世界各国航空发动机高空试车台简介

世界各国航空发动机⾼空试车台简介
导读:⾼空台全称“航空发动机⾼空模拟试车台”,是可以在地⾯模拟航空发动机空中⼯作环境条件,并获取发动机⾼空性能/特性等实验数据的⼤型实验设备。简⽽⾔之,就是在地⾯⼈⼯制造⾼空飞⾏条件,使安装在地⾯的发动机如同在⾼空⼯作⼀样,从⽽验证和考核发动机性能是否满⾜设计需求,⽐如它可以模拟0~30000⽶⾼空飞⾏环境,也可以模拟0~3马赫的速度。
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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。
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,平均⼀天3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,本计划⽤⽕神轰炸机改装的飞⾏试验台进⾏试验,⼀次试验中发动机起⽕,导致试飞平台坠毁,⽆奈之下,英国⼈启⽤了⾼空台,结果他们惊喜的发现,原计划⼀年的飞⾏试验,在⾼空台上仅仅⽤了1个⽉,这使⾼空台显⽰出它极⼤的价值,并坚定了英国⼈对⾼空台的发展的信⼼。
1937年,德国建⽴起第⼀座冲压式发动机⾼空试验设备。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。
⼆⼗世纪40年代⾄60年代中期是航空科技蓬勃发展阶段,航空涡轮喷⽓发动机的诞⽣和发展使飞机突破了⾳障,并很快发展到两倍以上的⾳速,在这段时间内,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。这其中,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。这是全世界第⼀座进⾏全尺⼨进⽓道/发动机/尾喷管联合试验的⾼空台,能⾮常真实地模拟飞⾏时的状态。
80年代,美国投资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℃;冷却⽤循环⽔量达40000⽴⽅⽶/⼩时,软化⽔处理能⼒为70000⽴⽅⽶/⼩时。
苏联为了适应⼤型民⽤涡扇发动机试验研究的需要,80年代末,中央航空发动机研究院(CIAM)决定在杜拉夫耶村基地增建⼀个直径为10⽶的特⼤型⾼空试验舱,并继续扩建其⽓源能⼒。该项⽬原定1999年投产。后因苏联解体,国家经济困难⽽中途暂停。
纹眉机同期,⽇本和印度也各⾃投资10亿美元在90年代末启动了各⾃的航空动⼒装置试验基地建设计划。
⾼空台为什么重要?
⽽⾼空台的重要性⼀句话可以说明:它是先进航空发动机⾃主研发过程中必不可少的⼀个关键装备,也就是说,⼀个没有
⽽⾼空台的重要性⼀句话可以说明:它是先进航空发动机⾃主研发过程中必不可少的⼀个关键装备,也就是说,⼀个没有⾼空台的国家,是不可能独⽴⾃主研制出⾼性能发动机的,风洞是测试飞⾏器性能的,飞⾏器要飞起来还要好的发动机,⽽好发动机就必须经过⾼空台的测试。还有,⾼空台是放在地⾯测试发动机的,⽽不是像普通试车台⼀样悬着测。
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为什么说⾼空台是必不可少的,因为发动机实验虽然在地⾯,但它⼯作环境却在空中,随着飞机飞⾏⾼度,速度的不断提⾼,发动机在整个飞⾏包线内的进⽓温度,压⼒和空⽓流量等参数会有很⼤变化。
⽐如在⾼空飞⾏,空⽓本来就稀薄,空⽓流量就相对降低,这些变化对于发动机内部的特性和⼯作稳定性是有直接影响的,同时,⾼空温度低,压⼒低,低温低压下的点⽕和燃烧就⽐地⾯困难的多,发动机推⼒和油耗率等指标,也会因为环境的不同发⽣变化,这些问题,⽆不需要通过实验去模拟验证,但⼀款发动机正处于⼯程研制阶段,其进度也就决定了它此时不能也不适宜直接装在试飞飞机上,去⾼空进⾏真实环境测试,因此就需要⾼空台,在地⾯来模拟空中环境的变化,,待实验完成,发动机技术成熟后,才会装到试飞飞机上进⾏测试,因此,⾼空台实验是发动机研制过程中⽆法绕过的必经之路。
