航空發(fā)動(dòng)機(jī),是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械,為航空器提供飛行所需動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟,為航空器提供飛行所需動(dòng)力,其研究和發(fā)展工作的特點(diǎn)是技術(shù)難度大、耗資多、周期長(zhǎng),且發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件的工作環(huán)境十分惡劣,常常處于高溫,高壓和高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工作狀態(tài),倘若其中有一個(gè)零件出現(xiàn)問題都有可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停車或破壞,那么我們就需要在航空發(fā)動(dòng)機(jī)正式投入使用前對(duì)其進(jìn)行性能、功能、強(qiáng)度以及可靠性的測(cè)試。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)
俄羅斯的AL-31FN發(fā)動(dòng)機(jī)
發(fā)動(dòng)機(jī)的試車指的就是測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。慢車,即發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作的最小功率測(cè)試,幾乎不產(chǎn)生推力,即不能轉(zhuǎn)速過低而熄火,也不能轉(zhuǎn)速過高而推動(dòng)飛機(jī)滑行。大車,則為最大功率測(cè)試,主要通過排氣溫度,確認(rèn)轉(zhuǎn)速是否能達(dá)到額定最大功率。在研的發(fā)動(dòng)機(jī)需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的試車,以便調(diào)整其性能,考驗(yàn)可靠性,耐久性以及適用性。其中,性能試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量、推力、燃油消耗率和穩(wěn)定性程度,并檢驗(yàn)部件的性能特性。適用性試驗(yàn)則主要用于測(cè)定航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)油門和進(jìn)氣口氣流流場(chǎng)條件變化的響應(yīng)。耐久性試驗(yàn)包括低周疲勞壽命、應(yīng)力斷裂或蠕變壽命、振動(dòng)特性,抗外來物損傷等機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)。還有環(huán)境試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)。
環(huán)境試驗(yàn)箱
中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院
發(fā)動(dòng)機(jī)試車主要工藝流程包括:接受發(fā)動(dòng)機(jī),試車前準(zhǔn)備,發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架上的安裝,啟動(dòng)前的準(zhǔn)備,假啟動(dòng)和內(nèi)部啟封,冷運(yùn)轉(zhuǎn),啟動(dòng),暖機(jī),磨合運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)功能檢查,發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)功能檢查,穩(wěn)態(tài)與瞬時(shí)態(tài)檢查,發(fā)動(dòng)機(jī)其他特性檢查和驗(yàn)證,冷機(jī),密封性檢查,停車,內(nèi)部油封,發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架上的拆卸,外觀檢查及調(diào)整部位保險(xiǎn)、鉛封等。
A350的遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)開始試車
AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)1970年代初開始論證,1973年開始研制,1984-1985年通過了調(diào)試和國(guó)家鑒定試驗(yàn)
Al-31發(fā)動(dòng)機(jī)試車照
F18發(fā)動(dòng)機(jī)試車
1、檢查
發(fā)動(dòng)機(jī)安裝后,進(jìn)行第一次啟動(dòng)前必須保證各接口是否正常連接,以及檢查發(fā)動(dòng)機(jī)外部是否清潔,有無油跡,以辨別停車和開車時(shí)可能出現(xiàn)的非正常漏液;檢查試車臺(tái)設(shè)備準(zhǔn)備情況和工作現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備情況;發(fā)動(dòng)機(jī)通電檢查,發(fā)動(dòng)機(jī)所有涉及電氣的系統(tǒng)均需進(jìn)行停機(jī)狀態(tài)下的通電檢查和調(diào)整,以確定各部位與功能是否正常。其中,重點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)裝置的建檢查和調(diào)整。
