航空发动机空中环境模拟技术(上)

关于“航空发动机空中环境模拟技术”（上）

为关于“航空发动机”

什么要模拟航空发动机空中环

随着飞行高度和飞行速度的不断提高，发动机工作参数变化范围加大，发动机在整个飞行包线内的性能，无法根据地面试车台的结果，利用相似原理准确推断发动机高空飞行性能，必须考虑进口气流雷诺数对发动机性能的影响。

随着现代航空发动机飞行工作范围的扩大，发动机最恶劣的工况点不是地面静止状态，而是中低空、大速度区域，地面试车台不能验证最恶劣工况，也无法满足发动机全包线调节、测试的需要。

在没有高空台的情况下，一般是将多发大型运输机、轰炸机改装成飞行台来进行发动机飞行试验，但飞行台的飞行高度一般不超过11000米，飞行速度低于0.85马赫，这对先进发动机研究远远不够。同时，由于飞行台工作效率和空间限制，试验周期很长，危险性也很大。关于“航空发动机空中环境模拟的优势”

模拟飞行范围广

飞行试验台一般有大型轰炸机改装，其飞行范围比试验发动机小得多，但空中环境模拟试验可很方便、灵活的改变发动机进排气条件，模拟现代军用和民用发动机整个飞行包线，甚至超出飞行包线的高空飞行状态，进行广泛的试验研究。

可模拟恶劣环境条件

部分试验要求发动机进口空气应模拟发动机飞行工作包线内，在任何高度和飞行速度下可能出现的最大总温和总压。实际飞行时不可能飞到这种恶劣环境，只有发动机高空模拟试验可模拟这种恶劣的高空飞行条件并进行试验。

安全性高

新研制的航空发动机，可能还存在许多问题，如果采用飞行试验，则存在很大风险，发动机一旦出现问题，有可能导致机毁人亡的事故。而地面模拟试验，则相对安全的多，即使发动机出现故障，也比较容易处理，一般不会出现严重事故。

试验重复性好

地面模拟试验测量和数据采集，不像飞行试验那样受空间和重量的限制，可以自由地设置准确度尽可能高、测量参数尽可能多的测量系统。一般可以测量1000~2000个稳态参数，200~400个动态参数，单参数准确度0.1%~0.5%，静推力准确度达0.52%~1.3%。

缩短研制周期

航空发动机的研制需要进行大量的试验，从方案设计到定型，至少需要10000小时以上的整机试验。

美国国防部和NASA经过对各种航空发动机的研发过程进行调查统计后得出结论，一台现代航空发动机在5～6年的研制周期中，高空实验要进行5000多小时。

据英国统计，仅仅2周的高空台试验工作量就相当于300次飞行试验。英国上世纪50年代研制发动机时，由于试飞平台坠毁，启用高空台进行试验，结果原计划一年的飞行试验，在高空台上仅仅用了1个月。

经济性好

据国外报道航空发动机飞行试验的费用约为地面全尺寸模拟高空试验费用的6~12倍。

在工程研制阶段就可进行高空模拟试验，尽早发现问题，而不需要等到具备飞行试验条件后再进行高空环境试验。

关于“航空发动机空中环境模拟的发展历程”

第一阶段

20世纪20年代至30年代末，针对动力装置对全尺寸飞机的影响、发动机装置特性等问题，美英法等过开展了飞机推进系统高空风洞试验研究和模拟高空试验研究。

特点：主要针对活塞式发动机、低速飞行，研究发动机的性能及冷却问题，主要模拟吹风速度。

第二阶段

20世纪30年代末—40年代末，随着涡轮喷气发动机的诞生，飞机的飞行速度接近声速，推进气流必须从飞机内部流过，对进气道设计提出了更苛刻的要求，为了确保发动机与进气系统匹配适当，亟需进行高空模拟试验，各国开始针对喷气发动机建设试验设备。

特点：主要针对涡轮发动机、亚音速飞行，部分模拟高空环境。

第三阶段

20世纪40年代末—50年代末，随着飞机突破音障，发动机飞行工作包线不断扩大，相似原理已不能准确推断发动机高空性能，必须进行较为完善的高空模拟试验。

特点：主要针对涡轮发动机，大多是连接式高空舱，全面模拟高空环境，着重研究发动机高空性能。

第四阶段

20世纪50年代末—70年代末，超声速飞行中进气道与发动机相容性问题成为研究重点，自由射流式高空模拟和推进风洞并肩而行。

特点：要针对涡轮发动机超声速飞行，自由射流模拟和推进风洞模拟技术出现，着重研究超声速飞行中进气道与发动机匹配问题。

第五阶段

20世纪80年代以后，为了发展推力更大、性能更优的军民用航空发动机，降低飞行成本，占据航空发动机市场，各国开始建设更大规模的航空发动机试验设施。

特点：主要针对大型商用发动机的研发，建立更大规模的航空发动机高空台，开展大型涡扇发动机及其他新型发动机研制试验。