带你认识航空发动机研制必备三大神器
時間:2024-05-09 09:54:59       发布来源:預處理破碎分選

  航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,有一种说法是“航空发动机是试出来的”,虽然有些偏激,但反映了试验对于航空发动机的重要性,今天要说的就是最庞大、最复杂、最昂贵的三款航空发动机整机试验设备,堪称航空发动机研制必备三大神器。

  飞行台最容易理解,就是一架飞机,通过改装,把被试验发动机挂上去,机舱装载测试仪器,飞到天上兜几圈(被试验发动机也是要运转的),测试发动机在实际飞行状态下的运行参数。

  由于被试验发动机的可靠性尚未经过充分验证,为了确保飞行安全,一般飞行台使用四发飞机,将其中1台发动机替换成被试验发动机,即使被试验发动机工作异常,只要别出现零件从侧面飞出,打穿机翼或机舱的事故,飞行安全是有保障的。

  当然,飞行台也有其限制,由于飞行台都是由大型运输机或轰炸机改装,飞行速度一般不超过0.85马赫,飞行高度一般不超过11000米,不能涵盖战斗机发动机的速度和高度范围,一般用于军用/民用运输机用大涵道比涡扇发动机的飞行试验。

  当然,也有长的比较奇怪的飞行台,这种方式只能用于比原装发动机小的多的发动机的试验。

  露天台也比较容易理解,有一些特殊的试验科目,室内台无法承担,飞行台不便或无法承担,包括侧风试验、结冰试验、吞水试验、吞冰试验、吞鸟试验、噪音测试、反推测试、包容性测试(发动机最高运转状态下,将其中1片风扇叶片炸断,测试机匣包容能力)等,这些试验科目就交给露天台。

  露天台可不是一个大墩子+一个吊挂那么简单,为了模拟各种进气条件,露天台还配备有侧风装置(很多大风扇组成)、喷水装置、鸟炮等。

  高空台可不是建在高空中,而是能够模拟各种高空环境的发动机试车台,全称是“航空发动机高空模拟试车台”,利用增压机组、抽气机组、加温器、制冷器等设备,来模拟发动机工作环境。

  前面说了,飞行台不能涵盖战斗机发动机的速度和高度范围,而且飞行台工作效率低,只能布置少量测试仪器,危险性也很大。因此对于航空发动机,特别是战斗机发动机来说,高空台是最有效的试验设备。

  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,本计划用火神轰炸机改装的飞行台进行试验,一次试验中发动机起火,导致飞行台坠毁,无奈之下,英国人启用了高空台,结果他们惊喜的发现,原计划一年的飞行台试验,在高空台上仅仅用了1个月就完成了,显示出了高空台的极大价值。

  1937年,德国建立起第一座冲压式发动机高空台。1943年,美国在克利夫兰建立了世界上第一座真正意义上的发动机高空模拟风洞,模拟高度达到16000米,模拟速度达到810km/小时,试验段直径6.1米,曾用于多种活塞发动机的试验。上世纪40年代末,世界航空发动机进入喷气时代,1947年,美国在刘易斯飞行试验推进实验室建设了世界上第一个真正的高空台。

  各航空大国都高度重视高空台的建设和发展,美国建立近10个试验基地,拥有10座高空台,包括几十个高空试验舱;英国建立了3个发动机试验基地,拥有3座高空台,5个高空试验舱;法国建立了一个试验基地,4个高空试验舱;前苏联也建立了一个试验基地,4个高空试验舱;我国经过30多年的奋斗,依靠自己的力量,于1995年12月建成了自己的高空台,使我国成为继美、英、俄、法之后,第五个拥有这类先进航空发动机研发设备系统和技术手段的国家。

  连接式——发动机进、出口直接与设备管路相连,只能模拟发动机进口截面到尾喷管排气截面的发动机内部热力过程,是最简单的一种形式。

  自由射流式——进气道和发动机连接在一起进行试验,由于增加了气流通过进气道这一过程,它的模拟就比连接式更真实。

  推进风洞式——把整个完整的进气道+发动机安装在风洞试验舱进行试验,可以更逼真的反映发动机实际工作状态,但它个头也是最大,需要的气源流量也是最大,试验运行费用最高,因此从经济和实用的角度考虑 ,一般进行发动机试验时,都先用连接式和自由射流式尽量多的完成大多数试验科目,最后再用推进风洞式。

  美国空军阿诺德工程发展中心(AEDC)在1956年耗资7870万美元,建成了世界上第一座推进风洞16T和16S,80年代,又投资6.5亿美元,花了近10年时间,在AEDC进行大规模技术改造,在90年代建成了目前世界上最大的航空发动机高空台(AST),舱体直径达8.5米,长度为26米,总空气流量为725kg/s,供气温度从-100℃至800℃。

  由于各国高空台都是高度机密设备,没有特别合适的照片,请各位读者自行脑补。

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