構(gòu)方案來實(shí)現(xiàn)高壓渦輪間隙的測(cè)量。

4 測(cè)試結(jié)構(gòu)應(yīng)用

上文介紹的溫度、壓力以及間隙等測(cè)試結(jié)構(gòu)在國內(nèi)某系列發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中已得到廣泛使用和驗(yàn)證。其中發(fā)動(dòng)機(jī)總溫測(cè)量結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)壁溫和腔溫測(cè)量開孔結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)多層機(jī)匣測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)靜壓測(cè)量結(jié)構(gòu)和雙層機(jī)匣脈動(dòng)壓力測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)等在某系列發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)測(cè)試和專項(xiàng)測(cè)試中為測(cè)試首選結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的可靠性和適用性已經(jīng)過了數(shù)百次試車驗(yàn)證。發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室出口溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了某系列發(fā)動(dòng)機(jī)兩次全流程參數(shù)測(cè)量驗(yàn)證，其結(jié)構(gòu)方案得到了初步驗(yàn)證。高壓渦輪間隙測(cè)量裝配結(jié)構(gòu)，經(jīng)過了國內(nèi)不同型號(hào)間隙測(cè)量專項(xiàng)試車驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)方案較為合理可行，能夠?qū)崿F(xiàn)間隙測(cè)量需求，并可以保證工作可靠。

5 結(jié)語

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，尤其是方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分貫徹可測(cè)試性設(shè)計(jì)思想，預(yù)留測(cè)試結(jié)構(gòu)，為后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)補(bǔ)加工工作，節(jié)省研制周期具有重要作用。該文研究的某系列發(fā)動(dòng)機(jī)典型測(cè)試性結(jié)構(gòu)方案均已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形式較為成熟可靠，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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