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久负盛名的德国航空制造企业MTU是如何测试航空发动机的

发表时间:2019-02-15 人气:930 来源:“航空制造网”微信公众号
  看到MTU这个名字,你也许会感到陌生,平日里几乎没怎么听说过。如果看到“戴姆勒·奔驰”呢?是不是瞬间眼前一亮呢?是的,今天小编要给大家介绍的主人公——MTU公司,它确实与那个以奔驰汽车闻名世界的戴姆勒·奔驰集团有着不一般的关系。

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  图1 MTU公司与戴姆勒·奔驰集团

  1.MTU公司简介

  可以看出,在辈分上,MTU可以说是戴姆勒·奔驰集团的“孙子”。具体说来,MTU是Motoren-und Turbinen-Union Friedrichshafen GmbH的简称,即发动机及涡轮机联盟弗里德希哈芬股份有限公司。虽然名字起得又长又奇怪,但在世界航空工业中,MTU这三个字母却代表着一流的航空发动机技术。

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  图2 MTU公司

  MTU公司是德国的也是航空发动机制造企业,在全球久负盛名,拥有近80年为飞机提供动力系统的历史。立足全球战略,MTU公司的业务涵盖民用和军用航空发动机以及工业用燃气轮机的研发、生产、测试、市场开拓和售后服务。MTU公司在技术上拥有完整的系统整合能力,并且成为了关键领域的技术先导,它通过与通用电气(GE)、Pratt & Whitney (普惠))和Rolls-Royce (罗尔斯·罗伊斯)等行业巨头合作,研发和生产了一系列非常成功的航空发动机。

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  图3 MTU与普惠携手开发的PW1000G齿轮传动涡扇发动机

  2. MTU公司的发动机测试技术

  在航空领域中,广泛流传着这样一条金科玉律,那就是“好的航空发动机不是设计和制造出来的,而是试验出来的”。可以看出,相比于设计和制造技术而言,试验技术对于高性能航空发动机技术的研制来说更加举足轻重。因此,性能测试成为了航空发动机的研制过程中的主要内容。据统计,一种新型发动机的研制,往往需要完成上万小时的整机试验和十万小时左右的零部件试验。

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  (a)

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  (b)

  图4 航空发动机的试车试验

  作为全球的第五大航空发动机制造商,MTU公司也奉行“试验至上”的理念,因而其在发动机的试验与测试技术方面也具有相当的技术实力,奠定了大公司地位。下面,为了让大家充分了解到MTU是如何测试航空发动机的,小编将从4个方面予以介绍。

  2.1试车台制造技术

  航空发动机的各项试验都要在试车台上进行,因而试车台就成为了进行发动机性能测试的主要硬件设备。一般说来,航空发动机试车台主要分为三种,即地面试车台、高空试车台和飞行试车台。

  地面试车台用于在地面条件下进行发动机试验,主要用于调整发动机性能,验证可靠性和耐久性等,并鉴定发动机是否符合型号规范;高空试车台是在地面建造一个与飞行状态相当的环境(气流的压力、温度和方向),把发动机装在里面进行试车,以模拟飞行状态(飞行高度、飞行马赫数)和飞行姿态(飞机迎角、侧滑角)对发动机性能的影响;飞行试车台用以完全模拟实际的飞行条件,一般由大型运输机或轰炸机改装而成。

  MTU公司的测试设备中心能够为所有型号的民用和军用发动机提供试车台,从而推进航空发动机试车试验的开展,进而为支撑现代航空工业的发展提供了一项关键的基础技术。

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  图5 EJ200/RB199军用发动机试车台

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  图6 TP400-D6军用发动机试车台

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  图7 PW6000民用发动机试车台

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  图8 GP7000/V2500/PW2000民用发动机试车台

  2.2发动机试验技术

  发动机的性能试验主要包括两个方面,即飞行试验和台架试验。所谓台架试验,是指在地面试车台上对发动机进行各项性能的测试,主要用于研究发动机附件与部件的特性,并验证其可靠性和耐久性,包括性能试验、适用性试验、耐久性试验以及多种故障模拟等。

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  图9 航空发动机的台架试验

  而飞行试验,是指为验证被安装到飞机上时发动机及其各系统和附件的性能和特性,或者为完成预定研究目标而在实际飞行环境中进行的试验,飞行试验台一般是用大型多发动机飞机改装而成。

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  图10 MTU公司改装的飞行试验台

  2.3部件测试技术

  MTU公司在发动机部件性能试验技术方面,亮点主要表现在对压气机和涡轮的性能测试方面。压气机是燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气做功以提高空气压力的部件;而涡轮是一种将流动工作介质的能量转换为机械功的旋转式动力机械,并带动压气机和其它附件工作。这里好像有些不好理解——

  其实呢,在燃气涡轮发动机中,压气机和涡轮都是和气流进行能量交换的叶轮形机械,所不同的是:压气机是对气体做功,而涡轮是燃气对它做功。因此,这两个家伙不仅在结构上有相似之处,而且在试验中也有许多相似的地方。

  压气机试验在某种程度上要比整机试车更复杂,压气机加上动力燃机就相当于一台半发动机在运作,不仅需要控制油门杆,还需要控制排气节气门、控制引气、控制轴向力等,还需要叶片光纤监控、脉动监控……好复杂——

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  图11 压气机性能测试试验

  涡轮试验研究在航空发动机中始终具有非常重要的地位和作用,不仅对理论研究结果起到试验验证的作用,还能提供修正理论方法的可靠依据,从而进一步改进理论方法。

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  图12 涡轮性能测试试验

  2.4零件测试技术

  如果将一台航空发动机的设计看作是一个而足球队的训练和培养,那么零件测试试验就相当于对每个队员进行能力测试。MTU公司几乎研制过发动机的所有单元体和零部件,对于每个零件的性能测试也是下了不少功夫。在MTU,对于发动机零件的测试主要包括耐久性测试、振动测试、动/静态载荷测试以及冲击测试等。

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  图13 耐久性测试

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  图14 振动测试中的振型模拟

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  图15 动/静态载荷测试试验台

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  图16 冲击测试

  3 结语

  MTU公司的成功经验给了我们很大启示,要想制造出一流的航空发动机,必须着力加大在发动机测试与试验技术方面的研究力度。“平时多流汗,赛场少流泪”,正如只有经过严格训练才能取得好成绩一样,只有以大量的试验为基础,才能保证航空发动机的各项指标满足设计要求,成为一个合格产品。

  “本文转自“航空制造网”微信公众号(微信号:aerotime) 转载请注明出处”

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