安中彥

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，沈陽110015）

0 引言

航空發(fā)動機是一種高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜熱力機械，尤其是航空渦扇發(fā)動機，由上萬個零件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊、空間狹小，并且工作時溫度變化劇烈、內(nèi)流極其復(fù)雜，導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)件所處環(huán)境十分惡劣，稍有不甚就可能發(fā)生嚴(yán)重事故。航空發(fā)動機涉及氣體動力學(xué)、熱力學(xué)、燃燒學(xué)、結(jié)構(gòu)強度、控制技術(shù)、試驗與測試技術(shù)、材料學(xué)和制造工藝等多學(xué)科和專業(yè)領(lǐng)域[1]，要在寬泛的飛行范圍和惡劣的環(huán)境條件下，長期反復(fù)使用、高效可靠工作。隨著現(xiàn)代航空發(fā)動機設(shè)計方法的更新及新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，航空發(fā)動機性能不斷提升，零部件所處環(huán)境更加惡劣，其轉(zhuǎn)、靜子部件承受的載荷越來越大、越來越復(fù)雜。

因此，要保證航空發(fā)動機長期、高效、可靠的工作運行，航空發(fā)動機研制、服役過程中開展結(jié)構(gòu)強度試驗，是對發(fā)動機整機、零部件等進行結(jié)構(gòu)考核的重要和必須手段。

目前中國標(biāo)準(zhǔn)包括GJB 241A[2]和CCAR-33[3]，以及美國FAR 33[4]和1783B[5]、歐洲CS-E[6]、英國軍標(biāo)00970[7]及發(fā)動機應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)（EGD-3）[8]等國內(nèi)外航空發(fā)動機標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均對結(jié)構(gòu)完整性提出明確的要求，尤其是需要通過試驗手段驗證結(jié)構(gòu)完整性滿足要求。因而結(jié)構(gòu)強度試驗是滿足結(jié)構(gòu)完整性要求必須通過的試驗考核項目。這些考核項目的形成是航空發(fā)動機行業(yè)經(jīng)過近百年的發(fā)展，逐步積累起來保證發(fā)動機成功研制和使用安全性所必須強制考核通過的強度試驗項目。

發(fā)動機在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速下工作，難免會出現(xiàn)一些問題或故障。對發(fā)動機出現(xiàn)的故障除理論分析外，另一重要驗證措施便是采用各種強度試驗手段進行故障的復(fù)現(xiàn)與診斷分析，為找出故障原因提供試驗手段和數(shù)據(jù)支撐，提供改進所需的數(shù)據(jù)和改進建議。尤其對于研制初期的發(fā)動機設(shè)計和結(jié)構(gòu)改進而言，強度試驗在研制過程中起到特別重要的作用。

基于以上航空渦扇發(fā)動機強度試驗的重要性分析，有必要對強度試驗技術(shù)發(fā)展進行總結(jié)梳理。本文從航空渦扇發(fā)動機對強度試驗的需求分析出發(fā)，對航空渦扇發(fā)動機強度試驗技術(shù)進行概述，歸納研制規(guī)范和技術(shù)發(fā)展方面對強度試驗的需求，簡述強度試驗技術(shù)國內(nèi)外專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析中國與國外在技術(shù)上的差距與不足。

1 結(jié)構(gòu)強度試驗概述

結(jié)構(gòu)強度試驗的主要目的是驗證發(fā)動機結(jié)構(gòu)的功能、強度、剛度（變形）、振動、疲勞、蠕變、損傷容限、壽命及結(jié)構(gòu)可靠性等是否滿足設(shè)計規(guī)范、軍/民用標(biāo)準(zhǔn)和實際使用需求，為發(fā)動機設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計及改進提供有效數(shù)據(jù)支撐[9]。以轉(zhuǎn)子強度試驗為例，轉(zhuǎn)子強度試驗種類及目的說明見表1。按照結(jié)構(gòu)完整性等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，目前中國開展的相關(guān)強度試驗種類主要有零部件振動、轉(zhuǎn)子件、結(jié)構(gòu)靜力與疲勞、熱強度等試驗。涉及到航空發(fā)動機零部件振動特性與疲勞、結(jié)構(gòu)件模態(tài)、結(jié)構(gòu)靜力與疲勞、輪盤超轉(zhuǎn)與破裂、低循環(huán)疲勞、鳥撞與包容及熱端部件的熱沖擊等試驗技術(shù)，其研究對象包括但不限于以下零件：輪盤、軸、機匣、轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片、加力燃燒室、噴管、導(dǎo)管、隔圈、封嚴(yán)裝置、外罩、作動筒、傳動裝置、齒輪及軸承座等。

