溫度計量技術在航空發動機試車臺應用

摘要:分析了航空發動機試車臺溫度配置參數傳統離線校準方法,針對其存在的反復拆裝耗時長且易引發故障、缺少系統綜合誤差的判定方法等不足,開展發動機試車臺靜態狀態下的整機在線校準方法研究。通過給被校準參數傳感器提供標準熱源的方式,開展溫度傳感器及溫度通道(溫度儀表)在線整機校準。通過對發動機試車臺系統模擬儀表顯示結果與標準器讀數進行比較,確認在線校準的有效性,實現了試車臺系統綜合誤差校準,為試車臺健康管理提供支撐。
1.引言
　　航空發動機試車臺是用于測試發動機工作性能是否滿足預期使用要求的測試設備。其主要功能是為發動機測試提供一個控制環境,使測試結果與被測發動機一致,但不影響發動機運行,并設置有多種形式的危險情況報警。工作人員通過試車臺電氣系統控制整個試車過程，保證試車過程的正確性和連貫性,將試車過程中測得的數據與原始的標準設備測試出的數據進行比較,從而判斷出所試發動機的性能狀態。
　　在各型發動機試車工藝中,涉及的計量參數主要包括:壓力、溫度、振動、流量、轉速、測功等信號，主要對溫度計量參數的應用進行分析和描述。常見的溫度計量參數包括進氣溫度、滑油進油溫度、滑油回油溫度、軸承溫度、殼體溫度、燃氣溫度,以及各類油箱溫度等。其中,進氣溫度、滑油進油溫度、滑油回油溫度、燃氣溫度等參數,均是航空發動機性能測試過程中的關鍵參數,它們的正確性將直接影響整臺航空發動機的性能測試結果。傳統的計量校準方法,是對上述溫度參數涉及到的需要進行計量確認的項目單獨進行校準,無法對發動機試車臺整機健康狀態開展判定。將從發動機試車臺溫度參數配置出發,對靜態狀態下的發動機試車臺傳統校準方法,以及改進后的整機校準方法進行分析,研究溫度計量技術在航空發動機試車臺健康管理中的應用。
2溫度參數的配置及計量校準方法
2.1溫度參數的配置
　　各型航空發動機試車臺需要進行校準的溫度參數和技術指標均存在差異,下面以某型發動機試車臺為例，了解其溫度參數配置要求,如表1所示。
 
2.2計量校準方法
2.2.1傳統計量校準方法
2.2.1.1校準方法描述
　　傳統的計量校準方法,是對上述溫度參數涉及到的需要進行計量確認的項目單獨進行校準。校準項目包括:1工業熱電阻、工業熱電偶、配熱電阻用溫度儀表、配熱電偶用溫度儀表以及發動機試車臺溫度通道(計算機模擬儀表)。其中,工業熱電阻、工業熱電偶、配熱電阻用溫度儀表、配熱電偶用溫度儀表均是采用離線的方式進行計量確認。實驗室依據國家計量檢定規程或校準規范,實施相應的檢定或校準工作。
　　對于發動機試車臺系統溫度通道的校準，計量人員是參照自編校準規范實施相應的校準工作。其具體實施過程為:找到需要進行校準的溫度通道,斷開相應的傳感器(熱電阻或熱電偶),將標準器通過專用導線連接到通道的信號輸人端,通過標.準器輸人對應的標稱電量值或模擬信號,從發動機試車臺控制系統的工作界面讀取對應參數(計算機.模擬儀表)的顯示值,通過數據比較得出溫度通道的校準結果。
　　不同的標準器對應的校準接線方式存在差異，其校準原理分別如圖1、圖2和圖3所示。
 
