CN102680238B - 一种非接触式发动机推力测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种非接触式发动机推力测试方法及装置，首先利用CFD软件进行模拟计算，获取能够满足测量该发动机正常工作状况的光滑承接平板的半径，并确定临界安装距离；然后根据模拟计算结果确定测试装置的安装位置，通过多次非接触测量，得到推力与距离的关系，并进行一阶线性拟合，利用拟合的线性方程，得到在安装距离为0位置处的推力值，这个推力值就是发动机产生的气动推力值。本发明对发动机本身的结构无明显的要求，且无需将发动机本体安装至动架之上，通过在避免安装阻塞的测量区域内进行数个点的推力测量，便可以获得发动机产生的实际推力。

Description

一种非接触式发动机推力测试方法及装置

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。

4、若是测量传统发动机的稳定推力，现有非接触方法需要逐点采集发动机尾部截面的气动参数，采集点的密度直接影响到测量的精度，因此为了能够获取发动机较为精确的推力值，需要对发动机尾部截面的水平轴线进行密集的采点，进而导致测量周期相对较长。

为此，本发明提出了一种非接触式发动机推力测试方法及装置，该测量方法是非接触式的，对发动机本身的机构以及安装特性没有特殊的要求，对于有些难以甚至无法使用传统直接测量法的发动机，可以通过本发明来进行推力的测量。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种非接触式发动机推力测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用CFD软件模拟计算发动机尾部后方的圆形平板的临界安装距离：

步骤1.1：在CFD软件中建立待测发动机模型和圆形平板模型，其中圆形平板模型的半径不小于待测发动机模型尾部喷口截面半径的10倍；圆形平板模型的初始位置处于待测发动机模型尾部喷口后方10～20倍喷口截面直径处，且圆形平板模型与待测发动机模型尾部喷管同轴；待测发动机模型尾部喷流设置为强制流通；

步骤1.2：采用动网格方法，圆形平板模型以不大于10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线向待测发动机模型尾部喷口方向运动，每隔1s模拟计算一次圆形平板模型受到的待测发动机模型尾部喷流的推力，当首次出现相邻两次模拟计算的推力值的相对误差大于5％时，以该相邻两次模拟计算中后一次模拟计算时圆形平板模型与待测发动机模型尾部喷口的距离作为圆形平板的临界安装距离；

步骤2：采用CFD软件模拟计算圆形平板的半径：

步骤2.1：在CFD软件中采用步骤1.1构建的待测发动机模型和圆形平板模型，其中圆形平板模型处于临界安装位置，圆形平板模型的中心轴线与待测发动机模型的中心轴线平行，且两条中心轴线的距离等于圆形平板模型的半径；

步骤2.2：采用动网格方法，圆形平板模型以不大于10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线构成的平面方向运动，使圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线相互接近，每隔1s模拟计算一次圆形平板模型受到的待测发动机模型尾部喷流的推力，当首次出现相邻两次模拟计算的推力值的相对误差小于1％时，以该相邻两次模拟计算中任意一次模拟计算时圆形平板模型的移动距离作为圆形平板的半径；

步骤3：进行第一组实际测量：将连接有测量装置的圆形平板固定在待测发动机尾部喷管后方，圆形平板与待测发动机尾部喷管同轴；圆形平板与待测发动机尾部喷管的距离等于步骤1得到的临界安装距离，圆形平板半径等于步骤2得到的半径值；开启待测发动机并调至正常工作状态，测量圆形平板受到的推力值；

步骤4：关闭发动机，待测量装置冷却后，将圆形平板沿其中心轴线向远离待测发动机的方向移动0.5～2.5倍待测发动机尾部喷管直径的距离；开启待测发动机并调至正常工作状态，测量圆形平板受到的推力值；