表1 轉(zhuǎn)子強度試驗種類及目的

美國航空發(fā)動機《結(jié)構(gòu)完整性大綱》[5]規(guī)定的航空發(fā)動機強度試驗相關(guān)工作任務(wù)見表2。從表中可見，強度試驗貫穿了發(fā)動機研制的全過程，并且在總研制任務(wù)中具有較大占比。

表2 發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性任務(wù)

2 航空發(fā)動機對強度試驗的需求分析

2.1 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求

為保證研制需要，航空發(fā)動機對強度試驗各專業(yè)的主要要求之一就是滿足各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對整機、零部件強度試驗的規(guī)定，強度試驗各專業(yè)相關(guān)的部分適航性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定條款見表3。這些條款的形成是航空發(fā)動機行業(yè)經(jīng)過百余年的發(fā)展，逐步積累起來保證發(fā)動機成功研制和使用安全性所必須強制考核通過的強度試驗項目。

表3 強度試驗各專業(yè)部分適航性標(biāo)準(zhǔn)要求

2.2 新型發(fā)動機、新材料、新結(jié)構(gòu)對試驗技術(shù)提出的新要求

航空發(fā)動機的推力、轉(zhuǎn)速、溫度等指標(biāo)的提升，促使新材料、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐步增多，從而使得強度試驗技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。在高溫環(huán)境振動、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)激振、高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子試驗、高溫陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強度、復(fù)合材料葉片熱-機復(fù)合疲勞壽命等試驗方面，都提出了進一步提升強度試驗技術(shù)和能力的需求，需要提前布局和預(yù)先研究滿足未來5～10年要求的試驗?zāi)芰Α?/p>

2.3 故障復(fù)現(xiàn)與診斷的需求

另一重要需求是對發(fā)動機故障采用各種強度試驗手段進行故障的復(fù)現(xiàn)與診斷分析，找出故障原因。發(fā)動機在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速下工作，難免會出現(xiàn)一些問題或故障，強度試驗?zāi)軌驈?fù)現(xiàn)或者對故障進行原因分析，及時找到病因，提供改進所需的數(shù)據(jù)支持和改進建議。因此，形成對故障排故的快速試驗反應(yīng)能力，能及時應(yīng)對研制中的各種試驗驗證問題，降低研制進度風(fēng)險。

3 強度試驗專業(yè)現(xiàn)狀及趨勢

3.1 國外現(xiàn)狀

國外具備先進航空發(fā)動機研制技術(shù)的國家主要是美國、英國、俄羅斯和法國，其強度試驗的發(fā)展經(jīng)過幾代發(fā)動機的研制歷程，是比較全面和成熟的。形成了一系列較為全面的保證發(fā)動機研制成功和安全性的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如MIL-HDBK-1783B《結(jié)構(gòu)完整性大綱》，基本囊括了發(fā)動機研制所需開展的強度試驗要求，其他歐美標(biāo)準(zhǔn)如CS-E、JSGS、Def stan-00-970第11部等，對強度試驗的要求基本相同，但由于各發(fā)動機公司均不公開具體試驗數(shù)據(jù)，目前掌握的國外發(fā)動機強度試驗技術(shù)資料并不全面。

在試驗技術(shù)發(fā)展上，歐美俄等發(fā)動機公司的結(jié)構(gòu)強度試驗技術(shù)經(jīng)過多代航空發(fā)動機研制的迭代，基本已形成自己的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，對發(fā)動機核心部件葉片、輪盤、主軸、機匣的試驗技術(shù)，已達到比較成熟的階段。

圖2 風(fēng)扇葉片氣激（旋笛）振動試驗

圖3 RR公司立式旋轉(zhuǎn)試驗器

英國RR公司燃燒室機匣的高溫、高壓疲勞試驗技術(shù)在20世紀(jì)70年代已經(jīng)具備試驗?zāi)芰?。對葉片[10]、輪盤、主軸等發(fā)動機核心零部件均已擁有成熟的振動、強度、疲勞壽命等試驗技術(shù)手段，葉片氣體激振、轉(zhuǎn)子試驗試驗設(shè)備如圖1~3所示。RR公司典型的軸疲勞試驗器可以同時施加扭矩、軸向力和振動扭矩3種載荷，扭矩和軸向力從零到最大按梯形波循環(huán)變化；振動扭矩疊加在扭矩上，按正弦波變化[11]。特種強度試驗如吞鳥[12-13]、包容[14-16]等，從部件到整機已有較為龐大的試驗數(shù)量積累。部件包容試驗設(shè)備原理如圖4所示。

