奇石乐助力大陆航空科技开展航空发动机研发

过去,通用型燃烧分析系统KiBox主要应用于地面车辆的测量应用。但是今天,KiBox“直上云霄”:作为大陆航空科技公司新一代航空发动机开发流程的一部分,KiBox与该公司的工程师们一同跻身稀薄而寒冷的万里高空,开启新型发动机研发之旅。在KiBox的帮助下,工程师们成功完成对新一代发动机性能的优化工作。

高功率、低油耗——航空发动机与汽车发动机的预期发展目标大致相同。然而,航空发动机需在高空的恶劣环境条件下运行,这为航空行业的发动机开发带来了严峻的挑战。大陆航空科技有限公司,隶属于全球化运营的大陆航空科技,作为全球领先的小型飞机发动机制造商,其足迹遍及美国和德国。本世纪第一个十年间,大陆航空科技基于乘用车柴油发动机开发活塞式煤油飞机发动机。该发动机配备冗余电子控制系统,与普通飞机发动机相比,耗油量减少约40%,可将飞机的航程延长30%。活塞式煤油发动机的问世,标志着大陆航空科技在发动机技术革新上的一次飞跃,为业界发展设立了全新的风向标。

大陆航空科技有限公司测试和应用工程师David Dörner表示:“随着我们对发动机的不断开发,我们十分希望再次实现飞跃!”在高空,空气密度随高度提升而降低,此时空气阻力同步降低,因此燃料消耗也会降低。然而,高空飞行仍然面临诸多限制:飞机爬升高度时,发动机也须提高性能,以保证为飞机持续提供足够的升力。与大型喷气式飞机发动机不同,小型飞机发动机未配备涡轮增压器,或仅支持单级增压,因此其功率上限(持续运作情况下的最大飞行高度)与大型飞机发动机相比相差甚远。正因如此,优化发动机运行高度特性对新一代发动机的研发而言至关重要。

飞机从高空降落时,发动机输出功率较低,此时,为确保持续平稳运行,发动机须具备足够的压缩能量,以维持燃烧状态。否则,发动机会发生熄火现象,该现象与喷射式发动机的火焰丧失类似。此外,发动机还需具备另一项重要性能,即支持在10000英尺以上高空主动熄火并可靠重启。高空中的温度可低至零下两位数,因此,该性能的实现并非一蹴而就:燃烧过程的稳定性是取得成功的决定性因素。

实时获取测试数据

新一代发动机的开发工作在研发初期就已呈现出可喜的成果:例如,搭载发动机后,在发动机仍可提供100%最大持续功率的情况下,飞机巡航高度可从2500英尺提升至3900英尺以上。Dörner解释道:“巡航高度的提升,意味着我们可以节省几个百分点的油耗。此外,这款新型发动机在其他方面也更加高效。”与竞品的数据对比也证明了这一观点,他补充道。

为可靠的测定熄火限值,工程师需对飞行测试中获取的数据进行分析。Dörner表示:“使用原有的解决方案时,我们需要在每次试飞后返回地面,才能读取数据,并利用这些数据重设发动机参数,然后再次起飞,进行下一轮的测试”,因此,飞行测试各阶段的流程往往漫长而拖沓,尤其在遭遇多变天气状况时,再次起飞的难度陡增。

“为了尽可能避免对我们以及客户的项目造成损失和影响,我们不能承受任何延误。对于汽车制造业而言,实时数据分析是一个耳熟能详的问题。我的同事向我推荐了奇石乐,我也因此了解到KiBox这款产品。”

大陆航空科技有限公司测试和应用项目经理David Dörner博士

 

KiBox的全新突破

大陆航空科技提出的诉求,意味着奇石乐工程师必须在技术上作出全新突破:此前,KiBox从未在环境压力仅为375毫巴的高空中运行。小型飞机未配备增压舱,环境压力将直接作用于设备之上。奇石乐销售工程师Jörg Ruwe表示:“此前,我们仅在汽车制造业内使用KiBox。我们基于车辆在山区环境下行驶时的压力水平(约750毫巴),确定为KiBox支持的海拔标准。”奇石乐为获得相关实验数值,决定先将一套KiBox系统借予大陆航空科技。Ruwe继续说道:“KiBox在赛车发动机测量中的应用,使我们养成了从实践中了解产品极限的习惯。这一次也不例外,我们直接将该产品投入实际应用,获取最直观的数据。”

工程师们在冷却舱内完成初次实验后,立刻开展了一项更加严峻的测试:他们于冬季前往瑞典,在瑞典零度以下的低温环境中进行飞行测试。Dörner继续说道:“本次测试中,我们模拟了最糟糕的飞行情景:低于–40摄氏度的高空低温、较低的燃油十六烷值以及超过7000米的海拔高度。在两天的测试中,测试累计总海拔高度为85000米。”KiBox在测试中表现出色,并证明了其全面性的优点。在KiBox的帮助下,机组人员(一名测试飞行员和一名工程师)能够实时读取数据,并在飞行过程中通过发动机软件,对发动机设置作出调整。KiBox支持28伏供电连接,仅需与机载电源连接,即可开始工作,无需加装额外电器元件。无需进行繁琐的起飞和着陆操作后,工程师们为测试争取了数小时的飞行时间,同时节省了机场起降费和停机费。

KiBox体积轻巧、携带方面,提高了地面准备工作的效率。开发人员仅需花费几分钟,即可在飞机的测试点和固定测试台之间完成KiBox运输,并可立即开始操作该设备。KiBox的便捷特点为开发人员的测试规划提供了强大的灵活性,开发人员可根据测试时的天气情况,随时决定KiBox的操作地点。

KiBox推动新型发动机研发

除了青睐于KiBox强大的实用功能外,飞机工程师们还对其技术设备赞赏有加:凭借其八路测量通道,KiBox的数据输入是以往解决方案的两倍。强大的技术设备从两方面为飞机发动机制造商带来收益。首先,工程师们能够获取以往难以采集、或难以与其他被测参数实现同步数据记录的问题,Dörner指出:“除了发动机四个气缸的压力外,我们现在还能够测量电流信号和喷射压力。我们可将该数据应用于其他型号的发动机中,以节省多个测试周期。”另一方面,对于大陆航空科技而言,KiBox是名副其实的全方位解决方案:该设备适用于该公司包括六缸发动机在内的所有发动机产品组合。

大陆航空科技的工程师们对奇石乐产品的性能深信不疑。在使用向奇石乐租借的KiBox开展了几次测试后,大陆航空科技便决定买下该设备。Dörner总结道:“我们与奇石乐的合作非常顺利。即使是在情况尚不明朗的形势下,奇石乐也愿意以身涉险,参与到我们的测试中,并全程为我们提供出色的技术支持。”通过本次合作,大陆航空科技不仅可以将其独具开创性的发动机引入市场,同时还能向全球机主提供发动机更换套件,提升飞机性能、优化飞行特性,使客户从中受益。

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