航空发动机试验和测试技术PDF电子书下载

目录 1

第1章 航空发动机试验技术的现状和发展 1

1.1　20世纪90年代发动机和21世纪初发动机 1

1.1.1　航空发动机的现状及发展趋势 1

1.1.2　通用技术的发展 16

1.2　发动机研制和发展对试验技术的要求 25

1.2.1　试验的必要性 26

1.2.2　试验技术和设备的发展 27

1.2.3　发动机典型试验项目及说明 29

1.2.4　试验方法的发展 32

1.3　试验和测试技术的自动化、综合化和智能化 34

1.3.1　20世纪90年代发动机试验和测试技术的发展 34

1.3.2　几个关键技术 38

1.4　发动机通用规范中有关试验的要求 39

1.4.1　军用发动机规范 39

1.4.2　民用发动机适航性条例 43

1.5.1　研究、探索性试验 49

1.5　发动机试验分类 49

1.5.2　新机或改型试验 50

1.5.3　批生产发动机常规试车 52

1.5.4　发动机工作状态 54

1.5.5　试验常用术语 55

习题 56

2.1　相似理论 58

2.1.1　相似的概念 58

第2章　试验技术的基础知识 58

2.1.2　相似三定理 59

2.2　信号分类及描述 60

2.2.1　确定性信号和非确定性信号 61

2.2.2　信号的描述 62

2.2.3　随机信号 65

2.2.4　相关函数和功率谱密度函数 67

2.3　信号变换 69

2.3.1　电阻式变换器的原理 70

2.3.2　电感式变换器的原理 73

2.3.3　电容式变换器的原理 76

2.3.4　压电式变换器的原理 77

2.3.5　热电式变换器的原理 79

2.3.6　光电式变换器的原理 82

2.3.7　新型变换器工作原理简介 85

2.4　信号传输 90

2.4.1　信号传输的种类 90

2.4.2　噪声及其抑制 91

2.4.3　无线传输 93

2.4.4　旋转体上信号传输 97

2.4.5　光输系统 98

2.5　信号测量 99

2.5.1　电桥 99

2.5.2　调频测量系统 101

2.5.3　电荷放大器 102

2.5.4　数字测量系统 103

2.6　信号处理 104

2.6.1　模拟分析方法 105

2.6.2　数字分析方法 107

2.6.3　模拟－数字混合分析方法 108

2.7　信号记录 109

2.7.1　磁带记录仪 109

2.7.2　磁光盘记录器 111

2.7.3　数据采集系统 113

2.8　试验数据处理方法 115

2.8.1　试验数据的平均法 115

2.8.2　回归分析 116

2.8.3　正交试验和方差分析 120

习题 126

第3章　发动机整机试验 127

3.1　相似工作条件、相似参数和换算参数 127

3.1.1　大气条件对发动机工作参数的影响 127

3.1.2　相似工作状态和相似参数 129

3.1.3　发动机工作过程参数对标准大气条件的换算 132

3.2　沿发动机流道主要热力参数及工作特性的测量 133

3.2.1　沿发动机流道热力参数的测定 134

3.2.2　节流特性试验 141

3.2.3　过渡状态试验 142

3.2.4　涡轮前后燃气温度的测定 143

3.3　自动化试车台 147

3.3.1　典型试车台 147

3.3.2　用于特定试验的试车台 151

3.3.3　试车程序 154

3.3.4　测控软件及数据采集系统 159

3.4.1　涡喷发动机全流程参数测试与分析 164

3.4　典型整机试验 164

3.4.2　进气道与发动机相容性试验 172

3.4.3　压气机的气动稳定裕度试验方法 190

3.4.4　研究发动机噪声的设备及其试验 192

3.4.5　启动特性试验 195

3.4.6　防冰系统试验 199

3.5　通过整机试验研究压气机和燃烧室 203

3.5.1　用改变喷口面积法研究压气机特性 203

3.5.2　用整机试验调试燃烧室 206

3.6.1　操纵性包括的主要问题 209

3.6　发动机操纵性的研究 209

3.6.2　主要试验 213

3.7　各种航空发动机的试验特点 214

3.7.1　涡扇发动机的试验特点 214

3.7.2　加力式涡喷发动机的试验特点 215

3.7.3　涡桨发动机和涡轴发动机的试验特点 216

习题 219

第4章　可靠性试验 221

4.1　可靠性概述 221

