「航空科普」航空發動機計量不是一般的“計較”

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為我們貢獻元素週期表的門捷列夫說:沒有計量,就沒有科學。事實上,計量包括測量、測試、校準、檢測等,在航空發動機研製的過程中,它無處不在,被“計量”的數據幾乎與我們每一個從業者、每一個科研生產環節都息息相關。

“大心臟”計較“大數據”

「航空科普」航空發動機計量不是一般的“計較”

航空發動機是飛機的心臟,在設計初期要研究測試需求;在設計過程中要考慮可測試性;在發動機健康管理中,要研究優化測量設備的佈局和優化;在裝配前後,要進行大量的零部件和整機試驗測試;在發動機使用過程中,要考慮測量系統動態響應對發動機控制的影響等等。

據統計,一型航空發動機研製工作一般需要進行10萬小時的部件試驗,4萬小時的材料試驗,1萬小時的整機試車,以確認其性能、可適用性、環境條件、完整性、戰鬥生存力等是否滿足要求。而一臺現代航空發動機,每10毫秒就能生成幾百個傳感信息,每次飛行能產生大約1TB數據。所以航空發動機計量工作所涉及的數據量是非常龐大和全面的。

“大數據”計較“高精度”

從某種程度上講,試驗數據就是發動機試驗的輸出,是試驗驗證和設計改進的依據。例如,航空發動機轉子葉片徑向間隙控制是改善發動機氣動性能、提高發動機效率的非常重要的環節。據統計:葉尖間隙每增加葉片長度的1%,效率約降低1.5%;而效率每降低1%,耗油率約增加2%。葉尖間隙測量範圍約為0.3~3.0mm,所以毫米級的偏差極可能導致性能分析謬以千里。同時,準確可信的試驗數據也是構建數據模型,推進航空發動機虛擬仿真的堅實保障。

“高精度”計較“高技術”

航空發動機計量工作非常複雜,涉及流體力學、熱力學、結構強度、機械傳動、計算機與電子技術、光學技術、材料、自動控制、故障診斷、噪聲控制和紅外隱身等多個學科,同時又與信號傳感、信號處理、信號傳輸、數據採集處理、數據分析、數據存儲技術等息息相關。

測試參數包括溫度、壓力、轉速、空氣流量、燃油流量、推力、扭矩、軸向力、功率、振動、位移、間隙、角度、氣流速度與方向、面積、電流、電壓、組分濃度、溼度、滑油品質、進排氣顆粒、紅外輻射、噪聲等等。

航空發動機是典型的“高精尖”,計量也必須跟得上腳步。測高溫甚至要具備使用溫度達到1800℃的熱電偶;測高壓要能hold住10~4000kPa的壓力變化範圍,測動態壓力甚至需要可實現100kHz以內信號測試分析的設備及信號分析軟件;葉尖間隙測量傳感器端面耐溫要求高達1400℃……

隨著發動機性能的不斷升級和對於可靠性、安全性和經濟性越來越高的要求,測試系統必須具備準確度高、靈敏度高、通道多、小型化、量程廣、抗惡劣環境、非接觸、動態響應好、智能化等特性,才能適應航空發動機研製和使用要求。


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