CN115855510A - 一种发动机试车台的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机试车台的校准方法，涉及发动机测试设备技术领域，包括以下步骤，S1：首先将发动机安装在试车台动架上；S2：通过标准传感器对试车台动架与试车台定架之间的承载力，并信号电缆将检测输出传递至标准力传感器信号测量仪表进行记录；S3：将标准力传感器信号测量仪表记录的承载力数值传递至控制器；S4：控制器根据标准传感器的检测数值得到出试车台动架当前受力状态后，根据算法计算出所需校准的适量压力值；S5：控制器发出电信号使原位校准单元运行，通过原位校准单元运行调整试车台动架与试车台定架之间的适量压力值。以此实现对工作传感器进行模拟实际工况的静态标定和校核，得到工作传感器的输入‑输出特性方程。

Description

一种发动机试车台的校准方法

技术领域

本发明涉及发动机测试设备技术领域，具体为一种发动机试车台的校准方法。

背景技术

飞行器发动机在飞行过程中需要保证其推力的稳定性，如果在飞行过程中发动机的输出推力存在偏差会导致飞行器的飞行轨迹发生较大的改变，同时也会增加飞行器所需承载的扭矩压力，因此在飞行器发动机的研发过程中需要对发动机进行试车，从而保证发动机设置的合理性与稳定性，在对发动机进行试车时由于试车台的布设条件状态与动架至形变后导致检测存在误差，因此现有技术中需要提供一种能够在发动机试车台进行校准的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种发动机试车台的校准方法。

为实现上述目的，本发明采取下述方案：

本申请中将发动机安装至安装动架内，然后启动发动机，发动机运行过程中产生的动力传递至测力组件中，通过测力组件对发动机运行过程中产生的拉力数值进行采集，以此得到发动机的运行数据，通过设置的轴向测力器、水平测力器和竖直测力器能够分别对发动机各个方向的力进行测量，从而能够汇总测量出发动机运行过程中的各项力矩情况

在试车前需要对试车台进行校准，

包括以下步骤，

S1：首先将发动机安装在试车台动架上；

S2：通过标准传感器对试车台动架与试车台定架之间的承载力，并信号电缆将检测输出传递至标准力传感器信号测量仪表进行记录；

S3：将标准力传感器信号测量仪表记录的承载力数值传递至控制器；

S4：控制器根据标准传感器的检测数值得到出试车台动架当前受力状态后，根据算法计算出所需校准的适量压力值；

S5：控制器发出电信号使原位校准单元运行，通过原位校准单元运行调整试车台动架与试车台定架之间的适量压力值。

进一步的，所述原位校准单元包括调速电机、辅助控制装置和主油缸，所述控制器与调速电机电性连接，所述调速电机与辅助控制装置之间设施之液压管路连接，所述主油缸两端设置有液压油缸与辅助控制装置连通，通过控制器输出调节信号给调速电机，调速电机运行时驱动辅助控制装置，通过辅助控制状态控制液压油至主油缸内进行调节。

进一步的，所述辅助控制装置中包括油泵站和蓄能器，通过调速电机控制油泵站内的压力油在主油缸内进行输入和输出，从而实现试车台动架的校准。

进一步的，在辅助控制装置中设置手控微调阀，增加手动微调阀能够使工作人员手动对主油缸进行调节，从而能够增加设备的可调试性。

更进一步的，所述工作传感器的两端分别设置一个万向绕性件，能够获得高承载能力和低转动刚度，从而提高本申请的检测精度。

进一步的，所述标准传感器和工作传感器同轴设置，在实验之前需要对工作传感器与标准传感器的轴向角度以及位置进行测量校准。

进一步的，所述标准传感器的量程为±125kN。

进一步的，所述工作传感器的量程为±250kN。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本申请的方法用于发动机热试车前，采用已知的标准力对工作传感器进行校准，标准力对工作传感器的作用效果与发动机推力矢量对工作传感器的作用效果等效，先由液压控制系统给矢量力加载油缸加载，其值大小由标准测力传感器测量；稳定后，用经纬仪测量钢丝绳上标记点A、B形成的直线的方位角，从而计算出矢量力的各个分力值；最后用此值与试车台的测量值比较，即可起到验证作用对工作传感器进行模拟实际工况的静态标定和校核，得到工作传感器的输入-输出特性方程。

