一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法与流程

1.本发明属于航空发动机推力修正技术领域，涉及一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法。


背景技术：

2.推力是航空发动机最主要的性能参数之一，试车台架是获取发动机推力的重要设备。试车台架主要由定架、弹簧片、动架、挂架、工作用力传感器以及液压加载装置、标准力传感器等组成的平行加载校准系统组成。其中定架连接固定基础，定架和动架前后四个角通过四个弹簧片组成的平行片簧结构连接，挂架用于挂装发动机并与动架连接，校准系统仅在试车前校准工作用力传感器时才串接到动架与定架之间。试车时发动机产生的推力通过动架，经由弹簧片传递到定架与动架之间连接的工作用力传感器，由工作用力传感器测得发动机推力。因此推力传递过程是动架通过弹簧片变形实现的，推力传感器通过定架与动架之间相对位移实现推力的测量。在上述测试过程中，弹簧片变形造成的位移会产生与推力方向相反的力，即弹簧片变形引入的结构附加阻力，使得测力传感器测得的推力值小于发动机真实推力，而台架本身的校准系统无法对该阻力进行修正，影响发动机性能准确评定。
3.作为现有技术，cn104408243a公开了一种发动机模型安装推力修正方法，cn115034048a公开了一种航空发动机全加力状态推力标准修正方法，但这些方法都不能解决航空发动机台架推力测试与校准过程中因弹簧片变形引入的结构附加阻力无法实时测量修正的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法，能够实时测量修正航空发动机台架推力测试与校准过程中因弹簧片变形引入的结构附加阻力。
5.本发明的一个方面提供一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法，所述航空发动机台架包括定架、动架、弹簧片、工作用力传感器、液压加载装置和标准力传感器，包括：弹簧片单位变形阻力测量步骤，通过力发生及测量系统产生并测量使弹簧片变形的第一力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第一变形位移值，通过拟合第一力值与第一变形位移值的线性直线，获取第一直线斜率作为弹簧片单位变形阻力值；校准状态单位载荷弹簧片变形测量步骤，通过标准力传感器测量液压加载装置加载的第二力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第二变形位移值，通过拟合第二力值与第二变形位移值的线性直线，获取第二直线斜率作为校准状态单位载荷弹簧片变形值；发动机测试状态单位载荷弹簧片变形测量步骤，通过工作用力传感器测量发动机推力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第三变形位移值，通过拟合发动机推
力值与第三变形位移值的线性直线，获取第三直线斜率作为发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值；结构附加阻力计算步骤，利用所述弹簧片单位变形阻力值、校准状态单位载荷弹簧片变形值和发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值，计算因弹簧片变形引入的结构附加阻力。
6.优选地，在弹簧片单位变形阻力测试步骤中，通过多次测量第一力值与第一变形位移值，得到弹簧片单位变形阻力的平均值：
7.其中，为第一力值与第一变形位移值的测量次数，为每次测量的弹簧片单位变形阻力值。
8.优选地，在校准状态单位载荷弹簧片变形测量步骤中，通过多次测量第二力值与第二变形位移值，得到校准状态单位载荷弹簧片变形的平均值:
9.其中，为第二力值与第二变形位移值的测量次数，为每次测量的校准状态单位载荷弹簧片变形值。
10.优选地，在发动机测试状态单位载荷弹簧片变形测量步骤中，通过多次测量发动机推力值与第三变形位移值，得到发动机测试状态单位载荷弹簧片变形的平均值:
11.其中，为发动机推力值与第三变形位移值的测量次数，为每次测量的发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值。
12.优选地，在结构附加阻力计算步骤中，如下计算因弹簧片变形引入的结构附加阻力：
13.其中，为因弹簧片变形引入的结构附加阻力系数，为工作用力传感器测量的发动机推力值。
14.优选地，所述力发生及测量系统包括高精度力传感器、力传感器安装座、升降机和移动台，所述升降机与所述力传感器安装座和所述移动台连接，所述力传感器安装座安装有所述高精度力传感器，所述移动台与所述动架连接，所述高精度力传感器与所述定架连