圖1 風(fēng)扇葉片氣激（直吹）振動疲勞試驗

圖4 包容試驗設(shè)備原理

PW等公司掌握較為全面的熱端部件熱強度試驗技術(shù)，如燃氣加熱的渦輪葉片熱疲勞試驗等[17-18]。俄羅斯中央航空發(fā)動機研究院（CIAM）創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)強度試驗方法用于進行渦輪工作葉片和導(dǎo)向葉片及其它高溫部件的疲勞試驗，燃氣流路可以在20～1600℃對帶涂層的葉片進行模擬溫度、軸向和離心載荷同步變化的熱機疲勞試驗。國外的航空發(fā)動機強度試驗技術(shù)非常注重對發(fā)動機零部件真實環(huán)境的模擬，通常熱端部件都需要在加溫狀態(tài)下進行。如RR公司對軸進行的疲勞試驗，模擬主軸沿軸長度的溫度梯度為195~415℃；而進行燃燒室機匣試驗時，采用真實高溫氣壓加載，顯示出在試驗中真實環(huán)境模擬的重要性。印度國防研究與發(fā)展組織所屬的燃氣渦輪研究所也研制了發(fā)動機主軸疲勞試驗器，能夠模擬沿軸長度方向的溫度梯度，采用臥式布置，從試驗參數(shù)來看能加載軸向力和扭矩[19]。

近期國外各航空強國的強度試驗技術(shù)現(xiàn)狀難以獲得，但通過已有資料可以看出，為了滿足航空發(fā)動機技術(shù)發(fā)展需求，美國、俄羅斯、英國、法國等國家斥巨資建設(shè)了功能完備、指標(biāo)高、技術(shù)先進的強度試驗設(shè)備，從現(xiàn)在發(fā)動機的性能指標(biāo)可以推測，其相應(yīng)的試驗器性能指標(biāo)也會相應(yīng)提升和改進，以適應(yīng)試驗技術(shù)的不斷充實完善。

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，在積累了足量的強度試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，逐漸過渡到采用仿真技術(shù)逐步替代部分價格高昂、數(shù)據(jù)豐富的試驗技術(shù)，試驗技術(shù)本身也在開展試驗仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用。如西門子在其智慧試驗室中大量應(yīng)用試驗仿真技術(shù)，將試驗平臺囊括到整個任務(wù)仿真分析管理應(yīng)用框架中，將試驗仿真和虛擬試驗聯(lián)合應(yīng)用。MTS系統(tǒng)公司將試驗仿真分為虛擬試驗、混合仿真和模型協(xié)助3類，采用自己的硬件系統(tǒng)搭建可驗證的虛擬試驗平臺。試驗仿真與虛擬試驗技術(shù)的應(yīng)用，將大大降低成本，優(yōu)化試驗方案，提高試驗效率和一次成功率。

另外，在強度試驗技術(shù)發(fā)展上，歐美航空發(fā)動機企業(yè)通常采用聯(lián)合模式，針對發(fā)動機研制過程中遇到的突出問題開展局部的試驗技術(shù)攻關(guān)，如高校負責(zé)技術(shù)理論方面的研究，專業(yè)技術(shù)公司負責(zé)具體試驗技術(shù)或設(shè)備的落實解決，但總體上由發(fā)動機研制企業(yè)牽頭圍繞具體的試驗技術(shù)需求開展工作。通過以研制過程的技術(shù)問題作為牽引，提升了發(fā)動機企業(yè)的問題解決能力、專業(yè)技術(shù)公司的試驗設(shè)備與試驗技術(shù)能力和高校的理論研究水平，形成了良性發(fā)展。

3.2 中國現(xiàn)狀

3.2.1 強度試驗技術(shù)總體情況

中國航空渦扇發(fā)動機強度試驗的發(fā)展經(jīng)過幾代人的努力，逐步構(gòu)建了專業(yè)門類較全、基本滿足發(fā)動機研制需求、較為完善的強度試驗技術(shù)體系。中國發(fā)動機強度試驗發(fā)展歷程如圖5所示。

