楊志民 ，孫永飛 ，趙 煜 ，葛 新

（1.北京航空航天大學(xué)能源動力與工程學(xué)院，北京 10083；2.沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所,沈陽 110015）

航空發(fā)動機燃燒室出口溫度場雙向測量方法

楊志民1、2，孫永飛2，趙 煜2，葛 新2

（1.北京航空航天大學(xué)能源動力與工程學(xué)院，北京 10083；2.沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所,沈陽 110015）

介紹了1種航空燃燒室出口溫度場正、反向測量的新方法。使用1個角度傳感器（編碼器）記錄擺動裝置的雙向轉(zhuǎn)動角度，達(dá)到了雙向采集和測量溫度場數(shù)據(jù)的目的；在程序中設(shè)定正、反向切換時的空程，在測量中予以消除，解決了齒輪傳動中存在的空程角度難題，使得正、反向旋轉(zhuǎn)測量的實際位置一致，保證了溫度場試驗數(shù)據(jù)的重復(fù)性。試驗證明溫度場數(shù)據(jù)較好地滿足了重復(fù)性的要求。

雙向數(shù)據(jù)采集；溫度場;燃燒室；試驗

1 引言

航空發(fā)動機主燃燒室出口溫度場試驗是多數(shù)發(fā)動機出廠或返修需要進(jìn)行的1項重要部件試驗。通常的溫度場測量方法采用2支或4支多點電偶耙，安裝到1套旋轉(zhuǎn)裝置上，通過裝置旋轉(zhuǎn)來測量整個燃燒室出口環(huán)面的溫度分布；旋轉(zhuǎn)方式可以是連續(xù)的，也可以是間斷的；但轉(zhuǎn)動位置卻是按角度精確計量的，數(shù)據(jù)采集的間隔角度按照要求的溫度場測點密度來確定。一般來說，整個溫度場的數(shù)據(jù)還應(yīng)達(dá)到一定的重復(fù)性要求。由于對數(shù)據(jù)采集的要求嚴(yán)格，必須使數(shù)據(jù)采集角度十分準(zhǔn)確，因此，多年來，一直采用單向采集的測量方式，即擺動裝置在順時針旋轉(zhuǎn)時采集溫度場的數(shù)據(jù)，而逆時針回轉(zhuǎn)時就不再采集數(shù)據(jù)，這樣，可以避免因傳動裝置空程而帶來測量角度的誤差，以確保溫度場數(shù)據(jù)的重復(fù)性要求。

由于逆時針旋轉(zhuǎn)時沒有測量溫度場數(shù)據(jù)，增加了試驗的無用時間，浪費了巨大的能源，為此，成立了專門的課題攻關(guān)小組，經(jīng)過近半年時間的研討和實踐，攻克了多個難點，實現(xiàn)了燃燒室出口溫度場雙向數(shù)據(jù)采集。

本文介紹了航空發(fā)動機燃燒室出口溫度場雙向測量方法，并過了試驗驗證。

2 試驗器及工作原理

2.1 試驗器簡介

燃燒室出口溫度場試驗在主燃燒室全環(huán)試驗器上（如圖1所示）進(jìn)行，試驗器工作流程如圖2所示。試驗器氣源為空氣壓縮機，在壓力為0.5MPa下，最大空氣流量可達(dá)25kg/s，來流溫度最高達(dá)120℃；試驗器進(jìn)氣系統(tǒng)包括2級加溫，第1級采用回?zé)崾郊訙?，可將來流加溫?00℃以上,而第2級采用燃燒室直接加溫，可將來流進(jìn)一步加溫，至600℃；通過旁路摻混可以調(diào)整燃燒室進(jìn)口的流量和溫度。試驗室布置2個試驗工位，可以進(jìn)行2個不同型號燃燒室的性能試驗。試驗件出口設(shè)有轉(zhuǎn)動溫度場測量裝置，該轉(zhuǎn)動裝置可以設(shè)定為連續(xù)轉(zhuǎn)動方式或間歇轉(zhuǎn)動方式。測溫電偶安裝在轉(zhuǎn)動裝置上，每個裝置上裝有4支電偶耙。溫場測量裝置可根據(jù)要求改變溫度測點的分布密度（0.35～8.33cm2/點）。

2.2 溫度場測試原理

試驗件用的測量電偶分A、B 2種類型，各有5個測點，坐標(biāo)沿徑向交錯排列，共測量10環(huán)（1～10環(huán)由外環(huán)向內(nèi)環(huán)排列）；其中，A 型測 1、3、5、7、9環(huán)，B 型測 2、4、6、8、10環(huán) 。 測 量 裝 置 轉(zhuǎn) 動180°，4支電偶掃過整個環(huán)面；轉(zhuǎn)動位置角度通過角度傳感器（編碼器）測量后，將信號傳到控制計算機，計算機確定需要采集溫度的角度位置，并采集溫度信號，控制計算機可以通過控制箱來控制轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動方式?？刂葡渫ㄟ^電動機構(gòu)來實施動力傳動，動力傳動采用由多個齒輪組成的齒輪機構(gòu)進(jìn)行（控制原理如圖3所示），這種方式設(shè)計簡單，但會造成一定的傳動空程，在正、反轉(zhuǎn)切換時必須想辦法消除空程角。

