航空发动机整机推力试车台测力方法与校准技术

唐潮

摘要：从发动机诞生之初，发动机推力就作为重要的参数指标为广大工程师们所钻研。一般来说，航空发动机的推力由标准台架试验测得，整机试车条件下，影响发动机推力测量准确度的因素主要包括动架悬挂结构（中心加载与台架测力的差别、动架位移等）、作用在台架和发动机上的气动参数（进气冲量、迎风阻力、喷口负压、动架前后静压差、空气摩擦阻力、进气安全网损失、喷口面积变化等） 和试车环境的温湿度变化等因素。因此，整机在试车台上的推力测量存在损失，尤其是战斗机，由于装机而造成的损失更为明显，因此，测量评估整机试车下的推力校准和测量技术成为航空发动机研制中的关键。

关键词：试验研究;整机推力试车台;推力校准;测控系统

1平台步局

发动机推力测量台架是用来固定发动机，实现发动机推力、空气流量等参数测量的裝置。将发动机安装固定于特定的试车台架中，有助于更加准确地测量其推力。发动机推力测量台架是用来固定发动机，实现发动机推力、空气流量等参数测量的装置。将发动机安装固定于特定的试车台架中，有助于更加准确地测量其推力。

试车台架由动架、静架及其它一系列附件组成。发动机安装在动架中，静架支撑动架，两者通过弹性元件连接，动架可根据发动机推力大小自由做出响应并传递至测量系统，最后再传递至固定静架的地面或墙壁在试车台架上，发动机通过挂架和动架经由前后弹簧片挂装在静架上，在静架和动架之间安装有推力传感器。发动机本身的重量主要由前后弹簧片承担。发动机工作时产生的推力造成使弹簧片微小的形变，并经推力传感器由动架传递到静架上，可通过推力传感器测得发动机的推力值。通常发动机试车台架上会配备液压加载装置，主要用于试车前推力传感器的现场校准，如图 2所示。

2中心加载校准

中心加载校准也称为原位校准，是在安装发动机的位置安装一台模拟发动机，并放置标准推力传感器，通过安装固定支架的形式（现在也有墙面斜拉的设计），将液压加载装置安装在固定支架上，以提供标准传感器的动力源。工作推力传感器安装至台架动架与静架之间，调整顶杆机构，使工作推力传感器与推杆之间留有约5道的间隙（利用塞尺测量）。当液压加载装置压力建立，加载装置的顶杆将力传递到标准传感器上，标准传感器采集并记录标准推力，该标准推力又通过模拟发动机传递到工作传感器上，测力系统测得工作推力，通过对比一个已知标准力和一个测力系统的测量力，并获得差值，可被认为即台架系统造成的损失，并对该差值进行拟合修正，评价测力系统的准确性，这个过程就是车台的中心加载校准过程。

3发动机安装节推力校准与试车台测量

发动机安装节推力测量是目前国内外发动机飞行试验测试领域研究的热点问题之一。在实际飞行条件下，发动机的推力最终通过安装节直接传递给飞机，因此安装节对于飞机结构载荷和飞控系统设计而言至关重要。安装节推力测量的原理就是在发动机安装节上布置应变计，在地面通过标定试验获得推力——应变校准方程。飞行中将实测的应变数据代入到推力-应变校准方程中，即可获得安装节推力。该方法不依赖于发动机模型，原理成熟，简单易行，成本低，特别适合在飞行试验中开展。推力销左侧被试车台安装节支座完全包裹，处于全约束状态，推力销中间圆锥段是外露区，右侧圆柱段被发动机轴承包裹，承受并传递发动机的航向推力和部分重力。通过测量主安装节圆柱截面剪切力的方式可以获得发动机推力。

4 试车台推力测量电信号误差消除

在航空试车台测试过程中，为了克服传感器温漂带来的误差，或者避免传感器在非额定工作温度下，需要在传感器外包裹一层带电热丝的保温罩，若保温功率较大，其内交流电会对传感器信号产生明显的干扰，如屏蔽层不接地，则只有屏蔽电场耦合干扰能力，而无抑制磁场耦合干扰能力;此外，静电感应电流便有极大可能流经由屏蔽层和信号导线形成的电容而进入放大器，对传感器信号造成破坏。需注意屏蔽层不能两点接地，否则电流会通过电容形成回路，产生很高的共模噪声。在一个总系统中，如果将模拟电路和数字电路都必须放在同一机柜中，那么要尽可能使两者相距远一些。系统中的公共接地板可以放在机柜的中央，或者采用两块接地排，一块供模拟信号接地，一块供数字信号接地，这两块接地排必须用低电感的连接来紧固，而后再与接地母排连接。

在测量电路中接地点太多，会在试验仪器、测量电路及大地接地点相互之间形成多个接地回路，这样，便将产生有害的接地回路电流，故需采用将全部设备的机柜都在单一点处接地。而除这一点外，全部设备都被“浮置”起来，所有接地线必须接在同一公共的接地点，而不该在其他接地点与类似的接地线相连。

一般的单端放大器不具备共模抑制的能力，某些受限制的电路结构（放大器和负责都与地隔离，且负责的泄漏阻抗相当大）才具备某种程度的共模抑制能力。在测试系统中最适用的是隔离差分放大器。在放大器的输入部分有保护屏蔽，其共模抑制能力决定于保护屏蔽的质量。隔离差分放大器可以承受输入端一定的不平衡量，而保持良好的共模抑制能力。在连接时，放大器的输入保护屏蔽与输入电缆屏蔽相连接，输出保护屏蔽应该接到输出电缆的屏蔽上，机壳应与系统的接地板相连。

结语

推力是发动机最主要性能指标之一，试验过程中准确地测量出发动机推力，对于发动机研制与性能评定具有重要意义，推力台架作为推力测量中的关键部件，其性能对推力测量精度影响较大，发动机试车台数据采集系统信号在传输的过程中，如果缺少相应的抗干扰措施会导致数据测量不准确，采集的数据杂乱无章甚至影响计算机的正常工作。

参考文献

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[2]史银建， 袁春， 刘云鸽，等. 通信电缆屏蔽层EMC接地设计分析[J]. 电力系统通信， 2005， 26（7）：3.

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