圖5 中國發(fā)動機強度試驗發(fā)展歷程

自20世紀(jì)60年代以來，采用購買設(shè)備部件和自主設(shè)計相結(jié)合的方式，擁有了部分以轉(zhuǎn)子試驗器、電磁振動臺、機匣試驗器為代表的初步強度試驗和測試能力。雖然存在設(shè)計人員經(jīng)驗不足、設(shè)備功能單一等問題，但為早期發(fā)動機研制提供了可用的試驗驗證手段。進入80年代，逐步開發(fā)了葉片振動與疲勞試驗、轉(zhuǎn)子試驗技術(shù)、主軸疲勞試驗等較為成熟的試驗技術(shù)，成功助力昆侖等多型號發(fā)動機研制。通過幾十年的積累和建設(shè)，通過引進國外先進技術(shù)，強化自主研發(fā)能力建設(shè)，中國掌握了較為先進的發(fā)動機主要零部件強度試驗技術(shù)，可開展如轉(zhuǎn)子強度、鳥撞、振動、熱強度、結(jié)構(gòu)靜力與疲勞等試驗。服務(wù)于多型在役、預(yù)研發(fā)動機研制工作。

隨著零部件/整機吞鳥、部件級包容試驗等試驗技術(shù)的成熟應(yīng)用和先進試驗設(shè)備的建設(shè)，中國逐步掌握了較為完善的發(fā)動機零部件/整機強度試驗技術(shù)。

針對未來先進發(fā)動機研制對強度試驗驗證能力的需求，在強度試驗領(lǐng)域需要在試驗技術(shù)儲備上提前規(guī)劃布局，提升研發(fā)能力。

中國發(fā)動機強度試驗技術(shù)的發(fā)展總體上落后于歐美俄等國家。但隨著第3代發(fā)動機的研制成功，強度試驗技術(shù)總體上能滿足發(fā)動機的研制需求，初步擁有了發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度試驗?zāi)芰?。中國部分強度試驗設(shè)備如圖6所示。

圖6 中國典型強度試驗設(shè)備

3.2.2 零部件振動試驗

發(fā)動機振動疲勞試驗主要試驗對象為各型發(fā)動機的風(fēng)扇、壓氣機、高低壓渦輪的葉片等，獲取葉片疲勞極限、S-N曲線等壽命性能參數(shù)。模態(tài)試驗可獲取葉片、機匣、火焰筒、噴管、齒輪等各階模態(tài)振型、頻率及阻尼等模態(tài)信息。中國針對發(fā)動機葉片類零部件具備了以傳統(tǒng)振動臺為基礎(chǔ)的較為完善的振動疲勞壽命、振動特性等試驗技術(shù)[20]。在葉片等零部件振動疲勞試驗方法和技術(shù)方面，可滿足試驗件的檢驗、中值疲勞極限、S-N、P-S-N曲線等振動疲勞試驗要求。在高溫環(huán)境方面，具備高低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片和壓氣機葉片等具備在室溫到900℃的高溫環(huán)境振動疲勞試驗?zāi)芰21-22]。中國基本掌握了葉片的氣體激振試驗技術(shù)[23]，旋轉(zhuǎn)葉片激振試驗技術(shù)得到較快發(fā)展[24]，在發(fā)動機應(yīng)用層面已開展旋轉(zhuǎn)葉片激振試驗[25]，掌握旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的葉片激振技術(shù)，但對于試驗中臨界轉(zhuǎn)速振型準(zhǔn)確識別技術(shù)等還需要加強研究力度。

3.2.3 轉(zhuǎn)子強度試驗

轉(zhuǎn)子強度試驗是驗證航空發(fā)動機輪盤強度與壽命的主要手段。通過完成大量的考核、定壽及延壽試驗，使常規(guī)轉(zhuǎn)子試驗技術(shù)（如輪盤、轉(zhuǎn)子組件的超轉(zhuǎn)、破裂、疲勞壽命試驗技術(shù)[26-28]）日臻成熟，已解決轉(zhuǎn)子疲勞試驗中的各關(guān)鍵技術(shù)問題，包括關(guān)鍵部位確定、邊界條件模擬（裝配應(yīng)力、關(guān)鍵部位應(yīng)力分布、各關(guān)鍵部位應(yīng)力系數(shù)合理）、傳動設(shè)計、轉(zhuǎn)接段強度設(shè)計、溫度場控制、試驗件狀態(tài)在線監(jiān)測等。轉(zhuǎn)子強度試驗技術(shù)的需求主要包括能夠提升試驗效率、降低試驗成本的技術(shù)手段，如裂紋在線監(jiān)測技術(shù)、輪盤溫度在線測試技術(shù)及設(shè)備常用消耗件的研制等。

