航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)推力試車臺(tái)測(cè)力方法與校準(zhǔn)技術(shù)

唐潮

摘要：從發(fā)動(dòng)機(jī)誕生之初，發(fā)動(dòng)機(jī)推力就作為重要的參數(shù)指標(biāo)為廣大工程師們所鉆研。一般來(lái)說，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力由標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)得，整機(jī)試車條件下，影響發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)量準(zhǔn)確度的因素主要包括動(dòng)架懸掛結(jié)構(gòu)（中心加載與臺(tái)架測(cè)力的差別、動(dòng)架位移等）、作用在臺(tái)架和發(fā)動(dòng)機(jī)上的氣動(dòng)參數(shù)（進(jìn)氣沖量、迎風(fēng)阻力、噴口負(fù)壓、動(dòng)架前后靜壓差、空氣摩擦阻力、進(jìn)氣安全網(wǎng)損失、噴口面積變化等） 和試車環(huán)境的溫濕度變化等因素。因此，整機(jī)在試車臺(tái)上的推力測(cè)量存在損失，尤其是戰(zhàn)斗機(jī)，由于裝機(jī)而造成的損失更為明顯，因此，測(cè)量評(píng)估整機(jī)試車下的推力校準(zhǔn)和測(cè)量技術(shù)成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)研究;整機(jī)推力試車臺(tái);推力校準(zhǔn);測(cè)控系統(tǒng)

1平臺(tái)步局

發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)量臺(tái)架是用來(lái)固定發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)推力、空氣流量等參數(shù)測(cè)量的裝置。將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝固定于特定的試車臺(tái)架中，有助于更加準(zhǔn)確地測(cè)量其推力。發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)量臺(tái)架是用來(lái)固定發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)推力、空氣流量等參數(shù)測(cè)量的裝置。將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝固定于特定的試車臺(tái)架中，有助于更加準(zhǔn)確地測(cè)量其推力。

試車臺(tái)架由動(dòng)架、靜架及其它一系列附件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在動(dòng)架中，靜架支撐動(dòng)架，兩者通過彈性元件連接，動(dòng)架可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小自由做出響應(yīng)并傳遞至測(cè)量系統(tǒng)，最后再傳遞至固定靜架的地面或墻壁在試車臺(tái)架上，發(fā)動(dòng)機(jī)通過掛架和動(dòng)架經(jīng)由前后彈簧片掛裝在靜架上，在靜架和動(dòng)架之間安裝有推力傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)本身的重量主要由前后彈簧片承擔(dān)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的推力造成使彈簧片微小的形變，并經(jīng)推力傳感器由動(dòng)架傳遞到靜架上，可通過推力傳感器測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的推力值。通常發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)架上會(huì)配備液壓加載裝置，主要用于試車前推力傳感器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，如圖 2所示。

2中心加載校準(zhǔn)

中心加載校準(zhǔn)也稱為原位校準(zhǔn)，是在安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的位置安裝一臺(tái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)，并放置標(biāo)準(zhǔn)推力傳感器，通過安裝固定支架的形式（現(xiàn)在也有墻面斜拉的設(shè)計(jì)），將液壓加載裝置安裝在固定支架上，以提供標(biāo)準(zhǔn)傳感器的動(dòng)力源。工作推力傳感器安裝至臺(tái)架動(dòng)架與靜架之間，調(diào)整頂桿機(jī)構(gòu)，使工作推力傳感器與推桿之間留有約5道的間隙（利用塞尺測(cè)量）。當(dāng)液壓加載裝置壓力建立，加載裝置的頂桿將力傳遞到標(biāo)準(zhǔn)傳感器上，標(biāo)準(zhǔn)傳感器采集并記錄標(biāo)準(zhǔn)推力，該標(biāo)準(zhǔn)推力又通過模擬發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到工作傳感器上，測(cè)力系統(tǒng)測(cè)得工作推力，通過對(duì)比一個(gè)已知標(biāo)準(zhǔn)力和一個(gè)測(cè)力系統(tǒng)的測(cè)量力，并獲得差值，可被認(rèn)為即臺(tái)架系統(tǒng)造成的損失，并對(duì)該差值進(jìn)行擬合修正，評(píng)價(jià)測(cè)力系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，這個(gè)過程就是車臺(tái)的中心加載校準(zhǔn)過程。

3發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)推力校準(zhǔn)與試車臺(tái)測(cè)量

