航空发动机试验测试技术 航空发动机是当代最精密的机械产品之一，由于航空发动机涉及气动、热工、结构与 强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科，一台发动机内有十几个部件和 系统以及数以万计的零件，其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机 其它分系统复杂和苛刻，而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很 高的要求，因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。在有良好技术储备的基础上，研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时 的部件及系统试验，需要庞大而精密的试验设备。试验测试技术是发展先进航空发动机的 关键技术之一，试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据，也是评价发动机部 件和整机性能的重要判定条件。因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。 从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验， 一般也将全台发动机的试验称为试车。部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面 叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组 件的强度、振动试验等。整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试 验等。下面详细介绍几种试验。 1进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主 要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的 缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状 态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠 进气道与发动机联合试验。 2，压气机试验 对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性 参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出 不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为： (1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。 (3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。 3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量) 所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出 口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。 由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂，目前还没有一套精确的设计计算方法。因此，燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成。根据试验目的，在不同试验器上，采 用不同的模拟准则，进行多次反复试验并进行修改调整，以满足设计要求，因此燃烧室试 验对新机研制或改进改型是必不可少的关键性试验。
航空发动机发展史 摘要：航空发动机的历史大致可分为两个时期。第一个时期从首次动力开始到第二次世界大战结束。在这个时期，活塞式发动机统治了40年左右。第二个时期从第二次世界大战至今。60多年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。 关键词：活塞式喷气式 航空发动机诞生一百多年来,主要经过了两个阶段。 前40年（1903~1945），为活塞式发动机的统治时期。 后60年（1939~至今），为喷气式发动机时代。在此期间，航空上广泛应用的是燃气涡轮发动机，先后发展了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。亦派生发展了输出轴功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。 一、活塞式发动机统治时期 很早以前，我们的祖先就幻想像鸟一样在天空中自由飞翔，也曾作过各种尝试，但是多半因为动力源问题未获得解决而归于失败。最初曾有人把专门设计的蒸汽机装到飞机上去试，但因为发动机太重，都没有成功。到19世纪末，在内燃机开始用于汽车的同时，人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源，并着手这方面的试验。 