3.2.4 鳥撞試驗

4)電源插座短路打火即使產(chǎn)生“微末”，因車庫不是一個密閉空間，飛濺的“微末”只是一個不具“明火”性質(zhì)的“熱熔珠粒子”，不能點燃“沉淀”于靠近地面處的液化石油氣。

鳥撞試驗是航空發(fā)動機規(guī)范要求必須進行的特種試驗[29]，以驗證抗鳥撞能力。中國基本掌握零部件和整機級的鳥撞擊試驗技術(shù)。已開展了靜止條件下大風(fēng)扇葉片鳥撞試驗和旋轉(zhuǎn)葉片鳥撞試驗[30-31]，成功完成了大量旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片鳥撞試驗。鳥速測量、響應(yīng)測量、整機吞鳥試驗技術(shù)等已達到一定的成熟度。

3.2.5 包容試驗

航空渦扇發(fā)動機要求具備包容能力，以保證發(fā)動機內(nèi)部因葉片斷裂等異常而產(chǎn)生的碎片飛出不對飛機產(chǎn)生損傷，危及飛機安全。在包容試驗方面[32-33]，中國已具備開展部件級機匣包容試驗的能力[34-35]，經(jīng)過多型機匣包容試驗驗證[36]，葉片飛斷的主動控制[37-38]等包容試驗關(guān)鍵技術(shù)逐漸成熟，具備開展整機包容試驗的技術(shù)能力，基本掌握了從零部件試驗到整機試驗的包容試驗技術(shù)。一般來說，規(guī)范要求在1臺運轉(zhuǎn)的發(fā)動機上驗證風(fēng)扇葉片的包容性，同時提供結(jié)構(gòu)極限強度的試驗驗證。這種試驗的費用極高，所以，在進行這樣的試驗前，要完成多項部件（或零件）級試驗，以驗證葉片、機匣及其他承力結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計。試驗器條件下的包容試驗可以模擬整臺發(fā)動機的包容能力，而花費僅為整臺發(fā)動機試驗成本的一部分，而且試驗參數(shù)也允許調(diào)整，是驗證機匣包容性的有效和必要的手段[33]。

3.2.6 結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞壽命試驗

發(fā)動機的主要承力部件通常要進行結(jié)構(gòu)靜強度和疲勞壽命試驗考核，如發(fā)動機的機匣、安裝系統(tǒng)等，而主軸由于承受太多的外部機動載荷無法在轉(zhuǎn)子試驗器上開展強度及壽命試驗，可通過建設(shè)主軸結(jié)構(gòu)強度試驗器開展考核。目前中國已具備對大、中、小發(fā)動機主軸、機匣、安裝系統(tǒng)等主要零部件開展強度試驗的方法和技術(shù)，掌握了試驗器微小位移加載技術(shù)[39-40]、專用耐疲勞高可靠作動器設(shè)計技術(shù)等，可基本滿足中國軍標(biāo)和適航規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)對航空發(fā)動機零部件結(jié)構(gòu)靜力與疲勞試驗的考核要求。中國在60年代就開始建設(shè)發(fā)動機機匣的結(jié)構(gòu)強度試驗器，在90年代基本建成主軸強度、壽命試驗器[11，41]，也建成了需要內(nèi)壓加載的燃燒室機匣多腔協(xié)調(diào)壓力加載強度與疲勞壽命試驗器等。中國已擁有了較為全面的渦扇發(fā)動機機匣[42-44]、安裝系統(tǒng)、主軸及其他發(fā)動機零部件的靜強度、疲勞壽命等試驗的設(shè)備和試驗評估技術(shù)[11，45]，并具備一定規(guī)模的試驗?zāi)芰ΑＴ谥鬏S、機匣強度試驗溫度模擬方面開展了相關(guān)的工作[46]，但在溫度梯度場試驗?zāi)M技術(shù)方面還存在不足。

