一种加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法技术

本申请属于发动机试验技术领域，特别涉及一种加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法。该方法包括：通过气源控制装置驱动空气涡轮起动机转动，由所述空气涡轮起动机驱动发动机起动，所述功率传动轴上设置有扭矩测量装置；标定发动机起动过程的气源条件，并利用已标定的气源条件，进行发动机起动试验；在发动机起动成功至起动完成时间段内，不同元器件按时序加载，获取功率传动轴的若干时间节点的的剩余扭矩，以及获取对应的若干时间节点的发动机转速；确定发动机转动惯量。本申请通过对发动机起动过程中多个时间节点的转动惯量的测量，能够更精准的获取发动机起动过程试验数据，为发动机配装用的起动机进行选型提供有力的试验数据支撑。的试验数据支撑。的试验数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法


[0001]本申请属于发动机试验
，特别涉及一种加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法。

技术介绍

[0002]航空发动机作为飞机最为重要的装置之一，能够为飞机飞行提供所必须推力。航空发动机从静止状态过渡到工作状态，需要经过起动机的带转，起动机的输出扭矩需要克服发动机自身的转动力矩的影响才能够实现有效的起动。对于飞机起动系统地面试验考核，一般在与发动机进行联试之前需要进行起动系统能力的考核，发动机转动惯量直接影响到飞机起动的加速特性，目前由于难以准确的获得发动机的转动惯量，因此，起动机的考核一般与发动机放在一起进行考核，导致飞机起动系统的研制风险无法提前化解，传统型号设计过程中，起动系统作为重要的考核项目，在GJB 241A
‑
2010、GJB2187A
‑
2015、HB 6630
‑
92中都由详细的规定。
[0003]在现有的航空发动机起动系统设计过程中，主要是通过测功机的方式模拟起动机的输出功率，起动机带转发动机起动加速过程只能通过地面试验的方式，缺少评判和模拟的相关方法，应用工程经验和试验相结合的方式开展相关的起动系统的设计，主要会存在以下几个方面的难点和问题：
[0004]1、由于航空发动机起动过程是一个复杂的动态过程，其内部几何部件的结构参数、转子转动过程中的摩擦力、滑油黏度、发动机点火的油气比、点火能量、供气条件等对发动机转动惯量测量均有直接的影响，如何准确的标定发动机的转动惯量进而获得发动机、起动机与飞机起动负载特性本身就是一个复杂的工程问题；
[0005]2、传统采用燃气涡轮起动机进行航空发动机起动，起动机在交付之前会进行性能指标的考核，一般仅考核起动机的输出功率是否达标，无法考核起动机能否在单位的时间带转发动机起动，主要是由于传统起动机达标试验采用飞轮模拟发动机的转动惯量，误差较大，影响指标的考核；
[0006]3、传统发动机起动过程中的转动惯量是通过参数化建模开展分析的，在建模过程中往往需要进行相关的假设，将复杂的动态物理过程通过数学模型进行表征，转子的冷、热态间隙、滑油的动力黏度影响、转子的摩擦力、燃油雾化效率等都会造成计算结果偏差较大，无法准确计算给出；
[0007]4、在特殊环境使用如高原机场，发动机转动惯量获取对于飞机起动能力的评价至关重要，往往在这些特殊环境下开展大量的地面起动试验进行摸底，无法在常规试验环境下通过模拟发动机特殊环境下的转动惯量等参数进行评价，造成研制周期、研发成本等代价较大。
[0008]5、航空发动机起动试验时通常同时加载发电机或液压泵，因此测量航空发动机转动惯量时应考虑发动机的带载特性，从而得到准确的航空发动机转动惯量。

