CN105445031A - 一种小型航空发动机试车台架推力校准*** - Google Patents

一种小型航空发动机试车台架推力校准*** Download PDF

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郭强
屈成泽
王敏
王月贵
曾烨
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Abstract

本发明涉及小型航空发动机高空模拟试验，特别涉及一种小型航空发动机试车台架推力校准***。所述的***包括台架、传感器和力加载***，台架上分别安装工作传感器和校准传感器，其特征为：所述的力加载***包括气源、稳压罐和气缸，气源通过稳压罐与气缸连通，气缸的一端连接台架。采用气压加载装置做为推力预加载，真空度对发动机推力测量的影响可以忽略不计，涡喷、涡扇发动机高空模拟试验推力修正项中高空舱真空度作用力可以忽略。

Description

一种小型航空发动机试车台架推力校准***
技术领域
本发明涉及小型航空发动机高空模拟试验，特别涉及一种小型航空发动机试车台架推力校准***。
背景技术
众所周知，推力是评定涡喷、涡扇发动机性能的一项重要指标。在高空台进行发动机高空模拟试验时，根据不同的试验工况需进行预加载，推力测量***能否可靠地工作，成为准确进行推力测量的关键。因此，高空台试验推力测量就显得尤为重要。
如图1和2所示，传统使用的推力校准装置有砝码杠杆校准，和液压加载校准。在上个世纪五六十年代采用的是机械杠杆式添加砝码加载进行推力校准。采用这种方法时，砝码作为标准力，加在杠杆的一端，通过杠杆作用，传到杠杆另一端的力传至测力传感器。机械杠杆式推力校准，加载力和标准力的比值(放大系数)由杠杆两端的力臂长度所决定，是一个常数，由于周围环境的限制，杠杆的力臂不可能很长，所以放大系数比较小，从而造成在校准过程中，1)需要搬运大量砝码，试验人员的劳动强度很大；2)由于机械杠杆的变形，加载力的方向和工作传感器不在一个中心线上，会出现一定的误差，直接影响发动机推力测量的准确性。
上世纪八十年代，国内逐步采用液压加载的方法对发动机试车台推力测量***进行校准。标准力也不再采用砝码，而是通过液压加载器的活塞杆产生。在这种方法中，液压加载器取代了原来的杠杆，液压源产生的力通过液压加载器直接作用到标准传感器上，再通过动架传到工作传感器，标准传感器和工作传感器在一个中心线或两个与中心线相互平行的直线上，这种方法克服了杠杆法中杠杆机械变形带来的误差。采用这种方法的试车台在进行推力校准时，标准传感器安装在平行于发动机轴心的试车台动架的中心线上，加载器所加的力通过标准传感器和弹簧片经动架把力传到工作传感器。从标准传感器测得所加的标准推力。从工作传感器测得测量推力，这样重复加力，通过和标准力比较，拟合成校准曲线，并获得校准关系式。该方法的出现改变了杠杆加载需要耗费很大的人力资源。液压加载***虽能很好地完成推力校准工作，但其能否在高空模拟试验中作为稳定的工作和预加载目前国内尚无先例。且这两种加载方式均适用于较大推力发动机试车台架试验的推力校准。与此同时，液压伺服***虽具有精度高、承载能力大等优点，但***复杂、价格较昂贵。
发明内容
本发明的目的：提供一种校准过程平稳可靠、校准精度较高且成本低的小型航空发动机试车台架推力校准***。
本发明的技术方案：一种小型航空发动机试车台架推力校准***，所述的***包括台架、传感器和力加载***，台架上分别安装工作传感器和校准传感器，其特征为：所述的力加载***包括气源、稳压罐和气缸，气源通过稳压罐与气缸连通，气缸的一端连接台架。
作为本技术方案的一种改进，缸体和活塞间采用YX型圈密封及以O型圈为基础的组合密封结构。
本发明的有益效果：采用气压加载装置做为推力预加载，真空度对发动机推力测量的影响可以忽略不计，涡喷、涡扇发动机高空模拟试验推力修正项中高空舱真空度作用力可以忽略。
附图说明
图1为砝码杠杆校准示意图；
图2为液压校准示意图；
图3为本发明的原理示意图；
图4为安装被试发动机抽真空试验结果；
图5为校准传感器和工作传感器三次进回程拟合曲线。
具体实施方式
