1 引言
目前，国内外对航空发动机试车台校准[1]方面的研究都比较重视，逐步摸索了一套非常严格的管理规定和详细的流程，同时进行了气动阻力校准和交叉校准试车，取得了一定的成果；对空气流量，燃油流量测试研究也更加深入。本文主要对地面试车台比对试验开展研究，以露天基准试车台为媒介，采用同一发动机在露天基准试车台和室内地面试车台在尽可能相同的试验条件下开展试验，并对得到的试验数据进行分析，分析差异原因，实现不同试车台试验结果的准确性和试验结果一致性的目标，为不同试车台的试验结果能够准确反映实际发动机性能提供依据。
2 试验要求
2.1 发动机选取准则
比对试验发动机应选择相对技术较成熟的产品，尽可能减少新零部件的使用，且发动机处于性能相对稳定的一个工作阶段。众所周知，发动机性能衰减是一种自然规律，在发动机寿命期内工作过程中，部件的性能会随着使用时间的增加而逐渐衰减，这将导致发动机推力下降、耗油率升高。而导致部件特性变化的原因很多，包括表面粗糙度增加、叶尖间隙增大、气流腐蚀、积垢沉淀、封严性能变差等原因。结合国内外的研究成果，从影响机理上可以将上述原因归纳为四个方面，分别为：部件表面粗糙度变化引起的气流流通能力降低、间隙变化引起的泄漏损失增加、封严篦齿磨损变化引起的泄漏损失增加、可变几何面积偏离设计值引起的损失[2]。所以被试发动机应满足以下要求:
能够保证发动机本身的可变几何特性状态一致，在比对试验期间可通过有效的监控手段确保被试发动机各几何可调尺寸状态不变；
比对试验期间，发动机技术状态应保持不变，影响发动机性能的附件不允许调整[3]。
2.2 测试系统要求
比对试验获取的数据需要通过试车台测试系统实现，不同的测量设备和测试方法都会对试验结果造成影响，试验用仪器仪表主要分为两种形式:台架和机载，台架测试参数主要用于计算空气流量、推力、燃油消耗、环境温度、环境压力、特征截面温度/压力等，机载测试参数主要用于监控试验条件、发动机状态、控制规律、限制条件等，为了尽可能降低台架测试系统对比对试验结果的影响,需要对测试条件提出要求如下:
比对试验所用的测试仪器仪表应是校检合格的产品，应有合格证书和检定证书，满足被试发动机参数测量精度要求；
在发动机安装时尽量采用同一型号的进气装置；
测试安装时应保证流道参数测量位置、数量、布局形式的一致性；
数据采集系统应经过计量标定，以保证发动机稳定工作时表征发动机性能的直接参数测量结果的有效性。
2.3 环境参数测量要求
试车台常规环境参数见a）、b）、c）条，由于自然风对露天试车台试车发动机性能有一定影响，需对风速、风向进行测量，具体要求如下：
1) 大气压力：量程（500～1100）hPa，精度±0.15hPa，(-40～60)℃；
2) 相对湿度：量程0～90%RH，精度±1%RH，(15～25)℃，±（1.0+0.008*读数）%RH，（-20～40）℃；
3) 大气温度：量程(-40～60)℃，精度0.1级；
4) 风速：量程0～60m/s，精度±0.5m/s；
5) 风向：量程0～360°，精度3°，10m/s时。
3 试验方法
3.1试验内容
试验内容主要分为发动机调试，露天台基准性能、比对试车台性能录取、露天台重新校准四个部分。
发动机调试，主要是对发动机控制规律、试验状态点性能及必要的安全性功能检查，评估所选被试品是否能够满足比对试验技术要求，以及发动机是否符合设计使用要求。
露天台基准试验开展前应进行推力、空气流量、燃油流量及其它关键参数的相关测试通道校准工作；在不同的环境条件下（具备一定的变化梯度），开展性能录取试车。
比对试车台性能录取前也应进行测试系统关键参数校准等工作，其中性能录取试车前应进行发动机几何可调部件控制情况的检查。
露天台重新校准主要验证发动机可能存在的性能衰减量满足试验要求。
3.2 试验控制环节
试验过程中应包括不限于以下环节的控制：
1) 比对试验程序应保证数控系统采用同一主控通道开展试车；
2) 发动机几何可调部件控制、性能参数测试通道（如喷口面积、进气温度、燃油计量装置）进行标定和校准；
3) 使用相同的进气装置；
4) 测试布局要求有良好的一致性；
5) 露天台试验选取时机，在一定的风速、风向条件下开展。
测试系统检查工作主要含以下内容：
1) 推力测量系统
推力测量传感器的安装位置应与发动机排气喷管保证一定的距离，避免高温热辐射而可能引起的测试误差，必要时还可以对测力传感器加装恒温装置；
应通过数值仿真或在测力台架上增加温度测点，评估校准和试验中台架温度梯度对测力结果产生的影响；
应通过数值仿真或在测力台架上安装台架加载变形位移传感器，评估静态校准与试车中台架变形状态不同对测力结果的影响；
开展试车台推力测量系统中心加载校准工作。
2) 燃油流量测量系统
根据试车台燃油流量测量设备差异提出以下要求：
涡轮流量计在校准时的安装应与在试车台燃油测量系统中的安装条件一致；
