馬　昌，雷　利

(中國飛行試驗研究院發(fā)動機所，陜西 西安 710089)

推拉力試車臺改造技術(shù)研究

馬昌，雷利

(中國飛行試驗研究院發(fā)動機所，陜西 西安 710089)

摘要：介紹了在渦噴渦扇發(fā)動機試車臺上改試渦槳發(fā)動機的技術(shù)改造概況，重點闡述技術(shù)改造工作中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題及解決措施，完成了國內(nèi)首臺推/拉力綜合發(fā)動機試車臺技術(shù)改造工作，首次完成渦槳發(fā)動機地面試車臺拉力測量試驗，解決了渦槳型動力裝置的拉力測量問題，為今后渦槳型發(fā)動機的性能綜合試驗奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：渦槳發(fā)動機；試車臺；受力分析

1引言

我國現(xiàn)有的渦槳發(fā)動機試車臺都是臥式固定結(jié)構(gòu)，對渦槳型動力裝置(發(fā)動機+螺旋槳)無法進行拉力測量。發(fā)動機生產(chǎn)廠家只給出渦槳發(fā)動機的輸出功率等技術(shù)指標，而沒有渦槳發(fā)動機拉力的數(shù)據(jù)。根據(jù)飛機和某型渦槳發(fā)動機的定型試飛要求，需要渦槳發(fā)動機的實際拉力和螺旋槳效率等參數(shù)。

為了滿足飛機和某型渦槳發(fā)動機定型的需要，中國飛行試驗研究院會同有關(guān)發(fā)動機方面專家進行多次研究分析，認為將現(xiàn)有渦噴渦扇發(fā)動機地面試車臺加以技術(shù)改造，可以滿足渦槳系列發(fā)動機的安裝和試驗的技術(shù)要求，臺架測試系統(tǒng)也可滿足渦槳發(fā)動機拉力測量的要求，為渦槳系列發(fā)動機相關(guān)問題的研究和試驗打下了良好的基礎(chǔ)。

2試車臺改造設計和受力分析

2.1渦噴渦扇發(fā)動機試車臺現(xiàn)狀分析

渦噴渦扇發(fā)動機試車臺是試驗渦噴渦扇系列發(fā)動機的專用試車臺，由定架、動架、測試系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和供油系統(tǒng)等部分組成。試車臺的動架是由前后2組4個彈簧片懸掛在定架上，被試發(fā)動機懸掛在動架的下端并與動架剛性連接。發(fā)動機的水平安裝軸線距地面5m，臺架測試系統(tǒng)的拉力測量范圍為(0-100)kN。根據(jù)渦槳發(fā)動機地面試驗要求，露天標準渦噴渦扇發(fā)動機試車臺結(jié)構(gòu)和性能指標經(jīng)技術(shù)改造后,完全可滿足渦槳發(fā)動機地面試驗要求。

2.2試車臺改造設計

渦槳系列發(fā)動機與渦噴渦扇系列發(fā)動機是兩個完全不同類型的發(fā)動機，兩者的安裝形式、結(jié)構(gòu)、工作模式等均相差較大。渦槳系列發(fā)動機是安裝在試車臺的一個垂直安裝面上，通過8根拉桿將渦槳發(fā)動機安裝到試車臺架上。渦槳發(fā)動機臺架改造設計是在渦噴渦扇發(fā)動機試車臺的基礎(chǔ)上進行的，將原渦噴渦扇試車臺上的發(fā)動機安裝主支點、進氣道及進氣道支架等拆除，設計了渦槳發(fā)動機轉(zhuǎn)接架、滑油系統(tǒng)、臺架吹風系統(tǒng)等。

因為渦槳系列發(fā)動機與渦噴渦扇系列發(fā)動機的臺架安裝形式完全不同，所以設計了渦槳發(fā)動機轉(zhuǎn)接架，用渦槳發(fā)動機轉(zhuǎn)接架的凹槽與原試車臺三角架主支點座的凸臺相配合，達到轉(zhuǎn)接架水平安裝定位的目的。用跨接板將發(fā)動機轉(zhuǎn)接架垂直面與試車臺三角架連成一體，達到轉(zhuǎn)接架垂直安裝定位的目的。