附图说明

图1为发动机试车台的校准方法的步骤框图；

图2为发动机试车台的原理图。

具体实施方式

一种发动机试车台的校准方法，包括以下步骤，

S1：首先将发动机安装在试车台动架上；

S2：通过标准传感器对试车台动架与试车台定架之间的承载力，并信号电缆将检测输出传递至标准力传感器信号测量仪表进行记录；

S3：将标准力传感器信号测量仪表记录的承载力数值传递至控制器；

S4：控制器根据标准传感器的检测数值得到出试车台动架当前受力状态后，根据算法计算出所需校准的矢量压力值；

S5：控制器发出电信号使原位校准单元运行，通过原位校准单元运行调整试车台动架与试车台定架之间的矢量压力值。

所述原位校准单元包括调速电机、辅助控制装置和主油缸，所述控制器与调速电机电性连接，所述调速电机与辅助控制装置之间设施之液压管路连接，所述主油缸两端设置有液压油缸与辅助控制装置连通，通过控制器输出调节信号给调速电机，调速电机运行时驱动辅助控制装置，通过辅助控制状态控制液压油至主油缸内进行调节，所述辅助控制装置中包括油泵站、蓄能器和手控微调阀。

标准传感器采用美国Interface公司的11001020、1120型(20181108)系列测力传感器用于拉压向力测量，广泛地用于多种静态和动态测量应用，其具有极高的精度。主要技术参数为：

●量程：±250125kN(主推力，11201020型)、±100kN(水平侧向力和垂直侧向力，1120型)；

●准确度等级：0.04(±125kN量程)/0.035(±100kN量程)；

●输出信号：灵敏度4mV/V；

●工作温度范围:-55℃～+90℃；

●过载：150％

工作传感器采用美国Interface公司的1220型测力传感器用于拉压向力测量，广泛地用于多种静态和动态测量应用，其具有极高的精度。主要技术参数为：

●量程：±250kN(主推力，1220型)、±100kN(垂直、水平侧向力，1220型)；

●准确度等级：0.04；

●输出信号：灵敏度14mV/V；

●工作温度范围:-5530℃～+9085℃；

●过载：150％。

所述工作传感器的两端分别设置一个万向绕性件，万向绕性件由两组主弹簧片和4个支撑弹簧片组成，两组主弹簧片互为交叉、垂直布置，分别提供绕一个方向的偏转，其合成运动是万向运动，万向绕性件的优点是：(1)效率高，可同时获得高承载能力和低转动刚度；(2)接近于无摩擦、无间歇、转心不变的理想“球铰”；(3)结构紧凑、体积小、动态性能好、稳定性好，安全可靠。

各个方向的万向绕性件布设参数：

主推力方向：

万向柔性件刚度为1.25×106N/mm，工作传感器刚度为3.125×106N/mm，测力组件刚度K为0.52×106N/mm；总刚度约为0.3×106N/mm。主推力方向固有频率f＝0.159(2K/m)0.5＝42.255.6Hz。

水平侧向力方向：

万向柔性件刚度为8.33×105N/mm，工作传感器刚度为1.67×106N/mm，测力组件刚度K为0.33×106N/mm；总刚度约为0.223×106N/mm。主推力方向固有频率f＝0.159(2K/m)0.5＝29.0335.3Hz。

垂直侧向力方向：

万向柔性件刚度为8.33×105N/mm，工作传感器刚度为1.67×106N/mm，测力组件刚度K为0.33×106N/mm。主推力方向固有频率f＝0.159(3K/m)0.5＝43.2Hz。

所述标准传感器和工作传感器同轴设置，在实验之前需要对工作传感器与标准传感器的轴向角度以及位置进行测量校准，在安装调试过程中用芯棒检测动架工作传感器和标准传感器同轴，芯棒直径和检测孔直径差小于0.1mm，芯棒和检测孔光洁度为1.6。

原位校准装置主要技术参数为：

●每级加载时间约30s；

●力源精度优于0.05％FS；

●力源波动优于0.05％FS；

●工作方式：手动、自动两种。

原位校准装置的优点是：(1)标准力值可连续变化，在推力范围内完成对任意点的校准；(2)校准过程自动化，工作效率高，降低操作人员劳动强度，并使其远离试验现场的不安全区域；(3)发动机热试车后可立即进行原位校准。

所述标准传感器的量程为±125kN，所述工作传感器的量程为±250kN。

矢量推力各分力测量误差源主要包括传感器、结构环节两个环节。

1)传感器环节测量误差

根据工作传感器精度，按均方根误差合成方法，得到传感器环节理论测量误差分别为：±0.057％FS(主推力)、±0.057％FS(水平侧向力)和±0.069％FS(垂直侧向力)