如果说飞机的试⾦台是风洞,那么发动机的“临时岗位”就是⾼空台了,其实⾼空台就是发动机的“风洞”,它最早是由飞机推进系统的试验风洞逐步发展⽽来的,早在1928年,美国就曾在兰利试验中⼼⽤⽼式的推进系统试验风洞对航空活塞发动机进⾏过吹风试验(美帝国主义起步真早。。。),上世纪30年代中期,英国皇家飞机公司研制出了世界上第⼀个专门⽤于推进系统研究的风洞,这个风洞是亚⾳速的低速风洞,⽽且是开式的,不是密封的,这个风洞直径7.3⽶,为英国⼆战时期各种作战飞机发动机研制提供了宝贵的试验数据,它也被看做⾼空台的前⾝,。
⾼空台的类型
⾼空台⼀般分为连接式,⾃由射流式和推进风洞式等⼏种,连接式⾼空台主要⽤于模拟发动机压⽓机进⼝截⾯到尾喷管排⽓截⾯的发动机内部热⼒过程的,它是把进⼝空⽓直接输进压⽓机进⼝,因此得名。
与连接式⾼空台仅能模拟发动机内部⽓流流动试验不同,⾃由射流⾼空台是把进⽓道和发动机连接在⼀起试验的,因为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。
推进风洞式⾼空台则更进⼀步,它是把整个完整的发动机拿进闭式风洞试验舱进⾏试验,由于它是对完整的发动机进⾏试验,因此⽐前2种更吊,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,需要的试验舱⽓源功率也是最⼤,每次开车试验花的钱也如滚滚长江⼀般,所以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式尽量多的完成各科项⽬,最后再⽤推进风洞整机试验。
铆压机⾼空台难在哪?贵在哪呢?
以我国某型⾼空台为例,主要包括供⽓系统,试验舱,排⽓冷却系统,抽⽓系统和其他附属装置。
供⽓系统包括压⽓机,加温器,⼲燥及降温装置,混合器,相应的辅助系统和调温调压阀门等,它向
试验舱内发动机提供合适的温度压⼒湿度和流量空⽓,它由14台离⼼式压缩机组成,最⼤供⽓量达350kg/s,最⼤供压达4.5个⼤⽓压。
它其中的加温器能够把流量近70kg/s的空⽓加热⾄500°C,加温器(冲天炉)运⾏⼀天所消耗的天然⽓相当于⼀个中⼩城市(44万户家庭)⼀天的消耗量,降温装置能够把流量50kg/s的空⽓从常温降到-70°C,其制冷量⾜够⼀个百万⼈⼝的城市在整个夏天每⼈都能享受空调,这是⽤专门的膨胀涡轮达到的,由美国引进。
⾼空舱内装有被试验的发动机及附属系统,试验舱前舱保持发动机压⽓机截⾯上的⽓流条件,⽽后舱则模拟飞⾏⾼度的⼤⽓压和温度。
排⽓系统包括排⽓扩压器,排⽓冷却器和抽⽓机(或称引射器),及各种串并连接管道及阀门等,其中抽⽓机最⼤抽⽓容积流量达到27000⽴⽅⽶/分钟,可以在3分钟内抽光鸟巢内部空⽓,使其被⼤⽓压压垮。除此之外,它还有电,⽔和油系统,控制,数据采集系统等。
智能调度系统⾼空台的压⽓机,降温设备,泵,阀门,抽⽔机等许多设备都需要电⼒驱动,试车时耗电量惊⼈,是名副其实的电⽼虎,该⾼空台总装机容量17万千⽡,⼀天⽤电量相当于250万⼈⼝的中型城市⼀天的⽣活⽤电量,为了缓解⾼空台启动时对居民和⼯业⽤电的影响,试验⼀般安排在后半夜进⾏,并与当地电⼒部门协调好防⽌跳闸。。。⼭环绕的城市容易坐落⾼空台。。。⽢肃等地的突然性跳闸⼤致
就是因为试车时间与居民⽤电⾼峰撞了,然后供电部门直接拉了居民的闸。。。保证试验正常进⾏。。。
为了冷却⼤量的⾼温设备和调节发动机进⼝空⽓湿度,⾼空台还需要⼤量的喝⽔,不仅要喝⽔,为了防⽌管道结垢堵塞和异物进⼊,还要喝经过软化过滤处理的纯净⽔,⾼空台⽇耗⽔量相当于⼀个450万⼈⼝的⼤型城市⽇⽤⽔量,⼀般的管道输⽔(⾃来⽔)是远远不够的,为了满⾜⾼空台需要,还专门在临近⾼空台的⼀座⼩⼭上修建了⼀座近百亩的⼩型⽔库,试验时先⽤⽔泵将⽔抽如⽔库,在通过直径1⽶的输⽔管道进⼊⾼空台等设备中,其作⽤和原理⽔塔和⾼层建筑的⽔箱。
那⾼空台都试些什么?
