航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展探討

王振華，王 亮

（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)110015）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是1個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力裝置，主要由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動(dòng)裝置與附屬系統(tǒng)等組成。其內(nèi)部的氣動(dòng)、熱力和結(jié)構(gòu)特性非常復(fù)雜，因此對(duì)其工況尚不能從計(jì)算上給予詳盡準(zhǔn)確地描述，必須依靠試驗(yàn)來獲得相關(guān)數(shù)值。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)裝配前，需要確認(rèn)每個(gè)部件的性能均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)，需要在試車臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試（如壓氣機(jī)的增壓比、空氣流量、喘振點(diǎn)，燃燒室的燃燒效率、出口溫度分布等），獲得整機(jī)的推力、單位耗油量等性能數(shù)據(jù)，用于評(píng)價(jià)其是否滿足設(shè)計(jì)使用要求。發(fā)動(dòng)機(jī)研制中要進(jìn)行大量的材料、零部件、整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試才能確認(rèn)其性能、可適用性、環(huán)境條件、完整性、戰(zhàn)斗生存力等是否滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一型航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作一般需要進(jìn)行10萬h的部件試驗(yàn)，4萬h的材料試驗(yàn)，1萬h的整機(jī)試車。試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)是發(fā)展先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果既是驗(yàn)證和修改發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)部件和整機(jī)性能的重要判定條件?！昂娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)是試出來的”已成為行業(yè)共識(shí)。

本文簡(jiǎn)述了航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了其發(fā)展需求，提出了發(fā)展設(shè)想。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的特點(diǎn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是1種集流體力學(xué)、熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)械傳動(dòng)、計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、材料、自動(dòng)控制、故障診斷、噪聲控制和紅外隱身等多學(xué)科于一身，對(duì)溫度、壓力、應(yīng)力、間隙和腐蝕等工作條件要求苛刻，對(duì)質(zhì)量、可靠性、壽命等要求極高的復(fù)雜系統(tǒng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)是1門綜合性、多學(xué)科技術(shù)，涉及到力學(xué)、幾何量、熱學(xué)、電磁學(xué)、時(shí)頻、聲學(xué)、光學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域；測(cè)試參數(shù)包括溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、空氣流量、燃油流量、推力、扭矩、軸向力、功率、振動(dòng)、位移、間隙、角度、氣流速度與方向、面積、電流、電壓、組分濃度、濕度、滑油品質(zhì)、進(jìn)排氣顆粒、紅外輻射、噪聲等；應(yīng)用技術(shù)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)熱力分析、信號(hào)傳感、信號(hào)處理、信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)等。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作的壓力變化范圍約為10～4000 kPa、溫度變化范圍約為200～2200K、轉(zhuǎn)速為20000 r/min或更高，具有溫度高、壓力高、轉(zhuǎn)速高、內(nèi)流復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)及工作條件如圖1所示。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)必須適應(yīng)這種環(huán)境，覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)測(cè)量需求，并且能夠測(cè)得到、測(cè)得準(zhǔn)、測(cè)得快。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及工作條件

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷升級(jí)和對(duì)于可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性越來越高的要求，測(cè)試系統(tǒng)必須具備準(zhǔn)確度高、靈敏度高、通道多、小型化、量程廣、抗惡劣環(huán)境、非接觸、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、智能化等特性，才能適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制和使用要求。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果必須符合設(shè)計(jì)要求的準(zhǔn)確度，才能為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制提供扎實(shí)有力的支持。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過60余年的發(fā)展，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)取得了較大進(jìn)步。在高溫測(cè)試方面，已研制出使用溫度達(dá)1800℃的高溫?zé)犭娕?，并成功地用于燃燒室出口溫度?chǎng)測(cè)試（如圖2所示）；示溫漆測(cè)溫最高可達(dá)1250℃，可用于復(fù)雜構(gòu)件表面溫度場(chǎng)測(cè)量；已掌握1000℃高溫應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)，正在開展1100℃高溫應(yīng)變技術(shù)研究。在氣動(dòng)參數(shù)測(cè)量方面，能夠設(shè)計(jì)制造各種氣動(dòng)探針，壓力探針測(cè)試可以滿足Ma=0.1～1.4的測(cè)試，并已成功用于發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中。

圖2 燃燒室出口溫度場(chǎng)