步骤5：重复步骤4，直至圆形平板与待测发动机尾部喷管的距离大于10倍的待测发动机尾部喷管直径；对步骤3～步骤5得到的一组圆形平板受到的推力值及其对应圆形平板与待测发动机尾部喷管距离值进行线性拟合，根据拟合得到的线性方程计算当圆形平板与待测发动机尾部喷管距离值为0时的推力值，即为发动机产生的推力值。

所述一种非接触式发动机推力测试装置，其特征在于：包括支撑台和测量组件；

支撑台分为上分架和下分架，上分架与下分架通过螺栓定位连接，通过改变螺栓的安装定位孔，可以调节上分架和下分架的安装高度；上分架上表面用于支撑测量组件；

测量组件包括动架组件和静架组件；静架组件包括静止架和第一传感器安装座，静止架固定在上分架上表面，静止架高度方向上有传感器安装座的安装滑槽，第一传感器安装座安装在安装滑槽内，并通过定位螺栓固定，通过改变第一传感器安装座在安装滑槽内的位置，可以调节第一传感器安装座的安装高度；动架组件包括两条工作轨道、连接架、可动架、延伸杆和圆形平板；工作轨道固定在上分架上表面，可动架下端通过滚动轴承与工作轨道连接，可动架可沿工作轨道移动；连接架与可动架固定连接，连接架上端穿过有延伸杆，延伸杆中心轴线与工作轨道轴线平行；延伸杆前端与圆形平板固定连接，圆形平板的承接面垂直于延伸杆中心轴线；延伸杆后端固定有第二传感器安装座；第一传感器安装座与第二传感器安装座之间固定有压电式力传感器。

有益效果

与传统航空发动机的直接接触式测量方法不同，本发明是一种新型非接触式的测量方法。这种测量方法对发动机本身的结构无明显的要求，且无需将发动机本体安装至动架之上，因此对于有些难以甚至无法安装至动架上的原理性样机，只需要将该测量系统安装至发动机的尾喷口处，将测量系统与发动机尾喷口调节至同轴，然后选择合适大小的圆形承接平板，在避免安装阻塞的测量区域内进行数个点的推力测量，便可以获得发动机产生的实际推力。在周期性推力等非稳态推力的测量中，直接测量方法中的震荡体系为测量系统中的动架和发动机，而本发明中的震荡体系仅为该台架中动架与承接圆盘，震荡体系质量远小于直接测量法中动架质量与发动机质量之和，因此在周期推力或着冲击力的测量中，质量对测量结果的影响相对较小。与中国科学院力学研究所在2010年8月公开的间接测量气动推力的方法及装置相比较，这种方法避免了探针的安装对发动机本身工作的影响，同时相比对发动机尾部参数进行密集采点环积分的方法，这种方法的工作量相对较小。只需要在避免对发动机工作产生影响的区域内的截面上，进行为数不多的几个点进行采集，然后进行线性拟合便可以得到发动机的实际推力值。

附图说明

图1：实施例中采用CFD动网格方法计算得到的圆形平板临界安装位置；

图2：实施例中采用CFD动网格方法计算得到的圆形平板半径；

图3：本发明试验示意图；

图4：支撑台结构示意图（主视图）；

图5：支撑台结构示意图（俯视图）；

图6：测量组件示意图（主视图）；

图7：测量组件示意图（俯视图）；

图8：静架组件示意图（主视图）；

图9：静架组件示意图（左视图）；

图10：静架组件示意图（俯视图）；

图11：可动架与连接架的连接方式；

图12：传感器安装方式；

图13：实施例中的测量得到的采样点及一阶拟合结果；

其中：1、上分架；2、下分架；3、加强板；4、定位通孔；5、动架组件轨道固定孔；6、静架组件固定安装槽；7、静止架；8、第一传感器安装座；9、连接架；10、延伸杆；11、圆形平板；12、可动架；13、滚动轴承；14、工作轨道；15、高度定位螺栓；16、静止架安装通孔；17、高度调节槽；18、拉紧螺栓；19、压电式力传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例以单管脉冲爆震发动机为例，对工作频率为25Hz的脉冲爆震发动机进行推力测量。

