航空发动机试车台测功机现场校准技术研究

2013-12-10朱江

计测技术 2013年1期

关键词：测功机试车扭矩

朱江

(湖南株洲4311 计量站，湖南株洲250000)

0 引言

航空发动机的输出功率是衡量发动机性能好坏的一个重要参数。而目前对输出功率测试的主要手段是利用航空发动机试车台测功机进行。以测功机作为输出功率测量手段进行现场高准确度的扭矩及转速参数的综合性检测，才能获得准确的技术参数。

1 航空发动机试车台测功机现场校准中的问题

目前，国内航空发动机试车台使用的测功机主要有水力测功机和电涡流测功机两种，采用力矩平衡原理来测量扭矩，转速值的测量一般采用频率计数法。在使用过程中，目前各使用单位都采用在简单的力臂机构上吊挂砝码来进行量值比较的方法，这种方法有着显而易见的缺陷。首先，在构成其力臂的结构中有一个长度指标是测功机的外壳半径，这个数据来源于测功机生产商提供的出厂证书，而对实际使用中的因机体变形、位移变化及现场温度环境等因素导致的半径尺寸变化根本没有考虑，且自身对这一尺寸无法进行有效的检测，这将必然导致其力臂长度误差的加大。另外，杠杆臂长在实际校准时也会因变形使得臂长发生变化，而杠杆校准时的加力点与测功机实际扭矩的输入点不在同一点上也会使其校准值误差存在很大的不确定性和差异。其次，测功机只是在发动机不工作时进行校准，与实际发动机工作时的参数还存在较大差异，因为当发动机工作时还会产生许多的干扰因素，震动、噪音等都会影响到测量的数据。所以说，目前的校准方法只是对测功机的静态稳定性做了初步的评定，而无法对测功机的实际动态工作状态进行准确的校准。本研究就是试图研建一套现场校准装置来解决

2 航空发动机试车台测功机现场校准装置的具体方案及难点

测功机是通过检测发动机的输出扭矩和转速，带入公式计算得出功率。根据这个原理，可以分别采用高精度的扭矩传感器和转速传感器串联在航空发动机的输出轴与测功机之间，采用测试数据比对的方式来实现对测功机的现场在线校准，测试系统安装示意图如图1 所示。对于量值传递、溯源的问题，只需将使用的扭矩传感器和转速传感器在更高精度的标准器具下进行检测、标定即可满足使用要求。

图1 测试系统安装示意图

这个方案具体实施起来还是有些技术方面的难度，主要体现在以下几个方面:

1)标准扭矩传感器研制

航空发动机测功机校准时存在着安装空间小、扭矩大、转速高的特点，所以目前市场上的各类扭矩传感器均不能满足对测功机的检测要求。针对这些存在的问题，可采用厂院协作的方式，根据测功机的特定参数条件，运用应变测量技术，研制出符合要求的标准扭矩传感器。

2)现场无偏差连接技术

由于发动机输出轴具有转速高、扭矩大的特点，在和扭矩传感器连接时采用何种联结器才能保证在较小的空间内既能实现顺利稳固的联结又能降低对安装尺寸的要求(例如:发动机输出轴与测功机的输入轴不同心时的联结)就成了一个关键的难题。根据我们以往的经验及对国内外相关联结方式的了解，发现可采用法兰式扭力传感器再通过柔性联轴器直接安装到机器的轴或法兰上，这样既能保证连接具有高度的稳固性又能降低对安装尺寸的要求。但这种方式的难点在于的研制:它必须具备尺寸小、传递扭矩大的特点。可在参考国际上先进的柔性联轴器工作原理的基础上加以消化吸收，研制出适合该项目的柔性联轴器。

3)数据采集系统的研制及系统软件的编制

对于传感器与测量仪之间的信号采集方式，我们可以采用遥测采集系统来实现，该系统具有可以在传感器高速旋转状态下保证信号进行高可靠性传输的特点，有一定的研制难度。所以可采用厂院协作的方式研制出适用于该套装置的数据采集系统。

4)标准扭矩、转速测量系统

目前尚无专用于航空发动机测功机的标准扭矩、转速测量系统。根据测功机具体情况，拟采用虚拟仪器技术，在借鉴相关标准扭矩、转速测量仪技术的基础上可研制出满足本装置需求的虚拟扭矩转速测量系统。虚拟仪器技术在发动机试验中已得到大量的应用，为装置的研建和应用奠定了基础。