航空測試技術的任務與作用
1.航空測試技術的任務
航空測試技術作為航空工業的重要基礎支撐技術，概括地說，可包括以下5個方面的內容:
①設計過程中的測試，即在飛機設計過程中所需要進行的相關測試技術。②試驗過程的測試，即在飛機研製中的整機、系統及其部件的測試技術。
③生產過程中的測試，即從原料進廠、加工到成品出廠的整個過程的測試，包括理化測試、零部件成品檢驗與質量控制、計量、成品試驗及成品出廠試驗中的測試等。
④飛行過程中的測試，即飛機在飛行過程中，為了完成機體、發動機和各種系統的工作狀態檢查所進行的測試活動。
⑤維護保障過程中的測試，即在產品使用階段，為了確定產品的效能以及檢測和隔離產品的故障所進行的測試活動。
就測試技術而言，上述幾個方面都很重要。雖然各自有其自身的特點和要求，但在基本理論、方法及所採用的測試手段方面有很多相似之處。本書所研究與討論的測試技術，主要在上述①、②和⑤三個方面。
航空測試技術的任務可概括為:
①基礎測試技術研究，如測試技術的基本理論、測試系統的標準化、系列化、通用化，以及研究不同測試方法的評定標準等。
②準確度高、穩定性好、可靠性強的新型感測器研製，以豐富獲取資料的手段。選用何種測試方案，採用何種具體的測試方法，要考慮到獲得資料的可能性、完整性、精確性。
④通用自動化測試系統（含硬體及軟體)的研製，以提高測試效率。
⑤專用測試系統研製，如風洞試驗的測試系統、飛機結構強度的測試系統、飛控系統試驗資料採集系統、航空發動機試車測試系統等。
⑥測試性設計與驗證工作，提高測試性設計水平。
⑦狀態監測系統的研製，如航空液壓系統、航空發動機、大功率電源系統及飛機結構系統的狀態監測裝置。
⑧新技術、新產品應用與推廣。
2.航空測試技術的作用
航空測試技術是保障飛機設計、研製、生產和使用維護各個階段正常運轉的重要支撐技術，它有著廣泛的服務物件和技術發展領域。從飛機氣動試驗、強度試驗、發動機試驗，到各種機載裝置的試驗等，航空測試技術都具有非常重要的作用。就航空產品發展的全過程而言，從基礎技術研究、型號研製、試飛到生產定型，都需要提供先進而可靠的試驗測試手段。這種試驗測試技術的先進與否，直接影響航空產品的先進性與可靠性，同時對產品的研製週期也起著關鍵作用。
航空測試技術應用於航空工業的各個領域，是現代航空科學技術發展的基礎和手段，其主要作用體現在如下幾個方面:
①航空測試是航空工業科學技術發展和產品技術水平提高的重要基礎技術。
航空測試技術及其物化的測試裝置在航空產品的科研、試驗、生產、服務的全過程中都是不可缺少的。從對發達國家高新技術產業的研發費用和時間的統計分析來看，產品的測試費用、測試周期佔其研發費用和週期的40%左右，並保持上升趨勢。因為，高新技術產品與傳統產品的一個重要區別在於:高新科技產品越來越先進，而錯誤的種類和數量也越來越多。所以，只有通過充分的測試與試驗驗證，才能有效提高產品的可靠性和穩定性，滿足使用要求。
②航空測試技術是航空科技體系的重要組成部分。
和設計、製造技術一樣，航空測試技術也是國防科技和裝備發展的共性基礎技術，同時還是航空科技體系的重要組成部分。一方面，它要物化為適用的多種型別的測試裝置或系統;另一方面，它與產品研製過程聯絡緊密，融入其他專業，如研發中的測試性設計、生產過程中的檢測活動，以及維護保障過程中的診斷測試等。
③航空測試技術是獲取被試物件資訊不可缺少的手段。
任何一種現代裝備的出現，都離不開先進測試技術的支援。隨著科學技術發展，各學科領域對測試技術都提出了越來越高的要求。先進工業國家都對測試技術、測試裝置和系統投入巨資進行開發、研究，並取得了驚人的成就。在當代航空科技發展中，測試已成為生產率、製造能力及實用性水平的重要標誌，是保障現代裝備達到實際效能指標的重要手段。