采用的测量装置如图3所示，单管脉冲爆震发动机固定在平台上，整体推力测试装置放置在发动机尾部。所述推力测试装置包括支撑台和测量组件。

参照附图4和附图5，支撑台分为上分架1和下分架2，上分架和下分架嵌套在一起，通过螺栓定位连接。通过改变螺栓的安装定位孔，可以调节上分架和下分架的安装高度。

本实施例中上分架全高600mm，上分架四角各有一条连接腿，四条连接腿上共加工了12个直径为12mm的通孔，目的是为了和下分架能够利用螺栓连接起来。下分架全高600mm，下分架四角也各有一条连接腿，四条连接腿上也共设计加工了8个直径为12mm的螺纹孔。除此之外，下分架在其中上部450mm高度的位置还焊接了厚度为20mm的环矩形的加强板3，目的是为了加强其架构本身的刚度以及稳定性。下分架底部为了移动方便安装了4个滚轮，同时为了能够固定位置在四角处安装了4个螺纹千斤顶式的支架，支架可调节高度为15mm到20mm。上下分架安装时为了保证强度一般在每条腿上至少安装2个固定螺栓。

测量组件安装在上分架上表面，测量组件包括动架组件和静架组件。

参照附图8，静架组件包括静止架7和第一传感器安装座8，静止架通过静止架安装通孔16和静架组件固定安装槽6固定在上分架上表面，并且通过沿静架组件固定安装槽6调节静止架的安装位置，可以在一定范围内改变测量组件在支撑台上的安装位置，改变测量组件与发动机喷口的距离。本实施例中静架组件固定安装槽6长150mm，因此发动机轴线方向上，在不移动整个测量装置的情况下测量组件本身便可以进行150mm的轴向调节。

静止架高度方向上有传感器安装座的安装滑槽，即图10中的高度调节槽17，第一传感器安装座8安装在安装滑槽内，并通过高度定位螺栓15固定，通过改变第一传感器安装座在安装滑槽内的位置，可以微调第一传感器安装座的安装高度。

参照附图6，动架组件包括两条工作轨道14、连接架9、可动架12、延伸杆10和圆形平板11。工作轨道通过动架组件轨道固定孔5螺栓固定在上分架上表面，可动架下端通过滚动轴承13与工作轨道连接，可动架可沿工作轨道移动，采用滚动轴承使可动架在工作轨道上移动时产生的摩擦力最小。

参照附图11，连接架9与可动架12通过螺栓固定连接，连接架上端穿过有延伸杆10，延伸杆中心轴线与工作轨道轴线平行。延伸杆朝向发动机喷口的一端与圆形平板固定连接，圆形平板的承接面垂直于延伸杆中心轴线。延伸杆后端固定有第二传感器安装座。第一传感器安装座与第二传感器安装座之间固定有可以反映瞬态参数变化的压电式力传感器19，参照附图12，压电式力传感器19两端通过拉紧螺栓18与传感器安装座固定，从而使动架组件与静架组件连为一体。

圆形平板由于工作时高温高压气流会直接对其工作面进行冲击，因此其材料的选择为能承受高温的23号铁，工作表面加工精度要求为1.6，圆形平板的安装是通过四个螺栓安装到延伸杆上的，这样可以较为方便的更换圆形平板。连接架的设计考虑到了实际圆形平板承受高温气流时，温度会通过连接架传递到传感器上，因此连接架采用的是多段隔离式的设计，本实施例中采用两端隔离式，这样可以避免温度的对传感器工作的影响。可动架与工作轨道的连接采用封闭式轨道槽连接，这主要是考虑到：1、若是更换了较大型号的圆形平板后，系统本身是否能存在静态平衡；2、脉冲冲击峰值的高推力是否会将测量系统安装稳定打破。

