CN110686813A - 一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法 - Google Patents

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冯宇鹏
张斌
刘宁
陈斌
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    • G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines

Abstract

本发明公开了一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，忽略发动机转速变化而引起的进气畸变变化量；在重量m、速度V下分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验；通过加/减速运动曲线计算得到加/减速度，进而计算得到不同转速下的推力。本发明克服了发动机台架试验推力数据的差异性、空中飞行试验费用的高昂性，降低首飞的试飞风险。

Description

一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法
技术领域
本发明属于飞机发动机测试的技术领域，具体涉及一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法。
背景技术
目前，公知的发动机推力数据是通过台架试验得到的，但由于发动机的装配以及在机上的安装误差影响，台架推力与机上发动机的实际推力存在差异。为了明确机上发动机的实际推力特性，合理制定试飞规划和准确预估飞机性能指标，国内一些科研人员基于飞行试验数据对发动机模型进行辨识。通过在飞机上加装传感器，利用传感器辨识发动机的工作参数。如雷晓波等通过在推力销上加装剪力应变桥路，建立载荷标定方程和温度修正方程获取发动机安装节推力，同时，利用进气道测量耙测试参数，计算飞行中进气道冲压阻力和压差阻力。从而，辨识出发动机的推力特性(雷晓波，李密，张强，高扬，文敏.航空发动机推力直接测量飞行试验[J].航空动力学报.2018,33(7)：1631-1638.)。
目前，在飞行试验阶段进行发动机推力辨识方面存在以下缺陷：
1)发动机台架推力与机上发动机推力的存在差异；
2)空中飞行试验费用高昂且风险较大；
3)特别是，新研飞机在首飞之前，就需要充分的掌握机上发动机的推力特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，旨在克服发动机台架试验推力数据的差异性、空中飞行试验费用的高昂性，降低首飞的试飞风险。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，忽略发动机转速变化而引起的进气畸变变化量；在重量m、速度V下分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验；通过加/减速运动曲线计算得到加/减速度，进而计算得到不同转速下的推力。
为了更好的实现本发明，进一步的，双发同步加/减速的双发转速为n1；所述双发异步加/减速的一发转速为n1，且另一发关车。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述推力的计算公式如下：
2Tn1-D-f＝ma1 (7)
Tn1+T关车–D-f＝ma2 (8)
f＝F (9)
其中，a1，a2为滑行过程中的加速度，
Tn1为左发动机转速n1对应的推力，
T关车为右发动机关车后的推力，发动机关车后存在溢流阻力，
D为该滑行状态下的气动阻力，
f为该滑行状态下的摩擦阻力，
F为该滑行状态下的阻力即气动阻力和摩擦阻力的合力；
在相同重量和相同速度时，2种转速状态下的气动阻力和摩擦阻力相同，即：
2Tn1-F＝ma1 (10)
Tn1+T关车–F＝ma2 (11)
通过方程(7)-(11)，可得：
Tn1–T关车＝m(a1–a2) (12)
其中，T关车为发动机关车后的推力，即溢流阻力，此时，溢流阻力相对于发动机的推力Tn1仅占据小量，认为T关车的推力为0，方程(12)化简为
Tn1≈m(a1–a2) (13)
此时，得到了转速n1对应的推力，即Tn1。
为了更好的实现本发明，进一步的，滑行试验中加/减速运动的力学模型如下：
L+N＝G (1)
T-D-f＝ma (2)
Figure BDA0002229419870000021
Figure BDA0002229419870000022
f＝μN (5)
其中，L为飞机的升力，N为飞机轮胎的支撑力，G为飞机的重力，T为两个发动机的总推力，D为飞机的阻力，f为飞机受到的摩擦力，m为飞机的质量，a为飞机的加/减速度，ρ为密度，V为速度，S为参考面积，CL为升力系数，CD为阻力系数。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述加/减速度计算公式如下：
Figure BDA0002229419870000023
其中，选取速度为V的滑行状态点作为不同发动机状态的基准速度，进而得到基准速度区间的加/减速度。
为了更好的实现本发明，进一步的，在重量m、速度V下改变转速分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验，测试得到相同速度下不同转速的推力。
为了更好的实现本发明，进一步的，在重量m下改变速度分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验，测试得到不同速度下不同转速的推力。
