（海軍裝備部，陜西 西 安 7 10000）

隨著燃氣渦輪發(fā)動機技術(shù)的不斷提升，新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用，對相應(yīng)的測試計量技術(shù)也提出了更高得要求，本文分析了國外先進燃氣渦輪發(fā)動機測試計量現(xiàn)狀，重點研究了國內(nèi)新一代發(fā)動機在測試計量校準體系、量值溯源體系、綜合測試系統(tǒng)校準技術(shù)、專用測試設(shè)備校準技術(shù)、特種測量技術(shù)的校準技術(shù)、現(xiàn)場校準技術(shù)方面的需求，并提出了相應(yīng)的解決方案，同時結(jié)合我國燃氣渦輪發(fā)動機行業(yè)現(xiàn)狀，提出了急需發(fā)展的關(guān)鍵測試計量技術(shù)。

1 概述

1.1 先進燃氣渦輪發(fā)動機技術(shù)特點及發(fā)展趨勢

先進燃氣渦輪發(fā)動機特別強調(diào)高的熱力性能、可靠性、維修性和低壽命費用。其采用的新技術(shù)主要有：損傷容限和高效率的寬弦葉片、三維壓氣機葉片、刷式封嚴和故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。其發(fā)展趨勢主要為：

（1）渦輪前溫度T4大幅提高；

（2）總增壓比持續(xù)提高；

（3）新材料應(yīng)用:有機復合材料、陶瓷基復合材料、纖維增強超基合金等；

（4）控制系統(tǒng)數(shù)字化。

1.2 先進測試技術(shù)

先進測試技術(shù)是對被測對象的參量進行測量，將測量信息進行采集、變換、存儲、傳輸、顯示和控制的技術(shù)，是能大量儲存和快速處理信息的計算機技術(shù)和傳輸信息的通信技術(shù)的綜合[1~2]。現(xiàn)代制造技術(shù)的快速進步引發(fā)了許多新型計測問題，推動著傳感器、測試計量儀器的研究與發(fā)展，促使測試技術(shù)中的新原理、新技術(shù)、新裝置系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，呈現(xiàn)出一些新的特點[3]：

（1）精密測試與極端測試需求不斷增加；

（2）測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化；

（3）測試信息的集成與多信息融合；

（4）虛擬測試與虛擬儀器廣泛應(yīng)用。

2 國外先進燃氣渦輪發(fā)動機測試計量現(xiàn)狀

2.1 發(fā)動機測試技術(shù)

在發(fā)動機測試技術(shù)上，先進的測試系統(tǒng)加快了燃氣渦輪發(fā)動機的試驗進程，也催生了信息化平臺的建立，帶動了燃氣渦輪發(fā)動機設(shè)計、仿真技術(shù)的發(fā)展。特種測試儀器、測試技術(shù)和傳感器的應(yīng)用，為更加快捷的獲取發(fā)動機的特性數(shù)據(jù)提供了新方法。例如，紅外高溫計、示溫漆、薄膜熱電偶測溫和晶體測溫等技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于發(fā)動機熱端部件表面溫度的測試。

2.2 發(fā)動機檢測

在發(fā)動機檢測上，復合材料、超級合金以及新加工工藝的應(yīng)用所需的檢測技術(shù)也受到特別關(guān)注。例如，美國GE檢驗科技公司研發(fā)的LOGIQ9R NDT超聲波相控陣檢測系統(tǒng)，融合了GE在醫(yī)療設(shè)備上的專利技術(shù)，是專門為檢測發(fā)動機盤、環(huán)類零件而設(shè)計的，可完全滿足GE飛機發(fā)動機鍛件檢驗的技術(shù)要求，并將檢驗時間至少縮短一半，大大降低了總成本，是目前效率最高的檢驗系統(tǒng)，榮獲了“2005弗洛斯特和蘇利文杰出技術(shù)獎”。

2.3 發(fā)動機計量校準

在發(fā)動機的計量校準上，更加注重更高精度校準技術(shù)的研究，美國空軍阿諾德工程發(fā)展中心及俄羅斯的CIAM試驗基地，都有相當高的計量技術(shù)水平，擁有先進的校準及檢測機構(gòu)。例如，CIAM試驗基地擁有既滿足自身要求，又滿足行業(yè)需求的發(fā)動機全部參數(shù)的測量標準和裝置，其校準系統(tǒng)的多項標準代表著其國家計量的最高水平，其實驗中心的計量部門已被授予具有檢驗測量設(shè)備、鑒定測量方法和評審計量文件的權(quán)利。

2.4 發(fā)動機計量保障

歐美國家發(fā)動機研制中的計量保障工作，已經(jīng)從計量室的純量值傳遞延伸到試驗現(xiàn)場的校準，走到了對發(fā)動機研制全過程實施計量保障服務(wù)的階段。無論是發(fā)動機研制所需的專用或通用測量器具、測量設(shè)備，還是仿真系統(tǒng)，凡是有數(shù)據(jù)輸出的，無一例外，都要在使用中受到量值溯源性的約束，以確保其使用的準確性與適用性。