1903年，莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出8.95 kW的功率，重量却有81 kg，功重比为0.11kW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链条，带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。 在两次世界大战的推动下，活塞式发动机不断改进完善，得到迅速发展，第二次世界大战结束前后达到其技术的顶峰。发动机功率从近10kW提高到2500kW 左右，功率重量比（发动机功率与发动机质量的重力之比，简称功重比，计量单位是kW/daN）从0.11kW/daN提高到1.5kW/daN，飞行高度达15000m，飞行速度从16km/h提高到近800km/h，接近了螺旋桨飞机的速度极限。 20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。活塞式发动机加上螺旋桨，
世界航空强国" 高空台" 一瞥及二十一 世纪中国" 高空台" 建设计划 航空发动机是飞机的心脏，是提高飞机性能和更新换代的决定因素之一。作为典型的高科技军民两用产品，航空发动机对科学技术和国民经济的发展具有重要的意义，是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志。我国至今还没有实现从引进、仿制到自行设计的战略转变，没有一个发动机型号走过自行研制的全过程并装备部队。目前，我国不仅民用航空动力市场几乎已全部被外国占领，而且所有已研制的的军用飞机也是在买装或仿制国外发动机，这种状况不但与我国在世界上有重要影响的大国地位极不相称，而且一旦国际形势突变，或者在周边地区发生局部战争，我空军将因动力受制于人而陷入极大的被动。落后就要挨打! 这种局面令人十分担忧!造成这种局面的原因是多方面的。客现上，航空发动机技术复杂，研制难度大、花钱多、周期长，国家工业和技术基础薄弱;主观上，对航空发动机研制的复杂性和规律性认识不足，技术储备不够，经验少；加之摊子大，战线长，重复建设，造成力量分散，包袱重，投资不足；引进、仿制机种过多又没有良好地消化、吸收和创新，特别是一直比较注重型号研制，而对预先研究、打基础的工作却重视不够。世界肮空动力发展的历史说明，一个国家想成为航空强国，建立强大的、高水平的国家级航空发动机试验条件是十分必要的。 从1937 年德国建立起第一座冲压式发动机高空试验设备起，全世界已有德、美、英、法、前苏联和中国相继建立了包括不同类型的高空台在内的大型航空动力装置试验研究基地几十个，高空试验舱近百个，以及不计其数的部件试验设备，这对世界航空动力装置的快速发展起到了极大的推动作用。 世界各国航空动力装置试验条件建设的发展历程 1、二十世纪40 年代至60 年代中期的蓬勃发展阶段 这一时期，由于航空涡轮喷气发动机的诞生和发展使飞机突破了音障，并很快发展到两倍以上的音速。这样，单从部件试验和海平面试车台的试验结果己难以准确地确定发动机高空性能和工作稳定性。因此，大型试验设备建设在美、英、苏、法等国得到大力发展。 在这段时间内，美国了建立近10 个试验基地，拥有10 座高空台，包括几
附件：航空发动机高空模拟试验技术交流会征文稿件样本 论文标题(二号黑体，尽量不超过20个字) (空一行，五号宋体) 作者1，作者2(四号宋体) (1. 作者单位，省份城市邮编；2. 作者单位，省份城市邮编) (五号宋体) 摘要：(200字左右为宜) 准确得体、简短精炼，忌写入常识性内容。小五号，宋体。 关键词：3～5个，尽量避免与文章标题相同，从内容中提取关键词，小五号，宋体。 正文要求：正文内容为五号宋体，通栏排版。页边距上下2.54厘米，左右3.17厘米；行距设置为1.15倍。数字采用新罗马字体。 1引言(黑体，小4号) 五号宋体。简明介绍论文的背景、相关领域研究情况、写作目的，以及论文的特色与贡献。内容不应与摘要雷同，也应避免与结论雷同。 2 一级标题(黑体，小4号) 2.1二级标题(黑体，5号) 2.2二级标题(黑体，5号) 五号宋体。正文内容应准确完备，合乎逻辑，层次分明，简练可读。常识性和已公开报道的内容应尽量简述(或不述)，参见文献。论文图表应具有自明性，能恰当反映文章主题。图中数据、曲线应清晰(CAD图线条不宜过细或过粗，框图尽量采用visio软件制作)；全文的图、表标题应有中文标题(如：图1…，表1…，小五号宋体)。 图1 XXXX 参数符号、公式等均用公式编辑器书写，注意其上下角标、大小写、正斜体等，并在第一次出现处给予必要的解释说明。矢量、矩阵等采用粗斜体书写。 6 结论或结束语(黑体，小4号) 五号宋体。应概括准确，措辞严谨，明确具体，简单精练。
参考文献：(黑体，小4号) (至少需要5个参考文献，并在文中引用处标注出来，文献著录项(作者、文献名、来源、年份、期卷、页码等)应尽量完善) [1] Strobridge T R，Moulder J C，Clark A F. Titanium Combustion in Turbine Engines[R]. FAA-RD-79-51，1979.(报告类别)(小5号) [2] 黄利军，王宝，高扬. TC4和TC11钛合金的抗燃烧性能研究[J]. 材料工程，2004，(5)：33—35. (期刊类别) (小5号) [3] 陶春虎，刘庆瑔，曹春晓，等. 航空用钛合金的失效及其预防[M]. 北京：国防工业出版社，2002. (书籍类别) (小5号) [4] 陈葆实. 对压气机畸变试验数据处理二问题的讨论[C]. 中国航空学会第十六届叶轮机学术会议论文集. 四川江油：中国航空学会，2012：1—5. (论文集类别) (小5号) 基金项目（可选）：(小5号)XXX项目(项目号) 作者简介：(小5号)文章第一作者姓名，性别，职称，所从事的专业方向。 联系电话、邮件(小5号)
