1、发动机性能检测试验设备开发惠彦山（芜湖钻石航空发动机有限公司，安徽芜湖2 4110 0）摘要：发动机开发过程中需要针对部件及整机做大量动态、静态试验，用于性能合格判据取证，以及后期发动机性能优化、开发和产品性能数据收集。在没有现成设备、试验装置的情况下，需要依据试验标准要求制作试验设备、装置。开发制作合格的试验设备、验证装置，满足搭载发动机进行性能开发试验的要求，使得开发过程能够顺利进行。关键词：非标制作；带桨发动机试验台；发动机试验工装中图分类号：TP2731开发背景通航飞机是民航领域的一个重要补充。通用航空已经广泛的应用于三大产业的各领域，特别是在交通不便或人员难以到达的地方，其具有突出的
2、优势，在医疗卫生、抢险救援、森林监控、科学探测、文娱旅游、吊装作业等方面有很多成功的应用案例。同时也给不同行业作业方式提供了多种选择，为产业升级迭代提供更多可能。今后，通航飞机的应用会向更多的领域渗透，也会对通航飞机提出更多的现实需求，但由于一些客观因素的制约，目前发展缓慢。随着经济增长需求及通航产业的经济特点，通航产业发展注定会大放异彩。通用航空由于应用场景、使用范围等特点，决定了其结构形式多样。通航飞机的构造、特点种类繁多，从发动机类型划分就有活塞式、涡喷式、涡桨式、涡扇式、涡轴式等主要类型。基于成熟的内燃机基础技术、维护成本低、大修周期长、制造技术成熟、经济性优良的特点，目前在门类繁多的
3、通航发动机中活塞式通航发动机占主导地位，应用更加广泛。活塞式通航发动机的开发基于传统活塞式发动机，其中难点在于解决燃烧效率问题及燃油系统开发。活塞式通航发表7 与其他半监督学习模型的效果比较模型S3VMsSelf training(半监督方法)Generative model(生成模型)Co-training（协同训练）SS-ELM故障诊断。(1)对比HOG、L BP、SV D 的特征提取方法，图像的不变矩特征和灰度统计特征具有较好的识别率。（2)样本数目从1提高至10 0 0，半监督极限学习机算法的故障诊断准确率从9%提升至9 8%左右，其中在7 0 左右故障准确率变化率最大。设计研究文献标
4、识码：B准确率/%94.6893.2694.8196.7598.17DOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.232开发设备及装置在发动机开发过程中，最重要的是考核各部件设计是否满足多种工况运行的条款、标准要求。同时模拟发动机搭载到飞机上在多种工况、环境下的运行状态，并收集全过程各部位压力、温度、多种机构数据对比关系等数据。用以证明这种活塞式航空发动机满足相关技术标准、条款要求并且可以满足适航要求。同时为各部件、机构的维护周期确定收集数据支撑。活塞式通航发动机没有安装螺旋桨时，可以在传统试验台架上做一些基础试验。安装螺旋桨的发动机无法与试验台架连接，想要验证性
5、能、记录数据，只能依据活塞式通航发动机考核标准、构型及使用环境制作非标的试验设备和装置。制作试验设备和装置之前，需要收集发动机构型、试验要(3)保持样本数2 0 0 不变，随着无标示样本比例的增加，误训练时间/s差的百分比逐渐降低，说明加人无标示样本能够提高故障诊断185.64的效果。170.46（4)连续小波变换和半监督极限学习机与全监督方法和其200.69他半监督方法对比，在识别准确率和训练时间方面都具有更好168.47的表现。163.381程军圣，于德介，邓乾旺，等.连续小波变换在滚动轴承故障诊断中的应用J.中国机械工程，2 0 0 3，14（2 3）：2 0 37-2 0 40.2 H
6、u M K.Visual Pattern Recognition by Moment InvariantsJ.Info-rmation Theory,IRE Transactions on,1962,8(2):179-187.3王萍，王迪，冯伟.基于流形正则化的在线半监督极限学习机J.上海交通大学学报,2 0 15,49（8）：1153-1158.69动机与传统活塞式发动机结构稍有区别，传统活塞发动机输出轴安装的是变速箱，可以通过过渡轴与台架连接进行测试。活塞式通航发动机输出轴安装齿轮箱再连接螺旋桨，目前还没有技术成熟的可以测试动态带桨活塞式发动机的成套设备。为获得活塞式航空发动机部件及整机多
7、种工况运行状态下的性能数据，就需要针对带桨发动机构型、试验条款制作适合的试验设备、装置。【编辑吴建卿设备管理与维修2 0 2 3No10（上）参考文献求、运行环境和最终要实现的功能要求等信息，大致明确试验设备软硬件需要具备哪些功能模块。以发动机耐久试验要求为例，描述制作试验设备过程。耐久试验主要考核内容有：（1）耐久试验要求带桨发动机在规定的交变工况中运行1500h，发动机功率与曲轴转速保持在额定值范围内，在以额定起飞功率和规定时间内额定最大连续功率运转期间，气缸必须在不低于限制温度的范围内工作，并且滑油进口温度必须保持在限制温度范围内。（2)带桨发动机在规定的各种适用状态下运行，螺旋桨对发动