⾼空台试验第⼀个内容就是发动机的全部飞⾏范围,我们都知道飞⾏试验台是发动机试验的重要⼿段,但⽬前的飞⾏试验台⼀般都是运输机轰炸机,受其飞⾏性能限制,只能模拟飞⾏⾼度11km以下,M0.85范围内的发动机试验,⽽现代的发动机飞⾏⾼度在25~38km,飞⾏速度在M2.5~3,因此只能靠⾼空台模拟,同时,地⾯测试如果发现了问题,可以很快的休整,如果是在飞机上试验出问题了,那⿇烦就⼤了。如果⽤⽼发动机带新发动机这样的⽅法去试验,⽆疑⼤⼤增加飞⾏危险,需要试飞员去冒险试验,⽽⾼空台就不⽤了。
还可以模拟恶劣环境条件,恶劣环境指2⽅⾯,⼀是实际飞⾏中不可能出现的,但发动机规范中要求
的试验,也就是极限试验,它要求发动机在实际飞⾏中不可能达到的温度速度⾼度下正常⼯作,这样有利于保障发动机的可靠性。
另⼀⽅⾯指实际飞⾏中可能遇到的极端环境,⽐如沙漠,⾼原等,因为飞机在实战中有可能飞往各个地⽅,如果实地测试,研制⼈员必须辗转万⾥地地⽅,费时间⼜费钱,⽽⾼空台则可以轻松模拟这些环境。
第三个试验内容是发动机的核⼼关键部件,⽐如压⽓机,风扇,加⼒燃烧室等,根据国外科研⼈员的经验,要成功发展⼀款⾼性能的加⼒燃烧室,⼀般要在⾼空台上进⾏2000个⼩时的全尺⼨加⼒燃烧室试验。黄桃去皮机
第四,进⾏⾮传统航空发动机的试验,现在随着⾼超⾳速技术的发展,涡轮基组合发动机等新概念纷纷问世,研究⼈员也⽤⾼空台对它们进⾏测试。
中国⾼空台的发展
中国⾼空台的起步与研究并不晚,早在上世纪50年代末,我国就开始了⾼空台的建设,当时是与苏联合作,但⽆奈中苏关系恶化,苏联中断了技术⽀持,从此中国开始独⽴研究,1965年,选定在四川北部秦岭⼭区建设我国第⼀个⾼空台,⽼⼀辈建设者不畏艰难,历经30年奋⽃,终于在1995年建成,通
转轴>媒体播放过国家验收并使⽤,从这个时间跨度可以看出⾼空台建设难度之⼤,之后在1号⾼空台的基础上,⼜研发建造了2号⾼空舱,此外为了满⾜涡轴涡桨发动机研制需求,⼜建⽴了新的⾼空台。
1号⾼空舱内直径3.7⽶,长22⽶,可测最⼤推⼒200千⽜。

本文发布于:2024-09-23 14:31:26,感谢您对本站的认可!

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