[發明專利]一種非接觸式發動機推力測試方法及裝置

無效

• 申請號: 201210169385.5
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN102680238A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 鄭龍席;李超;黃希橋;李勍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01L5/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及發動機測試技術領域，具體為一種非接觸式發動機推力測試方法及裝置。主要用于航空發動機等的推力測量。

背景技術

目前傳統的航空發動機推力測量裝置根據應用的不同大致可以分為兩大類。

一類主要用于工廠中的發動機試車，其原理是通過將航空發動機安裝在動架之上，動架整體再通過數條等長的鋼繩固定于測試間頂部，在與動架持平的位置安裝靜止架，并在動架與靜止架之間唯一的接觸受力點安裝壓力傳感器。推力測量原理主要是通過發動機工作時，產生的推力會將動架整體往靜止架的方向進行推動，當工作穩定時，發動機的推力便可以由推力傳感器的測量值、懸掛鋼繩的偏轉角度以及發動機與動架的質量和來計算獲得。該方法還延伸出了動架采用滑軌安裝于靜止架，用彈簧和阻尼器作為位移緩沖部件等方法。這類方法的好處是實驗室的搭建容易，對于不同尺寸的發動機都有很好的適應性，在測量不同發動機的推力時無需更換動靜架及其余的輔助裝置，此方法的缺點，最終得到的發動機推力是通過數個參數的聯立求解而得到的，而且先不論傳感器得到的數據精度如何，其他項的獲取精度并不能夠很好的保證，尤其是在有沖擊力或者周期推力的作用下時，鋼繩的擺動、彈簧阻尼系統的周期性位移、往復變化的摩擦力都是難以直接得到的，因此，這個利用該方法測量的推力數值的準確性，在應用于沖擊力和周期推力的情況下是難以保證的。

第二類通常是用于微型發動機或小型發動機推力測量的方法，其原理仍然是利用動架與靜止架之間的唯一接觸點安裝推力傳感器，但是動架的結構是以數個彈簧片支撐一塊平板來形成的。這類方法之所以常用于微型發動機和小型發動機的推力測量，主要是由于該動架的安裝支撐方法相比于第一類更為簡便，但是由于彈簧片本身作為支撐器械時，在受到力的作用下時，其水平性相對于鋼繩支撐或者滑軌支撐較差，因此測量的精度比第一類方法要差一些。在測量精度要求不高的情況時，該方法仍然是國內外較為常用的一種方法。

以上兩種方法方法要求發動機能夠較為容易的安裝于動架之上，在對于有些原理性實驗樣機的測量中，由于發動機本身難以甚至無法在動架上進行安裝，因此在這種情況下，傳統的直接推力測量方法便會變的無法使用。

在非接觸推力測量方法的研究上，中國科學院力學研究所在2010年8月公開了他們研究的一種間接測量氣動推力的方法及裝置，公開編號為CN101806261A，該氣動推力測量裝置主要包括動壓探針、探針支撐件、可移動平臺、數據采集系統及數據處理和分析系統幾部分。其方法方法是：通過探針支撐件將動壓探針固定于可移動平臺，調節動壓探針，使得動壓探針軸線和火箭發動機軸線平行并在同一高度。當可移動平臺沿垂直于發動機軸線的方向勻速移動、使得動壓探針掃過從發動機噴口噴出的高超聲速噴流時，置于動壓探針后端的壓差傳感器實時響應高超聲速噴流的動壓信號，數據采集系統實時采集動壓及其分布信號，數據處理和分析系統通過對測得的動壓徑向分布信號的面積分處理，得到氣動推力。該類方法從原理上講確實能夠獲得發動機工作時產生的實際推力，但是這種方法對于沖擊力和周期推力的測量中，無法保證不同位置下所采的數據點是同一時刻下對應的氣動參數，因此該氣動推力的測量方法只適用于傳統航空發動機，即尾部排放氣流穩定的情況下。而且為了測量發動機尾部氣流的氣動參數，在其尾部排氣截面處安裝測量探針，不可避免的會對發動機本身的工作情況產生一定的影響。并且最后推力的獲取，需要對整個發動機尾部截面測量結果進行環積分，為了保證其測量的準確性，測量采樣點需要盡可能的密集排布，因此該方法測量發動機推力的工作周期也會相對較長。

發明內容

要解決的技術問題

現有技術存在的問題主要有：

1、傳統航空發動機的測試技術要求發動機整體要能夠安裝于直接測量臺架的動架之上，對于有些原理性試驗樣機，其本身難以甚至無法安裝于動架的情況時，傳統航空發動機的直接測量法將無法使用。

2、在沖擊力和周期推力的測量中，傳統的直接推力測量方法受限于一部分測量參數（如鋼繩的偏轉角度、摩擦阻力的大小及方向等）伴隨時間進行的變化，而導致測量的難以進行。即使采用微小摩擦的滑軌安裝動架，且各部件之間剛性很高趨于理想的情況下，所測量的推力也會因為震蕩體系（傳感器連接的動架和其上安裝的發動機）的質量較大，而導致測量結果中質量×加速度的慣性力對測量結果本身產生影響。

3、現有非接觸的推力測量方法由于是對發動機尾部截面的水平軸線利用一個水平移動的探針進行逐一的采點，因此無法使傳感器采點的時間統一，該方法無法進行沖擊力和周期推力等發動機尾部氣動參數隨時間變化的氣動推力的測量。