航空发动机试验测试技 术 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
航空发动机试验测试技术 航空发动机是当代最精密的机械产品之一，由于航空发动机涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科，一台发动机内有十几个部件和系统以及数以万计的零件，其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机其它分系统复杂和苛刻，而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很高的要求，因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。在有良好技术储备的基础上，研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时的部件及系统试验，需要庞大而精密的试验设备。试验测试技术是发展先进航空发动机的关键技术之一，试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据，也是评价发动机部件和整机性能的重要判定条件。因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。 从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验，一般也将全台发动机的试验称为试车。部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。下面详细介绍几种试验。 1进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验。 2，压气机试验 对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为： (1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。(3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量)所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。
高空低气压模拟试验箱 高空低气压模拟试验箱简介 名称：高空低气压模拟试验箱-东莞美泰科 用途：又名电池高度模拟试验装箱，针对UL、EN、IEC等标准试验要求而设计，在短时间内达到样品的低气压存放状态，可自动控制试验周期，全程监控箱内气压变化，实现试验的自动终止。所有的被测样品均在11.6kPa（1.8psi）的负压下测试，测试最终结果要求电池不能爆炸或是着火。另外，电池不能冒烟或是漏液，电池保护阀不能被破坏。 本产品采用的真快计设计，自动精确控制真空度。对于真空度的控制可对真快计的功能进行设置。采用区域控制的办法。安全保护装置采用漏电保护开关、熔断器等。 高空低气压模拟试验箱参数 内箱材质：不锈钢（6MM厚） 外箱材质：SECC钢板高级烤漆处理（1.5MM厚） 计量器：三位显示999（H小时、M分钟、S秒可切换） 真空度（数显）：0～101KPa（11.6 KPa，真空表指示值-89.7KPa） 使用电源：AC 单相三线 220V 50HZ
总功率：2.0KW 真空泵：标配 . 高空低气压模拟试验箱结构 1、箱体采用数控机床加工成型，造型美观大方，并采用无反作用把手，操作简便。 2、箱体内胆采用进口高级不锈钢（SUS304）镜面板，箱体外胆采用A3钢板喷塑，增加了外观质感和洁净度补水箱置于控制箱体右下部，并有缺 3、水自动保护，更便利操作者补充水源。大型观测视窗附照明灯保持箱内明亮，且利用发热体内嵌式钢化玻璃，随时清晰的观测箱内状况。 4、加湿系统管路与控制线路板分开，可避免因加湿管路漏水发生故障，提高安全性。 5、水路系统管路电路系统方便维护和检修。 6、箱体保温采用超细玻璃纤维保温棉，可避免不必要的能量损失。 7、箱体左侧配一直径50mm的测试孔，可供外接测试电源线或信号线使用
航空发动机仿真测试方案 挑战 发动机是飞机的心脏，其性能对飞机的发展有着至关重要的影响。由于安全性、经济性和可靠性等原因，在实际发动机上进行实验一般比较困难，而较多的是在实验室设备上进行试验。但是，对于新型的发动机的开发及测试，如发动机供油系统的测试，以及控制系统的测试，基于传统实验测试台架，既无法实现系统部件的性能测试，更无法在闭环的动态环境下进行控制系统综合性能的测试，这样使得开发过程中缺乏必要的测试和验证手段，将会给型号的研发过程造成不可预计的障碍。 基于上述客观条件的限制，提出建设发动机系统设计建模、仿真分析、动态测试和综合验证的一体化设计、分析和验证环境，通过一维离线仿真、半物理实时仿真、三维仿真等对发动机系统进行充分的功能和性能测试，以便在设计阶段就发现和解决潜在的问题与缺陷，减少实机测试和实验次数，缩短型号研发周期，从而节省开发费用、提高工作效率和产品可靠性。 解决方案 针对飞机发动机系统从设计开发到试验验证全过程的解决方案，能够设计飞机发动机系统的整体架构、仿真分析和验证发动机系统的功能和性能需求。解决方案的整体框架如下图所示。 解决方案框架 在管理计算机中，部署了多学科系统设计分析工具PROOSIS及专业的TURBO模型库，TURBO 库中包含超过70个发动机专业元件，如进气道、压气机、燃烧室、涡轮及喷管等，可用于建立涡喷、涡扇、涡轴、涡桨等各种发动机系统的模型，并进行参数化、敏感度分析、优化计算；设计点、非设计点计算；稳态、瞬态计算等，协助进行系统研发初期的动态性能指标确定并作为半实物仿真的环控系统对象模型。PROOSIS完美的多学科耦合分析，可以在同一个模型中综合分析控制、机械、电气、液压等耦合状况；