本发明的有益效果：
(1)本发明克服了发动机台架试验推力数据的差异性、空中飞行试验费用的高昂性，降低首飞的试飞风险。
(2)本发明无需加装传感器和复杂的推导，能够直接准确的测量出发动机的实际推力，帮助设计人员修正台架试验数据，掌握该发动机的性能。
(3)本发明通过辨识出的发动机推力值，能够准确掌握飞机性能，制定合理的试飞规划，避免因发动机数据掌握不准确而导致的首飞风险。
(4)本发明利用地面滑行试验进行，极大的节约了人力和财力。同时，为后续试飞规划的合理制定提供了数据支撑，保证试飞架次的顺利进行，缩短了新机试飞的周期，有利于产品更快的进入市场和占领市场。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为滑行加/减速的力学模型；
图3双发同步在转速n1下的加/减速运动曲线图；
图4为双发异步在一发转速n1、另一发关车下的加/减速运动曲线图；
图5为不同状态下的加速度曲线图；
图6为发动机最大状态推力曲线图。
具体实施方式
实施例1：
一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，忽略发动机转速变化而引起的进气畸变变化量；在重量m、速度V下分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验；通过加/减速运动曲线计算得到加/减速度，进而计算得到不同转速下的推力。
本发明克服了发动机台架试验推力数据的差异性、空中飞行试验费用的高昂性，降低首飞的试飞风险。本发明无需加装传感器和复杂的推导，能够直接准确的测量出发动机的实际推力，帮助设计人员修正台架试验数据，掌握该发动机的性能。本发明利用地面滑行试验进行，极大的节约了人力和财力。同时，为后续试飞规划的合理制定提供了数据支撑，保证试飞架次的顺利进行，缩短了新机试飞的周期，有利于产品更快的进入市场和占领市场。
实施例2：
一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，假定条件：忽略发动机转速变化而引起的进气畸变变化量，认为不同转速时，进气畸变变化量相同。如图1所示，主要包括以下步骤：
1)选取工况，即重量和速度点；
2)分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速3种不同状态的滑行试验；
3)计算3种不同的滑行过程中，相同速度区间的加/减速度；
4)通过3种不同状态的滑行过程，分别求解不同转速对应的推力值；
5)改变转速，重复2)～4)的步骤，辨识出相同速度，不同转速对应的发动机推力值；
6)通过调整速度点，重复2)～5)的步骤，辨识出不同速度和转速对应的发动机推力值。
实施例3：
本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，为了使飞机的发动机推力方便求解，选取重量m，速度V的滑行状态点进行测试。如表1所示，双发同步加/减速的双发转速为n1；所述双发异步加/减速的一发转速为n1，且另一发关车。进行2种不同发动机转速状态下的飞机滑行试验。
表1 3种不同转速状态点
依据表1的转速状态点，进行滑行试验：1)双发同步加/减速(双发转速n1)；2)双发异步加/减速(一发转速n1，另一发关车)。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例是在实施例1-3任一个的基础上进行优化，滑行加/减速运动的力学模型见图2，具体的方程组如下：
L+N＝G (1)
T-D-f＝ma (2)
Figure BDA0002229419870000051
Figure BDA0002229419870000052
f＝μN (5)
其中，L为飞机的升力，N为飞机轮胎的支撑力，G为飞机的重力，T为两个发动机的总推力，D为飞机的阻力，f为飞机受到的摩擦力，m为飞机的质量，a为飞机滑行的加/减速度，ρ为密度，V为速度，S为参考面积，CL为升力系数，CD为阻力系数。
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例是在实施例1-4任一个的基础上进行优化，2种不同的双发转速状态下的加/减速运动过程见图3和图4。通过该加/减速运动图线，选取速度为V的滑行状态点作为2种状态的基准速度，得到该基准速度区间的加/减速度，具体的方程如下：
Figure BDA0002229419870000053
运用上述方法，得到2种不同情况的飞机加/减速度，见表2。
表2 3种不同转速状态下的加/减速度
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
实施例6：
本实施例是在实施例1-5任一个的基础上进行优化，在上述滑行试验状态下，根据2种不同的滑行试验方法以及加/减速度的数据分析，可列方程组：
2Tn1–D-f＝ma1 (7)
Tn1+T关车–D-f＝ma2 (8)
D-f＝F (9)
其中，a1,a2为2.2.1节中基准速度下的加/减速度，Tn1为左发动机转速n1对应的推力，T关车为右发动机关车后的推力(发动机关车后存在溢流阻力)，D为该滑行状态下的气动阻力，f为该滑行状态下的摩擦阻力，F为该滑行状态下的阻力即气动阻力和摩擦阻力的合力。在相同重量和相同速度时，2种转速状态下的气动阻力和摩擦阻力是相同，可合为一项。即：
2Tn1–F＝ma1 (10)
Tn1+T关车–F＝ma2 (11)
通过上述方程组，可得
Tn1–T关车＝m(a1–a2) (12)