3 設(shè)計方案選擇及實施

3.1 方案選擇

為了達(dá)到正、反轉(zhuǎn)雙向測量的目的，必須使雙向測量角度、高度一致，否則，所測試驗數(shù)據(jù)就不能滿足重復(fù)性的要求。為此，初步設(shè)計了3套方案。

方案1：采用雙編碼器。即正轉(zhuǎn)起點和反轉(zhuǎn)起點各用1個編碼器定位，使正轉(zhuǎn)角度和反轉(zhuǎn)角度一致；該方案需要增加1個編碼器，并需改動傳動結(jié)構(gòu)，設(shè)計周期長，改造經(jīng)費較高。

方案2：測量齒輪間的空程。在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)盤經(jīng)過同一位置編碼器時顯示的角度不同，該偏差即是齒輪空程?，F(xiàn)場測量出該空程，在控制程序中預(yù)先設(shè)定控制角，用軟件消除空程。該方案簡單易行，只是需要多次實驗。

方案3：采用增加光電傳感器的方法來機械定位，確定反轉(zhuǎn)采集起點位置。該方案需要改動測量段的局部結(jié)構(gòu)，增加的傳感器在高溫環(huán)境下容易損壞。

通過權(quán)衡，選擇了方案2作為實施方案。

3.2 方案實施

對方案2進(jìn)行了工作分解，其工作流程如圖4所示。

4 結(jié)果驗證及分析

通過查閱圖紙和現(xiàn)場多次測量，最終確定空程角度為0.45°。進(jìn)行冷、熱態(tài)試驗進(jìn)行驗證，共進(jìn)行冷態(tài)調(diào)試5次，主要是修正正、反轉(zhuǎn)空程角；熱態(tài)調(diào)試3次，主要檢驗溫度采集數(shù)據(jù)是否完整，以及試驗數(shù)據(jù)是否滿足重復(fù)性要求。試驗數(shù)據(jù)重復(fù)性對比見表1～3，并如圖5～7所示。試驗數(shù)據(jù)沿徑向分10環(huán)處理，表1中第1次試驗重復(fù)性指標(biāo)θj的最大誤差為0.006；θjcp的最大誤差為0.002；表2中第2次試驗θj的最大誤差為0.005，θjcp的最大誤差為0.003；表3中第3次試驗 θj的最大誤差為 0.0012，θjcp的最大誤差為0.003；從3次試驗結(jié)果來看，重復(fù)性指標(biāo)均滿足要求（要求θj的數(shù)據(jù)重復(fù)性不大于0.03，θjcp的數(shù)據(jù)重復(fù)性不大于0.02）。

表1 第1次熱態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù)重復(fù)性

表2 第2次熱態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù)重復(fù)性

表3 第3次熱態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù)重復(fù)性

5 結(jié)束語

在主燃燒室試驗器上首次實現(xiàn)了以正、反轉(zhuǎn)方式雙向測量燃燒室出口溫度場。由對5次冷態(tài)和3次熱態(tài)的溫度場測量數(shù)據(jù)所行的分析可知，溫度場數(shù)據(jù)測量完整，數(shù)據(jù)重復(fù)性滿足要求。

應(yīng)用燃燒室出口溫度場雙向測量方法可節(jié)省大量試驗經(jīng)費。

[1]張寶誠.航空發(fā)動機試驗和測試技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2]侯曉春.高性能航空燃?xì)廨啓C燃燒技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.

Bi-directional Measurement Method of Combustor Outlet Temperature Field for Aeroengine

YANG Zhi-min1、2， SUN Yong-fei2,ZHAO YU2,GE Xin2
（1.School of Jet Propulsion，Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 10083,China;2.Shenyang Aeroengine Research Institute,Shenyang 110015，China）

A new bi-directionalmeasurementmethod ofcombustoroutlet temperature field for aeroengine was introduced.The bi-directional turning angle of the swing device was recorded using an angle sensor to collect and measure temperature field data.The idle running of bi-directional switching was set in the program and it was eliminated in the measurement to solve the idle running angle in the gear drive.The positions of the bi-directional turning measurement were consistent.The repeatability of the temperature field data was ensured.The experiment indicates that the temperature field data can meet the demands of the repeatability well.

bi-directional data collecting;temperature field;combustor;experiment

楊志民（1968），男，在讀博士研究生，自然科學(xué)研究員，從事航空發(fā)動機燃燒室試驗工作。