摘要：在航空发动机当中，推力是非常重要的一项指标，推力测试在发动机车台试验过程中是非常重要的一项项目，为了在车台测试的过程中获得比较准确的发动机推力，一定要及时校准测量设备，本文中对航空发动机试车台推力校准系统进行分析和研究。
关键词：航空发动机；试车台；推力校准系统
1 航空发动机试车台推力校准系统
涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机在定型测试的过程中需要进行反反复复的台架试验，判断其是否合格的一项重要参数是航空发动机的推力，为了对其工作状态当中的推力进行测试，一定要建立起一套科学、完善、精确的发动机试车台测力系统，一般情况下发动机试车台主要包含了控制系统、定架，动架以及校准装置、测量装置等，在实验的过程中，发动机的推力测量与发动机的整体性能直接相关，对推力测量精度产生影响的重要因素就是发动机的推力校准，推力测量的过程主要通过推力传感器以及相关的数据采集设备共同组成，在试验的过程中，动架在发动机推力的条件下，给定架一个轴向力，利用推力传感器就能对发动机的推力进行测试。
在测力装置设置的过程中，需要符合以下几项要求，首先需要保证测力装置具有高灵敏性，在测试的过程中，综合误差需要控制在0.5%，另外需要保证动架和定架的刚度、强度符合试车的具体要求，第三需要防止发动机出现附加气动力，第四需要对前后弹簧片进行控制，使其处于拉应力状态，防止铅垂方向失稳，最后在试验的时候不能出现发动机在测试的过程中没有作用因素等情况，比如说燃气回流、进气畸变等。
2 推力校准方法
2.1 平行加载推力校准方法
通过平行加载推力校验的手段通过试车台架进架的一个驱动进行模拟推力的设置，这个模拟推力利用推力校准负荷传感器向试车台架的动架当中传输，使其推力负载降低或者增加推力测量装置对传感器获得的校准力进行测量，并且和工作推力系数读数进行对比，在完成校准工作之后，为了确保正常的发动机推力测量，需要将模拟推力设备卸载。平行加载推力校准的主要目的在于将试车台架缺陷等因素进行控制，比如说，工作传感器传输过程中出现系统误差等。
2.2 中心加载推力校准方法
和平行加载的推力校准进行比较可以发现，中心加载推力校准等方式，在发动机推力测量的时候更为精准，可以进行更好的模拟，在中心加载推力校准的过程中，模拟推力主要是在发动机中心线的位置，向试车台架当中传递的，利用中心加载测量系统对被测发动机连接点处的作用力情况进行测量，该连接点在被测发动机中心点的高度，因为试车台结构的不同，模拟推力可能是顺着试车台中心线的拉力，也有可能是顺着试车台中心线的推力。
具体分析中心加载的方式，其优点在于可以对推力传递的高度进行模拟，另外也可以了解实际被测发动机的高度情况保持一致，另外可以产生一个垂直较大的作用于试车台架的力矩，这些都是平行加载模拟推力无法做到的。
3 校准的滞后和不可重复性
任何测力系统在工作的过程中往往具有不可重复性和一定的滞后性，因此在推力校准的时候需要对其试车台架弹性元件和传感器进行观察。
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为了让不可重复性和滞后性对推力测试的影响降低，较为合理的方式是在实际校验前，把模拟推力从零一直加到最大，最后在慢慢递减至零，重复两次进行操作，接着在模拟推力增长的时候，选择大致平均分布并且在零点到满量程点的位置，一般选择八个点以上，在模拟推力降低的时候，也选取相应的点数，另外每一对数对应的力应该在大致条件下相同，然而往往会出现一定的差异，工作推力秤读数将校准推力秤读数减去就是这个点的误差，在上升的过程中可以对其误差和下降过程中得到的误差之间的差值就是度量当前系统滞后性的一个量度，由于一个较好的试车台架，在各种因素导致的滞后往往在任何点都少于满量程的0.1%。
若是滞后性可以接受，一般情况下是对两个误差值进行取平均值接着获得较准点的校准值，在实际发动机测试的过程中，推力发生波动往往是因为近期空气流不稳定或者被测发动机出现振动，发动机燃油控制发生变化，发动机尾气发生大规模串流等情况出现了这些波动，往往会对系统之后产生一定的微小误差，在推力下降和推力上升的时候，如果推力接近平均值，那么系统滞后往往会处于稳定的状态。
传感器再好都会出现一定的不可重复性，也就是在相同条件下使用相同的力得到的结果却不完全相同，与此同时在连接动架和静架的发动机配套零件方面，出现的轴向力的改变也是无法预测的，另外不能通过校准的方式进行消除，这种不可预测性对推力测试精度产生的影响，所以需要选择较为优良的负载传感器，确保发动机配套零件的柔韧性。这样可以将这些影响降到最低的程度。
4 推力测试中的误差
4.1 误差分类
推力测量误差主要分为非系统误差和系统误差两种，在测量的时候，系统误差可以进行复现，误差的数值变化和推力之间具有一定的相关性，需要对测量系统进行校正，就可以完全修正，而非系统误差的规律不固定，和推力变化方面没有相关性，无法进行修正。
4.2 误差来源
航空发动机试车台在推力测量的过程中出现的误差来源非常多，而且相对较为复杂，通常条件下分为四种，首先是试车台架设计的过程中出现的误差，其次是和试车台架环境相关的误差，第三是和连接试车台架的外部配套零件相关的误差，最后是采集和仪器读取过程中出现的误差。
4.3 误差分析
在进行推力测试的时候，传感器往往造成的误差往往无法忽视，传感器的缺陷主要包含了传输特性曲线的斜率漂移，如滞后等，传感器当中的非侧向力和传感器当中的热梯度都有可能出现一定的误差，通过数字化传感器输出的结果在仪器当中会因为各种电子元器件也会出现误差，这种误差一般情况下相对较小，可以在计算的过程中对其进行忽略，通过合理的推力校准程序逐步消除这些误差，然而一些滞后误差和随机误差依旧存在，所以还需要对其所有条件进行考虑。
结束语
对推力测试系统进行综合的评估和分析，首先需要保证推力校准在发动机安装完成之后以及发动机连接所有试车台架的条件下进行，另外要保证负载传感器的侧向载荷越小越好，与此同时，还需要保证负载传感器能够做到热隔离，不会受到发动机热量的影响而导致测量出现较大误差。
参考文献：
[1]王润明，罗毅.航空发动机推力测量台架动架支撑方式研究[J].燃气涡轮试验与研究，2013，26（1）：9-11.
[2]赵晨，张巍，曹阳，航空发动机台架推力校准软件系统设计[C].航空试验测试技术学术交流会论文集.2016.
[3]GB/T 228.1—2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法[S].
论文作者:龙迪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/13
标签：推力论文; 误差论文; 发动机论文; 台架论文; 过程中论文; 测量论文; 传感器论文; 《基层建设》2019年第4期论文;