推拉力试车台改造技术研究

马　昌，雷　利

(中国飞行试验研究院发动机所，陕西 西安 710089)

推拉力试车台改造技术研究

马昌，雷利

(中国飞行试验研究院发动机所，陕西 西安 710089)

摘要：介绍了在涡喷涡扇发动机试车台上改试涡桨发动机的技术改造概况，重点阐述技术改造工作中存在的关键技术问题及解决措施，完成了国内首台推/拉力综合发动机试车台技术改造工作，首次完成涡桨发动机地面试车台拉力测量试验，解决了涡桨型动力装置的拉力测量问题，为今后涡桨型发动机的性能综合试验奠定基础。

关键词：涡桨发动机；试车台；受力分析

1引言

我国现有的涡桨发动机试车台都是卧式固定结构，对涡桨型动力装置(发动机+螺旋桨)无法进行拉力测量。发动机生产厂家只给出涡桨发动机的输出功率等技术指标，而没有涡桨发动机拉力的数据。根据飞机和某型涡桨发动机的定型试飞要求，需要涡桨发动机的实际拉力和螺旋桨效率等参数。

为了满足飞机和某型涡桨发动机定型的需要，中国飞行试验研究院会同有关发动机方面专家进行多次研究分析，认为将现有涡喷涡扇发动机地面试车台加以技术改造，可以满足涡桨系列发动机的安装和试验的技术要求，台架测试系统也可满足涡桨发动机拉力测量的要求，为涡桨系列发动机相关问题的研究和试验打下了良好的基础。

2试车台改造设计和受力分析

2.1涡喷涡扇发动机试车台现状分析

涡喷涡扇发动机试车台是试验涡喷涡扇系列发动机的专用试车台，由定架、动架、测试系统、电气系统和供油系统等部分组成。试车台的动架是由前后2组4个弹簧片悬挂在定架上，被试发动机悬挂在动架的下端并与动架刚性连接。发动机的水平安装轴线距地面5m，台架测试系统的拉力测量范围为(0-100)kN。根据涡桨发动机地面试验要求，露天标准涡喷涡扇发动机试车台结构和性能指标经技术改造后,完全可满足涡桨发动机地面试验要求。

2.2试车台改造设计

涡桨系列发动机与涡喷涡扇系列发动机是两个完全不同类型的发动机，两者的安装形式、结构、工作模式等均相差较大。涡桨系列发动机是安装在试车台的一个垂直安装面上，通过8根拉杆将涡桨发动机安装到试车台架上。涡桨发动机台架改造设计是在涡喷涡扇发动机试车台的基础上进行的，将原涡喷涡扇试车台上的发动机安装主支点、进气道及进气道支架等拆除，设计了涡桨发动机转接架、滑油系统、台架吹风系统等。

因为涡桨系列发动机与涡喷涡扇系列发动机的台架安装形式完全不同，所以设计了涡桨发动机转接架，用涡桨发动机转接架的凹槽与原试车台三角架主支点座的凸台相配合，达到转接架水平安装定位的目的。用跨接板将发动机转接架垂直面与试车台三角架连成一体，达到转接架垂直安装定位的目的。

滑油系统的设计是依据涡桨发动机滑油系统的技术要求进行的，将滑油箱设计安装在试车台的定架上，采用重力方式供油。滑油箱出口位置比涡桨发动机滑油进口位置至少要高0.5m，两者之间采用高压软管连接，以满足涡桨发动机滑油进口压力的技术要求。滑油冷却系统采用飞机用的风冷式冷却装置进行散热冷却，可满足涡桨发动机滑油温度的技术要求。

涡桨发动机在试验时，要对两台启动电机和发动机涡轮吹风散热。根据涡桨发动机的吹风系统技术要求，设计和安装涡轮吹风机和启动电机吹风机，并对吹风管进行了重新设计和安装，满足了涡桨发动机吹风系统的技术要求。

2.3试车台受力分析

涡桨发动机通过8根拉杆固定在台架的转接架上，台架的转接架安装在试车台的动架上。试车台的动架由4个弹簧片悬挂在车台定架上，动架上的各个连接部分都是刚性连接，由结构力学原理可知，其结构是几何不变系统，整个动架系统为刚体结构。涡桨发动机安装结构示意图见图1。

图1　涡桨发动机安装结构示意图

由涡桨发动机安装结构示意图可知，动架受到4个弹簧片向上的拉力(Fa、Fb、Fc、Fd)和向下的动架的重力P1，涡桨发动机的重力P20(或涡喷发动机的重力P2)，转接架的重力P3，螺旋桨的重力P4和需加配重的重力P，其重心位置不同。原涡喷涡扇发动机试车台动架的受力是平衡稳定的，经过技术改造后，涡桨发动机安装主支点比涡喷涡扇发动机安装主支点向前移动了1.4m，其重心也向前移动了1.4m，动架上又增加了转接架的重力P3和螺旋桨的重力P4，这样就造成了试车台动架的水平受力的不平衡。