如此设计应用于实际测量中，可以做到对于不同型号的发动机和发动机台架，测量系统的对中性、圆形平板的安装位置能够较为容易的进行调节，且更换圆形平板后，该测量系统本身不会出现工作不正常的情况，发动机尾部高温对测量系统的影响也降到了最低。

本实施例中测量方法的步骤包括：

步骤1：采用CFD软件模拟计算发动机尾部后方的圆形平板的临界安装距离：

步骤1.1：在CFD软件中建立待测发动机模型和圆形平板模型，其中圆形平板模型的半径不小于待测发动机模型尾部喷口截面半径的10倍；圆形平板模型的初始位置处于待测发动机模型尾部喷口后方10～20倍喷口截面直径处，且圆形平板模型与待测发动机模型尾部喷管同轴；待测发动机模型尾部喷流设置为强制流通；

步骤1.2：采用动网格方法，圆形平板模型以不大于10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线向待测发动机模型尾部喷口方向运动，每隔1s模拟计算一次圆形平板模型受到的待测发动机模型尾部喷流的推力，当首次出现相邻两次模拟计算的推力值的相对误差大于5％时，以该相邻两次模拟计算中后一次模拟计算时圆形平板模型与待测发动机模型尾部喷口的距离作为圆形平板的临界安装距离；

本实施例中，使用的是Fluent软件中动网格移动壁面的方法，采用的圆形平板模型半径等于待测发动机模型尾部喷口截面半径的10倍，圆形平板模型以10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线从待测发动机模型尾部喷口后方100cm处向待测发动机模型尾部喷口方向运动。待测发动机模型尾部喷口直径为6cm。显然圆形平板模型的受力会随与发动机模型尾部喷口的距离变近而逐步增加，如图1所示，从图1中分析得到，本实施例中圆形平板的临界安装距离为12cm。

步骤2：采用CFD软件模拟计算圆形平板的半径：

步骤2.1：在CFD软件中采用步骤1.1构建的待测发动机模型和圆形平板模型，其中圆形平板模型处于临界安装位置，圆形平板模型的中心轴线与待测发动机模型的中心轴线平行，且两条中心轴线的距离等于圆形平板模型的半径；

步骤2.2：采用动网格方法，圆形平板模型以不大于10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线构成的平面方向运动，使圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线相互接近，每隔1s模拟计算一次圆形平板模型受到的待测发动机模型尾部喷流的推力，当首次出现相邻两次模拟计算的推力值的相对误差小于1％时，以该相邻两次模拟计算中任意一次模拟计算时圆形平板模型的移动距离作为圆形平板的半径；

本实施例中圆形平板模型以10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线构成的平面方向运动，使圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线相互接近，显然圆形平板模型受到的推力会随着移动的逐渐深入而增大，如图2所示，当圆形平板模型能够完全承接住冲击到其上的发动机燃气时，圆形平板模型受到的推力不再随圆形平板模型的继续前行而发生变化，所以从图2中可以分析得到，本实施例中圆形平板的半径为15cm。

这里需要补充说明的是，采用动网格的计算方法时，移动物体的迎面的网格质量相对较好，而与移动方向相反的背面网格质量会相对较差，因此这里选择是利用圆形平板模型由远及近而不是有近到远的方法来选择临界安装距离的。之所以采用这种方法能够将气流从轴线方向偏转到径向方向上，主要是由于气流本身存在一个自适应的情况，恒定气流冲击到平板上时，如果平板表面足够光滑，当冲击气流稳定时，在平板中间前方会出现一个高阶光滑的压力梯度，因此冲击气流可以在无非弹性碰撞的情况下逐步由轴向向径向变化，而且当气流的工作状况发生变化并工作稳定时，圆形平板模型前方气流的压力梯度也会自适应的变化为新工作状况下的压力梯度，因此只需要保证圆形平板加工面精度，便可以保证冲击到圆形平板上的气流只往径向方向上偏转了。