第２７卷第１期２０１０年１月 机电工程 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｉ．２７Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１０ ●机电一体化◆ 航空发动机高空模拟试验飞行高度模糊ＰＩＤ控制系统木 赵涌１，侯敏杰１，黄振南２，张松１，彭炬１ （１．航空发动机高空模拟重点实验室，四川江油６２１７０３；２．电子科技大学机械工程系，四川成都６１００５４） 摘要：针对我国航空发动机高空模拟试验飞行高度控制动态特性差、鲁棒性能差的问题，提出并建立了仿人工智能（ＡＩ）模糊ＰＩＤ参数在线自整定模拟飞行高度控制系统，并进行了半物理仿真（ＨＩＬＳ）分析。试验结果证明了所设计的模糊ＰＩＤ控制系统实现了快速度、高精度和宽稳定裕度的统一。 关键词：高空模拟试验；模糊控制；半物理仿真；人工智能 中图分类号：Ｖ２３３．７文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４５５１（２０１０）０１—００６８—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｉｒｃｒａｆｔｅｎｇｉｎｅａｌｔｉｔｕｄｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｅｘｈａｕｓｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ＺＨＡＯＹｏｎ９１，ＨＯＵＭｉｎ－ｊｉｅｌ，ＨＵＡＮＧＺｈｅｎ－ｎａｎ２，ＺＨＡＮＧＳｏｎｇ。，ＰＥＮＧＪｕｌ （１．ＡｅｒｏＥｎｇｉｎｅＡｌｔｉｔｕｄｅＳｉｍｕｌａｔｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｊｉａｎｇｙｏｕ６２１７０３，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００５４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅ－ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｂｏｔｈｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ，ｗｅｒｅｉｎｆｅｒｉｏｒｉｎｔｈｅａｌｔｉｔｕｄｅｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｅｓｔｓ，ａｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ—ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＨＩＬＳ）ｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｔｅｓｔｔｈｅｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓ－ｔｅｍｈａｓａｇｏｏｄｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙａｍｏｎｇｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｒａｐｉｄｉｔｙａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｔｉｔｕｄｅｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｅｓｔ；ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＨＩＬＳ）；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ（ＡＩ） ０引言 航空发动机高空模拟试验台是测试航空发动机高空工作性能的大型地面设备。世界上仅有少数航空强国拥有此类设备。我国拥有亚洲供抽气能力最大、种类齐全的航空发动机高空模拟试验台…。模拟飞行高度控制系统是高空台的主要控制系统之一。其模拟精度与发动机试验的安全性、有效性密切相关。目前我国高空台为避免模拟飞行高度调节机构受高温、高速燃气腐蚀的问题，将其设置在距发动机出口较远位置，从而导致模拟飞行高度控制滞后现象严重，同时该腔体内各特征截面气体总温差、总压差大，因而难以对该系统建立完备的数学模型。在高空台进行弹用发动机高空起动及航空发动机高空推力瞬变等试验时，发动机状态的快速改变引起的燃气流量、总温、总压及排气扩压器效率的快速变化，极大地干扰了发动机飞行高度模拟精度。在进行航空发动机高空稳态性能试验时，为准确测量发动机性能要求模拟飞行高度“稳定不变”，此时要求降低系统对各种噪声的敏感度。对于不同航空发动机的不同飞行高度和飞行马赫数，飞行高度调节系统工况变化非常剧烈，系统必须具有较宽的稳定裕度。 