马浩
中国航发沈阳发动机研究所 辽宁省沈阳市 110015
摘要：随着我国科学水平的进步，运用到各个领域。航空发动机研制是一项复杂的系统工程，试验与测试技术是与设计、材料工艺并行的三大支撑技术之一。对于科研类发动机可以考核新材料、新技术、新工艺或新构型的技术可行性；对于型号类发动机可以验证其性能、适用性、可靠性和耐久性。同时，有效的试验数据又可以修正和完善航空发动机设计理论和数值仿真计算模型，从而不断推动航空发动机设计技术的创新发展。
关键词：试验与测试技术；航空发动机；创新发展
引言
所周知，航空发动机内部工作环境异常恶劣，外部运行条件复杂多变，气动、热力、结构、材料和控制等多学科相互交织，至今仍无法完全从理论上准确描述其多场耦合特性；而发动机的零件高达数万之多，任何一个出问题都可能引发灾难性后果。因此，在发动机正式投入使用前，必须对其性能、功能、强度以及可靠性进行充分考核，以便安全、有效、合理地使用；对一些计算分析难以精准刻画的机理问题，只能通过大量试验得到经验、半经验关系式来逐步逼近真实、修正计算结果。实践证明，试验验证体系在航空发动机技术和产品发展中起着举足轻重的作用，并不断产生新的需求，将试验测试技术推向新的高度。同时，在大量试验数据的支撑下，其验证设计、校核工具的能力不断提升，对物理机理的认识不断深化，发动机数值仿真能力逐步增强并向实用化、部分替代物理试验的方向发展，最终形成地面试验、虚拟试验和飞行试验互为补充、互相印证的体系格局。
1航空发动机试验测试技术
航空发动机试验测试技术是集流体力学、热力学、计算机、电子学、控制学、材料学、结构力学等为一体的综合性学科。试验与测试技术随发动机研制的需求牵引而发展。目前产品研制过程中测试费用、测试周期已经占产品研发费用、周期的40%左右；试验、测试、演示验证经费己占型号总经费的60%-70%试验测试的重要性不言而喻，试验测试性设计与评价为高性能产品提供手段和保障，贯穿整个全寿命周期，是具有全局性的关键技术。军民用航空发动机试验与测试技术具有一定的共性，但在具体应用中存在一定的差异，因两者考核／验证标准不同。军机涡喷、涡扇发动机考核验证标准是《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》（ＧＪＢ２４１Ａ—２０１０）；涡轮、涡桨发动机考核验证标准是《航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范》（ＧＪＢ２４２Ａ—２０１８）；民用航空发动机适航符合性验证则必须满足《航空发动机适航规定》（CCAR-33R2）和《涡轮发动机飞机燃油排泄和排气排出物规定》（ＣＣＡＲ－３４）的要求。因民用航空发动机部分验证要求较军机有一定差异，故在某些试验及测试中有一定的特殊性。本文将针对我国民用航空发动机适航符合性验证试验（即取证试验）的相关试验与测试方法进行阐述与介绍，结合国外情况提出未来发展方向。
2防火试验
防火试验目的是验证航空发动机部件防火性能是否满足CCAR-33R2第33.17条的规定，表1为相关技术规范列表，用于指导防火试验的开展。图1为某滑油箱防火试验示意图，按照规范要求，规定火焰温度，热流密度及位置，滑油温度、流量、压力等参数，进行15min防火试验。为模拟最严酷试验条件，滑油温度给定最大可能工作温度和最小工作压力，流量按照最小循环流量给定。该试验主要难点首先为髙温条件下试验参数控制技术，涉及控制火焰、滑油参数稳定性。火焰温度无法稳定肯定会影响试验结果；滑油参数控制涉及流量压力温度等，如果出现波动同样也是会带来试验误差。难点之二为相关参数的测量技术，测量误差也是不可忽视的因素。