在動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試方面，已研制和開發(fā)出多套動(dòng)態(tài)采集設(shè)備（采樣率最高200kS/s，可實(shí)現(xiàn)100kHz以內(nèi)信號(hào)測(cè)試分析）及信號(hào)分析軟件，能夠開展大發(fā)激波測(cè)試（如圖3所示）、非定常流、畸變旋渦尺度、整機(jī)氣動(dòng)極限參數(shù)、失速喘振監(jiān)測(cè)、消喘等工作；能夠設(shè)計(jì)制造通用引電器及特殊結(jié)構(gòu)引電器和遙測(cè)系統(tǒng)；葉尖間隙測(cè)量（測(cè)量范圍0.3～3.0mm、傳感器端面耐溫高達(dá)1400℃）、燃?xì)夥治?、非接觸葉尖振動(dòng)測(cè)量技術(shù)、軸向力測(cè)量等已成功應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件及整機(jī)試驗(yàn)測(cè)試；能夠進(jìn)行大規(guī)模試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（TDM）已建成并投入使用。

圖3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)激波測(cè)量結(jié)果

西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試工作非常重視，美國(guó)成立了推進(jìn)儀表工作組PIWG（Propulsion Instru mentation Working Group），歐洲成立了EVI-GTI（European Virtual Institute for Gas Turbine Instrumenta tion），致力于研究發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)和測(cè)量?jī)x器。歐洲投資了HEATTOP（Accurate High Temperature Engine Aero-Thermal Measurements for Gas-Turbine Life Optimization,Performance and Condition Monitoring）計(jì)劃；美國(guó)持續(xù)實(shí)施綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)(IHPTET)、多用途經(jīng)濟(jì)可承受先進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)（VAATE）、先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)（ATS,ADVANCED TURBINE SYSTEM）等項(xiàng)目。這些項(xiàng)目推動(dòng)了先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。

多年來，國(guó)外知名的發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司、研究機(jī)構(gòu)以及專業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備制造公司在測(cè)試技術(shù)研究方面加大投入，掌握了大量先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)，并持續(xù)推進(jìn)測(cè)試技術(shù)預(yù)先研究。例如，德國(guó)MTU公司掌握1400K高溫應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，其自主開發(fā)的BSSM系統(tǒng)配備多個(gè)電容測(cè)頭，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)葉尖間隙、葉片振動(dòng)、葉片解扭角的測(cè)量以及對(duì)葉片裂紋進(jìn)行監(jiān)測(cè)；NASA Glenn研究中心在薄膜熱電偶、熱流計(jì)、應(yīng)變計(jì)方面開展了大量研究；Vibro-Meter公司推出了可測(cè)量高壓渦輪的微波葉尖間隙測(cè)量設(shè)備；HEATTOP計(jì)劃中已實(shí)現(xiàn)了在1550℃下動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量以及響應(yīng)時(shí)間為0.2s時(shí)測(cè)量壁面溫度的快速響應(yīng)熱電偶等技術(shù)；英國(guó)ROTADATA公司的ROTAMAP系統(tǒng)，利用紅外測(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量渦輪葉片表面溫度場(chǎng)的測(cè)量。目前中國(guó)很多高端發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備仍然依靠進(jìn)口，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)測(cè)試技術(shù)研究和先進(jìn)測(cè)試設(shè)備研究方面與國(guó)外尚有較大差距。

此外，一些先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)家建立了完善的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系。國(guó)外在20世紀(jì)70年代就編制了《AEDC-TR-73-5 Handbook,uncertainty in gas turbine measurements》[1]（《燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量不確定度指南》），至今仍然被航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)廣為引用；NASA編制的《NASA-HDBK-8739.19-2 Measuringand Test Equipment Specifications》[2]（《測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備規(guī)》）、《NASA-HDBK-8739.19-3Measure ment Uncertainty Analysis Principlesand Methods》[3]（《測(cè)量不確定度分析原理與方法》）等文獻(xiàn)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)不確定度評(píng)定以及測(cè)量可靠性分析技術(shù)方面進(jìn)行了詳細(xì)描述；ASME出版的PTC系列標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容詳實(shí)、可操作性強(qiáng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試工作具有很高的參考價(jià)值，例如《ASMEPTC19.1Test Uncertainty》（《試驗(yàn)不確定度》）[4]、《ASMEPTC19.2Pressure Measurement》（《壓力測(cè)量》）[5]、《ASMEPTC19.5Flow Measurement》（《流量測(cè)量》）[6]等；SAE也有大量與航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試關(guān)聯(lián)度很高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)報(bào)告，例如《SAE-AIR-4951 Test Cell Thrust Measurement》（《試車間推力測(cè)量》）、《SAEAIR4979 Estimation Of Measurement Uncertainty In Engine Tests Based On NATO AGARD Uniform Engine Test Program》（《NATO A GARDUETP計(jì)劃測(cè)量不確定度評(píng)估》）、《SAEAMS 2750 PYROMETRY》（《高溫測(cè)量》）[7]等。相對(duì)而言，中國(guó)在試驗(yàn)測(cè)試方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在專業(yè)覆蓋面、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的細(xì)致程度和可操作性、標(biāo)準(zhǔn)體系的關(guān)聯(lián)性及完備性等方面仍有較大差距。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展需求