因此设计具有高精度、快速度、强抗干扰能力的模拟飞行高度控制系统已成为我国高空模拟试验的迫切要求。传统ＰＩＤ控制方法很难实现对其进行快速度与高精度的控制，且难以实现对于各种情况的性能鲁棒性。自适应模糊ＰＩＤ控制，其控制参数的整定不依赖于对象数学模型，并且ＰＩＤ参数可以根据偏差及偏差增量信号自动在线调整，既能适应过程参数的变化，又具有常规ＰＩＤ控制的优点［２－３］。 本研究设计航空发动机高空模拟试验分析高度模糊ＰＩＤ控制系统，并进行半物理仿真分析。 １模糊ＰＩＤ控制系统分析 模糊ＰＩＤ控制系统原理如图１所示。 收稿日期：２００９—０６—０９ 基金项目：国家航空基金资助项目（２００８１０２４００１） 作者简介：赵涌（１９７８一），男，四川盐亭人，主要从事航空发动机控制及航空动力高空模拟试验技术方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇ＿．ｚｈａｏ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ万方数据
关于“航空发动机空中环境模拟技术”（上） 为关于“航空发动机” 什么要模拟航空发动机空中环 随着飞行高度和飞行速度的不断提高，发动机工作参数变化范围加大，发动机在整个飞行包线内的性能，无法根据地面试车台的结果，利用相似原理准确推断发动机高空飞行性能，必须考虑进口气流雷诺数对发动机性能的影响。 随着现代航空发动机飞行工作范围的扩大，发动机最恶劣的工况点不是地面静止状态，而是中低空、大速度区域，地面试车台不能验证最恶劣工况，也无法满足发动机全包线调节、测试的需要。 在没有高空台的情况下，一般是将多发大型运输机、轰炸机改装成飞行台来进行发动机飞行试验，但飞行台的飞行高度一般不超过11000米，飞行速度低于0.85马赫，这对先进发动机研究远远不够。同时，由于飞行台工作效率和空间限制，试验周期很长，危险性也很大。关于“航空发动机空中环境模拟的优势” 模拟飞行范围广 飞行试验台一般有大型轰炸机改装，其飞行范围比试验发动机小得多，但空中环境模拟试验可很方便、灵活的改变发动机进排气条件，模拟现代军用和民用发动机整个飞行包线，甚至超出飞行包线的高空飞行状态，进行广泛的试验研究。 可模拟恶劣环境条件 部分试验要求发动机进口空气应模拟发动机飞行工作包线内，在任何高度和飞行速度下可能出现的最大总温和总压。实际飞行时不可能飞到这种恶劣环境，只有发动机高空模拟试验可模拟这种恶劣的高空飞行条件并进行试验。 安全性高
新研制的航空发动机，可能还存在许多问题，如果采用飞行试验，则存在很大风险，发动机一旦出现问题，有可能导致机毁人亡的事故。而地面模拟试验，则相对安全的多，即使发动机出现故障，也比较容易处理，一般不会出现严重事故。 试验重复性好 地面模拟试验测量和数据采集，不像飞行试验那样受空间和重量的限制，可以自由地设置准确度尽可能高、测量参数尽可能多的测量系统。一般可以测量1000~2000个稳态参数，200~400个动态参数，单参数准确度0.1%~0.5%，静推力准确度达0.52%~1.3%。 缩短研制周期 航空发动机的研制需要进行大量的试验，从方案设计到定型，至少需要10000小时以上的整机试验。 美国国防部和NASA经过对各种航空发动机的研发过程进行调查统计后得出结论，一台现代航空发动机在5～6年的研制周期中，高空实验要进行5000多小时。 据英国统计，仅仅2周的高空台试验工作量就相当于300次飞行试验。英国上世纪50年代研制发动机时，由于试飞平台坠毁，启用高空台进行试验，结果原计划一年的飞行试验，在高空台上仅仅用了1个月。 经济性好 据国外报道航空发动机飞行试验的费用约为地面全尺寸模拟高空试验费用的6~12倍。 在工程研制阶段就可进行高空模拟试验，尽早发现问题，而不需要等到具备飞行试验条件后再进行高空环境试验。 关于“航空发动机空中环境模拟的发展历程” 第一阶段
摘要：航空发动机的历史大致可分为两个时期。第一个时期从首次动力开始到第二次世界大战结束。在这个时期，活塞式发动机统治了40年左右。第二个时期从第二次世界大战至今。60多年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。 关键词：活塞式喷气式 航空发动机诞生一百多年来,主要经过了两个阶段。 前40年（1903~1945），为活塞式发动机的统治时期。 后60年（1939~至今），为喷气式发动机时代。在此期间，航空上广泛应用的是燃气涡轮发动机，先后发展了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。亦派生发展了输出轴功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。 一、活塞式发动机统治时期 很早以前，我们的祖先就幻想像鸟一样在天空中自由飞翔，也曾作过各种尝试，但是多半因为动力源问题未获得解决而归于失败。最初曾有人把专门设计的蒸汽机装到飞机上去试，但因为发动机太重，都没有成功。到19世纪末，在内燃机开始用于汽车的同时，人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源，并着手这方面的试验。 1903年，莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出 kW的功率，重量却有81 kg，功重比为daN。发动机通过两根自行车上那样的链条，带动两个直径为的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。 在两次世界大战的推动下，活塞式发动机不断改进完善，得到迅速发展，第二次世界大战结束前后达到其技术的顶峰。发动机功率从近10kW提高到2500kW 左右，功率重量比（发动机功率与发动机质量的重力之比，简称功重比，计量单位是kW/daN）从daN提高到daN，飞行高度达15000m，飞行速度从16km/h提高到近800km/h，接近了螺旋桨飞机的速度极限。 20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。活塞式发动机加上螺旋桨，构成了所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的动力装置；活塞式发动机加上旋