接。
15.优选地，所述升降机通过改变所述移动台与所述高精度力传感器之间的距离，使所述定架与所述动架之间产生相对位移，从而使所述弹簧片变形。
16.优选地，所述弹簧片变形位移测量系统包括位移传感器、位移传感器安装座、位移机构，位移机构能够调节弹簧片与位移传感器之间的距离，安装有位移传感器的位移传感器安装座安装在位移机构上。
17.根据本发明以上方面的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法，能够在航空发动机台架推力测试与日常校准过程中实时获取和修正因弹簧片变形引入的与发动机推力方向相反的结构附加阻力，使台架测得的力更接近发动机真实推力。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：图1是本发明一种实施方式的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法的流程图。
19.图2是本发明一种实施方式的连接了力发生及测量系统和弹簧片变形位移测量系统的航空发动机台架的结构示意图。
20.图3是本发明一种实施方式的力发生及测量系统的结构示意图。
21.图4是本发明一种实施方式的弹簧片变形位移测量系统的结构示意图。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明的实施方式提供一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法。图1是本发明一种实施方式的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法包括步骤弹簧片单位变形阻力测量步骤s1、校准状态单位载荷弹簧片变形测量步骤s2、发动机测试状态单位载荷弹簧片变形测量步骤s3和结构附加阻力计算步骤s4。
24.为了实施本发明实施方式的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法，本发明的实施方式还提供一种力发生及测量系统和一种弹簧片变形位移测量系统。发动机试车（推力测试）时，因弹簧片变形抵消的力相比于发动机推力占比较小，台架安装的上百千牛的液压加载装置和标准力传感器因量程太大，无法准确获得使弹簧片变形的力与变形位移之间的线性关系。所以本发明的力发生及测量系统的主要作用是产生使弹簧片变形的力并准确测试力值，弹簧片变形位移测量系统的主要作用测试弹簧片变形产生的位移量。
25.图2是本发明一种实施方式的连接了力发生及测量系统和弹簧片变形位移测量系
统的航空发动机台架的结构示意图，其中示出了力发生及测量系统和弹簧片变形位移测量系统在航空发动机台架上的安装位置。其中，附图标记10指示弹簧片变形位移测量系统，11指示弹簧片，12指示定架，13指示动架，14指示挂架，15指示工作用力传感器，16指示标准力传感器，17指示力发生及测量系统，18指示液压加载装置，19指示台架辅助台。力发生及测量系统17串接在航空发动机台架的定架12与动架13之间，弹簧片变形位移测量系统10安装在弹簧片11附近的台架辅助台19上。
26.航空发动机试车台架一般安装四个弹簧片，根据现场安装条件可安装2个弹簧片变形位移测量系统10，共用一个采集测控系统，试车过程中每个弹簧片变形量基本相同，可以将各弹簧片变形位移量取平均后输出。
27.图3是本发明一种实施方式的力发生及测量系统的结构示意图。力发生及测量系统17包括高精度力传感器1、力传感器安装座2、升降机3和移动台20。
28.升降机3的一端安装力传感器安装座2，力传感器安装座2可更换配装不同类型的高精度力传感器1，高精度力传感器1的准确度优于0.1级。移动台20与航空发动机台架的动架固装，高精度力传感器1的一端连接定架，通过旋转升降机3的手柄可改变移动台20与高精度力传感器1之间的距离，从而使定架与动架之间产生相对位移，弹簧片11变形。力发生及测量系统17还可以包括数采系统4，与高精度力传感器1连接，实时采集使弹簧片变形产生的力值。
29.图4是本发明一种实施方式的弹簧片变形位移测量系统的结构示意图。弹簧片变形位移测量系统10包括位移传感器5、位移传感器安装座6、位移机构7。位移传感器5可以是电涡流位移传感器，位移机构7安装在与弹簧片11正对位置的台架辅助平台8上，安装位移传感器5的位移传感器安装座6安装在位移机构7上。航空发动机试车台架结构复杂，不同台架辅助平台8与弹簧片11的相对位置差异较大，且弹簧片变形产生的位移量很小，电涡流位移传感器量程仅几个毫米级，需非常贴近弹簧片11，通过位移机构7可精确调节弹簧片11与位移传感器5之间的距离且能够适应不同台架安装条件。弹簧片变形位移测量系统10还可以包括采集控制系统9，用于实时测量弹簧片的位移。