8、机加载到其设计能承受的最大拉力载荷。对每个附件传动装置和安装构件加载。同时记录最大载荷工况下部件温度的变化。(3)在以额定起飞功率和额定最大连续功率运转期间，由仅供飞机使用的每种附件所施加的载荷，是发动机传动装置和安装点规定得限制载荷。为实现以上考核目的，需要试验设备满足控制发动机启停，监控、记录相关试验运行数据的要求。除了依靠发动机本体传感器监控外，还需要外接传感器实时监控并记录发动机各部位温度、压力、流量等数据，并进行对比分析。对于温度、压力、流量等信号检测，以及监控各参数运行过程实时动态变化，是整个试验设备的关键性能指标，用于最终评价发动机设计是否满足要求。性能参数大部分是以大量运行数据
9、作为评价依据的，所以要求试验设备运行数据记录稳定、准确。这就决定了在数据采集模块设计、布局、选材以及控制软件、PLC控制程序编写过程都要以数据采集精度为导向。3试验设备的基本功能3.1机械部分3.1.1移动平台设计试验设备安装发动机后需要可以整体移动。发动机开发需要验证多种环境下运行状态，运行过程也会根据风向以及其他试验辅助装置的搭载调整角度，后期会将整个台架移至高温、高湿、高寒等多种环境中进行发动机测试，所以试验设备需要可以整体移动，采用模块集成的设计方式。各模块搭载到移动平台上，根据试验要求可以灵活进行调整，同时要求发动机运行过程移动平台支撑平稳。移动平台整体强度按搭载所有功能模块强度要求
10、的2 倍设计，既可以满足整体强度要求，也可以降低重心起到配重的作用。在平台底部配有移动机构包括车轮以及和整个平台支撑钢架连接的牵引转向机构。在移动平台的4个边角设置手动涡轮蜗杆升降支撑地脚，平台移动到工作场地后可以升降支撑地脚进行固定。3.1.2供油系统设计试验设备需能依据发动机性能及试验运行要求供油、供水。供油采用防爆油泵直接向发动机供压力油，供油量按照发动机每小时最大油耗计算，油箱大小按补一次油发动机最大油耗工况运行不低于8 h计算。油箱设置油位监控装置，液位计采用数字量传感器，为油箱自动补油、油位提示报警控制提供反馈信号。供油装置主要由油箱、防爆油泵、调压阀、管路等附件组成，70设备管理
11、与维修2 0 2 3No10（上）供油压力最高按照发动机要求的供油压力的1.2 5倍计算，并且可以实现供油压力从0 至最高供油压力的无极调节。回油压力可以实现0.1 3bar（1b a r=0.1M P a）范围内调节。在进回油管路合适的位置上设置压力检测接口，用于安装压力传感器检测进回油压力。油箱补油装置主要由电磁阀、可以接收液位计数字量信号的控制器、油库供油及连接管路等附件组成。如果试验设备移到没有油库供油的场地运行，需要制作一套小型补油装置，主要由防爆油泵、电磁阀和控制器组成。油箱及到发动机供油管路具有保温功能，为后期可能会增加的供油温度控制功能及低温环境运行做准备。3.1.3散热系统设
12、计发动机在运行过程燃烧室会产生大量的热，并且会扩散到整个发动机及周边范围，特别是在满负荷长时间运行时热传导更加明显，通常情况是用散热水箱和发动机内部水循环连接，再依靠发动机运行时带动螺旋奖强制风冷对散热水箱冷却，从而将发动机多余的热量转移，避免发动机超温引起一系列故障。为实现发动机运行过程水温一直保持在规定范围内，直观比对发动机排除水温变化影响，研究多种工况下的功率系数变化，采用外接专用的冷却水温控装置对水温变化进行监测与控制。该温控装置兼容普通内燃机试验台架冷却水温控装置，使用时只需用管路将发动机进、出水口与冷却水温控装置连接，并依据发动机运行参数设置温控装置PID参数。经过运行验证，该温控
13、装置可以实现发动机冷却水8 5 10 8 范围内的控制要求，温度控制精度为2。依据试验要求可以选用两种散热方式。3.2电气部分试验设备完成机械部分配置后，还需要配置信号检测、供电、控制硬件及软件部分。发动机试验的目的主要是过程数据的监控和采集，所以数据采集的精准度是评价试验设备性能的主要指标之一。数据监控、采集模块主要是由多种类传感器、信号采集箱、PLC模块及安装专用软件的PC机组成。3.2.1传感器数据采集过程为减少信号磁电干扰及损耗，提高数据检测精度，采用分布采集再集中传输的方式进行。信号采集流程为：多种类传感器将采集的实时数据，并转化为对应的连续电信号传输到信号采集箱，然后依据温度、压力
