航空发动机试验与测试技术发展分析

航空发动机试验与测试技术发展分析
摘要：随着航空事业的快速发展，对航空发动机试验与测试技术的要求也在
提高。

航空发动机试验测试技术是集流体力学、热力学、计算机、电子学、控制学、材料学、结构力学等为一体的综合性学科。

无论在研制过程中，还是在批产、使用过程中，发动机试验都是一个至关重要的环节，大多数的技术质量问题可以
在这个环节暴露。

关键词：航空发动机；测试技术；发展
1航空发动机试验特点
航空发动机试验种类很多，试验设备、试验条件和试验环境等也是千差万别。

按试验对象，可分为零部件试验、系统试验、核心机试验、整机试验。

按学科专业，可分为气动、燃烧、换热、控制、机械传动、结构强度、材料、工艺等各类
试验。

按最终目的，可分为科学研究试验、型号研制考核试验和批生产发动机试验。

按试验项目，可分为基本性能试验、基本功能试验、可靠性试验、环境试验、生存能力试验。

由于试验种类多、试验项目多，所以航空发动机试车台也迥然不同，整机试车台主要有性能试车台、起动规律试车台、姿态试车台、高空模拟试
车台、电磁兼容试车台、轴功率试车台、螺旋桨试车台等。

由于试车台的功能不同，所包含的系统也千差万别，如台架系统、进气和排气系统、液压加载系统、
燃油系统、滑油系统、电气系统、测试系统等不尽相同。

2航空发动机试验测试技术发展现状
历经多年的发展，我国航天发动机在试验测试技术等方面所取得的成就是显
而易见的，作为航空发动机的重要组成部分，测试技术的发展将对其整个航空事
业的发展有着极其重要的作用。

尤其是近年来数字模拟技术和仿真技术更是加速
了试验测试技术的发展，一定程度上不仅仅减少了试验的次数，更是提高了测试
的准确度和精准度。

试验测试技术也已由传统的试验更显迭代得到了较大的进步，这也将是未来航空发动机发展的重要方向。

与此同时测试技术的发展进步离不开
相关技术的迅猛发展。

如计算机技术、光电技术、电磁感应技术等，都对其测试
技术的发展起到了重要作用。

在以往测试技术的运行过程中主要是依据传统的测
试方式进行试验或是数据搜集，大大降低了其数据的准确性，然而利用激光、红
外线等技术将原有的信息数据进行实时数据监控，这就大大增强了系统对数据的
全面分析，并利用计算机技术形成体系化的网络管理模式，能够在第一时间检测
出航空发动机的性能及直观的进行数据分析。

3航空发动机试验测试技术发展需求
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1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。

4发展策略
4.1测试设备和组件标准化
标准化问题是在科学技术发展中的一个重要的要求，在航空测试技术中有其
重要性。

在航空发动机试验测试中，用到大量的测试设备和组件受感部，必须有
很高的精确度和可靠性。

在试验中，测试设备和组件受感部在使用、更换、维修，以及进行计量校准，需要花费大量的重复工作。

标准化测试设备和组件配置，可
以降低试验对设备的依赖程度，这样均可对不同发动机进行测试，大大减少测试
技术系统硬件备份数量，有效降低成本。

为了减少重复的工作，提高试验测试效率，对测试设备和组件受感部的设计、使用、维护、校准等进行标准化研发非常
必要。

4.2提高试验测试结果准确度
随着航空发动机研制的深入，需要更为准确的试验测试结果为设计提供依据，验证设计是否满足要求，为修改设计提供依据，为部件和整机交付验收提供判据。

欲提高试验测试结果的准确度，不仅要了解测量设备的工作原理和技术指标，还
要了解被测对象的特性、测量设备工作环境、测量方法、测量程序等环节的细节。

发动机测试与常规测试工作相比具有其特殊性，测试系统与发动机之间的相互作
用可能对测试数据的准确度产生较大影响。

因此，需要将发动机测试技术与发动
机试验技术、发动机性能评价技术结合起来进行综合研究。

例如，测试探针对发
动机流道堵塞的影响；位移机构的移动速度和稳定时间之间匹配对测量结果的影响；气流速度、辐射、导热等对测量准确度的影响；非均匀流场下测试截面测点
布局对测量结果的影响；气流参数动态波动对稳态测量结果的影响；发动机机械
平衡和热平衡状态对性能变化的影响；试验器、发动机控制系统动态特性对发动
机状态的影响；转速控制、导向叶片角度、间隙变化对发动机性能的影响；数据
处理平均算法对性能数据的影响；大气温湿度压力对发动机性能的影响；进气温
度压力畸变对发动机性能的影响；进、排气系统设计对发动机性能的影响；泄漏、引气等对发动机性能的影响；试车间流场、试车台架对发动机推力测量的影响等。

以上影响因素在不同的试验中可能有不同表现，需要针对具体情况作具体分析。

找到影响试验数据准确性的因素，量化和评估这些影响量的大小以及对各项测量
结果影响的敏感系数，需要大量的工程经验和相关数据库的支撑，并开展大量的
基础研究工作，才具备评定试验数据不确定度的条件。

测量结果是否可用很大程
度上取决于其不确定度的大小，测量不确定度是对测量结果质量的定量表征。

完
成影响因素分析和不确定度评定后，即可根据分析结果对影响较大的因素采取控
制措施，例如控制试验设备技术状态、优化试验程序、开展现场系统校准、优化
测量截面测点布局、关键测量点冗余设计、通过数据验证技术剔除包含较大误差
的数据、开展试验前的检查，以确保试验成功。

4.3未来发展趋势
试验技术远期发展需按国家相关标准、装备试验鉴定条例和适航条款要求全
面考核，建立起支撑未来航空发动机发展需求的试验能力。

一是特殊环境下的关
键试验技术达到国际先进水平；二是建成发动机试验故障库和故障诊断知识库、试验设备仿真模型库；三是建成系统性强、规范健全、试验研究与鉴定手段完
善的试验技术体系；四是实现智能试验和虚拟试验，建成发动机试验健康管理
专家系统。

测试技术远期发展需探索航空发动机测试技术的新原理和新方法，实
现测试技术的智能化、信息化。

一是在非接触式与特种测量技术方面，实现与国
际先进水平并驾齐驱；二是需建立较完备的发动机特性和故障特征数据库；三是
构建完备的网络化数据综合诊断专家系统；四是实现健康管理技术智能化、信息化，实现机载、远程智能监测、诊断及预报。

结语
试验测试是对航空发动机零部件、系统和整机性能设计和优化的重要参考依据，因此提升航空发动机测试技术对推动航空发动机发展有着重要的意义。

参考文献
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