4.1.1　发动机可靠性和评定指标 221

4.1.2　结构完整性大纲中的试验 225

4.2　耐久性考核试车 229

4.2.1　试车目的和内容 229

4.2.2　试车结果评定 233

4.3　发动机加速任务试验 234

4.3.1　加速任务试验的由来 234

4.3.2　加速试车基本理论 235

4.3.3　加速试车方法 237

4.3.4　加速任务试车程序的确定 241

4.3.5　典型加速任务试车举例 245

4.4　发动机结构完整性主要考核试验 251

4.4.1　低循环疲劳试验 251

4.4.2　转子结构完整性试验 254

4.4.3　主轴疲劳试验及典型试验器 260

4.4.4　机匣静强度试验 265

4.4.5　叶片静频和动频的测量 269

4.4.6　发动机环境和吞咽试验 272

4.5　发动机振动测量 276

4.5.1 发动机振源及振动特点 276

4.5.2　发动机振动测量和分析 280

4.5.3　整机振动监控标准 285

4.6　发动机润滑和传动系统试验 288

4.6.1　润滑系统试验 288

4.6.2　传动系统试验 290

4.6.3　轴承组件试验 292

4.7.1　机动载荷模拟器设计要求 293

4.7　发动机耐久性考验的新型装置——机动载荷模拟器 293

4.7.2　机动载荷模拟器 295

4.7.3　X射线间隙探测装置 297

习题 298

第5章　发动机部件试验 299

5.1　部件试验及其作用 299

5.1.1　发动机研制和发展所需的部件试验 299

5.1.2　部件试验结果对整机研制的作用 301

5.2　压气机试验和设备 301

5.2.1　压气机模型试验 302

5.2.2　真实压气机试验 303

5.2.3　压气机气动试验 311

5.3　主燃烧室试验 324

5.3.1　主燃烧室试验内容 325

5.3.2　燃烧室试验设备 329

5.3.3　常压及高压环形燃烧室试验 336

5.3.4　模拟准则 343

5.3.5　激光相位多普勒粒子分析仪PDPA 345

5.3.6　燃气分析技术 355

5.4　涡轮试验 361

5.4.1　涡轮主要试验内容 361

5.4.2　涡轮试验器及试验 363

5.4.3　高温涡轮气冷叶片冷却效率试验 368

5.4.4　超、跨声速对转涡轮试验台 371

5.5　加力燃烧室试验 372

5.5.1　新歼击机加力燃烧室技术特点及其试验要求 372

5.5.2　试验设备及主要试验 374

5.5.3　加力燃烧室性能的台架燃气分析法 375

5.5.4　加力燃烧室高空舱试验 377

5.6　喷管试验 380

5.6.1　喷管的发展 380

5.6.2　喷管试验 383

5.6.3　典型矢量喷管试验 390

5.7　发动机控制系统试验 394

5.7.1　全权限数字式电子控制系统 394

5.7.2　主要试验 400

5.7.3　典型试验设备说明 402

5.8　部件试验结果对整机的适用性 403

5.8.1　概述 403

5.8.2　稳定工作状态 403

5.8.3　过渡状态性能 407

习题 409

6.1　高空模拟试验必要性及试验内容 410

6.1.1　高空模拟试验的必要性 410

第6章 高空模拟试验及飞行试验空测技术 410

6.1.2　高空台试验的特点 411

6.1.3　高空台试验内容 412

6.2　高空试验台及其数据采集系统 415

6.2.1　高空试验台及其发展 415

6.2.2　自动化数据采集系统 422

6.3　连续式高空台模拟试验方法 423

6.3.1　试验范围 423

6.3.2　GKS高空台主要设备说明 424

6.3.3　模拟试验方法 427

6.4　试验性能的计算 428

6.4.1　推力的计算 428

6.4.2　动量阻力和净推力 430

6.4.3　耗油率 431

6.5　发动机风洞及测试设备 431

6.5.1　发动机风洞 431

6.5.2　发动机风洞试验 433

6.5.3　风洞试验数据采集系统 438

6.6　发动机飞行试验 440

6.6.1　发动机使用方法和环境对其寿命的影响 441

6.6.2　发动机飞行载荷谱 445

6.6.3　飞行高度－速度图及飞行科目 452

6.6.4　发动机飞行试验台试验 456

6.6.5　典型飞行试验 460

6.6.6　发动机常规空测技术 466

