[发明专利]一种非接触式发动机推力测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及发动机测试技术领域，具体为一种非接触式发动机推力测试方法及装置。主要用于航空发动机等的推力测量。

背景技术

目前传统的航空发动机推力测量装置根据应用的不同大致可以分为两大类。

一类主要用于工厂中的发动机试车，其原理是通过将航空发动机安装在动架之上，动架整体再通过数条等长的钢绳固定于测试间顶部，在与动架持平的位置安装静止架，并在动架与静止架之间唯一的接触受力点安装压力传感器。推力测量原理主要是通过发动机工作时，产生的推力会将动架整体往静止架的方向进行推动，当工作稳定时，发动机的推力便可以由推力传感器的测量值、悬挂钢绳的偏转角度以及发动机与动架的质量和来计算获得。该方法还延伸出了动架采用滑轨安装于静止架，用弹簧和阻尼器作为位移缓冲部件等方法。这类方法的好处是实验室的搭建容易，对于不同尺寸的发动机都有很好的适应性，在测量不同发动机的推力时无需更换动静架及其余的辅助装置，此方法的缺点，最终得到的发动机推力是通过数个参数的联立求解而得到的，而且先不论传感器得到的数据精度如何，其他项的获取精度并不能够很好的保证，尤其是在有冲击力或者周期推力的作用下时，钢绳的摆动、弹簧阻尼系统的周期性位移、往复变化的摩擦力都是难以直接得到的，因此，这个利用该方法测量的推力数值的准确性，在应用于冲击力和周期推力的情况下是难以保证的。

第二类通常是用于微型发动机或小型发动机推力测量的方法，其原理仍然是利用动架与静止架之间的唯一接触点安装推力传感器，但是动架的结构是以数个弹簧片支撑一块平板来形成的。这类方法之所以常用于微型发动机和小型发动机的推力测量，主要是由于该动架的安装支撑方法相比于第一类更为简便，但是由于弹簧片本身作为支撑器械时，在受到力的作用下时，其水平性相对于钢绳支撑或者滑轨支撑较差，因此测量的精度比第一类方法要差一些。在测量精度要求不高的情况时，该方法仍然是国内外较为常用的一种方法。

以上两种方法方法要求发动机能够较为容易的安装于动架之上，在对于有些原理性实验样机的测量中，由于发动机本身难以甚至无法在动架上进行安装，因此在这种情况下，传统的直接推力测量方法便会变的无法使用。

在非接触推力测量方法的研究上，中国科学院力学研究所在2010年8月公开了他们研究的一种间接测量气动推力的方法及装置，公开编号为CN101806261A，该气动推力测量装置主要包括动压探针、探针支撑件、可移动平台、数据采集系统及数据处理和分析系统几部分。其方法方法是：通过探针支撑件将动压探针固定于可移动平台，调节动压探针，使得动压探针轴线和火箭发动机轴线平行并在同一高度。当可移动平台沿垂直于发动机轴线的方向匀速移动、使得动压探针扫过从发动机喷口喷出的高超声速喷流时，置于动压探针后端的压差传感器实时响应高超声速喷流的动压信号，数据采集系统实时采集动压及其分布信号，数据处理和分析系统通过对测得的动压径向分布信号的面积分处理，得到气动推力。该类方法从原理上讲确实能够获得发动机工作时产生的实际推力，但是这种方法对于冲击力和周期推力的测量中，无法保证不同位置下所采的数据点是同一时刻下对应的气动参数，因此该气动推力的测量方法只适用于传统航空发动机，即尾部排放气流稳定的情况下。而且为了测量发动机尾部气流的气动参数，在其尾部排气截面处安装测量探针，不可避免的会对发动机本身的工作情况产生一定的影响。并且最后推力的获取，需要对整个发动机尾部截面测量结果进行环积分，为了保证其测量的准确性，测量采样点需要尽可能的密集排布，因此该方法测量发动机推力的工作周期也会相对较长。

发明内容

要解决的技术问题

现有技术存在的问题主要有：

1、传统航空发动机的测试技术要求发动机整体要能够安装于直接测量台架的动架之上，对于有些原理性试验样机，其本身难以甚至无法安装于动架的情况时，传统航空发动机的直接测量法将无法使用。

2、在冲击力和周期推力的测量中，传统的直接推力测量方法受限于一部分测量参数（如钢绳的偏转角度、摩擦阻力的大小及方向等）伴随时间进行的变化，而导致测量的难以进行。即使采用微小摩擦的滑轨安装动架，且各部件之间刚性很高趋于理想的情况下，所测量的推力也会因为震荡体系（传感器连接的动架和其上安装的发动机）的质量较大，而导致测量结果中质量×加速度的惯性力对测量结果本身产生影响。

3、现有非接触的推力测量方法由于是对发动机尾部截面的水平轴线利用一个水平移动的探针进行逐一的采点，因此无法使传感器采点的时间统一，该方法无法进行冲击力和周期推力等发动机尾部气动参数随时间变化的气动推力的测量。