步骤3：将测量装置安装并校准，进行第一组实际测量：将连接有测量装置的圆形平板固定在待测发动机尾部喷管后方，通过调节测量装置中动架组件与静架组件，使圆形平板与待测发动机尾部喷管同轴；圆形平板与待测发动机尾部喷管的距离等于步骤1得到的临界安装距离；开启待测发动机并调至正常工作状态，测量圆形平板受到的推力值。对于推力的测量结果，需要将频率大于10000HZ的高频干扰通过滤波器进行消除，以得到较为理想和可靠的测量值，本实例选择爆震频率为25Hz，由于采集的推力数据为周期变化的推力数据，故需要对其进行时间上数值平均以得到实际产生的推力，记录下此时平均推力的数值。

步骤4：关闭发动机，待测量装置冷却后，将圆形平板沿其中心轴线向远离待测发动机的方向移动0.5～2.5倍待测发动机尾部喷管直径的距离，这个距离可以根据需要的精度或者测量时间的限制来进行选择，距离的选择影响发动机推力测量的采点数量，本实施例中移动距离为50mm。开启待测发动机并调至正常工作状态，测量圆形平板受到的推力值。

步骤5：重复步骤4，直至圆形平板与待测发动机尾部喷管的距离大于10倍的待测发动机尾部喷管直径；对步骤3～步骤5得到的一组圆形平板受到的推力值及其对应圆形平板与待测发动机尾部喷管距离值进行线性拟合，如图13所示，根据拟合得到的线性方程计算当圆形平板与待测发动机尾部喷管距离值为0时的推力值，即为发动机产生的推力值。参照附图13，本实施例中该爆震发动机产生的平均推力约为74N。

以下是对该方法的原理进行具体的说明：

航空发动机推力的产生是由于进出发动机气流的动量差与发动机环截面上前后的压强差产生的，即F=（P1-P0）A+(m1v1-m0v0)/△t。为了验证非接触测量方法的可行性，需要对非接触方法的测量推力进行具体的分析。首先考虑只由动量差产生的推力，这里假设发动机进气速度为0（即地面试车情况或火箭式发动机的工作情况），燃气的排放速度为V1，排出气流与大气无压强差，出口与入口的气流质量比m1/m0=1（实际情况下由于尾部排气质量为进气质量和燃油质量之和，所以真实情况下m1/m0在1.01～1.02之间）。若在发动机尾部安装一块承接平板，当平板的尺寸满足一定的大小，且平板本身承接表面加工精度精度足够高、发动机排出的尾气沿发动机圆面分布均匀时，发动机尾部排出的燃气冲击到平板后，其速度矢量会从轴向方向变为径向方向，在轴向方向上利用动量定理，便可以获得发动机排出燃气从速度V1到0所产生的冲量，结合其作用时间，便可以得到发动机由动量变化产生的均值推力。并且这种推力只由动量变化产生，若是只考虑气流温度对扩散的影响，在轴线方向上推力的测量损失几乎可以忽略。其次考虑只由压强差产生的推力，这里选取火箭式脉冲爆震发动机，假设发动机头部截面的压强为P0，发动机尾部截面的压强为P1，承接平板工作时承接面上的与发动机尾部等圆的区域上压强为P2，承接平板其他区域压强为P3，承接平板背面的压强为P4，发动机横截面积恒定为A，那么在不考虑气流冲击引起的压强累积的情况下，航空发动机由前后压差产生的推力为（P1-P0）A，若是承接平板距离发动机尾部足够近，即P2=P1时，尽管承接平板的尺寸S不等于发动机截面面积A，但是压强P2的作用面积却与P1处的截面面积相同，而P0、P3和P4均为环境大气压，所以承接平板受力为(P2-P4)A+（P3-P4）（S-A），而后一项由假设可得P3-P4=0。所以（P1-P0）A=(P2-P4)A，因此承接平板同时可以反映出由压强差产生的推力。但是实际的测量情况中，承接平板的安装不可能完全贴近于发动机尾部截面，为了保证发动机尾部气流的正常排放，承接平板的安装位置需要距发动机尾部有一定的距离L，因此，实际情况下上述由压差产生推力的算式中，截面处的压强P2<P1，因此由压强差产生的实际推力会大于这种方法承接平板上测量的推力。定义△P=P1-P2，在P1为一般高压而非超高压，且避免安装平板产生阻塞的情况下，距离发动机尾部的一段区间内，△P与L存在近似的线性关系，因此若采取不同位置对多组测量点进行测量，由相应的线性关系便可以得到在L=0情况下的压强P1。由于上述情况动量差和压差产生的推力是分别考虑的，在实际推力的测量中推力值是由这两项加和而成，因此实际的测量推力F与L相对应的也存在一定的线性关系。因此利用多点不同位置多点采集的方法，就可以直接推算出发动机实际的推力。

