动力装置结构飞行试验主要包括振动测量与结构动力特性评估、载荷测量与结构强度评估、高温部件温度测量与热强度评估、发动机飞行载荷谱确定、健康管理系统验证,以及特殊试飞等专项飞行试验。
发动机结构飞行试验
在实际飞行条件下,验证和评估装机后发动机、螺旋桨、反推装置等动力装置的结构强度、结构动力特性、损伤容限及耐久性等的试验。
- 英文名称
- engine structure flight test
- 所属学科
- 航空宇航科学与技术
振动测量的对象包括发动机本体、起动机、辅助动力装置、螺旋桨、直升机主减速器及其传动系统等。通过测定动力装置在所有使用条件下的振动,检查其振动特性及振动值是否满足型号规范或设计使用要求,为动力装置设计定型及使用提供依据。结构动力特性主要通过转子振动测量确定发动机和螺旋桨等转子的临界转速、振动阻尼等结构动力学特定特征参量,确定转子不平衡量及位置,为在翼平衡提供依据。结构振动测量一般在承力机匣、支撑安装部位或者支撑轴承座。
振动测量与结构动力特性评估飞行试验一般要包括飞行包线内的各种飞行状态,特别是振动较大和对结构动力特性影响大的飞行状态,如大功率状态起飞、快速爬升、大速度平飞、小半径快速盘旋、大角度侧滑以及其他机动飞行状态等。
载荷测量对象主要包括发动机转子工作叶片、转轴、轮盘以及螺旋桨桨叶、桨毂和桨轴等旋转部件;发动机承力机匣、整流或导向叶片、承力支板、发动机或动力装置承力销和承力拉杆、矢量喷管和反推装置的承力支板、作动杆等承力部件。通过地面和飞行试验获得旋转件和承力件的载荷,为航空动力装置的设计验证及研制提供技术依据及载荷数据。
载荷测量常用的方法是应变测量法。首先需要按照测量要求布置粘贴应变片并组成测量电桥。对于像发动机风扇叶片、螺旋桨叶片这样旋转件应力/应变测量,需要加装专用的旋转件测量数据耦合系统,并针对该系统进行转子平衡试验、旋转试验和温度试验检查。还需要进行载荷标定,以获得载荷—应变模型(方程)。载荷测量结果用于结构部件设计强度校核与寿命评估。
载荷测量飞行试验一般是在飞行包线内选取若干典型高度,发动机以不同功率状态工作,选择2~3个速度点进行稳定平飞、平直加/减速、侧滑、盘旋、俯冲,以及以最大允许过载拉起、跃升或其他特技飞行。
主要针对热端部件,包括:涡轮机匣、涡轮叶片、盘、轴以及燃烧室机匣、火焰筒加力燃烧室壁筒、尾喷管等。通过地面和飞行试验获得热端部件的表面温度,结合材料特性进行热迁都校核与高温部件寿命评估,为航空动力装置的设计验证及研制提供技术依据及温度数据。
高温部件温度测量常采用热电偶方法,在涡轮盘、叶片上测量属于旋转件测量,由于高温测量的困难,也尝试采用非接触测量方法,如高温辐射计方法和激光测量方法。
高温部件温度测量飞行试验一般选择涡轮后温度较高的飞行状态和发动机大功率状态,如起飞功率状态、最大状态、加力工作状态等,一般结合发动机振动以及载荷测量飞行试验进行。
发动机飞行载荷谱是指发动机在工作中承受的载荷—时间特性,是为进行发动机及零部件的寿命、可靠性和强度分析与试验考核而编制的有关载荷要素的组合。通过飞行试验获取发动机典型飞行剖面参数,结合大量任务剖面统计,确定发动机在使用中所承受的典型载荷状态及各种载荷状态发生的频次,进而得到发动机的重要的整机载荷谱,为发动机实际使用载荷谱的转换编制提供依据。
发动机飞行载荷谱包括:工作循环谱、惯性过载谱、整机振动谱和环境谱等。
通过测量发动机受控参数,判断受控参数是否符合标准值规定,评定发动机健康管理系统的功能、工作质量和可靠性。同时,利用发动机健康管理系统管理发动机的使用状况、技术状态、寿命消耗,在发动机出现故障时隔离故障,提高发动机使用可靠性,保证飞行安全,并用于在发动机维护、零备件更换、燃油消耗、发动机利用率和任务完成率管理等方面。
在健康管理系统应用中,需要选取合适的发动机工作参数和飞机飞行状态参数,包括按规定的算法计算并确定发动机是否处于超限状态,并设置告警信息与告警方式。通过遥测系统发射到地面监控站,对发动机工作状态和飞机飞行状态以及关键参数进行实时监视。
通过飞行试验测量发动机叶尖间隙,获得发动机叶尖间隙随飞机飞行状态、发动机工作状态的变化规律,验证发动机高压涡轮叶尖间隙主动控制规律是否与设计一致,考核涡轮叶尖间隙主动控制系统功能,为缩小发动机压气机、涡轮叶尖间隙设计并防止碰摩提供依据。叶尖间隙测量系统需要进行地面校准,并通过系统静态标定试验和旋转状态下动态标定试验校准曲线。
叶尖间隙测量飞行试验一般是在不同高度、不同速度下稳定平飞,发动机以不同功率状态稳定工作,包括额定功率状态、最大功率状态(最大转速)等。
指当发动机振动超过限制值时,在不拆下的情况下对发动机转子进行配平,达到降低发动机振动的目的,在翼平衡一般用于涡扇发动机的风扇转子平衡。
在翼平衡包括发动机振动因子提取与配平功能验证两个部分。振动因子提取时,在发动机低压转子指定截面加配重,进行转子不平衡量调整,通过飞行试验测量其转子的振动特征值(振幅、相位),并根据所测振动特征值和有关发动机工作参数确定振动因子。在进行配平功能验证时,根据不平衡量大小和相位,在发动机低压转子上添加已知重量的配重,调整低压转子至不平衡状态,然后通过飞行试验验证发动机转子配平方案。依据发动机(风扇)转子最大振动值是否降低到规定的振动值以下,来判定最终的配平方案,合理的配平方案需要多次调整验证。
发动机转子不平衡量测定与在翼平衡飞行试验一般是在飞行包线内选取不同高度、不同速度的稳定平飞进行验证。