針對某發(fā)動機(jī)高空臺試驗難以用加裝堵板的常規(guī)方法測定真空度與次流作用力系數(shù)的情況，通過高空艙內(nèi)冷卻空氣流動與高空艙內(nèi)外壓差對發(fā)動機(jī)測力系統(tǒng)作用的分析，介紹了高空艙內(nèi)真空度和次流對發(fā)動機(jī)臺架測量推力影響的作用機(jī)理，并從真空度作用力和次流作用力與發(fā)動機(jī)總推力的關(guān)系出發(fā)，經(jīng)理論推導(dǎo)提出了一種確定真空度與次流作用力系數(shù)的新方法。該方法使用限制條件少，試驗經(jīng)濟(jì)性好，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用參考價值。

1、引言

　　直連式高空臺試驗在先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)研制中有著不可替代的重要作用，除了能在地面上模擬航空發(fā)動機(jī)全包線、全天候工作環(huán)境并獲知其空中工作性能/特性外，還能確定與評估航空發(fā)動機(jī)的性能，尤其是確定與評估飛行推力。如何有效地確定和評估發(fā)動機(jī)推力，一直是高空臺建設(shè)和發(fā)動機(jī)高空模擬試驗技術(shù)研究的重要內(nèi)容。由于發(fā)動機(jī)推力是一個很復(fù)雜的間接測量參數(shù)，受許多因素影響。試驗中直接測量的臺架推力既不是發(fā)動機(jī)總推力，也不是發(fā)動機(jī)凈推力，因此需要對直接測量推力結(jié)果進(jìn)行修正，才能得到與發(fā)動機(jī)實際工作情況相符的推力。其中，反映發(fā)動機(jī)高空工作環(huán)境對測力系統(tǒng)零位影響的真空度作用力，和高空艙內(nèi)冷卻氣流流動對測量推力示值影響的次流作用力，是直連式高空臺上推力測量結(jié)果修正的重點研究內(nèi)容。

　　半個多世紀(jì)以來，人們對高空艙真空度和次流作用力的概念與作用機(jī)理進(jìn)行了廣泛研究，并形成了較為成熟且通行的經(jīng)典校準(zhǔn)方法。該方法是一種靜態(tài)校準(zhǔn)方法，即在試驗前關(guān)閉發(fā)動機(jī)來流管道上的閘閥或在發(fā)動機(jī)來流管道中加裝堵板，阻止氣流通過發(fā)動機(jī)內(nèi)流道，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子在真空度與次流作用力(系數(shù))校準(zhǔn)過程中保持靜止?fàn)顟B(tài)，通過改變高空艙真空度(環(huán)境壓力)和二股流開度(流量)，完成其影響系數(shù)的測試和校準(zhǔn)，進(jìn)而利用該系數(shù)評估和修正真空度與次流作用對發(fā)動機(jī)試驗測量推力的影響。但當(dāng)前的靜態(tài)校準(zhǔn)方法對某些發(fā)動機(jī)高空臺試驗，尤其是有特殊要求的高空臺試驗而言，顯得乏力或非常棘手，如某型發(fā)動機(jī)要求在我國高空臺上進(jìn)行全包線范圍內(nèi)帶可移動插板的壓力畸變發(fā)生器的進(jìn)氣壓力畸變試驗。按可移動插板畸變發(fā)生器的安裝要求，我國現(xiàn)有高空艙內(nèi)發(fā)動機(jī)篦齒封嚴(yán)環(huán)前的工藝進(jìn)氣道上難以甚至無法加裝堵板，當(dāng)前成熟、規(guī)范的真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法無法運(yùn)用。即使能運(yùn)用，也會因拆裝堵板時間長而導(dǎo)致效率非常低。因此，針對該情況需要研究與之適應(yīng)的真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法�；�于此，在深入分析真空度和次流作用力及其與發(fā)動機(jī)總推力內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，提出了不用加裝堵板的動態(tài)校準(zhǔn)法。