D-18A 涡轮风扇发动机外形 牌号D-18A 结构形式双转子 推力范围1765daN 现状研制中 装机对象 研制情况 D-18A 是波兰航空研究所研制的一种全新双转子涡轮风扇发动 机，1992 年4 月16 日首次试车。 K-15 涡喷发动机外形 牌号K-15 结构形式单转子 推力范围1470daN 现状生产 装机对象波兰1-22 串列双座教练机、侦察机和对地攻击机。 研制情况 K-15 是波兰航空研究所研制的单转子涡轮喷气发动机。计划于1988 年中公布，目前正由波兰热舒夫工厂生产。 SO-1/SO-3 牌号SO-1/SO-3 结构形式单转子 推力范围980～1080daN UnRegistered 现状停产 产量SO-1 共生产30 台，SO-3 共生产580 台 装机对象SO-1 TS-11 教练机。 SO-3B TS-11 教练机。 SO-3W22 I-22 教练机、侦察机和对地攻击机。 研制情况 SO-1 单转子涡轮喷气发动机是波兰航空研究所设计的，由波兰 热舒夫工厂生产。保证翻修寿命为200h。SO-3 是由SO-1 改进而来，适用于热天气候工作，对压气机、燃烧室和涡轮作了少量修改，外廓尺寸不变。翻修寿命400h。燃油喷嘴和火焰筒经修改后出口温度场 更均匀。 TWD-10B 涡桨发动机外形 牌号TWD-10B 结构形式自由涡轮式单转子 推力范围754kW 现状生产 装机对象安-28 短距起落轻型运输机。 研制情况 TWD-10B 涡桨发动机是波兰热舒夫工厂按前苏联鄂木斯克/格 鲁申柯夫设计局设计的ТВД-10Б涡桨发动机的许可证制造的。翻修寿命1000h。
航空发动机直连式高空模拟试车台主要设计技术难点分析 发表时间：2019-07-10T09:49:00.537Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年7期作者：刘炳伟陈宣任初广宇高福山 [导读] 高空模拟试车台是航空发动机技术探索、试验验证和鉴定定型不可或缺的核心设备，设计过程中存在很多设计技术难点，本文就此进行相应的技术初步探讨。 中国航空规划设计研究总院有限公司 100120 摘要：高空模拟试车台是航空发动机技术探索、试验验证和鉴定定型不可或缺的核心设备，设计过程中存在很多设计技术难点，本文就此进行相应的技术初步探讨。 关键词：航空发动机试验工艺设计 前言 航空发动机是在高温、高压、高转速、高负荷等极为苛刻的条件下工作的复杂装备。虽然设计计算方法与试验技术相辅相成不断进步，但是计算手段仍然无法全面考虑实际工况，取代试验的地位，为保证发动机可靠工作，仍须进行多种严格试验，试验积累的大量经验与数据也是改进设计和计算方法的重要基础。 高空模拟试车台是航空发动机技术探索、试验验证和鉴定定型不可或缺的核心设备，具有准备时间短、测试数据多、准确、可靠，重复性好，周期和费用短，经济可靠等特点，战略意义十分重要。 根据设备型式航空发动机高空模拟试车台可以分为直连式高空模拟试车台、自由射流高空模拟试车台和推进风洞。本文就航空发动机直连式高空模拟试车台的建设主要难点进行初步的技术探讨。 一、航空发动机高空模拟试车台介绍 1、基本概念 航空发动机高空模拟试车台是指在地面设备设施中通过建立进排气条件达到模拟发动机在不同高度和速度的飞行条件下的工作状况的大型复杂系统。 航空发动机高空模拟试车台工艺原理如图1-1所示，一般包括高空舱、冷却器、灭焰段等主体设备及配套的气源系统、空气处理系统、水、电力、燃油、蒸汽系统等。 图1－1 航空发动机高空模拟试车台工艺原理简图 2、主要特点 航空发动机高空模拟试车台核心是可以控制进气条件和环境压力、温度等参数的高空舱。被试发动机置于高空舱内，通过控制进气条件和舱内压力、温度，即可在地面模拟发动机在不同飞行高度和飞行速度下工作的环境，测取发动机性能并考核发动机及其系统的工作可靠性。因此，高空模拟试车台具有模拟飞行包线宽广、试验周期短、试验可重复性好、测试参数种类多、精度高、数据可靠等特点。 二、航空发动机直连式高空模拟试车台主要建设技术分析 1、直连式高空模拟试车台设计总体技术分析 直连式高空模拟试车台（以下简称高空台）建设是一个系统工程，需要就特定发动机和后续能力预留情况，确定主要被试对象的工作包线，进而确定高空台的试车工作包线，以此作为主要的设计依据。 2、直连式高空模拟试车台主要系统技术难点分析 高空台试验过程具有能耗高、间断性、无特别严格规律的特点，因此在设计过程中需要着重考虑这些特点对各个系统和专业的影响，尤其是温度交变工况的影响。 （1）气源系统 气源系统主要是指空压机组和空气管网系统组成的统一整体，按照试验功能分供气和抽气系统两部分。供气系统为发动机进口提供压缩空气，抽气系统建立发动机背压，模拟飞行高度。根据被试发动机需求，气源系统采用串并联组合供抽气方案进行设计。供抽气能力配置遵循“高低搭配”的原则，机组建设考虑一定的预留。 （2）空气处理系统 空气处理及加降温系统主要用于提供发动机进口所需的某一特定压力、温度、湿度的空气，系统包括干燥、除湿、除尘、加温、降温等部分。温度、振动影响需要在设计中重点分析。 （3）高空舱 高空舱是高空台的核心部分，承载着被试发动机的试验、测试任务，主要布置试车台架、被试发动机、排气扩压器、试车设备及相应