实际上由于安装、互扰等误差因素，传感器环节测量误差一般以原位校准结果为准。根据经验数据，传感器环节实用测量误差分别为：±0.2％FS(主推力)、±0.5％FS(侧向力)。

2)结构环节测量误差

结构环节测量误差一览表：

矢量力模拟需要力的大小、方向和作用点三要素的完全一致。航空发动机推力的作用点难以确定，同时考虑成本、方便使用和实现等因素，采用定方向变大小的模拟方案。力的大小上限为(2502+1002+1002)0.5＝287.2kN，力的作用线的方位角上限分别为α＝cos-1(250/287.2)＝29.5°、β＝γ＝cos-1(100/287.2)＝69.6°。

安装基础的位置参照方位角α、β、γ确定；标准测力传感器采用美国Interface公司的12321132型测力传感器，量程：±450kN(准确度等级：0.05，其余性能参见4.2)；轴向力标准测力传感器采用美国Interface公司的1120型测力传感器，量程：±250kN(准确度等级：0.035，其余性能参见4.2)。标准测力传感器串联在钢丝绳间；采用柔性钢丝绳连接的优点是尽可能不破坏试车台原有的约束结构(钢丝绳各向刚度远小于试车台结构刚度)。

矢量推力的测量原理是：利用刚体平衡原理，适当布置若干约束，限值试验产品的6个自由度(3个移动、3个转动)，使之处于静平衡状态，根据刚体受力平衡条件

通过测量推力矢量的各个分力，从而求解出推力矢量的在动架坐标系上三个分力和分力矩大小、偏心角和偏心距。

按试验产品安装时的位置状态，有卧式、立式两种多分力测量法，前者有利于分力大小测量(尤其是轴向、水平方向分力)，后者有利于推力偏心测量(水平侧向分力的测量不受试验产品重量及其变化影响)。

本试车台仅要求测量推力矢量的三个分力，不涉及力矩、推力偏心距和偏心角测量，另外考虑到航空发动机工作时重心基本不变的特点，以及试车台结构稳定性、受力合理性，拟采用七分力兼顾九分力的试车台架结构。

本申请总关于试车台的搭建中，定架主要由若干承力立柱及其加强横梁组成，承力立柱与试验间房顶安装基础上预埋螺栓连接，其上有测力组件、标准力加载组件的安装面和安装调整基准面。

动架主要由“U”形架、发动机转接架组成，“U”形架两端的龙门架上有测力组件、标准力加载组件的安装面；“U”形架上设置安装调整基准面；发动机转接架通过螺栓、定位销与“U”形架刚性连接，被试发动机安装在发动机转接架上；动架质量暂定为5000kg，动架坐标系建立在任一龙门架的截面上。

测力组件安装在动架、定架之间，对于七分力试车台架，主推力、水平分力测力组件均布置在通过发动机中心线的水平面内，垂直测力组件1个布置在通过发动机中心线的垂直平面内、另2个对称(垂直平面)布置；每个测力组件由2个万向柔性件和1个工作传感器组成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：首先将发动机安装在试车台动架上；

S2：通过标准传感器对试车台动架与试车台定架之间的承载力，并信号电缆将检测输出传递至标准力传感器信号测量仪表进行记录；

S3：将标准力传感器信号测量仪表记录的承载力数值传递至控制器；

S4：控制器根据标准传感器的检测数值得到出试车台动架当前受力状态后，根据算法计算出所需校准的适量压力值；

S5：控制器发出电信号使原位校准单元运行，通过原位校准单元运行调整试车台动架与试车台定架之间的适量压力值。

2.根据权利要求1所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，所述原位校准单元包括调速电机、辅助控制装置和主油缸，所述控制器与调速电机电性连接，所述调速电机与辅助控制装置之间设施之液压管路连接，所述主油缸两端设置有液压油缸与辅助控制装置连通，通过控制器输出调节信号给调速电机，调速电机运行时驱动辅助控制装置，通过辅助控制状态控制液压油至主油缸内进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，所述辅助控制装置中包括油泵站和蓄能器。

4.根据权利要求3所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，在辅助控制装置中设置手控微调阀。

5.根据权利要求1所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，所述工作传感器的两端分别设置一个万向绕性件。

6.根据权利要求1所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，所述标准传感器和工作传感器同轴设置，在实验之前需要对工作传感器与标准传感器的轴向角度以及位置进行测量校准。

7.根据权利要求1所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，所述标准传感器的量程为±125kN。

8.根据权利要求1所述的一种发动机试车台的校准方法，其特征在于，所述工作传感器的量程为±250kN。

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