Claims (1)

1.一种非接触式发动机推力测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用CFD软件模拟计算发动机尾部后方的圆形平板的临界安装距离：

步骤1.1：在CFD软件中建立待测发动机模型和圆形平板模型，其中圆形平板模型的半径不小于待测发动机模型尾部喷口截面半径的10倍；圆形平板模型的初始位置处于待测发动机模型尾部喷口后方10～20倍喷口截面直径处，且圆形平板模型与待测发动机模型尾部喷管同轴；待测发动机模型尾部喷流设置为强制流通；

步骤1.2：采用动网格方法，圆形平板模型以不大于10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线向待测发动机模型尾部喷口方向运动，每隔1s模拟计算一次圆形平板模型受到的待测发动机模型尾部喷流的推力，当首次出现相邻两次模拟计算的推力值的相对误差大于5%时，以该相邻两次模拟计算中后一次模拟计算时圆形平板模型与待测发动机模型尾部喷口的距离作为圆形平板的临界安装距离；

步骤2：采用CFD软件模拟计算圆形平板的半径：

步骤2.1：在CFD软件中采用步骤1.1构建的待测发动机模型和圆形平板模型，其中圆形平板模型处于临界安装位置，圆形平板模型的中心轴线与待测发动机模型的中心轴线平行，且两条中心轴线的距离等于圆形平板模型的半径；

步骤2.2：采用动网格方法，圆形平板模型以不大于10mm/s的速度沿圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线构成的平面方向运动，使圆形平板模型中心轴线与待测发动机模型中心轴线相互接近，每隔1s模拟计算一次圆形平板模型受到的待测发动机模型尾部喷流的推力，当首次出现相邻两次模拟计算的推力值的相对误差小于1%时，以该相邻两次模拟计算中任意一次模拟计算时圆形平板模型的移动距离作为圆形平板的半径；

步骤3：进行第一组实际测量：将连接有测量装置的圆形平板固定在待测发动机尾部喷管后方，圆形平板与待测发动机尾部喷管同轴；圆形平板与待测发动机尾部喷管的距离等于步骤1得到的临界安装距离，圆形平板半径等于步骤2得到的半径值；开启待测发动机并调至正常工作状态，测量圆形平板受到的推力值；

步骤4：关闭发动机，待测量装置冷却后，将圆形平板沿其中心轴线向远离待测发动机的方向移动0.5～2.5倍待测发动机尾部喷管直径的距离；开启待测发动机并调至正常工作状态，测量圆形平板受到的推力值；

步骤5：重复步骤4，直至圆形平板与待测发动机尾部喷管的距离大于10倍的待测发动机尾部喷管直径；对步骤3～步骤5得到的一组圆形平板受到的推力值及其对应圆形平板与待测发动机尾部喷管距离值进行线性拟合，根据拟合得到的线性方程计算当圆形平板与待测发动机尾部喷管距离值为0时的推力值，即为发动机产生的推力值。

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