航空發動機試驗

在一台新型航空燃氣渦輪發動機研製過程中，必須對 大量的主要零、部件和系統進行試驗，這類試驗往往佔總試驗時間的90%以上。全台發動機的試驗總時數可達2～4萬小時。為了縮短試驗周期，就需要消耗十幾台甚至幾十台同類型發動機。

分為地面試驗設備、高空模擬試驗設備和飛行試驗設備。

供航空發動機在地麵條件下進行試驗。

地面試驗設備主要由以下幾部分組成：

① 試車間：又稱試車台(見圖)，主要由安裝發動機的測力台架和進、排氣系統組成。噴氣發動機的測力台架應能精確測出推力；活塞式航空發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機的測力台架則應能精確測量扭矩。

② 操縱間：又稱控制室。發動機試驗時有100分貝以上的強烈雜訊，還有一定的危險性，因此需要有單獨的、能夠隔音並有一定防護措施的控制室，供試驗人員控制和監視發動機的工作。

③ 測試設備間：其中布置各種測試設備。

④ 試車台系統：包括控制系統、燃油控制系統、水電供應系統等。

高空模擬試驗設備的最大特點是有一個可以控制進氣條件和環境壓力、溫度等參數的高空艙。被試驗的發動機置於高空艙內，控制進氣條件和艙內壓力、溫度，即可在地面模擬發動機在不同飛行高度和飛行速度下工作的環境，測取發動機性能並考核發動機及其系統的工作可靠性。

飛行試驗設備又稱飛行試驗台。高空模擬試驗設備不可能真實模擬所有飛行條件，因此還必須將發動機裝在飛機上進行飛行試驗。在試驗用的飛機上安裝完整的測試系統和記錄系統，有時也可以用遙測系統將數據發回地面。供試驗用的飛機多由大型轟炸機或運輸機改裝而成，它的優點是可以安裝較多的測試設備，但缺點是飛行包線有限。

測試系統由感測器、信號變換器、顯示或自動記錄設備等組成。它們之間可以用導線連接，有時需要採用遙測系統。發動機測試系統除有精確度要求外，還必須具有遠距離傳輸測取信息並與計算機聯機操作的能力。裝在飛機上的測試裝置，要求體積小並有承受大的過載和在各種環境條件下工作的能力。發動機試驗中被測物理量種類繁多，有壓力、溫度、氣流速度、燃油和空氣流量、轉速、推力或扭矩、應變和振動等。這些物理量分為穩態的（大小基本不隨時間變化）和動態的（大小隨時間變化）兩類。后一類參數如高頻脈動的壓力、振動、應變等，需要用高頻率響應的感測器測量，用示波器顯示或磁帶機記錄，並用動態信號處理儀進行數據處理和分析。在發動機內不宜安裝大量的感測器，因此需要利用非接觸式測量方法（如激光、光學和 X射線）測量正在轉動的零件與靜止件間的間隙等。發動機試驗，特別是調試試驗，輸出的信息量很大，可達1000條通道。這樣大的信息量必須利用電子計算機按預先編製的程序進行自動化的數據採集和處理。

按性質分為批生產發動機試驗和研製發展中的發動機調整試驗兩大類。

每一台發動機都需要在地面試車台上進行工廠試車和檢驗試車。工廠試車的目的是磨合發動機，檢驗零件的加工和裝配質量，並對發動機及其附件進行調整，使其達到設計性能。工廠試車后須對發動機進行分解檢查，零、部件符合技術要求後方可再裝配進行檢驗試車，否則便需要增加排除故障的附加工廠試車。檢驗試車的目的是在所有工作狀態下檢查發動機的工作情況。發動機性能合格和工作正常方可交付給用戶。

除這兩種試車外，對批生產發動機還有長期試車。長期試車有定期抽檢的長期試車和不定期的工藝性試車（檢驗新工藝、新材料應用效果）。另外，延壽試車也是長期試車的一種。現代發動機的翻修壽命（見發動機壽命）長達數千小時，按翻修壽命進行長期試車耗費燃油和時間太多，因此發展了新的試車方法──等效試車，或稱加速任務試車。這種試車方法能真實地模擬完成一個飛行任務過程中發動機各種工作狀態的使用情況。等效試車應能模擬真實使用中的循環次數。等效試車還用增加大負荷狀態下工作時間以縮短總工作時間的辦法考驗發動機的可靠性和耐久性。等效試車的試車時數比一般長期試車短，但零件損傷程度卻與一般長期試車等效，這是長期試車的發展方向。