2、常規(guī)確定方法

　　2.1、次流作用力理論分析

　　為保證測試傳感器和電氣線路等正常工作的溫度環(huán)境，高空臺試驗中必須向高空艙內(nèi)引入適量的冷卻空氣。而高空艙內(nèi)冷卻空氣的流動，會與發(fā)動機(jī)外壁、支架、測試管線及臺架測力系統(tǒng)(圖1)發(fā)生相互作用，并對試驗發(fā)動機(jī)推力的測量示值產(chǎn)生影響，這種影響就是次流作用力，如圖2所示。

圖1 高空艙內(nèi)支架與管線示意圖

圖2 高空臺真空度與次流作用力示意圖

4、兩種方法對比

　　(1) 使用限制條件

　　現(xiàn)有常規(guī)方法要求在發(fā)動機(jī)進(jìn)口封嚴(yán)篦齒環(huán)的上游工藝進(jìn)氣道中加裝堵板，因而作用力系數(shù)的校準(zhǔn)必須在氣源抽氣和發(fā)動機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)條件下單獨進(jìn)行，且要求在發(fā)動機(jī)高空試驗前完成。而本文提出的方法是在發(fā)動機(jī)試驗中進(jìn)行(實際上也可在發(fā)動機(jī)不工作狀態(tài)下進(jìn)行)，只要求發(fā)動機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定即可，不受試驗進(jìn)程影響，可在試驗中隨時加以校驗和測試。并且由于沒有堵板加裝要求，在一定程度上降低了工藝進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計和布局的復(fù)雜程度。

　　(2) 試驗經(jīng)濟(jì)性

　　現(xiàn)有常規(guī)方法完成真空度與次流作用力系數(shù)校準(zhǔn)一般需2.5～4.0 h(其中1.0～1.5 h 為堵板拆除與設(shè)備恢復(fù)進(jìn)入發(fā)動機(jī)高空校準(zhǔn)試驗的時間)，且不包括試驗前加裝堵板時間。而本文提出的方法，只需0.25～0.50 h即可完成，且可結(jié)合發(fā)動機(jī)暖機(jī)時間進(jìn)行，每次作用力系數(shù)校準(zhǔn)可節(jié)約直接的水、電消耗成本在10～20 萬元以上。鑒于發(fā)動機(jī)每臺次高空臺試驗，都要在發(fā)動機(jī)高空校準(zhǔn)試驗前測定真空度與次流作用力系數(shù)，因而試驗的經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

　　(3) 工程應(yīng)用

　　現(xiàn)有常規(guī)真空度與次流作用力系數(shù)校準(zhǔn)方法已得到廣泛使用和認(rèn)同，且建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(企標(biāo))和規(guī)范。而本文提出的方法，由于高空艙內(nèi)流動的復(fù)雜性、發(fā)動機(jī)工作條件的寬泛性，盡管是經(jīng)過嚴(yán)密理論推導(dǎo)提出的簡便易行方法，但還需要一定時間的實踐檢驗，不斷完善并最終規(guī)范。

5、結(jié)束語

　　基于當(dāng)前發(fā)動機(jī)對帶可移動插板式壓力畸變發(fā)生器的高空壓力畸變試驗的特殊要求，本文從真空度和次流作用力對臺架測量推力結(jié)果的影響及其與發(fā)動機(jī)總推力的關(guān)系出發(fā)，經(jīng)理論推導(dǎo)提出了一種確定其影響系數(shù)的新方法。該方法屬于動態(tài)測試法，不需要在發(fā)動機(jī)進(jìn)口篦齒封嚴(yán)環(huán)上游的工藝進(jìn)氣道中加裝堵板，在發(fā)動機(jī)試驗中即可完成作用力系數(shù)的測定和校驗。相對現(xiàn)有常規(guī)方法而言，系數(shù)測定的使用限制條件少、試驗經(jīng)濟(jì)性好，盡管其工程應(yīng)用的技術(shù)成熟度尚需檢驗，但可肯定其在發(fā)動機(jī)高空模擬試驗中推廣應(yīng)用的潛在價值。