航空產品在設計、研製、生產和使用維護過程中，必須通過測試裝置和測試系統獲取相應引數，對產品進行全面的評定，隨時掌握產品的狀態，才能保證研製出的產品效能高並且可靠，才能保證產品的使用最有效、最充分。因此，測試技術是具有全域性性的關鍵技術，尤其在高新技術領域，更是具有極其重要的地位。以航空產品為例，在新機研製過程中，需要開展大量的試驗工作，如飛機的氣動力試驗、結構強度與疲勞試驗，發動機部件與整機的效能試驗、強度試驗、壽命試驗，以及飛行試驗、高空模擬試驗、彈射救生試驗、輔機系統試驗等。而在這些試驗中，如果沒有完善的測試手段，來獲取全面的試驗結果，那麼試驗的作用就不復存在了。因此，測試是保證達到試驗目的，進而保證產品質量的重要手段。
隨著航空工業的發展，現代飛機的設計和研製日益依賴於先進的試驗測試手段，缺乏先進的試驗測試裝備，將嚴重製約航空產品的發展。同時，由於產品效能的提高，在生產過程中，對產品的效能試驗測試也提出了更高的要求。目前，我國的航空工業面臨著全面技術改造的迫切需求，針對這種需求，測試技術必須有一個較快的發展，才能為航空工業提供先進的測試技術和裝備。
3.航空測試技術的體系與特點
3.1航空測試技術的體系
航空測試技術有多種分類方法，如從測試原理、測試物件、測試目的、測試引數及測試環境等多角度去歸類。本書僅從技術體系角度對航空測試技術進行劃分，主要包括感測器技術、資料採集和處理技術、測試性設計技術、綜合測試技術等，測試性設計技術包括機內測試（BIT)技術等，綜合測試技術包括自動化測試技術、地面試驗測試技術、試飛測試技術和維護保障測試技術等內容。此外，地面試驗測試技術又包括空氣動力試驗測試技術、強度試驗測試技術、發動機試驗測試技術、航電系統試驗測試技術、機電系統試驗測試技術及武器系統試驗測試技術等內容。由於篇幅有限，本書重點闡述感測器技術、資料採集和處理技術、自動化測試技術、測試性設計技術、機內測試（BIT’)技術、地面試驗測試技術及發動機特種測試技術等內容，不包括試飛測試技術、空氣動力試驗測試技術及武器系統試驗測試技術等內容。
航空測試技術體系如下圖所示。
3.2航空測試技術的特點
航空測試技術以通用測試技術為基礎，但由於飛機及其機載裝置均屬高新技術產品，它們的工作和使用環境惡劣，因此航空測試技術有其自身的特殊性。而航空測試裝置就是針對上述要求的多樣化，為適應複雜使用環境和滿足對體積、重量、功耗等的嚴苛要求(特別是機內）而設計製造的。隨著航空技術的發展，產品效能和可靠性的提高，對航空測試技術提出了更高的要求，突出表現在:
①測試裝置應具有更高的準確度、速度、解析度、頻寬、穩定性和實時性。
②鑑於外場用測試裝置工作環境條件惡劣，因此測試裝置應具有抗各種惡劣氣候和環境條件的能力，還要便於攜帶和運輸，容易組裝和拆卸、便於作戰部署等。
③滿足飛機等武器裝備飛行過程中對動態測試的要求。
④滿足航空發動機、武器系統在高空、高壓、高溫、高轉速條件下對特種測試的要求。以航空發動機為例，其疲勞試驗有軸疲勞試驗和葉片疲勞試驗等，而葉片疲勞試驗又包含葉片冷熱疲勞、高溫疲勞、高周疲勞、低周迴圈疲勞等試驗。要在複雜飛行條件下滿足航空發動機的設計要求，就必須進行大量的特殊條件下的試驗專案，獲取重要的測試資料。
⑤滿足機載、彈載測試裝置體積小、重量輕、測量引數型別多、被測點數多、儲存容量大、遠距無線傳輸、空地測試一體化等特殊要求。
⑥飛機、發動機的結構件價格往往非常昂貴，在檢測其內部缺陷或損傷時，要求進行無損檢測。
一般說來，航空測試的基本特點是多引數（氣動、熱力、幾何、電磁等)、多模態(動態與穩態、瞬態與常態、週期性與隨機性等)、取樣速率高、資料量大、範圍寬和高精度、高複雜性等，以下部分將對其進行具體介紹。
3.2.1被測引數種類多，覆蓋面寬
測試引數包括溫度、壓力、位移、應力、應變、振動、流量、速度、推力等幾十種，同時測取的資料可達幾百個乃至數千個。以發動機研製過程為例，為了進行部件、系統和整機的各項效能試驗和強度試驗，必須進行大量的各種物理引數的測量。需要測量的引數主要有溫度、壓力、空氣流量、燃油流量、燃氣分析、轉速、推力、流速、振動、位移(間隙、振幅)、液位、扭矩、功率、應力、應變、力、頻率、方向角等多種。