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3动机试验
设施建设的驱动力以安全性、可靠性为根本的适航要求拉动设备建设。民机适航取证最显著的特征是不仅关注发动机在稳态、常规飞行条件下的性能，同时考核发动机在瞬态和各种应急飞行条件的表现，在各类失效模式和性能衰退状态下发动机能否安全可靠工作。飞行过程中已经发现甚至引发灾难的案例，如鸟撞、侧风、包容、结冰、吞水和吞冰等，被一一写进适航条款，要求设计方通过试验证实发动机有足够的能力应对这些问题。为了满足相关适航条款，各种确保飞行安全的试验方法和特种试验设备层出不穷，为设备建设持续提出新的需求。另外，对发动机进入运营后的日常保障，局方也明确须建立可靠性管理机构和控制系统，加强发动机运行可靠性和性能的监控，及时调整维修计划，恢复和保持发动机的固有可靠性水平。因此，研发阶段民用发动机可靠性验证要求很高。
环保要求也是民机试验设施建设的重要依据。国际民航组织（ICAO）及其下属的环境保护委员会（CAEP）制定的污染排放规定，是民用航空发动机能否取得适航认证的又一关键。著名的“协和”号超声速客机被停飞的主要原因：一是噪声太大，民众无法接受，许多城市不允许它从社区上空飞过；二是污染物排放很高，没有采用低污染燃烧技术；三是发动机油耗太高，非常不经济。前两个原因都与环保有关。随着人们环保意识的不断增强，噪声、污染排放适航标准也不断提高，相关的设计和试验验证技术不断推陈出新，试验设备逐渐增多。
4发动机噪声试验测试技术
该试验的目的是明确发动机噪声特性，判别发动机具体的噪声源，为满足飞机噪声试航审定的要求获取噪声数据。国外如罗罗、普惠以及ＧＥ公司都有专业的噪声测试车台，国内处于起步阶段，尚没有专业的室外噪声车台。图2为该试验的方案示意图，具体实施上还需要攻克以下难点，首先是声学测试环境的建立，这是因为发动机支撑结构既不能妨碍发动机噪声的产生和传播，也不能在噪声辐射区附近有任何反射；第二湍流控制屏的设计，直接影响是否可以有效真实模拟飞行状态下发动机的进气流动；最后是相控阵列的设计，涉及高分辨率和旁瓣抑制能力，目前国外相控阵列技术己从２维平面发展至３维，我国还处于追赶阶段。
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5航空发动机试验验证体系的未来发展
未来具备高机动性、隐身、超声速巡航等特征的新一代战斗机的制空和对地攻击能力仍然无可替代，但在空天地一体化作战模式的牵引下，各类主战机种将在更广阔的空间、以更高的速度开展体系和体系的对抗，飞行器的高超声速将成为一种新的隐身；民用航空器将大幅度减少CO2/NOx排放和噪声，2050年实现碳中和的目标；制造业数字化转型正在彻底改变企业研发、运营和管理模式。因此，未来军、民用飞行器动力装置将呈现高速化、电气化、数字化和智能化的特点，航空发动机试验验证体系未来发展也将相应地发生如下几个方面的变化。
结语
我国正在开展航空发动机的自主研发和制造生产，在逐步完善研发体系建设的同时，试验与测试技术同样需要高度重视和深入研究，并持续进行试验条件建设的投入。随着以自适应、变循环为特征的新一代航空发动机研制工作的开展，高温、高压、高转速以及复杂的流场环境对试验与测试提出了极高的要求，不仅要解决测得到，更要解决测得准的问题。这就需要试验与测试从业人员不断创新思维，探索新的试验方法，使用非接触式传感器、激光与光纤等先进的测试技术，建立新的流程规范，完善已有的标准，加速我国航空发动机的研制进程。
参考文献
［１］黄劲东，中国航发研究院副院长，研究员，主要从事航空发动机试验测试、服务保障技术和发展战略研究.