14、分别用不同的屏蔽电缆将信号发送到PLC。电信号通过PLC解析显示到装有专用软件的PC机上。3.2.2信号采集箱配置信号采集箱的目的是解决传感器信号因现场环境、布线、传感器等因素导致电信号不能直接远传的问题，电信号经过采集箱模块可以保真地传输到PLC模块，是信号传输到PLC模块前的中转装置，同时也为传感器提供2 4V电源。传感器及电缆传输信号会受到现场磁电干扰，所以信号和供电要选用带屏蔽层的电缆，且分开走线。信号采集箱调试完成后，委托有计量检测资质的机构检测从每一路传感器到PLC模块信号精度，精度满足试验要求后才能投入使用，同时编制传感器、通道定期精度检测计划并实施。设计研究汇流行星排齿轮系统功
15、率损失分析与试验研究唐长亮，贺宇，宿博康，木孟良（北京信息科技大学机电工程学院现代测控技术教育部重点实验室，北京10 0 192）摘要：汇流行星排是履带车辆综合传动装置中起到分流与汇流作用的重要部件，其功率损失直接影响系统综合传动性能。根据汇流行星排齿轮系统的结构及运行参数，分析了不同转速与负载功率时，齿轮啮合功率损失、轴承功率损失、搅油功率损失与风阻功率损失的变化规律；开展了不同转速和负载功率下的汇流行星排传动性能测试。结果表明，随着负载功率的上升，系统功率损失也逐渐增加。当负载功率恒定时，随着齿轮转速提高，系统功率损失越大，与理论分析的一致性较好。所得结论对整车燃油经济性评估提供了理论与试
16、验支撑。关键词：汇流行星排；功率损失；传动效率；齿轮系统中图分类号：TH132.4250引言汇流行星排是综合传动系统中起到分流与汇流作用的重要部件，齿轮系统的功率损失直接影响系统机械传动效率，影响传动装置工作性能。减少齿轮系统功率损失将直接提高机械传动效率，对优化传动系统、提高能源利用率与强化装备性能有重要意义。齿轮传动系统中造成功率损失的原因十分复杂，国内外研究者对此进行了大量研究，齿轮传动功率损失主要因素有齿轮啮合功率损失、轴承功率损失、搅油功率损失与风阻功率损失等。Charles考虑了齿轮副摩擦与油阻力等因素,建立了行星3.2.3操作台及控制系统操作台及PLC模块配置。操作台主要是控制发
17、动机启停、运行过程监控及数据记录。主要由控制按钮盒、装有专用软件的PC机及控制电路硬件组成。控制按钮盒主要实现发动机启停及油门增减控制、供电及油泵运行显示。PC机、发动机控制流程：移动、转向机构供油开启；控制、启动电路供电ECU监控及控制软件开启；依据试验要求做开机检查正常后，启动发动机开始按试验要求运行。PC机显示、记录运行过程实时数据，试验结束后导出试验全过程数据。整个试验设备制作、调试、运行过程结束，目前设备运行正常，满足试验开发需求。试验设备结构如图1所示。4结束语目前国内开发通航发动机的公司很少，缺乏可以直接用于试验开发的试验设备。在开发过程中，多数关键试验设备、装置都需要自行开发研
18、制，且缺少可供参考的技术资料。目前制作的试验设备、装置已经投人使用，运行正常。但随着运行时间的加长，缺陷、问题也会逐渐暴露出来。随着问题的出现和开发试验提出的新要求，后续会对试验设备、装置不断改进，并增加新的功能，优化管路和电缆走线、进一步降低试验误差、优化PLC控制逻辑，使试验设备、装置更加完备、可靠。设计研究文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.24油箱及供油机构1 GJB3213-1998,航空小型活塞发动机性能测试方法S.2鄂中凯.机械设计手册M.北京：机械工业出版社,2 0 10.3苏赵，崔红根，郑超.温度变化对发动机台架油耗测量的
19、影响J.计量与测试技术,2 0 2 1,48(11):15-17,2 1.4向晓汉.西门子S7-1500PLC完全精通教程M.北京：化学工业出版社,2 0 18.5王英臣.PLC技术的工业自动化控制研究J科学技术创新,2 0 2 0(18)：151-152.齿轮组复合功率损耗模型。陈超3提出了一种基于虚拟功率流与虚拟功率比的新算法，能提供行星齿轮系统功率损耗的精确解。Fernandes4建立了轴承摩擦阻力矩的预测模型,研究了不同转速与润滑条件对轴承的摩擦力矩的影响，并设计了相应试验进行对比验证。邵康5考虑了轴承加工工艺、尺寸、系统输人转速与润滑条件等参数，建立了轴承功率损失数学模型，得到了各不同参数对轴承功率损失的影响规律。莫帅、李林林、全灿8 基于CFD技术研究了齿轮参数、转速、旋转方向、挡板间隙空气属性等参数对风阻功率损失的影响规律。郭栋9基于流体动力学理论建立了齿轮搅油阻力矩的理论计算模型，并对不同浸油深度、转速与信号采集箱移动平台一支撑地脚图1实实验设备结构示意参考文献【编辑张韵设备管理与维修2 0 2 3 No10(上）71