北京航空航天大学 研究生课程实验报告 小型航空发动机整机试验报告 共12页(含封面) 学生姓名： 学生学号： 任课老师： 联系方式： 能源与动力工程学院 年月
一、试验简介 1.1 试验目的 了解小型航空发动机整机试验过程，熟悉发动机试车台结构和发动机上下台架操作步骤，了解发动机整机测试系统掌握发动机试车过程操作方法，学习发动机试验数据处理及总体性能计算。 1.2 试验内容 a)发动机上下台架操作； b)发动机试车过程控制操作； c)发动机试验数据处理及总体性能计算。 1.3发动机、试车台以及CAT系统简介 1.3.1发动机简介 本次试验所用的WPXX发动机是一台小型、单轴、不带加力燃烧室的涡轮喷气发动机，主要由以下几部分构成： a)压气机：组合式压气机，由一级跨音轴流压气机和一级单面离心压气机组成； b)燃烧室：轴内供油式环形燃烧室，使用靠离心力甩油的甩油盘供油； c)涡轮：单级轴流式涡轮； d)尾喷管：简单收敛式不可调节的尾喷管。 发动机的主要技术参数为：海平面静止最大推力为850公斤，空气流量13.5kg/s，压气机增压比5.5，涡轮前温度1200k，转速22000r/min。 发动机的主要工作状态划分：
1.3.2试车台系统 a)燃油系统； b)数字控制系统； c)油滤、油路、起动供油系统； d)滑油系统； e)起动系统； f)电气系统测试附件。 1.3.3计算机辅助测试系统（CAT） 1）传感器选型原则： a)灵敏度高，输入和输出之间应具有良好的线性关系； b)噪声小，滞后、漂移误差小； c)常用的测量值大小约为传感器最大量程的2/3左右，最小值不低于1/3； d)动态特性好； e)接入测量系统时对测量产生的影响小； 2）数据采集系统的主要评定指标： a)分辨率 b)采集速度 c)线性度 d)误差限 3）CAT系统： 与一般系统相比，CAT系统包含了数采数据又高于数采系统。
航空发动机性能仿真 1、概述 发动机是飞行器的心脏，其性能对飞行器的发展有着至关重要的影响。传统的发动机总体设计，主要通过对原准机的研究和改进，并在详细设计中对各种部件性能试验和地面台架试车、高空模拟试验、飞行试验等整机试验来预测其性能，研制周期较长。 随着飞行器研制速度加快，传统设计模式已不能满足快速设计验证的要求。自上世纪80年代中后期，欧美航空行业开始推行数字化研发体系，分别推出NPSS和VIVACE计划，旨在通过建立航空发动机协同开发平台，来减少发动机的研发周期和成本。PROOSIS是2007年结束的VIVACE计划的重要成果之一。它是一款面向对象的飞行器动力系统性能仿真软件，具有完善的动力系统零部件模型库，可用于各类航空发动机系统的建模仿真分析。
2、PROOSIS的优点 丰富、开放并支持自定义的多学科模型库 PROOSIS包含多个领域的组件库，各组件的源代码完全开放，用户不仅可以修改这些代码，也可以自定义特殊组件；因此，用户既可以应用软件自带的组件构建发动机系统，也可以通过继承或重新定义的方式创建特殊的组件来构建发动机系统。
完美的多学科耦合分析 可以在同一个模型中综合分析控制、机械、电气、液压等耦合状况；从而使得用户可以将发动机的热力循环过程、控制系统、燃油和冷却系统的液力过程、电气系统等综合在同一个模型中进行综合分析，并能够将发动机模型嵌入到飞控模型中分析其性能对整个飞机的影响。 无需因果逻辑的面向对象编程语言EL 各变量之间不是赋值格式的关系，而是函数关系，模型的通用性、复用性都更好；模型可以实现信息隐藏、封装、单重继承或多重继承等；因此，同一个发动机模型，可以根据已知参数的不同，进行不同的分析。
航空发动机试验与测试技术的发展 郭昕，蒲秋洪，宋红星，黄明镜 （中国燃气涡轮研究院，成都６１０５００） 摘要：试验与测试技术是航空发动机预研和工程发展阶段中的主要内容。通过对国内外航空发动机试验与测试技术现状与发展趋势的分析，提出了发展我国航空发动机试验与测试技术的方向。 关键词：航空发动机：试验与测试技术；发展 １引言 １９０３年，美国人莱特兄弟驾驶自制的活塞式发动机作动力的“飞行者１号”飞机，完成了人类首次有动力飞行。一百年前，人类实现了飞翔的梦想，一百年后，人类拥有了整个天空。 航空发动机是飞行器的动力，对飞行器的性能、可靠性、安全性至关重要。航空大国美国、俄罗斯、英国、法国等都十分重视航空发动机的试验工作，政府研究机构拥有许多大型试验设备，各公司的研究部门，一般也都有独立的试制车间和强大的试验室。新品研制强调走一步试验一步，从部件到整机要通过设计一试制—试验的几个循环才能达到实用阶段，甚至投入使用后仍在试验，使设计的薄弱环节充分暴露，并予以改进。根据统计，国外在研制发动机过程中，地面试验和飞行试验最少需５０台发动机，多则上百台才能最后定型。其中地面试验要上万小时，最高达１６０００小时以上，飞行试验需５０００小时以上。研制总费用中，设计占１０％，制造占４０％，而试验要占５０％。 经过半个多世纪突飞猛进的发展，航空燃气轮机技术日见成熟，要求减少和简化各种试验考核项目的压力越来越大，希望将发动机试验从传统的试验——修改——试验过程转变为模型——仿真——试验——迭代的过程。但目前地面试验仍然是发动机研制中的主要内容，而且试验考核的要求越来越严格。值得注意的是，美国新一代军用发动机研制中，在高空台上的试验时数比以前有大幅度的上升。美国历史上投资最大（达５０多亿美元）的发动机预研计划——ＩＨＰＴＥＴ计划（综合高性能涡轮发动机技术计划）有一个突出特点，就是强化了新技术的试验验证，新技术的验证和综合贯穿于部件、核心机和技术验证机三个阶段，这是美国航空发动机技术发展的成功经验。可见，只有重视试验研究，航空发动机技术发展才有坚实的科学基础。 发动机测试技术是航空推进技术发展的支撑性技术，它随第一代发动机研制而产生，随需求牵引和技术进步的推动而发展，已经历了半个多世纪的发展历程，已从稳态测试、动态测试向着试验——仿真一体化方向发展。