3 國內(nèi)新一代燃氣渦輪發(fā)動機對測試計量技術(shù)的需求分析研究

3.1 新一代燃氣渦輪發(fā)動機對測試計量校準體系的需求

發(fā)動機制造和試驗的計量與校準，就是建立完善的燃氣渦輪發(fā)動機試驗全流程物理測量參數(shù)量值溯源及試驗測試設(shè)備校準體系。通過實驗室或現(xiàn)場檢定、比對、標定及校準等量值傳遞和溯源活動來保證燃氣渦輪發(fā)動機及其零部件試驗測試數(shù)據(jù)的單位統(tǒng)一和量值準確可靠。為了獲得高精度的測試，現(xiàn)代燃氣渦輪發(fā)動機的試驗，更多的是依靠標準裝置或校準設(shè)備對測試系統(tǒng)、試驗設(shè)備進行定期或不定期的，在線或離線的校準來達到的。

3.2 量值溯源體系的完善

完善新一代燃氣渦輪發(fā)動機參數(shù)量值溯源體系，特別是流量參數(shù)量值溯源體系部分（包括燃油流量校準、小流量校準、空氣流量校準等）、溫度極限參數(shù)量值溯源體系部分（包括高達1 800 K以上的高溫校準以及低溫校準）和應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)量值溯源體系部分。

3.3 綜合測試系統(tǒng)校準技術(shù)

GJB241-87《航空渦輪噴氣和渦輪風扇發(fā)動機通用規(guī)范》和GJB721-89《渦噴渦扇發(fā)動機試車臺校準規(guī)范》明確規(guī)定了燃氣渦輪發(fā)動機測試系統(tǒng)必須經(jīng)過計量、校準達到規(guī)定的技術(shù)要求。由于發(fā)動機試車臺綜合測試系統(tǒng)是集多參數(shù)、多通道的綜合測試系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成復雜、涉及參數(shù)多，研究形成統(tǒng)一的校準、評定方法是目前急需解決的問題。

3.4 專用測試設(shè)備校準技術(shù)

在新一代燃氣渦輪發(fā)動機試驗過程中，有許多特殊的專用測試設(shè)備無法通過單純的實驗室計量、校準完成量值溯源，以及對其測量結(jié)果準確性、可靠性的驗證。使用單位必須根據(jù)專用測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)、組成、參數(shù)特性研究其計量、校準技術(shù)。如推力臺架及測試設(shè)備的綜合校準、推力矢量測量系統(tǒng)的校準等。

3.5 特種測量技術(shù)的校準技術(shù)

新一代燃氣渦輪發(fā)動機試驗必將采用許多新的測試方法、測試技術(shù)，在開展新測試技術(shù)研究的同時，必須開展其校準技術(shù)的研究。如紅外測溫校準技術(shù)、示溫漆測溫校準技術(shù)、熒光衰變測溫校準技術(shù)、激光多譜勒測速儀和粒子成像速度計校準技術(shù)、壓敏漆測壓校準技術(shù)等。

3.6 現(xiàn)場校準技術(shù)

新一代燃氣渦輪發(fā)動機試驗環(huán)境條件惡劣，其測試設(shè)備的技術(shù)性能、相互干擾相比于實驗室額定條件有不可忽略的影響。通過開展現(xiàn)場校準技術(shù)研究，可以準確、真實地反映測試系統(tǒng)在試驗條件下的技術(shù)狀態(tài)。需開展燃油流量現(xiàn)場校準技術(shù)、高溫現(xiàn)場校準技術(shù)等研究。

4 新一代發(fā)動機研制中零部件加工及裝配階段所需的關(guān)鍵測試計量技術(shù)探討

保障體系的建立與完善其根本目的就是嚴格控制零部件的加工品質(zhì)，使其達到設(shè)計型面、尺寸、粗糙度、強度、結(jié)構(gòu)、材料等要求，另外就是在裝配過程中對裝配質(zhì)量進行控制，確保裝配達到設(shè)計結(jié)構(gòu)配合要求?，F(xiàn)階段，我國燃氣渦輪發(fā)動機行業(yè)急需發(fā)展的關(guān)鍵測試計量技術(shù)有以下幾個方面：

（1）整體葉盤焊接過程的定位、控制和在線檢測技術(shù)；

（2）葉片在線檢測技術(shù)；

（3）薄壁件幾何參數(shù)的非接觸測量檢測技術(shù)；

（4）噴嘴關(guān)鍵件的光學成像準確檢測技術(shù)；

（5）2D及3D參數(shù)、形貌分析及粗糙度參數(shù)非接觸測量技術(shù)；

（6）齒輪、螺紋參數(shù)等復雜零件三坐標測量檢測技術(shù)；

（7）發(fā)動機靜子機匣各截面橢圓度和支點跳動光學方法檢測技術(shù)；

（8）寬范圍燃油流量測量。

5 結(jié)束語

通過系統(tǒng)的梳理國內(nèi)外燃氣渦輪發(fā)動機行業(yè)測試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了建立我國新一代發(fā)動機測量體系和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向，經(jīng)秦嶺發(fā)動機等幾個型號研制生產(chǎn)試用，進一步完善了發(fā)動機測量技術(shù)體系，也極大的推動了發(fā)動機研制生產(chǎn)進程。

[1]殷國富，楊杰斌，趙雪峰，等.面向現(xiàn)代制造的先進測試技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].中國測試，2010,36(1):2-3.

[2]郭陽寬.現(xiàn)代測控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]國家自然科學基金委員會工程與材料科學部.學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告：機械與制造科學[R].北京：科學出版社，2006.