飛機結構強度的主要測量引數包括靜力試驗中的應變、位移和載荷;動力試驗中的位移、速度、相位和頻率;熱強度試驗中的溫度、熱輻射強度、位移、應變和載荷等。
風洞試驗是研究模型和氣流相互作用的一種試驗，其被測引數包括力、力矩、壓力、溫度、流速、模型轉動角度和角速度等。
飛行試驗的測量引數包括高度、速度、壓力、振動過載、位移、力、力矩、應變、溫度、轉速、油耗、頻率、迎角、側滑角、角速度、角加速度、姿態角、航向、距離、軌跡和裂紋等幾百個，甚至幾千個。如某大型飛機的試飛測試系統，就要求具有可同時測試採集4000多個引數的能力。
彈射救生試驗的測量引數包括高度、速度、角速度、姿態、壓力、溫度、力、推力、阻力、聲響、面積、流場、激波強度和軌跡等幾十種。
由此可見，航空測試不僅引數的種類多，而且是處在不同的工作狀態。例如，在測量發動機整機及部件轉子轉速時就有穩態轉速、過渡態轉速、脈動轉速等;在應力狀態下有靜應力、動應力、熱應力、彈塑性應力、斷裂應力等。此外，有些引數之間還相互影響，如氣動力、傳熱、結構強度間的互動影響，以及它們狀態的綜合測量等。
由於被測引數種類多，而且同-型別物理引數範圍覆蓋面寬，量程又各不相同，因此需要上千個品種的敏感元件和感測器，增加了航空測試的複雜性。
3.2.2被測點數多
據統計，1928年時，活塞發動機的測點只有25個左右。到1948年，噴氣式發動機的被測引數增加到了200個左右。目前，大型飛機中所用發動機的被測引數可達700個以上。在飛機的結構強度設計時，要求準確地測量大量資料。像美國的波音727飛機，在做靜力試驗時就要貼上2000 多片應變片，而F-111要貼2200多片。一架大型飛機，如A300型飛機，其全機靜力試驗貼上的應變片達5000片以上。大型飛機單機的測試引數有上萬個，如A380單架飛機的測試引數達20000個。現代戰鬥機的機載測試引數數以千計，試驗機測試引數則達 3000 ~8000個。
3.2.3被測訊號微弱
由於被測試產品精度的提高，要求測試系統和感測器的精度也相應提高。又由於某些試驗的週期長，能源耗費大，因此要求測試系統和感測器也必須具有穩定和可靠的效能。對於一般測試系統而言，要求其系統的綜合精度優於0.2%，並具有實時校準功能。
在航空地面試驗效能與強度測試中，有些被測引數（如應變、壓力和溫度）的輸出訊號幅值較低，一般在微伏及毫伏級。在應變測量中，應變範圍是5 ~ 10ue，測量其訊號電平約為10 20uV。在溫度測量中，解析度在0.250.5℃的範圍時，其溫度轉換為電平訊號的電平也只在毫伏級。
與地面機械不同，航空測試如果精度低，計算結果誤差大，將造成嚴重後果。特別對測試精度要求很高的低電平測試，對現場使用條件、測試系統性能以及抗干擾措施提出更高的要求，大大增加了測試的困難。例如，在對某型發動機進行測試時，其精度要求是:推力達到±0.2%;渦輪後排氣溫度達到±0.3%;燃油流量達到±0.2%;高低壓壓氣機壓力達到±0.2%﹔轉速達到±0.01%;其他引數要求在±0.5% ~ ±1%範圍內。
3.2.4測試取樣速率高
飛機的飛行狀態變化很快，部件或整機在一種狀態下、同一瞬間的各種引數的變化情況都要求記錄下來，沒有快速或高速測試系統是不可能的。以飛機強度試驗中的破壞試驗為例，其連續載入的時間為2min左右，在這個過程中要測出各點載荷、位移、應變及對時間變化率，就要求測試系統有較高的取樣速率。在穩定性試驗中，結構失穩是在幾十毫秒內發生的，因此，要測得其失穩過程曲線，要求的取樣速率則更高。風洞吹風試驗時間短，特別是超聲速風洞吹風的時間，一次只有幾秒或幾十秒，沒有高的取樣速率就根本無法獲得測試資料。在國外，風洞試驗中測量動態特性引數時的取樣速率要求在每秒十多萬次以上。
3.2.5資料量大
