航空发动机全流程参数测量数据采集与处理

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【试验工程师·公益学习营】第四期第1讲

【试验工程师·公益学习营】第四期第1讲于2020年4月24日如期举行，本期分享嘉宾是中国航发集团动研所副总设计师单晓明博士。单总从事航空发动机研发工作近30年，主持或作为骨干参加了国家及国际合作多个型号发动机的研制，是工信部“十三五”民机科研重大项目技术负责人，作为航空发动机试验测试、适航、标准化等方面专家，为多型航空发动机研制做出重要贡献。单总是原中航工业航空发动机试验测试特级技术专家，工信部航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究专业组专家，全国航空器及国家国防科技工业局军工航空行业标准化技术委员会委员，全国航空器及燃气轮机标准化技术委员会委员。

航空发动机测试技术是测量与获取发动机各种状态参数，经分析来定量评定发动机性能、功能及可靠性的综合性技术。在航空发动机的发展历程中，试验测试技术对其性能的提高和完善起到了至关重要的作用。发动机全流程参数测量试验是发动机研制过程中最重要的科研试验项目之一，通过全流程参数测量试验可以达到以下几个目的：

1、为发动机状态监控提供必要的手段

2、找出发动机运行过程中的设计缺陷

3、经过优化设计来确保发动机的性能和工作安全

4、提高仿真模型的准确度

发动机整机全流程参数测量包含总体测量参数以及进气道、压气机、涡轮、尾喷管各截面的测量参数。在对发动机全流程各截面进行包含温度、压力、流量等参数测量过程中，会应用到大量的受感器(通常也叫“探针”)。而探针布置的一般准则为：探针数量要考虑较小的堵塞比；探针布置应考虑测量截面的流场分布；探针的布局应考虑截面气流方向的影响；各截面测量探针一般采用周向均布、径向按等环面分布。

发动机沿流程各主要截面探针布置一般方法如下：

1、压气机进口截面总压测量

2、轴流压气机出口截面总温、总压、方向及马赫数测量

3、心压气机出口截面总温、总压、方向及马赫数测量

4、燃烧室出口截面的总温测量

5、燃气涡轮出口截面的总压、方向、马赫数测量

6、自由涡轮进口截面总温、总压、方向及马赫数测量

7、自由涡轮出口截面总压、总温、方向及马赫数测量

8、尾喷管出口截面总压、总温、方向及马赫数测量

说明: 41-1

针对发动机全流程参数测量采用的受感器及传感器特点，直接采集信号涉及热电偶、热电阻、流量、频率量、电压、电流、叶尖间隙、叶尖振幅、挠度、弹支应力、导叶角度、轴向力等。虽然发动机全流程参数测量参数种类多、信号特征各异，但最终都需要进入数据采集系统进行集中采集和统一管理。

根据发动机全流程参数测量的测试需求，需要组建车台试验测试系统。全流程参数测量涉及综合参数、沿流程截面参数、各系统参数等，具有参数种类多、数据量大、测试系统也复杂等特点。

试验目的不同，全流程参数测量发动机工作状态也不同，一般包括发动机从慢车状态至起飞状态之间的稳态工作状态，以及从慢车状态至起飞状态之间的加减速过渡态。对于某个工作状态的稳态测量，需在发动机状态稳定(一般需要3分钟以上)后，再进行数据采集和记录。在试验过程中，需要对实时采集数据的有效性进行确认判断，提高发动机试验的有效性。数据有效性分析不仅是检查传感器和数据采集系统状态的完好性，更重要的是为了反映被测对象的真实状态提供可评估的测试数据。发动机试验过程中，在获得测量参数实时数据后，为便于直观监控，需要对数据进行各类图形化可视处理。全流程参数测量涉及参数种类多、数据量大，试验现场用到的常规与特种测试设备很多，给试验采集数据的管理带来难度。可以说，全流程参数测量对数据管理及信息化的需求一定程度上反映了发动机试验测试需求，具有一定的代表性。

未来，在重视试验装备建设的同时，也要发展完善的集发动机设计、制造、试验、测试、控制、处理、管理为一体的试验信息系统。在信号获取、数据处理、数据共享方面充分利用信息化技术的先进成果，通过系统集成、规范数据结构和接口，组成包括发动机试验信息管理在内的各种数据管理系统，发展集测量、控制、处理、管理为一体的试验信息系统，进一步增强试验验证能力。

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