未來發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的渦輪進(jìn)口溫度、效率和可靠性，以及更低的排放和噪聲，這些都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。新1代智能發(fā)動(dòng)機(jī)將采用更多的主動(dòng)控制技術(shù)和健康管理技術(shù)，這對(duì)傳感技術(shù)提出了更高要求。文獻(xiàn)[8]描述了研制效率更高、環(huán)境更友好且價(jià)格更有競(jìng)爭(zhēng)力的燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)傳感器和控制系統(tǒng)要求；文獻(xiàn)[9]對(duì)目前發(fā)動(dòng)機(jī)傳感技術(shù)現(xiàn)狀、未來需求和發(fā)展方向作了較為詳細(xì)的敘述；文獻(xiàn)[10]對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)控制和健康管理方面對(duì)傳感器的需求進(jìn)行了詳述。

未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展的需求主要包括：高性能測(cè)試儀器、小型傳感器設(shè)計(jì)、長(zhǎng)壽命高可靠傳感器設(shè)計(jì)、嵌入式傳感、高溫燃?xì)鉁囟葴y(cè)量及校準(zhǔn)、高溫構(gòu)件表面溫度測(cè)量及校準(zhǔn)、涂層狀態(tài)監(jiān)測(cè)、高溫氣體流量測(cè)量校準(zhǔn)、燃油流量動(dòng)態(tài)測(cè)量校準(zhǔn)、葉尖間隙測(cè)量與校準(zhǔn)、整機(jī)和部件應(yīng)力和振動(dòng)測(cè)量、遙測(cè)、噪聲測(cè)量校準(zhǔn)分析、排放測(cè)試、滑油品質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、氣路監(jiān)測(cè)診斷、氣動(dòng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量、空氣系統(tǒng)測(cè)量、流場(chǎng)精細(xì)測(cè)量等試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)研究工作、專用測(cè)試設(shè)備校準(zhǔn)技術(shù)及試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度提高技術(shù)等。

4 試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展設(shè)想

4.1 推進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試儀器研究開發(fā)

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平的深入，需要開展的試驗(yàn)種類和數(shù)量越來越多；需要測(cè)量的參數(shù)類型越來越多，測(cè)量范圍越來越寬，測(cè)量準(zhǔn)確度要求越來越高?，F(xiàn)有試驗(yàn)測(cè)試儀器的能力與不斷增長(zhǎng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試需求之間的矛盾日益明顯，國(guó)家應(yīng)有計(jì)劃地開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制部件和整機(jī)試驗(yàn)所需的測(cè)試儀器的研究與開發(fā)工作，包括特種測(cè)量?jī)x器、傳感器、測(cè)試系統(tǒng)等，以便及時(shí)滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制需要。

4.2 深入開展試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)研究

針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展對(duì)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的需求，應(yīng)深入開展試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)研究，應(yīng)積極制訂相關(guān)措施，如組建類似PIWG、EVI-GTI的專業(yè)組織并設(shè)立發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)專項(xiàng)計(jì)劃；或依靠承擔(dān)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制任務(wù)的組織，設(shè)立專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制所需的高溫燃?xì)鉁囟?、高溫?gòu)件表面溫度、葉尖間隙、整機(jī)和部件應(yīng)力和振動(dòng)、氣動(dòng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)壓力等試驗(yàn)測(cè)試方法、試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)和試驗(yàn)測(cè)試校準(zhǔn)技術(shù)的研究及應(yīng)用，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)水平。