使用涡轮流量计时，当校准与试验现场工况不同，应进行温度和压力修正；
使用涡轮流量计时，供油管路中建议安装在线密度计，安装在涡轮流量计附近；如果没有安装在线密度计，燃油密度离线测量，应考虑密度的温度修正；
使用质量流量计量测量燃油流量时，要满足质量流量计的安装需求，质量流量计周围没有较大的振动和电磁干扰源；
发动机试验前，对燃油流量测量系统进行校准，试验前测量燃油热值。
3) 温度测量系统
发动机温度测量系统通常使用专用智能温度扫描模块，温度信号在模块中完成采集和转换；也可采用温度信号经统一的温度参考端（简称UTR）后，由数据采集系统完成采集和转换。
发动机温度受感部应在热校准风洞中进行动态校准，获取修正系数；
温度补偿导线须经计量单位校准；
记录智能温度扫描模块的参数设定值；
电阻温度传感器测量时，现场对激励信号和测量通道进行校准、修正；
当使用多支温度传感器测量发动机进口温度时，各支传感器温度测量值与温度平均值差≤0.5℃；
使用UTR测量温度信号的系统，应检验电压温度转换软件的转换精度；
试验前对连接温度补偿导线的温度测量系统进行现场校准，精度应满足基准试验要求。
4) 发动机转速测量系统
发动机转速测量系统一般使用转速电机或磁电式传感器作为一次仪表，数字式电子仪表作为二次仪表，数据采集系统采集二次仪表信号输出。
转速传感器在发动机运转最高状态下输出信号频率较低时，二次仪表应具备倍频输出能力；
多套数据采集系统公用一路转速信号时，仪表输出转速信号需相互隔离，各数据采集系统之间不得相互干扰。
5) 空气流量测量系统
测量进气道直径和圆度；
校准空气流量测量使用总压受感部；
检测测试受感部安装；
评估露天试车台侧风对进气流量测量的影响。
6) 压力测量系统
试车台压力测量系统压力探针需进行动态校准，测量管路要密封打压检查，液压测量传感器的安放高度应尽量与试车的发动机安装高度一致，当使用表压测量模块时，参考端压力不受周围环境影响。
3.3试车程序
发动机应在充分暖机的状态下开展性能录取试验，试车停留状态应涵盖发动机典型的工作状态，性能录取过程建议统一发动机状态为升程状态，避免机械构件正反行程差异导致性能偏差。试验程序应控制在1.5h以内，避免比对试验期间过多的使用发动机寿命带来一定的性能衰减。
4 试验结果处理
4.1 发动机性能表现分析
为评估发动机性能，以涡扇发动机为例，需对发动机性能测试结果、硬件状态比对分析，硬件状态比对只是在发动机性能表现一致性较差时采用的复查手段。
发动机性能主要从控制规律、压气机压比、转速-总压比、转速-排气压力、转差、推力-排气温度表现等角度分析比对，确认发动机试验期间性能是否衰减或衰减量符合相应的期望值。
硬件状态需发动机装配前后通过部件系统叶间间隙、篦齿间隙测量、叶片型面及污染情况、燃油喷嘴/喷孔堵塞情况等检查工作，用以确认发动机硬件技术状态一致性。
4.2 发动机性能参数修正及换算
试车获取的发动机性能参数应按GJB 722 《涡喷涡扇发动机试车性能修正规范》或被试发动机相关性能修正文件进行修正，温度修正按GJB 378-1987《涡喷涡扇发动机性能的温度修正规范》进行，湿度修正按GJB 359-1987《涡喷涡扇发动机性能的湿度修正规范》执行。
换算燃油流量：
其中：Wfm为测量的燃油流量，P1m为发动机进口压力，T1m为发动机进口温度。
换算空气流量：
其中：Wa1m为测量的空气流量。
换算推力：
其中：Fg为台架气动修正后的测量推力，XF为环境温度推力修正系数。
测量推力Fg需进行气动附加阻力修正，气动附加阻力包括进气冲量、进气道附加阻力、试车台迎风阻力等，总推力如下式：
其中：Fm为台架测量推力，FIMD为进气冲量，由来流流速产生；Fadd为进气道附加阻力，由唇口处和进气流管压差作用力产生；FCradle为台架阻力，主要由试车台挂架的动架部分对试车台气流阻挡引起。Fnozzle尾喷管附加阻力，露天试车台试车时发动机尾喷管处的气流轴向速度不大，喷管外壁面的静压差很小，该项修正量可以忽略不计。
5 结束语
本文以涡扇发动机为研究对象，开展试车台比对试验技术研究：
1) 研究试验开展的技术要求；
2) 制定试验方法，指导开展试验；
3) 提供数据处理方法。
本文研究内容可为航空发动机试车台交叉校准试验参考，具有较高的工程应用价值，同时对发动机性能评定试验也有一定的借鉴意义。
参考文献
[1] 林山.航空发动机试车台校准技术研究[J]，测控技术，2013，32：397-400.
[2] 廉筱纯,吴虎.航空燃气轮机原理[M],西安：西北工业大学出版社,2005，315-322.
[3] 国防科学技术委员会，GJB 721-1989涡喷涡扇发动机试车台校准规范[S].北京：总装备部军标出版发行部.
[4] 刘子虚，吴国昌.轻型固体火箭发动机试车台校准技术研究[J]，计测技术，2017，37：141-144