30.以下具体说明本发明实施方式的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法。
31.在弹簧片单位变形阻力测量步骤s1中，通过力发生及测量系统产生并测量使弹簧片变形的第一力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第一变形位移值，通过拟合第一力值与第一变形位移值的线性直线，获取第一直线斜率作为弹簧片单位变形阻力值。
32.在该步骤的一个实施例中，脱开定架与动架间除弹簧片连接的其他连接。在弹簧片允许的变形范围内，旋转力发生及测量系统17的升降机的手柄，施加使弹簧片变形产生的力，施加的力一般不低于i=6个点，且6个点之间尽量均匀分布，力发生及测量系统17分别记录进回程施加的力值和，弹簧片变形位移测量系统10记录进回程弹簧片变形位移值和；分别拟合进回程力值与位移值的线性直线，获取直线斜率和，则单次测量弹簧片单位变形的阻力值为：
……………………………………
(1)次重复测量后，弹簧片单位变形阻力的平均值：
…………………………………………
(2)在校准状态单位载荷弹簧片变形测量步骤s2中，通过标准力传感器测量液压加载装置加载的第二力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第二变形位移值，通过拟合第二力值与第二变形位移值的线性直线，获取第二直线斜率作为校准状态单位载荷弹簧片变形值。
33.在该步骤的一个实施例中，拆掉力发生及测量系统17，恢复台架日常校准的连接状态，开始推力测量系统平行加载校准，即液压加载装置与标准力传感器等组成校准装置对台架工作用力传感器进行静态校准。校准过程中分别记录进回程各校准点标准力传感器测得力值和，弹簧片变形位移测量系统10同时记录进回程弹簧片变形位移值和，分别拟合进回程位移值与力值的线性直线，获取直线斜率和，则单次测试单位载荷弹簧片变形值：
……………………………………
(3)次重复校准后，单位载荷弹簧片变形平均值:
………………………………………
(4)在发动机测试状态单位载荷弹簧片变形测量步骤s3中，通过工作用力传感器测量发动机推力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第三变形位移值，通过拟合发动机推力值与第三变形位移值的线性直线，获取第三直线斜率作为发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值。
34.在该步骤的一个实施例中，断开台架日常校准的连接状态，恢复发动机测试连接状态，开展发动机试车。试车过程中记录发动机上下i个状态点，工作用力传感器测得力值和，弹簧片变形位移测量系统10同时记录弹簧片变形位移量和，分别拟合进回程位移值与力值的线性直线，获取直线斜率和，则单次试车单位载荷弹簧片变形值：
………………………………………
(5)次重复试车后，单位载荷弹簧片变形平均值:
………………………………………
(6)
在结构附加阻力计算步骤s4中，利用所述弹簧片单位变形阻力值、校准状态单位载荷弹簧片变形值和发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值，计算因弹簧片变形引入的结构附加阻力。
35.在该步骤中，弹簧片变形引入的台架结构附加阻力计算公式为：
……………………………
(7)其中，为弹簧片变形引入的结构附加阻力系数，为工作用力传感器测得发动机推力值。
36.通过将ζ值写入台架推力测量的数采系统，可实时获取因弹簧片变形引入的结构附加阻力。
37.综上所述，本发明实施方式的航空发动机台架的结构附加阻力修正方法针对航空发动机台架推力测试与校准过程中因弹簧片变形引入的结构附加阻力无法实时测量修正的问题，通过简单易操作的装置和方法单独量化了台架推力测量中因弹簧片变形引入的结构附加阻力值，提高了航空发动机台架推力的测量精度。并且，利用力发生及测量系统的旋转齿轮升降机和等级较高的力传感器，在不改变台架任何结构的情况下获取弹簧片微小变形所受的力；利用弹簧片变形位移测量系统灵活适应台架组成结构，快速找准电涡流传感器和弹簧片的相对位置，实现对微小位移的准确测量。