为了达到与原涡喷涡扇发动机试车台动架水平受力的平衡状态，就必须在动架的后部增加配重P，以平衡涡桨发动机安装主支点前移等所造成的影响。根据力学平衡原理，可计算出所加配重P的重量。由于动架为刚体结构，其左右方向受力为发动机轴向对称，因此动架上的各力可简化为在发动机轴线上进行受力分析。原车台动架受力原理图见图2。

图2　原车台动架受力原理图

根据力学平衡方程，以C点为支点，有：

ΣMC=0

(1)

技术改造后，车台动架受力原理图见图3。

图3　车台动架受力原理图

根据力学平衡方程，以C点为支点，有：

ΣMC=0

(2)

为了达到与原涡喷涡扇发动机试车台动架受力的平衡状态，就必须是：2Fa=2Fa0。根据式(1)和式(2)，可求得P值。

(3)

所以，需加配重的重量P为1170kg。

3车台动架加载试验

将涡桨发动机安装到试车台上，连接好各试验管路，在动架的后部加好配重，使试车台处于完全准备好的试验状态。将液压加载器的顶杆与标准推力传感器之间的间隙调整至0.2mm，动架顶杆与安装在定架上的工作推力传感器之间的间隙调整至0.2mm。用液压加载装置给加载器加压，用加载器和标准推力传感器对动架上的工作推力传感器进行校准，校准结果如表1所示。

表1　校准数据　　　　　　　单位：kN

经计算，进程加载的各点标准推力传感器与工作推力传感器之间示值的最大基本误差为0.06%，回程卸载的各点标准推力传感器与工作推力传感器之间示值的最大基本误差为0.06%。加载的标准推力传感器与工作推力传感器测量的力值在计量校准合格的范围内，因此动架配重的重量是合理的，并验证了台架的设计改造是正确的。

4台架验收试验

发动机试车台设计改造完成后，对某型涡桨发动机进行了台架拉力测量试验，成功地取得了各项试验技术参数。试验期间，发动机工作状态分别取0.2额定、0.4额定、0.6额定、0.7额定、0.85额定、额定和起飞共7个状态，进行了上下台阶的性能稳态试验。试验数据表明，测量得到的转速、拉力、涡轮后温度、扭矩压力等之间变化规律是一致的，台架拉力测量试验的测试结果与理论设计值比较曲线如图4所示。图中虚线为理论设计值，实线为测量结果拟合曲线(数据经归一化处理)。由图4可知：

(1)螺旋桨拉力测量值与理论设计值的变化趋势基本一致。

(2)台架结构的滑流阻力:这是由涡桨发动机台架设计决定的，桨叶后方构成动架的三脚架、转接架、拉杆，以及发动机本体都处在螺旋桨滑流范围内，不可避免地产生与拉力方向相反的滑流阻力，从而影响螺旋桨拉力测量值。后续研究内容将重点关注台架滑流阻力修正。

(3)发动机性能衰减:因为验收所用的发动机已经装机飞行了较长一段时间，发动机性能会有所衰减，与发动机轴功率相对应的螺旋桨拉力也会有所衰减，这种变化是正常的。

图4　拉力测量结果与理论设计值比较曲线图

5结束语

涡桨型动力装置发动机地面露天试车台是我国首台能够进行推(拉)力测量试验的综合发动机地面试车台，解决了涡桨系列发动机地面拉力测量的问题。经过某型涡桨发动机在试车台的拉力测量试验，试验的各项技术参数指标满足某型涡桨发动机试验的技术要求，满足了某型涡桨发动机定型试飞的需要。下一步研究工作的重点放在对螺旋桨拉力测量值的精确修正方面，诸如螺旋桨后滑流阻力和不同涡桨发动机吊装后配重变化对拉力测量值影响的研究等。

参考文献

[1]FAA Advisory Circular (2002).Correlation,Operation,Design,and Modification of Turbofan/Jet Engine Test Cells[R].No.AC43-207.

[2]Rudnitski,D.M.(1990).Experience in Developing and Improving Ground-Level Test Capability[R].AGARD Lecture Series No.169.

[3]刘大响,叶培梁,胡 骏,等.航空燃气涡轮发动机稳性设计与评定技术[M].北京:航空工业出版社,2004.

[4]桂振盛.国外航空发动机试验[J].国外航空技术 发动机类,1976.

[5]某型涡浆发动机技术说明书[Z].

[6]某型涡浆发动机使用维护说明[Z].

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

[作者简介]马昌(1980—)，男，研究生学历，工程师，主要从事航空发动机整机试验工作。

中图分类号：V263.4+7

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.01.023