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第八篇
航空发动机试验和测试
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第一章 航空发动机试验技术概述
第一节 发动机研制和发展对试验技术的要求
一种新型号发动机总体性能设计、总体结构设计、部件研制和调试、发动机各系统设计
（如防冰系统、控制系统、燃油系统、点火系统、润滑系统、液压和气动系统、启动系统、空气系统、喷液系统、附件传动系统以及推力转向系统、操纵系统、漏油系统、防火系统和测试监控系统）都离不开试验。发动机研制中要经过大量的部件、材料、整机、地面模拟和飞行试验模拟才能确定发动机的性能、耐久性和操纵性。相邻部件的相互影响、外界条件变更引起的发动机性能和稳定性的改变，主要是靠试验确定。试验不仅是必要的，而且随航空发动机的发展，要求试验技术和设备应随之不断提高和发展。新机的水平很大程度上取决于试验设备及试验和测试技术的水平。
据统计，一台航空发动机由 " 万或更多的零件组成。研制工作一般需要做 %&万小时部件试验， ’万小时材料试验， %万小时整机试车。先进发动机试验还远远超过这些数字。在发动机改进发展期间，部件和系统试验是一个重要方面。美国 (%&&发动机发展期间，总试验时数约为 %)&&&*，其中地面试验时数为 %"&&&*，而部件试验占地面试验时数的 ’&+以上。 (’&’发动机试验总时数为 %,&&&*。地面试验时数为 %’&&&*，部件试验时间占地面试验时数的 -&+。由此可见，国外在发动机研制全过程中，几乎有 %.时间用在部件试验上。
重大的设备在发动机研发中起了关键作用。美国阿诺德工程发展中心在 %,//年建立的高空模拟试验台于 %,)"年投入使用，它对高性能发动机实现突破超声速领域起了决定性作用。
一、试验的必要性
航空发动机试验的必要性主要表现在以下几方面。
获取用理论计算不可能得到的技术数据。例如，确定压气机和涡轮叶片的自振振型和自振频率，作用在发动机元件上的振动载荷，压气机稳定工作边界和容忍进气畸变的能力，发动机过渡过程的性能参数，空中工作特性参数和机动飞行中载荷的确定等。
"为了适应现役机种提高推力、降低油耗、提高机动性、可靠性和耐久性的要求，就必须通过试验来探索某种改进的可能性和有效途径。 为了查明外部作用对发动机主要技术参数的影响，在发动机上各个部件相互关联、相互影响的情况下，外部作用会引起发动机气动力、强度和使用性能变化的二次效应。诸 •%&%-•
如飞鸟、杂物和雨滴进入进气道，结冰，大角度俯冲造成的过载，飞行员急收油门造成的燃烧室极大贫油等都必须通过试验来检验其对发动机各种性能的影响。 检查和修正用计算方法算得的特性和参数，验证发动机设计和生产工艺修改的效果。当通过试验发现录取的特性和参数不符合技术要求时，便随时调整发动机。
"在批量生产发动机中，按验收标准规程检验各个组件、部件及整台发动机的质量是否达到技术要求。在考查发动机耐久性和长期工作后性能的稳定性中，通过等效加速试车和一定时数的寿命试验及循环次数试验来确定发动机实际可靠性和工作能力。
新机研制中通过大量的新材料试验、创新部件可行性试验、核心机和验证机试验来最终确定新机的设计、技术指标和综合实施的可能性。其中以核心机为基础衍生发展各类发动机是当今新机研发的有效途径。核心机—验证机匹配试验，考查各部件的工作协调性是其主要目的。又例如，通过试验确定陶瓷基复合材料 "、碳—碳复合材料 和金属基复合材料 ""等的弯曲和拉伸强度、裂纹扩展速率、高温工作稳定性、界面抗氧化性和抗振性；采用新制造工艺（如扩散焊连接、超塑成形工艺、复合冷却的 %和绘制、照相—腐蚀、激光和电子束工艺、整体转子 &机匣的制坯、精铸、热等静压和快速凝固等）制造的零部件都必须在部件试验器和台架上进行试验考核，考查加工方法的适用性，测量主要性能参数在采用新工艺下的变化；采用主动间隙控制、状态监控诊断、最佳性能调节以及控制稳定工作边界等，都必须进行自动调节系统与发动机的匹配试验。
航空发动机研制费用高，研发周期长，发展试验和测试技术意义重大。据统计。 ’())发动机于 (*+,年定型时其研制费为 -. /亿美元。至 (*0-年改进费达 1. 1/亿美元。美国 2)世纪 *)年代发动机（战斗机）型号发展费为 (2. /亿美元。目前，一台大型航空发动机研制费约为 2)亿美元。其中各种试验费用，诸如整机、部件、地面模拟和试飞等费用占相当的比例。因此，改进试验方法，提高测试技术水平，对发动机研发是降低费用的重要部分。
另一问题是航空发动机的研发周期长。 ’())自 (*+,定型，出现可靠性问题后经改进达到其成熟期共经历了 2)年时间； 34 ,(%发动机 ()余年间共使用 /(台发动机，台架试车累计达 (112/5，试飞 122/5，还装于 *)年代的苏 ,/飞机，其改进和发展仍在进行。
其他机种，如 36*%、’1、782)))、’"/1和 92/))发动机的研发均由于技术难度大、高度复杂、部件预研和试验均提前 2)年进行，因此，改进试验方法也有利于缩短发动机研发周期。
&发动机的一体化研发方法，即从方案设计到外场采购发动机的整个寿命期内，包括设计、计划、试验、加工、方案改进以及产品验收等均从使用观点进行权衡设计和试验，并要求更有效的试验方法，获得可靠的测试结果和数据，从而获得具有最佳性能、可靠性和维修性的发动机。因此，高水平的试验和测试技术是十分必要的。
各种航空发动机的研发迫使试验和测试技术必须适应这一要求。性能、可靠性和经济性的综合权衡要求试验和测试技术不断改进、不断完善及发展。当今和未来对先进发动机的需求量将不断增加，因此对提高推重比、降低耗油率、低维修费用、低噪声、低有害排放物、多状态最佳性能参数、适应恶劣使用条件以及高可靠性和高可操纵性的发动机研究越来越深入。动态测量、试验和计算数据可视化、试验仿真要求试验和测试技术进入现代化以及综合化的
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