3.2.7 熱強度試驗

熱端部件的熱強度試驗通過模擬航空渦扇發(fā)動機渦輪部件內(nèi)的熱沖擊及冷熱循環(huán)過程，考核渦輪葉片等熱端部件的抗熱沖擊能力。中國針對各類高溫構(gòu)件，研制了較為成熟的大型熱強度試驗相關(guān)設(shè)備，能開展的熱強度試驗包括高溫構(gòu)件的燃氣熱沖擊疲勞試驗[47-49]和感應(yīng)加熱方式熱-機復(fù)合疲勞試驗[50-52]，初步應(yīng)用了輻射加熱方式熱機復(fù)合疲勞試驗方法[53-54]，其他加熱方式還包括高溫爐、火焰噴槍[55]、激光加熱等。目前中國基本掌握了航空發(fā)動機高溫構(gòu)件的熱強度試驗技術(shù)，積累了較為豐富的試驗經(jīng)驗。

從發(fā)展來看，中國發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度試驗水平在逐步縮短與國外先進水平的差距。在發(fā)動機研制需求的驅(qū)動下，必然需要加大投入，開啟以完善發(fā)動機專用試驗技術(shù)和增強原始技術(shù)創(chuàng)新能力為主的發(fā)展方式，加強發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度試驗技術(shù)的研發(fā)力度。

4 技術(shù)差距與不足

伴隨著發(fā)動機的研制進程加快，中國強度試驗技術(shù)能力處于緊跟國際先進的水平，但距離發(fā)動機研制需求還有一定差距，反映在如下幾個方面。

4.1 試驗硬件設(shè)備上的差距

中國強度試驗在硬件設(shè)備上與國外先進發(fā)動機公司的主要差距在于專用試驗設(shè)備能力缺乏上。如開展齒輪、高壓渦輪葉片等振動特性研究的頻響試驗，中國現(xiàn)有振動試驗設(shè)備與RR等公司激振設(shè)備存在一定差距。另外，中國的振動疲勞激勵方式單一，而國外技術(shù)成熟的恒定空氣噴射試驗器等先進試驗設(shè)備已處于初始應(yīng)用階段。

4.2 適航性專用試驗技術(shù)和能力不夠完善

對軍民航空發(fā)動機的適航性要求大部分一致，但民用航空發(fā)動機研制所需的專用強度試驗技術(shù)及設(shè)備存在不足。雖然軍用發(fā)動機和民用發(fā)動機有70%～80%的技術(shù)是共用的，但是民用發(fā)動機追求低噪聲、低污染排放、長壽命、高可靠性、低維修成本，并將其作為重要指標(biāo)。由于過去沒有組織專門的力量從事相關(guān)研究，導(dǎo)致相應(yīng)的試驗設(shè)備和專用設(shè)備建設(shè)不夠[56]。其中比較重要的試驗技術(shù)包括包容試驗、吞鳥試驗技術(shù)等，其中涉及到葉片飛出主動控制技術(shù)、鳥炮發(fā)射控制等強度試驗技術(shù)，目前雖然基本掌握，但在控制精度、安全防護等方面還需要進一步提高。

4.3 先進試驗技術(shù)的自研能力不足

除部分試驗技術(shù)具備自主研制能力外，國外進口的試驗設(shè)備占比還較大，如轉(zhuǎn)子試驗器、液壓加載伺服控制器、振動臺等。中國在液壓加載控制器通道數(shù)集成、控制器板卡自主研制等方面與國外技術(shù)存在差距；在葉片類發(fā)動機零部件的激振方式及環(huán)境模擬方面，如旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動技術(shù)還處于起步階段。

發(fā)動機零部件所處的極端工況決定了其采用的部分強度試驗技術(shù)屬于開創(chuàng)性的，需要投入專業(yè)的力量進行試驗器研發(fā)。隨著發(fā)動機工況的進一步復(fù)雜、極端化，對強度試驗技術(shù)也提出進一步要求，發(fā)動機研制單位需要在自主研制的基礎(chǔ)上，聯(lián)合高校、試驗技術(shù)相關(guān)企業(yè)等各行業(yè)，形成產(chǎn)、學(xué)、研、用合力共同開展技術(shù)研制，提升發(fā)動機研制單位、高校、試驗設(shè)備相關(guān)企業(yè)各自的技術(shù)能力，建立解決突出試驗技術(shù)難題的穩(wěn)定研制隊伍。

