发动机试验

利用专门的试验和测试设备检验发动机的性能、可靠性和耐久性的实验

发动机试验，是指利用专门的试验和测试设备检验发动机的性能、可靠性和耐久性的实验。全台发动机的试验又称发动机试车。航空发动机的工作条件非常苛刻，处于高温、高压和高速转动的工作状态，为了提升航空发动机的性能、可靠性以及寿命等，要充分掌握航空发动机在不同工况下的温度、压力、腐蚀、间隙以及应力等情况。

基本概念

试验内容

发动机研制试验

按照试验项目设置，航空发动机通用规范中大部分研制试验均可划归为可靠性试验，均可用于发动机型号研制的可靠性综合评估。其内容主要包括结构完整性、性能稳定性和控制系统中的软件可靠性设计等。结构完整性保障推进系统结构设计足以满足强度、振动、耐久性、损伤容限、包容性等要求；性能稳定性意味着持续且可靠地起动，平稳而又灵敏地加、减速，在给定功率状态下保持稳定的推力以及无失速、熄火和燃烧不稳定等。当然，作为设计分析的基础，在研制中还要关注材料性能试验，充分保证基础数据的可靠性。

零部件和系统试验

按照发动机有关标准、规范及指南中涉及的试验要求，发动机的零部件、系统试验主要划分为3类。

（1）部件性能与稳定性验证试验。该类试验指对核心机、风扇、压气机和涡轮等部/组件及控制系统等开展的试验，包括调节能力试验、加力燃烧室稳定性试验，控制系统的半物理模拟试验等，为确定部件和系统稳定性提供了依据。

（2）在正常使用环境条件下的可靠性、耐久性试验。该类试验是为验证零部件在正常工作环境条件下进行的可靠性、耐久性试验，如叶片高循环疲劳试验、盘轴等关键件的低循环疲劳试验、关键件的损伤容限试验，成附件的环境和可靠性试验等。在进行该类试验过程中极限载荷环境的确定对验证部件和系统的可靠性意义重大。

（3）在恶劣载荷条件下的部件安全能力试验。该类试验包括包容性、盘破裂、扭矩极限、承压容器的压力试验等。如盘的破裂试验一般要检查出裂纹或破坏为止；进行滑油系统开展滑油中断和耗损试验以验证在滑油耗损后能继续在规定时间段内安全工作的能力。

整机试车和飞行试验

全尺寸发动机试验的目的是验证各设计系统是否满足发动机运行要求，以及补充验证在部件试验中模拟实际环境不够充分或无法开展的项目；飞行试验则是补充在地面和高空台无法验证的试验内容。整机试车、试飞项目主要包括3类。

（1）整机性能和稳定性试验。该类试验包括参数测量、控制规律调整试车、转子动力学试车、热和压力测量以及振动应力测量等，由此提供整机性能数据，验证发动机的性能分析模型的正确性。验证进气道、压气机、燃烧室和涡轮的温度极限、燃烧室和加力燃烧室的熄火极限、飞机机动包线内的畸变极限等。开展地面和高空模拟试验，以说明并检验推进系统的瞬态响应特性，以及地面和高空试验验证起动能力等。

（2）载荷试车。该类试验包括加速任务试验/ 加速模拟任务耐久性试验，以及动应力测量等，验证发动机能够在计划的检查间隔和设计使用寿命期内安全、经济且可靠地工作。各类极限载荷环境对验证整机可靠性具有重要意义。

（3）在恶劣载荷环境条件下的整机试车。该类试验包括叶片飞出、包容性、超温、吞烟等，验证恶劣载荷对发动机的影响，即在恶劣载荷作用后的规定时间内保证飞机安全的能力。

成附件的可靠性试验

成附件的可靠性极限/强化试验实际上就是在产品研制初期，根据故障模式及失效机理分析结果，通过针对性施加强化的工作载荷，激发并暴露产品功能和结构的薄弱环节，进行故障定位、失效分析，找出失效原因，提出设计、工艺改进措施，以提高产品可靠性的方法。

整机可靠性试验

除重要的主机零部件、成附件和系统部分专项试验外，其他部件要在整机这个真实的环境平台上进行摸底和验证，整机可靠性试验是验证发动机主机、系统承载能力和稳定性的重要环节，其方案确定对发动机可靠性的考核有着至关重要的作用。在规划整机可靠性试验时，需要从故障模式的角度开展试验条件和载荷设计。发动机机械零部件和系统的故障模式包括裂纹、断裂、磨损等，电子产品则经常发生漂移、短路、断路等故障模式，其原因主要包括振动、温度、环境因素（如“三防”需要）和燃油品质等。整机可靠性试车载荷谱编制中需要充分考虑振动、温度和各类额定值。

技术特点

航空发动机是一种集流体力学、热力学、结构强度、机械传动、计算机与电子技术、光学技术、材料、自动控制、故障诊断、噪声控制和红外隐身等多学科于一身，对温度、压力、应力、间隙和腐蚀等工作条件要求苛刻，对质量、可靠性、寿命等要求极高的复杂系统。航空发动机试验测试技术是1 门综合性、多学科技术，涉及到力学、几何量、热学、电磁学、时频、声学、光学等专业领域；测试参数包括温度、压力、转速、空气流量、燃油流量、推力、扭矩、轴向力、功率、振动、位移、间隙、角度、气流速度与方向、面积、电流、电压、组分浓度、湿度、滑油品质、进排气颗粒、红外辐射、噪声等；应用技术包括结构设计、气动热力分析、信号传感、信号处理、信号传输、数据采集处理、数据分析、数据存储技术等。

随着发动机性能的不断升级和对于可靠性、安全性和经济性越来越高的要求，测试系统必须具备准确度高、灵敏度高、通道多、小型化、量程广、抗恶劣环境、非接触、动态响应好、智能化等特性，才能适应航空发动机研制和使用要求。发动机试验测试结果必须符合设计要求的准确度，才能为航空发动机研制提供扎实有力的支持。

发展需求

未来发动机技术的发展要求发动机具有更高的涡轮进口温度、效率和可靠性，以及更低的排放和噪声，这些都对发动机试验测试技术提出了新的挑战。新一代智能发动机将采用更多的主动控制技术和健康管理技术，这对传感技术提出了更高要求。

未来航空发动机试验测试技术发展的需求主要包括：高性能测试仪器、小型传感器设计、长寿命高可靠传感器设计、嵌入式传感、高温燃气温度测量及校准、高温构件表面温度测量及校准、涂层状态监测、高温气体流量测量校准、燃油流量动态测量校准、叶尖间隙测量与校准、整机和部件应力和振动测量、遥测、噪声测量校准分析、排放测试、滑油品质在线监测、气路监测诊断、气动稳定性及动态压力测量、空气系统测量、流场精细测量等试验测试技术研究工作、专用测试设备校准技术及试验测试结果的准确度提高技术等。

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