發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)推力測(cè)量是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)飛行試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。在實(shí)際飛行條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力最終通過安裝節(jié)直接傳遞給飛機(jī)，因此安裝節(jié)對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)載荷和飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要。安裝節(jié)推力測(cè)量的原理就是在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)上布置應(yīng)變計(jì)，在地面通過標(biāo)定試驗(yàn)獲得推力——應(yīng)變校準(zhǔn)方程。飛行中將實(shí)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)代入到推力-應(yīng)變校準(zhǔn)方程中，即可獲得安裝節(jié)推力。該方法不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)模型，原理成熟，簡(jiǎn)單易行，成本低，特別適合在飛行試驗(yàn)中開展。推力銷左側(cè)被試車臺(tái)安裝節(jié)支座完全包裹，處于全約束狀態(tài)，推力銷中間圓錐段是外露區(qū)，右側(cè)圓柱段被發(fā)動(dòng)機(jī)軸承包裹，承受并傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的航向推力和部分重力。通過測(cè)量主安裝節(jié)圓柱截面剪切力的方式可以獲得發(fā)動(dòng)機(jī)推力。

4 試車臺(tái)推力測(cè)量電信號(hào)誤差消除

在航空試車臺(tái)測(cè)試過程中，為了克服傳感器溫漂帶來(lái)的誤差，或者避免傳感器在非額定工作溫度下，需要在傳感器外包裹一層帶電熱絲的保溫罩，若保溫功率較大，其內(nèi)交流電會(huì)對(duì)傳感器信號(hào)產(chǎn)生明顯的干擾，如屏蔽層不接地，則只有屏蔽電場(chǎng)耦合干擾能力，而無(wú)抑制磁場(chǎng)耦合干擾能力;此外，靜電感應(yīng)電流便有極大可能流經(jīng)由屏蔽層和信號(hào)導(dǎo)線形成的電容而進(jìn)入放大器，對(duì)傳感器信號(hào)造成破壞。需注意屏蔽層不能兩點(diǎn)接地，否則電流會(huì)通過電容形成回路，產(chǎn)生很高的共模噪聲。在一個(gè)總系統(tǒng)中，如果將模擬電路和數(shù)字電路都必須放在同一機(jī)柜中，那么要盡可能使兩者相距遠(yuǎn)一些。系統(tǒng)中的公共接地板可以放在機(jī)柜的中央，或者采用兩塊接地排，一塊供模擬信號(hào)接地，一塊供數(shù)字信號(hào)接地，這兩塊接地排必須用低電感的連接來(lái)緊固，而后再與接地母排連接。

在測(cè)量電路中接地點(diǎn)太多，會(huì)在試驗(yàn)儀器、測(cè)量電路及大地接地點(diǎn)相互之間形成多個(gè)接地回路，這樣，便將產(chǎn)生有害的接地回路電流，故需采用將全部設(shè)備的機(jī)柜都在單一點(diǎn)處接地。而除這一點(diǎn)外，全部設(shè)備都被“浮置”起來(lái)，所有接地線必須接在同一公共的接地點(diǎn)，而不該在其他接地點(diǎn)與類似的接地線相連。

一般的單端放大器不具備共模抑制的能力，某些受限制的電路結(jié)構(gòu)（放大器和負(fù)責(zé)都與地隔離，且負(fù)責(zé)的泄漏阻抗相當(dāng)大）才具備某種程度的共模抑制能力。在測(cè)試系統(tǒng)中最適用的是隔離差分放大器。在放大器的輸入部分有保護(hù)屏蔽，其共模抑制能力決定于保護(hù)屏蔽的質(zhì)量。隔離差分放大器可以承受輸入端一定的不平衡量，而保持良好的共模抑制能力。在連接時(shí)，放大器的輸入保護(hù)屏蔽與輸入電纜屏蔽相連接，輸出保護(hù)屏蔽應(yīng)該接到輸出電纜的屏蔽上，機(jī)殼應(yīng)與系統(tǒng)的接地板相連。

結(jié)語(yǔ)

推力是發(fā)動(dòng)機(jī)最主要性能指標(biāo)之一，試驗(yàn)過程中準(zhǔn)確地測(cè)量出發(fā)動(dòng)機(jī)推力，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)研制與性能評(píng)定具有重要意義，推力臺(tái)架作為推力測(cè)量中的關(guān)鍵部件，其性能對(duì)推力測(cè)量精度影響較大，發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中，如果缺少相應(yīng)的抗干擾措施會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確，采集的數(shù)據(jù)雜亂無(wú)章甚至影響計(jì)算機(jī)的正常工作。

參考文獻(xiàn)

[1]陸秋蓉. 試車臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的屏蔽和接地抗干擾技術(shù)分析[J]. 航空動(dòng)力技術(shù)， 2008， 29（4）：4.

[2]史銀建， 袁春， 劉云鴿，等. 通信電纜屏蔽層EMC接地設(shè)計(jì)分析[J]. 電力系統(tǒng)通信， 2005， 26（7）：3.

[3]樊錫德. 用差動(dòng)放大器消除多點(diǎn)接地系統(tǒng)的共模干擾[J]. 電子與自動(dòng)化， 1994， 23（3）：2.