滑油系統(tǒng)的設計是依據(jù)渦槳發(fā)動機滑油系統(tǒng)的技術(shù)要求進行的，將滑油箱設計安裝在試車臺的定架上，采用重力方式供油?；拖涑隹谖恢帽葴u槳發(fā)動機滑油進口位置至少要高0.5m，兩者之間采用高壓軟管連接，以滿足渦槳發(fā)動機滑油進口壓力的技術(shù)要求。滑油冷卻系統(tǒng)采用飛機用的風冷式冷卻裝置進行散熱冷卻，可滿足渦槳發(fā)動機滑油溫度的技術(shù)要求。

渦槳發(fā)動機在試驗時，要對兩臺啟動電機和發(fā)動機渦輪吹風散熱。根據(jù)渦槳發(fā)動機的吹風系統(tǒng)技術(shù)要求，設計和安裝渦輪吹風機和啟動電機吹風機，并對吹風管進行了重新設計和安裝，滿足了渦槳發(fā)動機吹風系統(tǒng)的技術(shù)要求。

2.3試車臺受力分析

渦槳發(fā)動機通過8根拉桿固定在臺架的轉(zhuǎn)接架上，臺架的轉(zhuǎn)接架安裝在試車臺的動架上。試車臺的動架由4個彈簧片懸掛在車臺定架上，動架上的各個連接部分都是剛性連接，由結(jié)構(gòu)力學原理可知，其結(jié)構(gòu)是幾何不變系統(tǒng)，整個動架系統(tǒng)為剛體結(jié)構(gòu)。渦槳發(fā)動機安裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1　渦槳發(fā)動機安裝結(jié)構(gòu)示意圖

由渦槳發(fā)動機安裝結(jié)構(gòu)示意圖可知，動架受到4個彈簧片向上的拉力(Fa、Fb、Fc、Fd)和向下的動架的重力P1，渦槳發(fā)動機的重力P20(或渦噴發(fā)動機的重力P2)，轉(zhuǎn)接架的重力P3，螺旋槳的重力P4和需加配重的重力P，其重心位置不同。原渦噴渦扇發(fā)動機試車臺動架的受力是平衡穩(wěn)定的，經(jīng)過技術(shù)改造后，渦槳發(fā)動機安裝主支點比渦噴渦扇發(fā)動機安裝主支點向前移動了1.4m，其重心也向前移動了1.4m，動架上又增加了轉(zhuǎn)接架的重力P3和螺旋槳的重力P4，這樣就造成了試車臺動架的水平受力的不平衡。

為了達到與原渦噴渦扇發(fā)動機試車臺動架水平受力的平衡狀態(tài)，就必須在動架的后部增加配重P，以平衡渦槳發(fā)動機安裝主支點前移等所造成的影響。根據(jù)力學平衡原理，可計算出所加配重P的重量。由于動架為剛體結(jié)構(gòu)，其左右方向受力為發(fā)動機軸向?qū)ΨQ，因此動架上的各力可簡化為在發(fā)動機軸線上進行受力分析。原車臺動架受力原理圖見圖2。

圖2　原車臺動架受力原理圖

根據(jù)力學平衡方程，以C點為支點，有：

ΣMC=0

(1)

技術(shù)改造后，車臺動架受力原理圖見圖3。

圖3　車臺動架受力原理圖

根據(jù)力學平衡方程，以C點為支點，有：

ΣMC=0

(2)

為了達到與原渦噴渦扇發(fā)動機試車臺動架受力的平衡狀態(tài)，就必須是：2Fa=2Fa0。根據(jù)式(1)和式(2)，可求得P值。

(3)

所以，需加配重的重量P為1170kg。

3車臺動架加載試驗

將渦槳發(fā)動機安裝到試車臺上，連接好各試驗管路，在動架的后部加好配重，使試車臺處于完全準備好的試驗狀態(tài)。將液壓加載器的頂桿與標準推力傳感器之間的間隙調(diào)整至0.2mm，動架頂桿與安裝在定架上的工作推力傳感器之間的間隙調(diào)整至0.2mm。用液壓加載裝置給加載器加壓，用加載器和標準推力傳感器對動架上的工作推力傳感器進行校準，校準結(jié)果如表1所示。