　　計量人員通過單獨對溫度傳感器、溫度儀表及溫度通道的合格判定，來確認發動機試車臺溫度系統當前技術狀態。
2.2.1.2傳統方法存在的不足
(1)反復拆裝導致故障率高。該方法需要反復拆裝被校傳感器和儀表,而在反復拆裝的過程中,會.提高計量器具的故障率影響試車臺的正常運行;
(2)耗時長,影響生產。因采用離線校準,被校傳感器和儀表均需拆卸、安裝,部分被校項目拆裝.非常耗時,在試車任務較重的情況,該方式會影響生產任務的進度;
(3)缺少對系統綜合誤差的判定方法。通過該方法實施的校準,可能會出現傳感器、儀表、通道三者單獨校準的結果都符合要求,但在其誤差出現同為正或同為負的情況下,三者誤差疊加后極易出現系統誤差過大的情況,影響試車結果。且系統誤差影響因素較多,也并非簡單的疊加關系。
2.2.2在線整機校準方法
　　如何將上述傳統方法的風險降到最低呢?首先需要避免或減少對溫度傳感器及溫度儀表的拆裝，其次需要一個標準源來實現對溫度傳感器及溫度儀表的在線整機校準。從這兩方面出發,對發動機試車臺的在線校準方法進行研究。
2.2.2.1校準方法描述
　　溫度傳感器從現場拆下來送實驗室檢定或校準時,利用恒溫槽或臥式檢定爐來提供相應的恒定溫場實現檢定或校準。為避免傳感器的反復拆裝,首先要考慮的就是將恒定溫場從實驗室轉移到生產現場,實施現場校準。但恒溫槽或臥式檢定爐的缺點都是體積龐大,不便于移動,且升降溫消耗的時間較長，不適用于生產現場的在線校準使用。經過研究分析,目前便攜式恒溫槽或干體式計量爐，因其體積小，便于攜帶,升降溫快等特點，可作為恒溫源適用于生產現場的在線校準。便攜式恒溫槽可覆蓋的溫度范圍一般為(-30~200)℃,干體式計量爐可覆蓋的溫度.范圍一般為(-30~700)℃,其最大允許誤差一.般在+0.25C左右,溫場的穩定性和均勻性均能滿足傳感器的日常校準需求。所以可以根據不同的校準需求選擇不同規格的便攜式恒溫源作為標準熱源,來實現試車臺溫度傳感器及溫度通道(溫度儀表)的在線整機校準，即發動機試車臺系統綜合誤差的校準。
　　利用便攜式恒溫源開展在線整機校準工作時,其校準原理如圖4所示。便攜式恒溫源作為標準熱源提供一個恒定溫場(其溫度設定值與工藝要求的測量范圍相符),將需要校準的溫度參數對應的溫度傳感器及主標準器(二等標準鉑電阻溫度計或一等標準鉑銠10-鉑熱電偶)一起放置于恒溫源的.有效溫區中。通過數據采集器讀取主標準器示值(可以作為恒溫源內部的實際溫度)與發動機試車臺試車系統讀取溫度參數(模擬指示儀表)示值比對，直觀地判斷出發動機試車臺系統的綜合誤差。
 
2.2.2.2校準結果有效性確認
　　針對某型發動機試車臺進行在線整機校準，其校準結果如表2所示。
 
　　通過該校準方式,有利于消除因儀表和傳感器分開校準得到的同相偏差疊加而導致系統誤差增大的不匹配現象,提高發動機試車臺系統綜合誤差校準結果的正確性,確保發動機試車臺的健康狀態。
2.2.2.3在線校準方法中存在的問題
(1)對于.上述“燃氣溫度”的在線校準，缺乏700℃以上的校準手段(其他發動機試車臺也存在類似情況);
(2)對于異型溫度傳感器,無法通過該方式進行校準;
(3)當前研究成果只能在靜態狀態下對發動機試車臺各項參數實施校準,能確保其靜態狀態下的健康狀態。但試車臺在試車時的動態狀態下,因標準器輸出的信號會受到極大的干擾,導致無法正常傳輸校準信號或系統采集到的信號出現異常,暫無法判別其動態下的健康狀態。
 
3結束語
　　綜上所述，可以基于現有的方法和條件，通過給被校準參數傳感器提供標準熱源的方式,實.現溫度傳感器及溫度通道(溫度儀表)的在線整機校準,對發動機試車臺系統綜合誤差實施判定,確保其靜態狀態下的健康狀態。但實際工作過程中又會面臨一些目前無法解決的難題,需要通過不斷地分析和改進,以尋求更加有效的解決辦法，使新的方法得到廣泛應用。