洛克希德工作人員正在安裝F135發(fā)動(dòng)機(jī)
美國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)
2、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部啟封和注油
發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部啟封是用燃油沖注發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng),以清除油封后留下的滑油。內(nèi)部啟封的工作要求必須嚴(yán)格地遵守它的要求和規(guī)定。同時(shí),以規(guī)定的工作滑油取代滑油系統(tǒng)中的油封潤(rùn)滑,吹干凈氧氣系統(tǒng)并檢查氧氣系密封性,排除液壓油系統(tǒng)中的空氣。由起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),在規(guī)定時(shí)間內(nèi),將發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)到規(guī)定轉(zhuǎn)速,僅供燃油而不點(diǎn)火的運(yùn)轉(zhuǎn)稱為假開車或者假啟動(dòng)。假開車的目的是排除發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)內(nèi)的空氣,檢查系統(tǒng)密封性,沖洗系統(tǒng)內(nèi)的油封油,觀察啟動(dòng)調(diào)節(jié)器控制的啟動(dòng)供油情況,根據(jù)滑油壓力表的顯示判明滑油壓力是否建立等情況。
我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車曾出現(xiàn)尾筒噴火險(xiǎn)些爆炸
3、冷運(yùn)轉(zhuǎn)
由啟動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),將發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)帶轉(zhuǎn)到規(guī)定轉(zhuǎn)速,不供燃油也不點(diǎn)火的運(yùn)轉(zhuǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的冷運(yùn)轉(zhuǎn)。冷運(yùn)轉(zhuǎn)的目的是吹除發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)積油和余火。當(dāng)滑油箱或滑油系統(tǒng)排空時(shí),通過冷運(yùn)轉(zhuǎn)使滑油注入發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)。順槳后抽回機(jī)匣內(nèi)滑油,檢查轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的雜音,測(cè)定啟動(dòng)機(jī)實(shí)際的帶轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。另外,冷運(yùn)轉(zhuǎn)也可以用于低循環(huán)壽命試車中的發(fā)動(dòng)機(jī)停車后的加速冷卻。
4、啟動(dòng)
把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)加速到規(guī)定的慢車狀態(tài),稱為啟動(dòng)。其中,冷啟動(dòng)指發(fā)動(dòng)機(jī)停車至少1.5~2h后的啟動(dòng),稱為冷態(tài)啟動(dòng)或地面冷啟動(dòng)。熱啟動(dòng)制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或停車后,規(guī)定時(shí)間內(nèi)的再啟動(dòng)或排氣溫度指示不低于規(guī)定值的再啟動(dòng)。
啟動(dòng)過程中的數(shù)據(jù),是判斷啟動(dòng)過程是否正常和檢查啟動(dòng)失敗原因的依據(jù)。在啟動(dòng)過程中必須記錄的數(shù)據(jù)有:從啟動(dòng)開始到點(diǎn)火的時(shí)間和轉(zhuǎn)速;點(diǎn)火的持續(xù)時(shí)間;從啟動(dòng)開始到啟動(dòng)機(jī)脫開的時(shí)間和轉(zhuǎn)速;從啟動(dòng)開始到穩(wěn)定的慢車狀態(tài)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速;啟動(dòng)最高排氣溫度;滑油壓力開始指示的時(shí)間和慢車狀態(tài)的壓力值;啟動(dòng)燃油壓力和主燃油系統(tǒng)的副油路壓力;啟動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)和點(diǎn)火系統(tǒng)的工作參數(shù);其他啟動(dòng)過程中規(guī)定需記錄的數(shù)據(jù)。
F/A-22的F119發(fā)動(dòng)機(jī)試車
F-135發(fā)動(dòng)機(jī)正在實(shí)驗(yàn)
5、磨合運(yùn)轉(zhuǎn)
