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第八篇
航空發動機試驗和測試
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第一章 航空發動機試驗技術概述
第一節 發動機研制和發展對試驗技術的要求
一種新型號發動機總體性能設計、總體結構設計、部件研制和調試、發動機各系統設計
（如防冰系統、控制系統、燃油系統、點火系統、潤滑系統、液壓和氣動系統、啟動系統、空氣系統、噴液系統、附件傳動系統以及推力轉向系統、操縱系統、漏油系統、防火系統和測試監控系統）都離不開試驗。發動機研制中要經過大量的部件、材料、整機、地面模擬和飛行試驗模擬才能確定發動機的性能、耐久性和操縱性。相鄰部件的相互影響、外界條件變更引起的發動機性能和穩定性的改變，主要是靠試驗確定。試驗不僅是必要的，而且隨航空發動機的發展，要求試驗技術和設備應隨之不斷提高和發展。新機的水平很大程度上取決于試驗設備及試驗和測試技術的水平。
據統計，一臺航空發動機由 " 萬或更多的零件組成。研制工作一般需要做 %&萬小時部件試驗， ’萬小時材料試驗， %萬小時整機試車。先進發動機試驗還遠遠超過這些數字。在發動機改進發展期間，部件和系統試驗是一個重要方面。美國 (%&&發動機發展期間，總試驗時數約為 %)&&&*，其中地面試驗時數為 %"&&&*，而部件試驗占地面試驗時數的 ’&+以上。 (’&’發動機試驗總時數為 %,&&&*。地面試驗時數為 %’&&&*，部件試驗時間占地面試驗時數的 -&+。由此可見，國外在發動機研制全過程中，幾乎有 %.時間用在部件試驗上。
重大的設備在發動機研發中起了關鍵作用。美國阿諾德工程發展中心在 %,//年建立的高空模擬試驗臺于 %,)"年投入使用，它對高性能發動機實現突破超聲速領域起了決定性作用。
一、試驗的必要性
航空發動機試驗的必要性主要表現在以下幾方面。
獲取用理論計算不可能得到的技術數據。例如，確定壓氣機和渦輪葉片的自振振型和自振頻率，作用在發動機元件上的振動載荷，壓氣機穩定工作邊界和容忍進氣畸變的能力，發動機過渡過程的性能參數，空中工作特性參數和機動飛行中載荷的確定等。
"為了適應現役機種提高推力、降低油耗、提高機動性、可靠性和耐久性的要求，就必須通過試驗來探索某種改進的可能性和有效途徑。 為了查明外部作用對發動機主要技術參數的影響，在發動機上各個部件相互關聯、相互影響的情況下，外部作用會引起發動機氣動力、強度和使用性能變化的二次效應。諸 •%&%-•
如飛鳥、雜物和雨滴進入進氣道，結冰，大角度俯沖造成的過載，飛行員急收油門造成的燃燒室極大貧油等都必須通過試驗來檢驗其對發動機各種性能的影響。 檢查和修正用計算方法算得的特性和參數，驗證發動機設計和生產工藝修改的效果。當通過試驗發現錄取的特性和參數不符合技術要求時，便隨時調整發動機。
"在批量生產發動機中，按驗收標準規程檢驗各個組件、部件及整臺發動機的質量是否達到技術要求。在考查發動機耐久性和長期工作后性能的穩定性中，通過等效加速試車和一定時數的壽命試驗及循環次數試驗來確定發動機實際可靠性和工作能力。
新機研制中通過大量的新材料試驗、創新部件可行性試驗、核心機和驗證機試驗來最終確定新機的設計、技術指標和綜合實施的可能性。其中以核心機為基礎衍生發展各類發動機是當今新機研發的有效途徑。核心機—驗證機匹配試驗，考查各部件的工作協調性是其主要目的。又例如，通過試驗確定陶瓷基復合材料 "、碳—碳復合材料 和金屬基復合材料 ""等的彎曲和拉伸強度、裂紋擴展速率、高溫工作穩定性、界面抗氧化性和抗振性；采用新制造工藝（如擴散焊連接、超塑成形工藝、復合冷卻的 %和繪制、照相—腐蝕、激光和電子束工藝、整體轉子 &機匣的制坯、精鑄、熱等靜壓和快速凝固等）制造的零部件都必須在部件試驗器和臺架上進行試驗考核，考查加工方法的適用性，測量主要性能參數在采用新工藝下的變化；采用主動間隙控制、狀態監控診斷、最佳性能調節以及控制穩定工作邊界等，都必須進行自動調節系統與發動機的匹配試驗。
航空發動機研制費用高，研發周期長，發展試驗和測試技術意義重大。據統計。 ’())發動機于 (*+,年定型時其研制費為 -. /億美元。至 (*0-年改進費達 1. 1/億美元。美國 2)世紀 *)年代發動機（戰斗機）型號發展費為 (2. /億美元。目前，一臺大型航空發動機研制費約為 2)億美元。其中各種試驗費用，諸如整機、部件、地面模擬和試飛等費用占相當的比例。因此，改進試驗方法，提高測試技術水平，對發動機研發是降低費用的重要部分。
另一問題是航空發動機的研發周期長。 ’())自 (*+,定型，出現可靠性問題后經改進達到其成熟期共經歷了 2)年時間； 34 ,(%發動機 ()余年間共使用 /(臺發動機，臺架試車累計達 (112/5，試飛 122/5，還裝于 *)年代的蘇 ,/飛機，其改進和發展仍在進行。
其他機種，如 36*%、’1、782)))、’"/1和 92/))發動機的研發均由于技術難度大、高度復雜、部件預研和試驗均提前 2)年進行，因此，改進試驗方法也有利于縮短發動機研發周期。
&發動機的一體化研發方法，即從方案設計到外場采購發動機的整個壽命期內，包括設計、計劃、試驗、加工、方案改進以及產品驗收等均從使用觀點進行權衡設計和試驗，并要求更有效的試驗方法，獲得可靠的測試結果和數據，從而獲得具有最佳性能、可靠性和維修性的發動機。因此，高水平的試驗和測試技術是十分必要的。
各種航空發動機的研發迫使試驗和測試技術必須適應這一要求。性能、可靠性和經濟性的綜合權衡要求試驗和測試技術不斷改進、不斷完善及發展。當今和未來對先進發動機的需求量將不斷增加，因此對提高推重比、降低耗油率、低維修費用、低噪聲、低有害排放物、多狀態最佳性能參數、適應惡劣使用條件以及高可靠性和高可操縱性的發動機研究越來越深入。動態測量、試驗和計算數據可視化、試驗仿真要求試驗和測試技術進入現代化以及綜合化的
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