Author(s):
Marios Christodoulou - SCITEK Consultants Ltd (英國)
Jon Bates - SCITEK Consultants Ltd (英國) 

Industry:
Aerospace/Avionics, ATE/Instrumentation 

Products:
Data Acquisition, Real-Time, Software 

The Challenge:
　　提供高成本效益的燃氣渦輪發動機測試台，可輕鬆安裝，並進行各類新型航空傳感器技術測試。 

The Solution:
　　創建真實測試環境，通過勞斯萊斯Viper 201噴氣發動機評估發展中的航空傳感器。我們選擇NI 的軟硬件作為儀器平台
，滿足各類項目中不斷變化的數據采集環境。 

　　"發動機控製及儀器係統是基於NI硬件及LabVIEW軟件，能夠達到我們所需的精度、可靠性，並能夠在改變測試條件後快速重用。"

　　SCITEK谘(zi)詢(xun)公(gong)司(si)針(zhen)對(dui)追(zhui)求(qiu)創(chuang)新(xin)行(xing)業(ye)現(xian)有(you)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)高(gao)科(ke)技(ji)公(gong)司(si)提(ti)供(gong)研(yan)發(fa)服(fu)務(wu)。我(wo)們(men)致(zhi)力(li)於(yu)提(ti)供(gong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)及(ji)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)裝(zhuang)配(pei)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)研(yan)發(fa)。在(zai)近(jin)期(qi)的(de)業(ye)務(wu)拓(tuo)展(zhan)中(zhong)，我(wo)們(men)設(she)計(ji)運(yun)行(xing)了(le)噴(pen)氣(qi)渦(wo)輪(lun)發(fa)動(dong)機(ji)裝(zhuang)置(zhi)


，可(ke)用(yong)於(yu)各(ge)類(lei)開(kai)發(fa)應(ying)用(yong)。該(gai)裝(zhuang)置(zhi)的(de)典(dian)型(xing)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)包(bao)括(kuo)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)煤(mei)煙(yan)及(ji)NOx 的測試儀器、渦輪葉片葉尖間隙探針、高溫下的壓力測量、及開發高溫噪聲傳感器。 

　　發動機裝置在過去半年內被廣泛用於評估及比較各類在惡劣及重複性環境下設計的新型傳感器。我們利用NI儀器平台的多功能性，提供了全套設備支持測量。額外的儀器為用戶提供了有價值的信息，有助於評估測試結果。 

　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1. Viper 測試台 

　　引yin擎qing裝zhuang置zhi被bei用yong於yu評ping估gu多duo個ge不bu同tong公gong司si的de創chuang新xin型xing噪zao聲sheng傳chuan感gan器qi。高gao溫wen度du環huan境jing中zhong
，將jiang傳chuan感gan器qi安an裝zhuang於yu靠kao近jin或huo直zhi接jie安an裝zhuang在zai發fa動dong機ji的de渦wo輪lun機ji圓yuan盤pan上shang，評ping估gu各ge種zhong技ji術shu的de精jing度du及ji耐nai久jiu性xing。光guang學xue噪zao聲sheng傳chuan感gan器qi與yu傳chuan統tong低di頻pin探tan針zhen傳chuan感gan器qi的de比bi較jiao結jie果guo在zai圖tu2 中顯示。 

　　　　　　圖2. 三個傳感器對噴氣管道噪聲的測量。葉片穿越的色調清晰可見，但其它色調各異，表明了不同傳感器的特性
 
　　比較結果說明，葉片旋轉頻率及相關諧波取決於發動機速度。三幅圖比較得出的特征差異，在實驗室過於理想的測試環境下很難得到。 

　　噴氣發動機裝置提供真實的運行環境，能夠表現出傳感器性能及缺點。在測試傳感器主要功能時，可設置不同溫度、壓力、振動或其它影響，這在實驗室環境下仿真是很難同時實現的。

　　SCITEK 的Viper測試台是真實的測試環境，能夠對技術提出早期指示信息，如有望早期介入服務或需要大力發展。 

　　penqifadongjiceshitaidelingyigeyingyonganlishikaifachuanganqiceliangfadongjihougaizhongwolunyepianyejianyulungaimifengquandejianxi。suoxiaoyejiandejianxizaijianshaonengliangsunshi
、提(ti)高(gao)發(fa)動(dong)機(ji)效(xiao)率(lv)上(shang)是(shi)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)的(de)。盡(jin)管(guan)我(wo)們(men)知(zhi)道(dao)由(you)於(yu)建(jian)模(mo)中(zhong)複(fu)雜(za)幾(ji)何(he)特(te)性(xing)及(ji)材(cai)料(liao)屬(shu)性(xing)
，在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)間(jian)隙(xi)不(bu)可(ke)能(neng)達(da)到(dao)最(zui)優(you)。但(dan)如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)葉(ye)尖(jian)間(jian)隙(xi)
，就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)通(tong)過(guo)主(zhu)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)方(fang)法(fa)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。 

　　Viper發動機中，固定傳感器在高達750 °C的溫度下每秒檢測超過26,000 次渦輪葉片。這樣的環境在現代發動機的正常工作中已接近極限，所以Viper 可作為理想的測試台。我們改進了Viper 的密封圈，使其能夠使用不同維度的改良型探針，並能實現每個傳感器與參考傳感器協同的連續測試。 

　　　　　　　　　　　　　　　圖3. 改進渦輪密封圈 

　　葉間間隙探針測試結果在圖4 中zhong顯xian示shi，表biao明ming了le渦wo輪lun葉ye片pian與yu密mi封feng圈quan間jian隔ge隨sui發fa動dong機ji工gong作zuo環huan境jing而er改gai變bian。渦wo輪lun葉ye片pian葉ye尖jian間jian距ju是shi非fei常chang困kun難nan且qie現xian象xiang複fu雜za的de研yan究jiu，它ta對dui燃ran氣qi渦wo輪lun發fa動dong機ji燃ran料liao的de利li用yong率lv有you很hen大da影ying響xiang。 

　　　　　　　圖4. 3 個快速加速
、減速循環中
，葉尖間隙隨引擎速度變化而振動 

　　葉尖間距受發動機轉速、溫度
、壓力及材料熱傳導特征等影響，這些因素導致了在不同操作環境下的間隙變化，而精確測量是設計方案最優化的關鍵。 

結論 
　　主要挑戰來自於建立一種裝置，在各種場合的應用中安全、可靠，能得到高精度且有效的結果。選用勞斯萊斯公司的Viper 201 發動機是因為它能夠重現真實測試條件，與現代大型噴氣渦輪發動機類似，同時又能便於改進以適應各類測試要求。 

　　發動機控製及儀器係統是基於NI 硬件及LabVIEW 軟件，能夠達到我們所需的精度、可靠性，並能夠在改變測試條件後快速重用。 

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