裝配后的發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架初次試車時(shí),應(yīng)首先按規(guī)定的程序使其機(jī)械和熱力負(fù)荷由低逐步到高,然后由高逐步到低運(yùn)轉(zhuǎn)。磨合運(yùn)轉(zhuǎn)程序的制定,一般應(yīng)在結(jié)構(gòu)傳動(dòng)和傳熱分析的基礎(chǔ)上,使配合磨量漸進(jìn)地磨合,以達(dá)到各種良好的運(yùn)行狀態(tài)。磨合運(yùn)轉(zhuǎn)程序,隨發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及主要磨合目標(biāo)部位的不同而有區(qū)別。一般情況下,采用轉(zhuǎn)速遞增、遞減臺(tái)階程序。當(dāng)轉(zhuǎn)子和靜子間隙很小時(shí),更要特別注意。有些發(fā)動(dòng)機(jī)的試車經(jīng)驗(yàn)證明,在初始磨合時(shí),可采用進(jìn)兩步退一步的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。
6、試車發(fā)動(dòng)機(jī)加溫和冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)
除特殊要求外,一般試車的發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)到慢車運(yùn)轉(zhuǎn)后,均需在一個(gè)規(guī)定的中等轉(zhuǎn)速下,進(jìn)行一定時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn),使發(fā)動(dòng)機(jī)較為緩和地從冷態(tài)過渡到熱態(tài),為進(jìn)一步達(dá)到高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行預(yù)熱,以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)應(yīng)力峰值,這種運(yùn)轉(zhuǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)加溫。規(guī)定的加溫發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,通常是溫度負(fù)荷適中且連續(xù)工作時(shí)間不受限制的轉(zhuǎn)速,一般在0.7~0.9倍最大連續(xù)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)確定。
發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)在大功率狀態(tài)下工作的時(shí)間接近或達(dá)到極限值后,在規(guī)定的中等轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)一定的時(shí)間來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī),稱為冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)。規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速,通常是熱負(fù)荷較低且連續(xù)工作時(shí)間不受限制的轉(zhuǎn)速,一般在0.7~0.9最大連續(xù)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)確定。發(fā)動(dòng)機(jī)加溫運(yùn)轉(zhuǎn)和冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)又稱“暖機(jī)”和“冷機(jī)”,規(guī)定的暖機(jī)和冷機(jī)轉(zhuǎn)速可以相同,也可以不同,一般冷機(jī)轉(zhuǎn)速(功率)低于暖機(jī)轉(zhuǎn)速(功率)。
羅爾斯·羅伊斯遄達(dá)1000-TEN試車成功
美國(guó)f119航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車
試車臺(tái)上的SSME發(fā)動(dòng)機(jī)
7、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)工作檢查和調(diào)整
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的功能要求和調(diào)節(jié)規(guī)律,在試車過程中,還要檢查和調(diào)整控制系統(tǒng)的有關(guān)功能應(yīng)符合型號(hào)規(guī)范要求、
8、發(fā)動(dòng)機(jī)性能驗(yàn)證
(1)渦噴、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)
渦噴、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài),一般包括最大推力狀態(tài)、最小加力推力狀態(tài)、中間推力狀態(tài)、最大連續(xù)推力狀態(tài)、最大反推力狀態(tài)和慢車狀態(tài)。最大推力狀態(tài)(軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的全加力狀態(tài))是指在工作包線內(nèi)規(guī)定的任一點(diǎn)上,發(fā)動(dòng)機(jī)能在限定時(shí)間內(nèi)持續(xù)工作的一種推力最大的工作狀態(tài),該狀態(tài)是在油門桿置于最大推力位置時(shí)獲得的。最小加力推力狀態(tài)是指在工作包線內(nèi)規(guī)定的任一點(diǎn)上,發(fā)動(dòng)機(jī)能在限定時(shí)間內(nèi)通過加力燃燒持續(xù)工作的一種推力最小的工作狀態(tài),該狀態(tài)是將油門桿放在最小加力推力位置獲得的。中間推力狀態(tài)是指在工作包線內(nèi)規(guī)定的任一點(diǎn)上,發(fā)動(dòng)機(jī)至少能持續(xù)工作30min的一種推力最大狀態(tài),該狀態(tài)是將油門桿放在中間推力位置獲得的。
