基本介紹
- 中文名：發動機試驗
- 外文名：Engine test
- 試驗目的：檢驗發動機性能、可靠性和耐久性
- 試驗類別：可靠性試驗
- 試驗內容：發動機研製試驗、整機試車等
- 試驗技術需求：高性能測試儀器、小型感測器等
基本概念,試驗內容,技術特點,發展需求,
基本概念
發動機試驗，是指利用專門的試驗和測試設備檢驗發動機的性能、可靠性和耐久性的實驗。全台發動機的試驗又稱發動機試車。航空發動機的工作條件非常苛刻，處於高溫、高壓和高速轉動的工作狀態，為了提升航空發動機的性能、可靠性以及壽命等，要充分掌握航空發動機在不同工況下的溫度、壓力、腐蝕、間隙以及應力等情況。
試驗內容
發動機研製試驗
按照試驗項目設定，航空發動機通用規範中大部分研製試驗均可劃歸為可靠性試驗，均可用於發動機型號研製的可靠性綜合評估。其內容主要包括結構完整性、性能穩定性和控制系統中的軟體可靠性設計等。結構完整性保障推進系統結構設計足以滿足強度、振動、耐久性、損傷容限、包容性等要求；性能穩定性意味著持續且可靠地起動，平穩而又靈敏地加、減速，在給定功率狀態下保持穩定的推力以及無失速、熄火和燃燒不穩定等。當然，作為設計分析的基礎，在研製中還要關注材料性能試驗，充分保證基礎數據的可靠性。
零部件和系統試驗
按照發動機有關標準、規範及指南中涉及的試驗要求，發動機的零部件、系統試驗主要劃分為3類。
（1）部件性能與穩定性驗證試驗。該類試驗指對核心機、風扇、壓氣機和渦輪等部/組件及控制系統等開展的試驗，包括調節能力試驗、加力燃燒室穩定性試驗，控制系統的半物理模擬試驗等，為確定部件和系統穩定性提供了依據。
（2）在正常使用環境條件下的可靠性、耐久性試驗。該類試驗是為驗證零部件在正常工作環境條件下進行的可靠性、耐久性試驗，如葉片高循環疲勞試驗、盤軸等關鍵件的低循環疲勞試驗、關鍵件的損傷容限試驗，成附屬檔案的環境和可靠性試驗等。在進行該類試驗過程中極限載荷環境的確定對驗證部件和系統的可靠性意義重大。
（3）在惡劣載荷條件下的部件安全能力試驗。該類試驗包括包容性、盤破裂、扭矩極限、承壓容器的壓力試驗等。如盤的破裂試驗一般要檢查出裂紋或破壞為止；進行滑油系統開展滑油中斷和耗損試驗以驗證在滑油耗損後能繼續在規定時間段內安全工作的能力。
整機試車和飛行試驗
全尺寸發動機試驗的目的是驗證各設計系統是否滿足發動機運行要求，以及補充驗證在部件試驗中模擬實際環境不夠充分或無法開展的項目；飛行試驗則是補充在地面和高空台無法驗證的試驗內容。整機試車、試飛項目主要包括3類。
（1）整機性能和穩定性試驗。該類試驗包括參數測量、控制規律調整試車、轉子動力學試車、熱和壓力測量以及振動應力測量等，由此提供整機性能數據，驗證發動機的性能分析模型的正確性。驗證進氣道、壓氣機、燃燒室和渦輪的溫度極限、燃燒室和加力燃燒室的熄火極限、飛機機動包線內的畸變極限等。開展地面和高空模擬試驗，以說明並檢驗推進系統的瞬態回響特性，以及地面和高空試驗驗證起動能力等。
（2）載荷試車。該類試驗包括加速任務試驗/ 加速模擬任務耐久性試驗，以及動應力測量等，驗證發動機能夠在計畫的檢查間隔和設計使用壽命期內安全、經濟且可靠地工作。各類極限載荷環境對驗證整機可靠性具有重要意義。
（3）在惡劣載荷環境條件下的整機試車。該類試驗包括葉片飛出、包容性、超溫、吞煙等，驗證惡劣載荷對發動機的影響，即在惡劣載荷作用後的規定時間內保證飛機安全的能力。
成附屬檔案的可靠性試驗
成附屬檔案的可靠性極限/強化試驗實際上就是在產品研製初期，根據故障模式及失效機理分析結果，通過針對性施加強化的工作載荷，激發並暴露產品功能和結構的薄弱環節，進行故障定位、失效分析，找出失效原因，提出設計、工藝改進措施，以提高產品可靠性的方法。
整機可靠性試驗
除重要的主機零部件、成附屬檔案和系統部分專項試驗外，其他部件要在整機這個真實的環境平台上進行摸底和驗證，整機可靠性試驗是驗證發動機主機、系統承載能力和穩定性的重要環節，其方案確定對發動機可靠性的考核有著至關重要的作用。在規劃整機可靠性試驗時，需要從故障模式的角度開展試驗條件和載荷設計。發動機機械零部件和系統的故障模式包括裂紋、斷裂、磨損等，電子產品則經常發生漂移、短路、斷路等故障模式，其原因主要包括振動、溫度、環境因素（如“三防”需要）和燃油品質等。整機可靠性試車載荷譜編制中需要充分考慮振動、溫度和各類額定值。
技術特點
航空發動機是一種集流體力學、熱力學、結構強度、機械傳動、計算機與電子技術、光學技術、材料、自動控制、故障診斷、噪聲控制和紅外隱身等多學科於一身，對溫度、壓力、應力、間隙和腐蝕等工作條件要求苛刻，對質量、可靠性、壽命等要求極高的複雜系統。航空發動機試驗測試技術是1 門綜合性、多學科技術，涉及到力學、幾何量、熱學、電磁學、時頻、聲學、光學等專業領域；測試參數包括溫度、壓力、轉速、空氣流量、燃油流量、推力、扭矩、軸向力、功率、振動、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、進排氣顆粒、紅外輻射、噪聲等；套用技術包括結構設計、氣動熱力分析、信號感測、信號處理、信號傳輸、數據採集處理、數據分析、數據存儲技術等。
隨著發動機性能的不斷升級和對於可靠性、安全性和經濟性越來越高的要求，測試系統必須具備準確度高、靈敏度高、通道多、小型化、量程廣、抗惡劣環境、非接觸、動態回響好、智慧型化等特性，才能適應航空發動機研製和使用要求。發動機試驗測試結果必須符合設計要求的準確度，才能為航空發動機研製提供紮實有力的支持。
發展需求
未來發動機技術的發展要求發動機具有更高的渦輪進口溫度、效率和可靠性，以及更低的排放和噪聲，這些都對發動機試驗測試技術提出了新的挑戰。新一代智慧型發動機將採用更多的主動控制技術和健康管理技術，這對感測技術提出了更高要求。
未來航空發動機試驗測試技術發展的需求主要包括：高性能測試儀器、小型感測器設計、長壽命高可靠感測器設計、嵌入式感測、高溫燃氣溫度測量及校準、高溫構件表面溫度測量及校準、塗層狀態監測、高溫氣體流量測量校準、燃油流量動態測量校準、葉尖間隙測量與校準、整機和部件應力和振動測量、遙測、噪聲測量校準分析、排放測試、滑油品質線上監測、氣路監測診斷、氣動穩定性及動態壓力測量、空氣系統測量、流場精細測量等試驗測試技術研究工作、專用測試設備校準技術及試驗測試結果的準確度提高技術等。