表1　校準數(shù)據(jù)　　　　　　　單位：kN

經(jīng)計算，進程加載的各點標準推力傳感器與工作推力傳感器之間示值的最大基本誤差為0.06%，回程卸載的各點標準推力傳感器與工作推力傳感器之間示值的最大基本誤差為0.06%。加載的標準推力傳感器與工作推力傳感器測量的力值在計量校準合格的范圍內(nèi)，因此動架配重的重量是合理的，并驗證了臺架的設計改造是正確的。

4臺架驗收試驗

發(fā)動機試車臺設計改造完成后，對某型渦槳發(fā)動機進行了臺架拉力測量試驗，成功地取得了各項試驗技術(shù)參數(shù)。試驗期間，發(fā)動機工作狀態(tài)分別取0.2額定、0.4額定、0.6額定、0.7額定、0.85額定、額定和起飛共7個狀態(tài)，進行了上下臺階的性能穩(wěn)態(tài)試驗。試驗數(shù)據(jù)表明，測量得到的轉(zhuǎn)速、拉力、渦輪后溫度、扭矩壓力等之間變化規(guī)律是一致的，臺架拉力測量試驗的測試結(jié)果與理論設計值比較曲線如圖4所示。圖中虛線為理論設計值，實線為測量結(jié)果擬合曲線(數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化處理)。由圖4可知：

(1)螺旋槳拉力測量值與理論設計值的變化趨勢基本一致。

(2)臺架結(jié)構(gòu)的滑流阻力:這是由渦槳發(fā)動機臺架設計決定的，槳葉后方構(gòu)成動架的三腳架、轉(zhuǎn)接架、拉桿，以及發(fā)動機本體都處在螺旋槳滑流范圍內(nèi)，不可避免地產(chǎn)生與拉力方向相反的滑流阻力，從而影響螺旋槳拉力測量值。后續(xù)研究內(nèi)容將重點關(guān)注臺架滑流阻力修正。

(3)發(fā)動機性能衰減:因為驗收所用的發(fā)動機已經(jīng)裝機飛行了較長一段時間，發(fā)動機性能會有所衰減，與發(fā)動機軸功率相對應的螺旋槳拉力也會有所衰減，這種變化是正常的。

圖4　拉力測量結(jié)果與理論設計值比較曲線圖

5結(jié)束語

渦槳型動力裝置發(fā)動機地面露天試車臺是我國首臺能夠進行推(拉)力測量試驗的綜合發(fā)動機地面試車臺，解決了渦槳系列發(fā)動機地面拉力測量的問題。經(jīng)過某型渦槳發(fā)動機在試車臺的拉力測量試驗，試驗的各項技術(shù)參數(shù)指標滿足某型渦槳發(fā)動機試驗的技術(shù)要求，滿足了某型渦槳發(fā)動機定型試飛的需要。下一步研究工作的重點放在對螺旋槳拉力測量值的精確修正方面，諸如螺旋槳后滑流阻力和不同渦槳發(fā)動機吊裝后配重變化對拉力測量值影響的研究等。

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Research on Transformation Technology for Push-Pull Test Bed

Ma Chang,Lei Li

(Chinese Flight Test Establishment,Xi′an 710089,Shanxi,China)

Abstract：The transformation works in test bed for turbojet and turbofan engine are introduced.Using the transformed test bed,the trust of turbo prop engine can be tested.In the paper,the key technologies and the solving measures in the technical reform are discussed in detail.The works of technical reform for the first domestic push-pull test bed for turbo prop engine are finished.The test results show that the transformation is correct,which lays a foundation for the comprehensive performance test of turbo prop engine.

Keywords:turbo prop engine;test bed;force analysis

[收稿日期]2016-03-01

[作者簡介]馬昌(1980—)，男，研究生學歷，工程師，主要從事航空發(fā)動機整機試驗工作。

中圖分類號：V263.4+7

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.01.023