目前，航空发动机推力是通过发动机试验时测量得到的，为保证推力测量的准确性，最为行之有效的方法就是采用标准力对台架推力测量***进行校准，国内外皆如此，只不过校准的程序和方法略有不同。
气压加载推力校准原理见图3。该***由压力源、稳压罐、加载气缸、力传感器和采集计算机等组成。推力校准时气缸与独立的压力源相连，压力可根据需要进行调节，活塞杆将力作用于校准传感器上并通过动架传递至工作传感器。通过调节气压完成推力校准。传感器输出的电压信号进入VXI采集***，通过数据采集处理计算机实时显示推力测量值。当需要进行预加载时，通过调节供气压力来实现推力预加载，以满足试验要求。气缸排气端直接引出舱外，以消除环境压力对推力测量***的影响。
气压加载装置固定在定架上，气缸与一独立的压力源相连，压力可根据需要进行调节，活塞将力作用于校准传感器上并通过动架传递至动架另一端的工作传感器。通过调节压力源压力完成推力校准。根据要求的校准压力，经减压阀调定的氮气进入稳压罐，加载压力在此保持恒定。卸载通过放空阀逐级减小加载压力保证校准过程的进、回程控制。
由于加载压力是经减压阀调定的气体进入稳压罐，加载压力保持恒定。采用高精度(0.05％)Z30传感器做为校准和工作力传感器不受环境的影响。同时，气压加载所需设备相对较少，造价便宜，维护方便且校准时操作方便省时。
根据推力测量范围(0～1000daN)和液压加载压力(0～5.5MPa)的要求,气压加载器的设计应保证气缸在0～5MPa的工作范围内0泄漏。因此，气压加载器的密封设计和加工就成为关键。密封技术对于机械产品防止泄漏、保证运行安全正常、提高工作效率和工作性能、具有重大意义。根据气缸的工作压力范围选取缸体和活塞间采用YX型圈密封及以O型圈为基础的组合密封结构。实际使用中达到“零泄漏”，起动时无爬行，工作平稳。在无润滑的情况下，耐磨损，保证使用寿命长。
加载气缸技术指标：
1)气缸直径：50mm；
2)活塞杆直径：20mm；
3)工作温度：≯70℃；
4)在气缸内外压差≯2.5Mpa时活塞杆和缸体衔接处无泄漏；
5)在供气压力≯5Mpa时缸体内活塞两侧无泄漏；气缸应保证在无外部润滑的状态下长期稳定工作。
加载气缸在高空舱内本身是一个独立的单元体，气缸供气来自压力源，排气由管路引出舱外。考虑到推力的测量范围0～1000daN，设计在供气范围0～5.5MPa内气缸无泄漏，同时气缸壳体设计耐压7.5MPa。因此，从理论上讲气压加载装置并不受真空度的影响。推力测量***的其余元素：校准传感器、工作传感器、动架、定架本身均不受到高空舱内外压差的作用。因而，该气压加载推力测量***本质上不受高空舱内真空度的影响。综合考虑上述的分析我们认为：在高空舱中采用气压加载装置做为推力预加载装置，真空度对发动机推力测量的影响是可忽略不计。
在某型发动机高空台试验前进行了次流作用力和真空度对测力***的影响试验。台架在预加载180daN的情况下抽真空试验结果如图4所示。从试验结果来看，测力***几乎不受高空舱内真空度变化的影响。
由于校准传感器及工作传感器采用的是Z30型高精度拉、压传感器。两个传感器的测量范围及相关参数见表1。
表1推力传感器测量范围及相关参数
传感器 校准传感器(Z30) 工作传感器(Z30)
精度等级 0.05％ 0.05％
测量范围 0～1000daN 0～1000daN
依据《涡喷涡扇发动机试车台架推力测量***校准》(HB6882-93)校准规范，对SB121高空台2号舱台架推力测量***进行了静态校准，得到校准传感器和工作传感器三次进回程线性关系式：曲线如图5。
FS＝1.00025FC-0.07114
得出了推力测量***的总误差:在台架加载校准的570daN推力范围内的最大满量程误差为±0.12％。证明：该推力测量***完全满足某型号发动机研制的要求。

Claims (2)

1.一种小型航空发动机试车台架推力校准***，所述的***包括台架、传感器和力加载***，台架上分别安装工作传感器和校准传感器，其特征为：所述的力加载***包括气源、稳压罐和气缸，气源通过稳压罐与气缸连通，气缸的一端连接台架。
2.根据权利要求1所述的一种小型航空发动机试车台架推力校准***，其特征为：缸体和活塞间采用YX型圈密封及以O型圈为基础的组合密封结构。
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