美國(guó)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)
美國(guó)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)
最大連續(xù)推力狀態(tài)是指在工作包線內(nèi)規(guī)定的任一點(diǎn)上,發(fā)動(dòng)機(jī)能持續(xù)不斷工作的一種推力最大的工作狀態(tài),該狀態(tài)是將油門桿置于最大連續(xù)推力位置獲得的。最大反推力狀態(tài)是指在反推力工作包線規(guī)定的任一點(diǎn)上,發(fā)動(dòng)機(jī)能持續(xù)工作的一種反推力最大的工作狀態(tài),該狀態(tài)是將油門桿置于最大反推力位置獲得的。
慢車狀態(tài)是指油門桿放在慢車位置時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)所獲得的工作狀態(tài)。慢車狀態(tài)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間,應(yīng)不超過其規(guī)定值。
(2)渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)
渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)主要包括最大功率狀態(tài)、中間功率狀態(tài)、最大連續(xù)功率狀態(tài)、最大反槳功率狀態(tài)、慢車狀態(tài)、空載狀態(tài)、最大試車功率、中間試車功率、最大連續(xù)試車功率及2.5min功率。
最大功率狀態(tài)是指發(fā)動(dòng)機(jī)至少能在規(guī)范所規(guī)定的時(shí)間內(nèi),持續(xù)工作的一種功率最大的工作狀態(tài)。中間功率狀態(tài)是指發(fā)動(dòng)機(jī)至少能持續(xù)工作30min的一種功率最大的工作狀態(tài)。最大連續(xù)功率狀態(tài)是指發(fā)動(dòng)機(jī)能持續(xù)工作的一種最大功率的工作狀態(tài)。最大反槳功率狀態(tài)是指發(fā)動(dòng)機(jī)至少能在規(guī)范所規(guī)定的時(shí)間內(nèi),持續(xù)工作的一種功率最大的反槳工作狀態(tài)。
慢車狀態(tài)是指慢車可以維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最小狀態(tài),并可用發(fā)動(dòng)機(jī)功率桿進(jìn)行調(diào)整??蛰d狀態(tài)是指發(fā)動(dòng)機(jī)以指定的功率吸收裝置,在高度3000m以下,工作在零輸出扭矩時(shí),為維持所規(guī)定的設(shè)計(jì)輸出軸轉(zhuǎn)速而規(guī)定的一種工作狀態(tài)。
最大試車功率是發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行前,規(guī)定試車和定型試車中的一種工作狀態(tài)。最大試車功率狀態(tài)應(yīng)在燃燒室最高允許出口溫度加上系統(tǒng)誤差極限值下運(yùn)轉(zhuǎn),它應(yīng)能保證在型號(hào)規(guī)范對(duì)
最大功率規(guī)定的最少時(shí)間內(nèi)持續(xù)工作。中間試車功率是發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行前,規(guī)定試車和定型試車中的一種工作狀態(tài)。中間試車功率狀態(tài)應(yīng)在規(guī)定的燃燒室出口溫度下運(yùn)轉(zhuǎn),燃燒室出口溫度等于規(guī)定的中間功率狀態(tài)的最高測(cè)試溫度,加上系統(tǒng)誤差極限值,再加上最高允許燃燒室出口溫度與規(guī)定的最大功率狀態(tài)的最高測(cè)試溫度之差。它應(yīng)能保證發(fā)動(dòng)機(jī)至少持續(xù)工作30min。
最大連續(xù)試車功率是發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行前,規(guī)定試車和定型試車中的一種工作狀態(tài)。最大試車功率狀態(tài)應(yīng)在規(guī)定的燃燒室出口溫度下運(yùn)轉(zhuǎn),燃燒室出口溫度等于規(guī)定的最大連續(xù)功率狀態(tài)的最高測(cè)試溫度,加上系統(tǒng)誤差極限值,再加上最高燃燒室出口溫度與規(guī)定的最大功率狀態(tài)的最高測(cè)試溫度之差。它應(yīng)能保證發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作。
2.5min功率,也稱為應(yīng)急功率。它是發(fā)動(dòng)機(jī)的一種工作狀態(tài),在該狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)至少能在2.5min內(nèi)持續(xù)工作的一種最大功率狀態(tài)。