資料量大，這在航空測試中是顯而易見的。例如，以某型發動機整機全流程引數測量為例，10個截面需測壓力238點、溫度185點、壁溫142點，一個截面測流場90點，共計655點。發動機結構強度試驗應力監測和風扇葉片顫振失速監測點近300點，其中旋轉部件測點達100個，所獲得的測試資料量可達到每小時數百萬兆位元組以上。發動機與進氣道的匹配試驗要求測量進口動態壓力場，其資料量也達到百萬數量級。波音727民航機在做靜力試驗時，飛機貼上2000多片貼片，測量了30萬個應變資料。
3.2.6資料處理速度快
在試驗過程中需要迅速得出試驗結果並對其進行判斷，以便進行下一次試驗，這就要求能實時看到試驗結果。在計算機技術應用之前，獲取試驗結果需要相當長的時間，那時的風洞吹風試驗，如果吹風吹上幾十秒或開幾次車，那麼人工處理取得試驗結果的時間就要花3個月至半年，這無疑大大延長了研製週期。由此可見，資料處理慢，就不能及時得到試驗結果，從而影響對發動機工作狀態的分析和除錯。對於飛機靜力試驗而言，即使只有200個測量點，20個人進行測量（按每臺應變儀測20點需2人計算)，在測出的資料多達幾十萬個情況下，如果採用人工進行均方根差分析，那麼4個人同時處理也需要兩三個月的時間，這就很難實現試驗調整及試驗結果的實時分析。因此，要求測試系統不僅應具有線上處理分析功能，而且資料處理的速度要快速、準確，從而縮短研製週期，大幅提高試驗裝置利用率。如今，隨著計算機技術的不斷髮展，嵌人式資料處理技術在航空測試領域得到廣泛應用,可以提供更加快速準確的處理判斷。
3.2.7測量—處理—顯示—控制一體化
航空測試不僅是測量–些引數並對引數進行實時分析與處理，還要在試驗過程中對試驗裝置和試驗件及其所處環境、位置及各種過程等變化進行控制，以便符合客觀變化規律，這樣所測得的資料才更符合客觀實際。例如，在氣動試驗中要對馬赫數、模型姿態、尾噴管開度等進行控制;在結構強度試驗中要求測試過程配合自動協調載入;在發動機試驗測試中要求提供適當的環境條件，而這些試驗條件與狀態的改變（如由一工作點變化至另一工作點）是通過模擬控制與狀態控制來實現的。由於各種過程均實現了自動控制,
從而使所做試驗既精確又快速，重複性試驗所測得的資料幾乎每次都完全相同。這就是一體化功能的具體體現。
測量—處理一顯示—控制一體化的實現，不僅能夠大大提高資料的置信度和試驗可靠性，大大降低人為錯誤操作因素，使試驗成功率得到提高，而且也是科學研究試驗本身發展的需要。其結果是，既節約了時間和經費，又能保證試驗質量，高效率地完成科研與生產任務。
以上對航空測試技術的特點進行了簡要描述。隨著航空測試系統規模越來越大，技術要求越來越複雜，客觀上很難完整地將這一任務完成得盡善盡美。因此，系統設計與配套技術也是測試技術的一項重要內容，目標是根據試驗任務及測試要求，在瞭解物件特徵的情況下，應用測試理論設計測試方案，合理選用儀表及系統硬體裝置配置，結合測試物件的特性，研究建立數學模型，研製應用軟體及效果良好的人機介面。同時，成套提供裝置與裝置，指導現場佈線和安裝，以及現場除錯、系統啟動試車、維護修理和提供備品備件、技術培訓、技術諮詢服務等。
航空測試技術的發展強烈依賴基礎工業和相關共性技術領域的突破和進展，如電子元器件、先進感測器、電子計算機、先進功能性材料、通用儀器與裝置等。另外，微電子技術和計算機技術的進步也極大地推動著測試技術和儀器的發展，並使常規的測試原理和儀器設計發生了重大變化，未來還將會產生更加新穎的測試理論及新的測試儀器和系統。應該特別指出的是，微電子技術的發展給測試技術各個領域帶來了重大變革。隨著大規模與超大規模積體電路的發展，製造高效能、高精度和高可靠性測試儀器成為可能。智慧感測器及新一代自動化測試系統的出現，使得測試系統有一個嶄新的變革，這將給本世紀許多重大科學技術帶來新的突破。
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