航空發(fā)動機試車臺測功機現(xiàn)場校準技術(shù)研究

朱江

(湖南株洲4311 計量站，湖南 株洲250000)

0 引言

航空發(fā)動機的輸出功率是衡量發(fā)動機性能好壞的一個重要參數(shù)。而目前對輸出功率測試的主要手段是利用航空發(fā)動機試車臺測功機進行。以測功機作為輸出功率測量手段進行現(xiàn)場高準確度的扭矩及轉(zhuǎn)速參數(shù)的綜合性檢測，才能獲得準確的技術(shù)參數(shù)。

1 航空發(fā)動機試車臺測功機現(xiàn)場校準中的問題

目前，國內(nèi)航空發(fā)動機試車臺使用的測功機主要有水力測功機和電渦流測功機兩種，采用力矩平衡原理來測量扭矩，轉(zhuǎn)速值的測量一般采用頻率計數(shù)法。在使用過程中，目前各使用單位都采用在簡單的力臂機構(gòu)上吊掛砝碼來進行量值比較的方法，這種方法有著顯而易見的缺陷。首先，在構(gòu)成其力臂的結(jié)構(gòu)中有一個長度指標是測功機的外殼半徑，這個數(shù)據(jù)來源于測功機生產(chǎn)商提供的出廠證書，而對實際使用中的因機體變形、位移變化及現(xiàn)場溫度環(huán)境等因素導(dǎo)致的半徑尺寸變化根本沒有考慮，且自身對這一尺寸無法進行有效的檢測，這將必然導(dǎo)致其力臂長度誤差的加大。另外，杠桿臂長在實際校準時也會因變形使得臂長發(fā)生變化，而杠桿校準時的加力點與測功機實際扭矩的輸入點不在同一點上也會使其校準值誤差存在很大的不確定性和差異。其次，測功機只是在發(fā)動機不工作時進行校準，與實際發(fā)動機工作時的參數(shù)還存在較大差異，因為當發(fā)動機工作時還會產(chǎn)生許多的干擾因素，震動、噪音等都會影響到測量的數(shù)據(jù)。所以說，目前的校準方法只是對測功機的靜態(tài)穩(wěn)定性做了初步的評定，而無法對測功機的實際動態(tài)工作狀態(tài)進行準確的校準。本研究就是試圖研建一套現(xiàn)場校準裝置來解決

2 航空發(fā)動機試車臺測功機現(xiàn)場校準裝置的具體方案及難點

測功機是通過檢測發(fā)動機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，帶入公式計算得出功率。根據(jù)這個原理，可以分別采用高精度的扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器串聯(lián)在航空發(fā)動機的輸出軸與測功機之間，采用測試數(shù)據(jù)比對的方式來實現(xiàn)對測功機的現(xiàn)場在線校準，測試系統(tǒng)安裝示意圖如圖1 所示。對于量值傳遞、溯源的問題，只需將使用的扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器在更高精度的標準器具下進行檢測、標定即可滿足使用要求。

圖1 測試系統(tǒng)安裝示意圖

這個方案具體實施起來還是有些技術(shù)方面的難度，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

1)標準扭矩傳感器研制

航空發(fā)動機測功機校準時存在著安裝空間小、扭矩大、轉(zhuǎn)速高的特點，所以目前市場上的各類扭矩傳感器均不能滿足對測功機的檢測要求。針對這些存在的問題，可采用廠院協(xié)作的方式，根據(jù)測功機的特定參數(shù)條件，運用應(yīng)變測量技術(shù)，研制出符合要求的標準扭矩傳感器。

2)現(xiàn)場無偏差連接技術(shù)

由于發(fā)動機輸出軸具有轉(zhuǎn)速高、扭矩大的特點，在和扭矩傳感器連接時采用何種聯(lián)結(jié)器才能保證在較小的空間內(nèi)既能實現(xiàn)順利穩(wěn)固的聯(lián)結(jié)又能降低對安裝尺寸的要求(例如:發(fā)動機輸出軸與測功機的輸入軸不同心時的聯(lián)結(jié))就成了一個關(guān)鍵的難題。根據(jù)我們以往的經(jīng)驗及對國內(nèi)外相關(guān)聯(lián)結(jié)方式的了解，發(fā)現(xiàn)可采用法蘭式扭力傳感器再通過柔性聯(lián)軸器直接安裝到機器的軸或法蘭上，這樣既能保證連接具有高度的穩(wěn)固性又能降低對安裝尺寸的要求。但這種方式的難點在于的研制:它必須具備尺寸小、傳遞扭矩大的特點。可在參考國際上先進的柔性聯(lián)軸器工作原理的基礎(chǔ)上加以消化吸收，研制出適合該項目的柔性聯(lián)軸器。

3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制及系統(tǒng)軟件的編制

對于傳感器與測量儀之間的信號采集方式，我們可以采用遙測采集系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)具有可以在傳感器高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下保證信號進行高可靠性傳輸?shù)奶攸c，有一定的研制難度。所以可采用廠院協(xié)作的方式研制出適用于該套裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

4)標準扭矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)

目前尚無專用于航空發(fā)動機測功機的標準扭矩、轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。根據(jù)測功機具體情況，擬采用虛擬儀器技術(shù)，在借鑒相關(guān)標準扭矩、轉(zhuǎn)速測量儀技術(shù)的基礎(chǔ)上可研制出滿足本裝置需求的虛擬扭矩轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)在發(fā)動機試驗中已得到大量的應(yīng)用，為裝置的研建和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

本文對實現(xiàn)航空發(fā)動機試車臺測功機的現(xiàn)場校準技術(shù)作了一些有針對性的研究，提出了為實現(xiàn)航空發(fā)動機試車臺測功機現(xiàn)場動態(tài)校準在技術(shù)方面上的一些想法，如能實現(xiàn)將有利于提高航空發(fā)動機在型號研制、試驗和生產(chǎn)時輸出功率的測量準確度，為航空發(fā)動機型號設(shè)計、生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)和質(zhì)量保證。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG2047 －2006 扭矩計量器具［S］. 北京:中國計量出版社，2006.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG653 －2003 測功裝置［S］.北京:中國計量出版社，2003.

［3］水力、電渦流測功機的使用說明書［Z］.