其中，T关车为发动机关车后的推力(即溢流阻力)，此时，溢流阻力相对于发动机的推力Tn1仅占据小量，仅约占1％～2％。因此，认为T关车的推力为0，方程(12)化简为
Tn1≈m(a1–a2) (13)
此时，得到了转速n1对应的推力，即Tn1。
本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。
实施例7：
本实施例是在实施例1-6任一个的基础上进行优化，在相同速度下，为了辨识出不同转速下的发动机推力值。可调节n1对应的转速，按照1节(滑行试验方法)和2节(滑行试验数据分析方法)的方法进行反复滑行测试和分析计算，从而，得到相同速度下对应的不同转速推力值，即n-T，见表3。
表3相同速度下的n-T
Figure BDA0002229419870000061
为了辨识出不同速度下的发动机推力值。可改变速度，反复滑行测试，从而，得到不同速度下对应的不同转速推力值，即n-T，见表4。
表4不同速度下的n-T
Figure BDA0002229419870000062
本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同，故不再赘述。
实施例8：
一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，以某型机的多次滑行试验结果为例，机场高度约500m，飞机的重量为2108kg，滑行速度(IAS)为100km/h，进行n1对应最大状态下的多次双发同步和异步的滑行试验，加速度结果见图5。以式(13)进行分析计算，得到的T最大的推力见图6。同时，相同状态下的台架推力也同样给出，可以看出：试验推力多次结果略有波动，与相同状态的台架推力差仅为4％～7％。
本发明克服了发动机台架试验推力数据的差异性、空中飞行试验费用的高昂性，降低首飞的试飞风险。本发明无需加装传感器和复杂的推导，能够直接准确的测量出发动机的实际推力，帮助设计人员修正台架试验数据，掌握该发动机的性能。本发明利用地面滑行试验进行，极大的节约了人力和财力。同时，为后续试飞规划的合理制定提供了数据支撑，保证试飞架次的顺利进行，缩短了新机试飞的周期，有利于产品更快的进入市场和占领市场。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，忽略发动机转速变化而引起的进气畸变变化量；在重量m、速度V下分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验；通过加/减速运动曲线计算得到加/减速度，进而计算得到不同转速下的推力。
2.根据权利要求1所述的一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，双发同步加/减速的双发转速为n1；所述双发异步加/减速的一发转速为n1，且另一发关车。
3.根据权利要求1或2所述的一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，所述推力的计算公式如下：
2Tn1-D-f＝ma1 (7)
Tn1+T关车–D-f＝ma2 (8)
D-f＝F (9)
其中，a1，a2为滑行过程中的加速度，
Tn1为左发动机转速n1对应的推力，
T关车为右发动机关车后的推力，发动机关车后存在溢流阻力，
D为该滑行状态下的气动阻力，
f为该滑行状态下的摩擦阻力，
F为该滑行状态下的阻力即气动阻力和摩擦阻力的合力；
在相同重量和相同速度时，2种转速状态下的气动阻力和摩擦阻力相同，即：
2Tn1-F＝ma1 (10)
Tn1+T关车–F＝ma2 (11)
通过方程(7)-(11)，可得：
Tn1–T关车＝m(a1–a2) (12)
其中，T关车为发动机关车后的推力，即溢流阻力，此时，溢流阻力相对于发动机的推力Tn1仅占据小量，认为T关车的推力为0，方程(12)化简为
Tn1≈m(a1–a2) (13)
此时，得到了转速n1对应的推力，即Tn1。
4.根据权利要求3所述的一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，滑行试验中加/减速运动的力学模型如下：
L+N＝G (1)
T-D-f＝ma (2)
Figure FDA0002229419860000021
Figure FDA0002229419860000022
f＝μN (5)
其中，L为飞机的升力，N为飞机轮胎的支撑力，G为飞机的重力，T为两个发动机的总推力，D为飞机的阻力，f为飞机受到的摩擦力，m为飞机的质量，a为飞机的加/减速度，ρ为密度，V为速度，S为参考面积，CL为升力系数，CD为阻力系数。
5.根据权利要求1所述的一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，所述加/减速度计算公式如下：
Figure FDA0002229419860000023
其中，选取速度为V的滑行状态点作为不同发动机状态的基准速度，进而得到基准速度区间的加/减速度。
6.根据权利要求1所述的一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，在重量m、速度V下改变转速分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验，测试得到相同速度下不同转速的推力。
7.根据权利要求1所述的一种通过地面滑行试验辨识双发飞机发动机推力的方法，其特征在于，在重量m下改变速度分别进行双发在不同转速下的同步加/减速以及双发异步的加/减速的滑行试验，测试得到不同速度下不同转速的推力。
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