（1）地面台架試驗

研製中的航空發動機需要經過長時間的試車，以便調整它的性能，考驗它的可靠性和耐久性。但在長期試車前首先要進行地面台架試驗，試驗內容包括：

① 各部件性能及其相互間的匹配與全機性能的調試。在試驗中測量航空發動機流程各主要截面上的氣流參數和發動機性能參數。

② 強度檢驗試車：測量航空發動機振動，主要受熱零件的溫度和葉片、盤等大應力零件的應變。

③ 循環試驗：在航空發動機起動、慢車到最大狀態間反覆作加、減速循環試驗，以檢驗航空發動機零件的低周疲勞強度和密封件的磨損、轉動件與相鄰靜止件的間隙變化。

④ 系統調整試驗：包括對燃油調節器、起動點火系統、防喘和防冰系統、潤滑冷卻系統、壓氣機導流葉片和噴管等可調部件的調整試車。

⑤ 吞咽和吞煙試驗：以一定速度向發動機投射飛鳥、砂石、冰雹等外來物，檢查發動機的承受能力。模擬發射武器時煙氣吞入發動機后發動機的工作狀況。

⑥ 包容性試驗：葉片在航空發動機最大轉速下折斷時，機匣應能將損壞物包容在發動機內。如果損壞物打穿機匣飛出發動機外，則可能造成飛機失火等災難性事故。包容性試驗就是檢查機匣的這種包容能力。

⑦ 環境試驗：檢查航空發動機對高溫、低溫、高濕、暴雨等環境條件的適應性以及對發動機進口壓力或溫度畸變的適應能力。

（2）試車

研製中的航空發動機通過這些試驗后再進行長期試車。試車方案與批生產發動機長期試車相同。

（3）高空模擬試驗

新研製的航空發動機除進行地面台架試車外，在進行飛行試驗前還需要進行高空模擬試驗。這種試驗的優點是不受自然氣候條件限制，可以安置更多測試設備。一台新研製的航空發動機往往要進行1000小時以上的高空模擬試驗。高空模擬試驗按模擬的程度不同又分以下三類。

連接式高空模擬試驗：航空發動機與供氣的管道直接連接。試驗時只在發動機進口模擬與一定飛行高度和速度對應的進氣壓力和溫度，艙內壓力則保持與這一飛行高度的大氣壓力相等，設備的供氣流量約比發動機進氣的流量大10%～15%。在這種設備中可以進行發動機性能、各系統工作可靠性、低空高速飛行時發動機強度、高空發動機點火和燃燒穩定性、進氣畸變和雷諾數影響等項試驗。

自由射流高空模擬試驗：在高空艙的進口裝有產生超音速射流的收斂-擴散噴管。航空發動機和進氣道在模擬超音速飛行條件下進行試驗，檢驗發動機與進氣道的相容性。這種設備的供氣流量為發動機進氣流量的2～4倍。控制超音速射流的方向可以模擬迎角和側滑角的變化。

推進風洞實驗：在大尺寸的風洞中對整個推進系統和飛行器有關部分（如部分機身或機翼）進行聯合試驗。推進風洞的供氣流量為航空發動機進氣流量的10～20倍。試驗目的是研究推進系統與機體的相互干擾和推進系統的性能。推進風洞的設備龐大，試驗的費用昂貴，所以航空發動機的高空模擬試驗主要在前面兩種設備上進行。

各種地面試驗完成後進行飛行試驗。飛行試驗可在飛行台上進行，但飛行包線受試驗使用的飛機的限制，因此還必須將航空發動機裝在準備使用這種發動機的飛機上，按這種飛機的真實飛行任務在整個飛行包線內進行調整試飛。這是航空發動機調整試驗的最後階段。