技术实现思路

[0009]为了解决上述问题，本申请提供了一种加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法，主要包括：
[0010]步骤S1、通过气源控制装置驱动空气涡轮起动机转动，由所述空气涡轮起动机驱动附件传动装置的齿轮轴旋转，所述附件传动装置分别连接不同负载元器件，并通过功率传动轴连接发动机传动装置，从而带动发动机传动装置及各负载元器件按设定时序启动及工作，所述功率传动轴上设置有扭矩测量装置；
[0011]步骤S2、标定发动机起动过程的气源条件，并利用已标定的气源条件，进行发动机起动试验；
[0012]步骤S3、在发动机起动成功至起动完成的时间段T0～T内，记录不同负载元器件开始加载时间T1,T2…
T
n
，将T0～T分为(T0，T1)，(T1，T2)...(T
n
，T)不同时间段，在各时间段内分别获取功率传动轴若干个时间节点的剩余扭矩，以及若干个时间节点的发动机转速；
[0013]步骤S4、确定发动机转动惯量为各时间段转动惯量的平均值。
[0014]其中，各时间段转动惯量J
P
为：
[0015][0016]其中，f(n
i
)为所对应时间段第i个时间节点的剩余扭矩；g(t
i
)为所对应时间段第i个时间节点的发动机转速，N为对应时间段时间节点数。
[0017]优选的是，步骤S2中，获取发动机起动控制计划和时序，按照所述发动机起动控制计划和时序进行发动机起动试验。
[0018]优选的是，步骤S2中，标定发动机起动过程的气源条件包括标定环境压力、环境温度、气源设备压力、气源设备温度、空气涡轮起动机效率、空气管路效率、空气管路控制阀响应情况。
[0019]优选的是，步骤S3进一步包括：
[0020]步骤S31、获取所述扭矩测量装置按采样频率采集的多个剩余扭矩；
[0021]步骤S32、获取发动机转速随时间变化的第一关系曲线n＝g(t)；
[0022]步骤S33、拟合所述剩余扭矩与转速的第二关系曲线M＝f(n)；
[0023]步骤S34、步骤S34、在所述第一关系曲线上离散出所述s*N个时间节点的发动机转速，在所述第二关系曲线上离散出所述s*N个时间节点的剩余扭矩,每个时间段为N个时间节点。
[0024]优选的是，在步骤S33之前，进一步包括去除采集的多个剩余扭矩中的野值点。
[0025]优选的是，步骤S3中，N取值为30～50。
[0026]优选的是，步骤S4中：T0取值为0，所述负载元器件为发电机和液压机。在发动机起动成功至起动完成时间段0～t内，记录发电机开始加载时间T1,液压机开始加载的时间T2，分别获取功率传动轴不同时间段的N个时间节点的剩余扭矩，以及获取对时间段的N个时间节点的发动机转速；确定发动机转动惯量为发动机启动至完成过程：
[0027]J＝(J1+J2+J3)/3
[0028]其中
[0029][0030]其中t
11
,t
12
,
…
,t
1N
∈(0,T1)，
[0031][0032]其中t
21
,t
22
,
…
,t
2N
∈(T1,T2)，
[0033][0034]其中t
31
,t
32
,
…
,t
3N
∈(T2,t)，
[0035]本申请的发动机的转动惯量通过试验直接测得，而空气涡轮起动机的输出扭矩特性主要是将空气的能量转换为机械轴功率，测量精度较高，且不需要给空气涡轮起动机进行供油及控制，且空气涡轮起动机排气的气体温度远低于燃气涡轮起动机的尾气排放温度，试验操作简单便于实现，能够获得真实的发动机转动惯量结果。
[0036]本申请通过对发动机起动过程不同负载不同时序中多个时间节点的转动惯量的测量，能够更精准的获取发动机起动过程试验数据，为发动机配装用的起动机进行选型提供有力的试验数据支撑。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法，其特征在于，包括：步骤S1、通过气源控制装置驱动空气涡轮起动机转动，由所述空气涡轮起动机驱动附件传动装置的齿轮轴旋转，所述附件传动装置分别连接不同负载元器件，并通过功率传动轴连接发动机传动装置，从而带动发动机传动装置及各负载元器件按设定时序启动及工作，所述功率传动轴上设置有扭矩测量装置；步骤S2、标定发动机起动过程的气源条件，并利用已标定的气源条件，进行发动机起动试验；步骤S3、在发动机起动成功至起动完成的时间段T0～T内，记录不同负载元器件开始加载时间T1,T2...T
n
，将T0～T分为(T0，T1)，(T1，T2)...(T
n
，T)不同时间段，在各时间段内分别获取功率传动轴若干个时间节点的剩余扭矩，以及若干个时间节点的发动机转速；步骤S4、确定发动机转动惯量为各时间段转动惯量的平均值。其中，各时间段转动惯量J
P
为：其中，f(n
i
)为所对应时间段第i个时间节点的剩余扭矩；g(t
i
)为所对应时间段第i个时间节点的发动机转速，N为对应时间段时间节点数。2.如权利要求1所述的加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法，其特征在于，步骤S2中，获取发动机起动控制计划和时序，按照所述发动机起动控制计划和时序进行发动机起动试验。3.如权利要求2所述的加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法，其特征在于，步骤S2中，标定发动机起动过程的气源条件包括标定环境压力、环境温度、气源设备压力、气源设备温度、空气涡轮起动机效率、空气管路效率、空气管路控制阀响应情况。4.如权利要求1所述的加载条件下的航空发动机转动惯量测量方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娇，马松，张志伟，龙振军，李吉阳，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：