航空发动机试验测试及数据管理技术研究 摘要：航空发动机作为航空技术的重要研究项目是一项比较复杂的技术工艺， 它不仅仅涉及到空气动力学、工程物理学等方面的知识，更加涉及到传热传质、 机械、电子、自动化等多种科学，是一门比较复杂的综合性学科。作为一名航空 作业人员，必须要掌握多种学科的专业知识，同时还要掌握最前沿的科学技术以 便更好地指导航天事业的发展进步。 关键词：航空发动机；数据管理；测试 我国航空发动机技术经过多年的发展，取得了巨大的进步，已经积累了大量 的试验经验和测试数据，但是新时代航空发动机对测试技术提出了更高的要求， 积极推动试验测试技术的发展势在必行。 1航空发动机试验测试技术发展现状 航空发动机测试技术是航空航天技术发展的重要保障组成部分，经过半个多 世纪的快速发展，航空发动机测试技术取得了巨大的进步。数字模拟和试验仿真 技术应用于航空发动机测试，减少了试验次数，保证试验质量的同时加快了研究 进度。测试技术正在从传统的试验、修改、试验的迭代过程到建模、仿真、实验、改进的过程转变，但是目前地面测试依然是航空发动机研发的主要方式。 随着光电检测、计算机技术、电磁感应技术、传感器技术的迅猛发展，更多 的新技术被应用到航空发动机测试中，大大促进了测试技术的升级。新技术让测 试手段多样化，让以往不能实现的测试项目变为可能，主要表现在激光、薄膜传 感器、红外、超声波和射线等手段加入到试验测试。依赖于集散式的数据采集技 术发展，动态测试、测试数据库管理和信号处理技术都取得了较大的发展。数据 采集功能的强大让发动机的各项参数更加直接快速的反馈到试验者手中，通过建 立完整的信息分析系统，形成交互的一体化网络，让发动机的性能特征直观的反 应出来。 2航空发动机试验测试技术的特点 发动机是航空动力装置的重要组成部分，对飞机运行的安全性及可靠性都有 着不可忽视的重要影响，各国航天在发展的同时都将其发动机作为重点项目进行 大量的数据研究与分析，则是希望可以通过简化发动机装置来进行航空飞行的操作，这样不仅仅可以降低成本，更能在一定程度上提升系统的安全性和可操作性。一定意义上来讲航空发动机是由进气道、压气机、燃烧室等部件组成的，是一个 相对比较复杂的动力系统。所以在进行试验测试的过程中，必须做好充足的准备，从其自身性能出发，要确保各部件都要符合技术要求。 （1）综合性。不言而喻，航空发动机是一项比较复杂的系统作业，同时也是一门综合性比较强的学科。它不仅仅涉及到专业的航空技术知识，更是对流动力学、热力学、机械学等方面的研究有着更高要求，作为一名航空作业人员必须对 其进行熟练掌握。能够运用多种技术方式进行测试技术的诊断，发现问题利用科 学有效的管理方式加以解决。 （2）测试参数多样。由于航空试验测试技术是一项比较复杂的作业，所以在进行此项测试的过程中，要针对其每项数值进行科学的诊断及梳理、记录。通过 试验测试结果显示的数据能够分辨出发动机的转速、压力、气流运速等方面的问题，而不是单一的进行数据统计。 （3）测试要求高。作为测试人员要事先对航空发动机的性能有所了解，能够从温度、转速、范围等方面进行判断，甚至能够对运行中的发动机进行压力值、
1 中小型航空发动机的范围、作用和地位 中小型航空发动机主要是指目前应用最广泛的燃气涡轮发动机和少量的活塞式发动机中推力和功率在中等以下者。关于中小型发动机的界定范围，根据国内外业内人士的共识，可以把中型涡喷/涡扇发动机和中型涡桨/涡轴发动机的推力和功率上限分别设在5000daN和5000kW。相应的小型发动机的推力和功率上限分别为500daN和500kW。这样界定的理由是，它们相应的核心机空气流量大致相近，前者为15~25kg/s，而后者为3.0~5.0kg/s。因而，它们在设计和试验技术上有相同之处。一个典型的例子是，处于中型发动机上端的AE3000涡扇发动机、AE2100涡桨发动机和T406涡轴发动机采用同一的核心机。目前在使用中的活塞式发动机功率一般不超过350kW。对于推力/功率分别小于50daN/50kW和5daN/5kW的微型和超微型发动机不在本文的研究范围。 中小型航空发动机的机种多，推力/功率档次差异大，结构类型各不相同，在军用和民用方面有广泛的用途，在国民经济和国防建设方面有重要的作用和地位： （1）在军用方面，现代战争是立体作战，陆、海、空、天构成一个完整的作战体系，其中采用中小型发动机的直升机、巡航导弹和无人机以及教练机、轻型强击机和轻型运输机等起到十分重要的作用。 （2）在民用方面，支线客机、通用飞机和直升机以及大型飞机的机载辅助动力装置方面有着广阔的应用前景。 （3）在地面应用方面，由中小型航空发动机改型的轻型燃气轮机可应用于坦克、舰艇、移动电站、天然气和石油管线泵站。 （4）在经济方面，在航空燃气涡轮发动机市场上，中小型发动机所占的份额很大。近年来，在世界市场上，中小型航空发动机在生产台数中占的份额接近90%，在销售额的份额中接近60%。 表1和表2分别示出中小型发动机的用途和市场份额。 表1 中小型航空发动机的目前应用范围 表2 2004~2013年世界航空燃气涡轮发动机市场预测