9、接通加力過程的檢查
型號(hào)規(guī)范或試車規(guī)程中詳細(xì)規(guī)定了對(duì)接通加力的要求,規(guī)定了加力接通條件、操作方法、加力接通過程時(shí)間的限制,以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力溫度等參數(shù)波動(dòng)的限制。要求加力燃燒室應(yīng)能夠在不影響主機(jī)穩(wěn)定工作的情況下,可靠地點(diǎn)火燃燒。為了滿足這些要求,加力控制系統(tǒng)需對(duì)加力燃燒室進(jìn)口條件、加力點(diǎn)火、加力供油、加力噴口面積及主機(jī)工作狀態(tài),實(shí)施準(zhǔn)確的協(xié)調(diào)控制。
試車中的F100發(fā)動(dòng)機(jī)
一臺(tái)普拉特·惠特尼F100渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)正在美國(guó)佐治亞州的羅賓斯空軍基地試車
10、推力瞬變和功率變換檢查
(1)渦噴、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力瞬變
在任何狀態(tài)下,以任何順序和速率移動(dòng)油門桿時(shí),應(yīng)不存在超出瞬態(tài)極限的超轉(zhuǎn)和超溫,也不引起主燃燒室、加力燃燒室、風(fēng)扇或壓氣機(jī)不穩(wěn)定工作。在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下,無飛機(jī)引氣、功率分出及發(fā)動(dòng)機(jī)防冰引氣,但有其他發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)放氣和引氣(如加速放氣,冷卻引氣等)的條件下,油門桿以不大于0.5s的時(shí)間移動(dòng)時(shí),完成95%推力變化所需的時(shí)間要求。
正在試車的F100大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)
(2)渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的功率變換
在選擇功率桿位置或任何狀態(tài)以任何順序向輸出軸加載或卸載時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)不存在超出瞬態(tài)極限的超溫、超轉(zhuǎn),也不引起燃燒室和壓氣機(jī)不穩(wěn)定工作。在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下,無飛機(jī)系統(tǒng)引氣、功率分出及發(fā)動(dòng)機(jī)防冰引氣,但有其他發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)放氣和引氣(如加速放氣,冷卻引氣)的條件下,功率桿以不大于0.5s的時(shí)間移動(dòng)時(shí),完成95%功率變化所需要的時(shí)間要求。
發(fā)動(dòng)機(jī)在加速和減速過程中,工作應(yīng)平穩(wěn)、無喘振和放炮現(xiàn)象,渦輪后溫度不超過規(guī)范規(guī)定值。
一臺(tái)在地面試車的離子發(fā)動(dòng)機(jī)
英國(guó)RB199正在試車
11、滑油系統(tǒng)的工作檢查
首先要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油壓力檢查,其值應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi),以及進(jìn)行滑油消耗量測(cè)試,測(cè)試滑油消耗量的規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn),附件機(jī)匣和滑油箱油量的計(jì)算。
12、發(fā)動(dòng)機(jī)密封性檢查
在規(guī)定的開車和停放狀態(tài),檢查發(fā)動(dòng)機(jī)附件、管路、安裝邊及接頭等可見部位是否存在不允許的氣體和液體的泄漏或超出規(guī)定的泄漏。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)密封性的狀態(tài)時(shí),根據(jù)泄漏部位、泄漏情況、故障的易辨性以及檢查手段的分辨能力,觀察部位可達(dá)性等條件,確定試車中檢查密封性的狀態(tài)。
13、飛機(jī)引氣和功率分出
按飛機(jī)要求條件(溫度、壓力、流量、化學(xué)成分等),從發(fā)動(dòng)機(jī)適當(dāng)截面,引出空氣或燃?xì)?,稱為飛機(jī)引氣。按飛機(jī)要求條件,從發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸,提取部分功率供飛機(jī)及附件使用,稱為功率分出。
試車中的引氣和功率分出檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)中,引氣和功率分出對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)特性和持久性的影響,例如在持久試車、低循環(huán)疲勞試車以及驗(yàn)收試車的一些運(yùn)轉(zhuǎn)中,均規(guī)定了引氣和功率分出的加載量。
14、停車
RT,就是停車!