4.3 加強(qiáng)專業(yè)間交流和協(xié)同

發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試工作與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)工作是高度融合的，應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)間的技術(shù)交流并運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想大力開展專業(yè)間協(xié)同，這樣才能更好地推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作。設(shè)計(jì)工作需要試驗(yàn)來驗(yàn)證其設(shè)計(jì)的可行性及技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求；試驗(yàn)工作需要設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法、建設(shè)試驗(yàn)設(shè)備以滿足試驗(yàn)要求；測(cè)試工作要根據(jù)試驗(yàn)要求構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)、準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)、開展數(shù)據(jù)處理和分析等工作。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試工作需要在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)初期開展，需要與發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)專業(yè)探討性能測(cè)試點(diǎn)的數(shù)量和布局是否科學(xué)合理；需要與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)工程師研究測(cè)試結(jié)構(gòu)的可行性，即需要在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的可測(cè)試性；還需要與試驗(yàn)專業(yè)研究測(cè)試系統(tǒng)與試驗(yàn)設(shè)備的相容性，試驗(yàn)程序與測(cè)試系統(tǒng)的匹配性等。因此，應(yīng)通過設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、測(cè)試工作的流程梳理，在設(shè)計(jì)流程中集成于試驗(yàn)、測(cè)試相關(guān)的模塊和技術(shù)接口，在試驗(yàn)和測(cè)試流程中設(shè)置與設(shè)計(jì)協(xié)同的模塊和接口，同時(shí)細(xì)化每個(gè)流程模塊的技術(shù)細(xì)節(jié)，形成1個(gè)有機(jī)整體，才能達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)測(cè)試目標(biāo)。

4.4 提高試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的深入，需要更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足要求，為修改設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為部件和整機(jī)交付驗(yàn)收提供判據(jù)。

欲提高試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度，不僅要了解測(cè)量設(shè)備的工作原理和技術(shù)指標(biāo)，還要了解被測(cè)對(duì)象的特性、測(cè)量設(shè)備工作環(huán)境、測(cè)量方法、測(cè)量程序等環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試實(shí)踐以及文獻(xiàn)[11-13]的介紹，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試與常規(guī)測(cè)試工作相比具有其特殊性，測(cè)試系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的相互作用可能對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度產(chǎn)生較大影響。因此，需要將發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià)技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行綜合研究。例如，測(cè)試探針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)流道堵塞的影響；位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度和穩(wěn)定時(shí)間之間匹配對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；氣流速度、輻射、導(dǎo)熱等對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響；非均勻流場(chǎng)下測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)布局對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；氣流參數(shù)動(dòng)態(tài)波動(dòng)對(duì)穩(wěn)態(tài)測(cè)量結(jié)果的影響；發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械平衡和熱平衡狀態(tài)對(duì)性能變化的影響；試驗(yàn)器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的影響；轉(zhuǎn)速控制、導(dǎo)向葉片角度、間隙變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；數(shù)據(jù)處理平均算法對(duì)性能數(shù)據(jù)的影響；大氣溫濕度壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；進(jìn)氣溫度壓力畸變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；進(jìn)、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；泄漏、引氣等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響；試車間流場(chǎng)、試車臺(tái)架對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)量的影響等。以上影響因素在不同的試驗(yàn)中可能有不同表現(xiàn)，需要針對(duì)具體情況作具體分析。

找到影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素，量化和評(píng)估這些影響量的大小以及對(duì)各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果影響的敏感系數(shù)，需要大量的工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐，并開展大量的基礎(chǔ)研究工作，才具備評(píng)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)不確定度的條件，參照文獻(xiàn)[1-4]、文獻(xiàn)[14-15]評(píng)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不確定度。測(cè)量結(jié)果是否可用很大程度上取決于其不確定度的大小，測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征。

完成影響因素分析和不確定度評(píng)定后，即可根據(jù)分析結(jié)果對(duì)影響較大的因素采取控制措施，例如控制試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)狀態(tài)、優(yōu)化試驗(yàn)程序、開展現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)校準(zhǔn)、優(yōu)化測(cè)量截面測(cè)點(diǎn)布局、關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)冗余設(shè)計(jì)、通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證技術(shù)剔除包含較大誤差的數(shù)據(jù)、開展試驗(yàn)前的檢查，以確保試驗(yàn)成功。美國(guó)阿諾德工程開發(fā)中心（AEDC）規(guī)定的試驗(yàn)前活動(dòng)如圖4所示[16]。

4.5 加強(qiáng)試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)

標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的綜合成果編制的技術(shù)規(guī)范或文件，是相關(guān)科研活動(dòng)的依據(jù)，能夠提高質(zhì)量，提升效率。在發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的同時(shí)，應(yīng)對(duì)成熟及重復(fù)使用的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行總結(jié)提煉，轉(zhuǎn)化編制成標(biāo)準(zhǔn)，以利于不斷提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)水平，促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)高水平的快速發(fā)展。