5 未來發(fā)展思路

（1）夯實現(xiàn)有強度試驗相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)上述分析，目前現(xiàn)有強度試驗技術(shù)和能力上還有數(shù)量不足、存在短板、部分試驗技術(shù)還不能成熟應(yīng)用等問題，部分自研設(shè)備如機匣動剛度試驗技術(shù)、零部件極端工況抗沖擊載荷試驗技術(shù)等存在可靠性低、穩(wěn)定性差等問題。在將來的發(fā)展中需要補充試驗?zāi)芰Φ囊?guī)模、補齊技術(shù)短板、提升自研設(shè)備可靠性和性能。

（2）緊跟先進的強度試驗技術(shù)發(fā)展。強度試驗技術(shù)一旦發(fā)展成熟，可以應(yīng)用多年，然而新一代發(fā)動機的出現(xiàn)必然帶動其發(fā)展。因此需要對各行業(yè)先進的技術(shù)進行跟蹤，及時應(yīng)用到強度試驗技術(shù)上。如電磁彈射技術(shù)的進一步發(fā)展，讓其在發(fā)動機鳥炮發(fā)射試驗器上具有較強的應(yīng)用潛力，提升現(xiàn)有鳥炮發(fā)射器的參數(shù)控制能力和發(fā)射速度精度；試驗仿真技術(shù)是全面提升試驗方案設(shè)計和優(yōu)化現(xiàn)有能力的有效手段，也需要逐步開展相關(guān)研究應(yīng)用工作。

（3）提升圍繞發(fā)動機極端工況需求的研制能力。航空發(fā)動機過去的研制經(jīng)驗、經(jīng)費和水平不足，導(dǎo)致設(shè)計系統(tǒng)在試驗驗證方面支撐不夠，必須用精確、深入、細致的系統(tǒng)性試驗數(shù)據(jù)來支撐航空發(fā)動機設(shè)計，在常規(guī)試驗滿足設(shè)計要求后，需要提升在極端工況下的試驗技術(shù)自主研制能力。發(fā)動機研制的一線科研人員需要深度了解發(fā)動機研制所需的試驗技術(shù)需求，才能做好對強度試驗技術(shù)研究的牽引工作，引導(dǎo)產(chǎn)、學(xué)、研、用各方的著力點落在真正實際亟需的試驗技術(shù)上。同時，需要將試驗技術(shù)的發(fā)展與發(fā)動機設(shè)計深入融合，提高測試精度，提高理論、計算與試驗相結(jié)合的綜合研究能力，實現(xiàn)試驗技術(shù)的自主和可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)束語

綜上所述，中國航空渦扇發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度試驗方面已建立了較為完善的試驗體系，基本滿足當(dāng)前發(fā)動機研制任務(wù)需求，但對于正向設(shè)計及預(yù)先研究工作的支撐仍顯不足，與國際先進水平還存在一定差距。主要體現(xiàn)在：

（1）有效數(shù)據(jù)積累與利用不足。在過去的工作中，強度試驗多以考核、驗證為主，研究摸底項目少、試驗子樣少，有效的試驗數(shù)據(jù)積累不足，至今還未能形成有效的數(shù)據(jù)庫來支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計、支撐未來虛擬試驗的需求。今后需要有規(guī)劃、有計劃的充分利用現(xiàn)有試驗?zāi)芰τ牲c及面地開展試驗研究與數(shù)據(jù)積累工作。

（2）按照發(fā)動機各類規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求，強度試驗專業(yè)在試驗?zāi)芰驮囼灱夹g(shù)上仍存在短板和缺項。按照規(guī)劃，需要逐步補足各強度試驗?zāi)芰图夹g(shù)的短板，緊跟新型發(fā)動機研制需求，依據(jù)優(yōu)先級開展技術(shù)研究工作。

（3）新材料、新結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)有待發(fā)展，相關(guān)失效評定標(biāo)準(zhǔn)亟需建立。隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的大量應(yīng)用，需要對其強度特性與抗疲勞能力進行全面研究，而現(xiàn)有測試、檢驗技術(shù)還不能完全適應(yīng)試驗工作要求，需要盡快開展相關(guān)試驗技術(shù)研究，并利用試驗結(jié)論分析研究失效評定標(biāo)準(zhǔn)。

（4）與強度試驗相關(guān)的測試技術(shù)進步是提升試驗?zāi)芰?、促進強度專業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。非接觸測試技術(shù)應(yīng)用、在線裂紋監(jiān)測系統(tǒng)研制與應(yīng)用等測試手段是目前需要投入力量開展的工作，以促進航空渦扇發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度試驗技術(shù)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。