38.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法，所述航空发动机台架包括定架、动架、弹簧片、工作用力传感器、液压加载装置和标准力传感器，其特征在于，包括：弹簧片单位变形阻力测量步骤，通过力发生及测量系统产生并测量使弹簧片变形的第一力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第一变形位移值，通过拟合第一力值与第一变形位移值的线性直线，获取第一直线斜率作为弹簧片单位变形阻力值；校准状态单位载荷弹簧片变形测量步骤，通过标准力传感器测量液压加载装置加载的第二力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第二变形位移值，通过拟合第二力值与第二变形位移值的线性直线，获取第二直线斜率作为校准状态单位载荷弹簧片变形值；发动机测试状态单位载荷弹簧片变形测量步骤，通过工作用力传感器测量发动机推力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的第三变形位移值，通过拟合发动机推力值与第三变形位移值的线性直线，获取第三直线斜率作为发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值；结构附加阻力计算步骤，利用所述弹簧片单位变形阻力值、校准状态单位载荷弹簧片变形值和发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值，计算因弹簧片变形引入的结构附加阻力。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在弹簧片单位变形阻力测试步骤中，通过多次测量第一力值与第一变形位移值，得到弹簧片单位变形阻力的平均值：，其中，为第一力值与第一变形位移值的测量次数，为每次测量的弹簧片单位变形阻力值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在校准状态单位载荷弹簧片变形测量步骤中，通过多次测量第二力值与第二变形位移值，得到校准状态单位载荷弹簧片变形的平均值:，其中，为第二力值与第二变形位移值的测量次数，为每次测量的校准状态单位载荷弹簧片变形值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在发动机测试状态单位载荷弹簧片变形测量步骤中，通过多次测量发动机推力值与第三变形位移值，得到发动机测试状态单位载荷弹簧片变形的平均值:
，其中，为发动机推力值与第三变形位移值的测量次数，为每次测量的发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在结构附加阻力计算步骤中，如下计算因弹簧片变形引入的结构附加阻力：，其中，为因弹簧片变形引入的结构附加阻力系数，为工作用力传感器测量的发动机推力值。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述力发生及测量系统包括高精度力传感器、力传感器安装座、升降机和移动台，所述升降机与所述力传感器安装座和所述移动台连接，所述力传感器安装座安装有所述高精度力传感器，所述移动台与所述动架连接，所述高精度力传感器与所述定架连接。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述升降机通过改变所述移动台与所述高精度力传感器之间的距离，使所述定架与所述动架之间产生相对位移，从而使所述弹簧片变形。8.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述弹簧片变形位移测量系统包括位移传感器、位移传感器安装座、位移机构，位移机构能够调节弹簧片与位移传感器之间的距离，安装有位移传感器的位移传感器安装座安装在位移机构上。

技术总结
本发明公开了一种航空发动机台架的结构附加阻力修正方法，包括：通过力发生及测量系统产生并测量使弹簧片变形的力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的变形位移值，获取弹簧片单位变形阻力值；通过标准力传感器测量液压加载装置加载的力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的变形位移值，获取校准状态单位载荷弹簧片变形值；通过工作用力传感器测量发动机推力值，通过弹簧片变形位移测量系统测量弹簧片的变形位移值，获取发动机测试状态单位载荷弹簧片变形值；利用上述测量值计算因弹簧片变形引入的结构附加阻力。本发明能够实时测量修正航空发动机台架推力测试与校准过程中因弹簧片变形引入的结构附加阻力。准过程中因弹簧片变形引入的结构附加阻力。准过程中因弹簧片变形引入的结构附加阻力。


技术研发人员：刘琳琳 房健 常蕾 王毅
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/16