6.7　飞行参数的换算 470

6.7.1　国际标准大气 470

6.7.3　飞行高度、速度和马赫数的确定 472

6.7.2　高度定义 472

6.7.4　大气静温的确定 475

习题 476

第7章　航空发动机动态测量、高温测量和级间参数测量 477

7.1　发动机动态测量 477

7.1.1　压气机流场三维动态测量 477

7.1.2　动态燃气温度测试系统 485

7.1.3　湍流反应流的激光测量 490

7.1.4　动态测试系统及其应用实例 499

7.2　先进高温测量技术 507

7.2.1　光学高温计 507

7.2.2　拉曼相干反斯托克斯光谱仪（CARS）用于测量燃气温度和燃气分析 515

7.2.3　红外测温法 521

7.2.4　涡轮进口温度光纤测量系统 529

7.2.5　高温应变测量系统 534

7.3　级间参数测量 538

7.3.1　级间参数测量方法及其传感器 538

7.3.2　发动机叶片叶尖径向间隙的测量 549

7.4　发动机过渡过程试验和测量 555

7.4.1　轴流压气机失速／喘振的测试 555

7.4.2　瞬态、脉动流场的测量 563

习题 572

第8章　航空发动机测试系统 573

8.1　发动机测量探针系统的智能化 573

8.1.1　智能探针系统的组成 573

8.1.2　校准试验 580

8.1.3　试验应用效果 584

8.2　发动机非稳态过程测试系统 585

8.2.1　动态压力畸变数据采集和处理系统 585

8.2.2　发动机进口瞬态温度场测试系统 591

8.3　发动机飞行试验自动化综合测试系统 596

8.3.1　飞行试验遥测地面站（FTTGS） 596

8.3.2　实时遥测数据采集／处理系统（QUAD7） 601

8.3.3　VTR—100可视遥测系统 611

8.3.4　国内典型飞行试验采集系统 612

8.4　发动机通用测控软、硬件 616

8.4.1　GDASⅡ测控软件层次结构 617

8.4.2　主要功能说明 617

8.4.3　人机界面 623

8.4.4　航空通用高速高精度测控系统硬件简介 623

习题 638

第9章　发动机试验技术的发展和仿真 640

9.1　试验技术发展的策略和趋势 640

9.1.1　信息时代的发动机试验 640

9.1.2　虚拟仪器 647

9.1.3　并行处理技术 650

9.1.4　试验、计算数据可视化 651

9.2　发动机故障诊断及监控技术 657

9.2.1　诊断与监控的定义和作用 657

9.2.2　监控和诊断系统的组成 659

9.2.3　常用故障诊断技术 665

9.2.4　V2500发动机状态监控和性能分析软件 669

9.2.5　涡轮叶片振动监测系统 673

9.2.6　涡轮发动机紧急故障监测器 677

9.2.7　发动机神经网络监控技术 680

9.3　发动机试验数据库 686

9.3.1　发动机数据库概述 687

9.3.2　发动机试验数据库 693

9.3.3　发动机故障数据库 696

9.3.4　发动机专家系统库 698

9.4　发动机试验仿真 702

9.4.1　推进系统数值仿真试验台（NPSS） 702

9.4.2　仿真与发动机试验的关系 710

9.4.3　涡扇发动机实时数值仿真 712

9.4.4　发动机部件故障仿真专家系统 718

9.5　发动机系统分析的计算机模拟技术 721

9.5.1　集总形式的气体动力学方程 722

9.5.2　部件模拟模型 723

9.5.3　模拟结果 733

习题 735

10.1.1 发动机试验对传感器的要求 737

10.1　发动机用常规传感器 737

第10章　航空发动机试验用传感器 737

10.1.2　整机试验用传感器 738

10.1.3　部件试验用传感器 751

10.2　新型传感器 754

10.2.1　光纤传感器 754

10.2.2　薄膜传感器 756

10.2.3　红外传感器 758

10.2.4　新型谐振式传感器 761

10.3　飞行试验用传感器 763

10.3.1　发动机飞行试验用传感器 764

10.3.2　综合传感器系统 767

10.4　智能传感器 769

10.4.1　智能传感器工作原理和功能 769

10.4.2　典型智能传感器 772

附表1　标准大气表 775

附表2 国产喷气燃料的技术数据 776

参考文献 777