圖4 阿諾德工程開發(fā)中心規(guī)定的試驗(yàn)前活動(dòng)

開展試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)需要運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法綜合分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，主要應(yīng)開展以下幾方面工作：

（1）對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比分析，找出差距，為體系建設(shè)提供支撐。

（2）研究標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范分類的準(zhǔn)則。參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)分類方法及相關(guān)資料，研究并確定分類準(zhǔn)則。根據(jù)各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的專業(yè)類型和特征，明確劃分其類別，將同類規(guī)范合并、整理。

（3）編制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范總目錄。建立試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的結(jié)構(gòu)框架，明確規(guī)范動(dòng)態(tài)管理的更新機(jī)制和方法，為不斷完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系打下良好基礎(chǔ)。

（4）根據(jù)急用先行的原則，按照體系框架結(jié)構(gòu)，分期分批編制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，逐步完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

5 結(jié)束語

試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)部件及整機(jī)性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。因此，加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展，對(duì)于提升中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展水平意義重大。應(yīng)適時(shí)開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制試驗(yàn)所需試驗(yàn)測(cè)試儀器研究和開發(fā)；組建專業(yè)組織，設(shè)立專項(xiàng)計(jì)劃開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)研究，加強(qiáng)專業(yè)間交流和協(xié)同，進(jìn)一步提高試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度，建立和完善航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平的快速發(fā)展。

[1]Abernathy R B,Powell B D,Colbert D L,et al.Handbookuncertainty in gas turbine measurements[R].AEDC-TR-73-5.

[2]Castrup S.NASA-HDBK-8739.19-2 NASA measurement quality assurance handbook,annex 2:measuring and test equipment specifications[M].Washington DC:National Aeronautics and Space Administration,2010:1-121.

[3]Castrup S,Howard T.NASA-HDBK-8739.19-2 NASA measurement quality assurance handbook annex 3:measurement uncertainty analysis principles and methods [M].Washington DC:National Aeronautics and Space Administration，2010:1-134.

[4]American Society of Mechanical Engineers.ASME PTC 19.1-2005 test uncertainty[S].New York:ASME，2005：1-68.

[5]American Society of Mechanical Engineers.ASME PTC 19.2-1987(R2004)pressure measurement[S].New York:ASME,1987：1-134

[6]American Society of Mechanical Engineers.ASME PTC 19.5-2004 flow measurement[S].New York:ASME,2005：1-163

[7]SAE International.SAE AMS 2750：2012 pyrometry[S].PA（United States）:SAE，2012：1-43.

[8]Anderson R L，F(xiàn)ry D N，McEvers J A.Advanced turbine systems sensors and controls needs assessment study.(Final report)[R].ORNL/TM-13335.

[9]Culley D，Garg S，Hiller S J，et al.More intelligent gas turbine engines[R].RTO-TR-AVT-128.

[10]Simon D L，Garg S，Hunter G W，et al.Sensor needs for control and health management of intelligence aircraft engines[R].ASME 2004-GT-54324.

[11]Saravanamuttoo H I.Recommended practices for measurement of gas path pressures and temperatures for performance assessment of aircraft turbine engines and components[R].AGARD-AR-245.

[12]Pianko M，Wazelt F.Propulsion and energetics panel working group 14 on suitable averaging techniques in nonuniform internal flows[R].AGARD-AR-182.

[13]Ashwood P，Mitchell J.The uniform engine test programme[R].AGARD-AR-248.

[14]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013：1-27.General Administration of Quality Supervision of China.JJF1059.1-2012 evaluation and expression of uncertainty in measuremen[S].Beijing：China Zhijian Publishing House，2013：1-27.（in Chinese）

[15]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF 1059.2-2012用蒙特卡洛法評(píng)定測(cè)量不確定度[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013：1-11.General Administration of Quality Supervision of China,JJF 1059.2-2012 Monte Carlo method for evaluation of measurement uncertainty[S].Beijing：China Zhijian Publishing House，2013：1-11.（in Chinese）

[16]Malloy D.Improved data validation and quality assurance in turbine engine test facilities[C]//Proceedings of 29 th AIAA,SAE,ASME,and ASEE Joint Propulsion Conference&Exhibit.Monterey,CA.1993：5-6.