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林巴赫航空发动机

试验过程解析

部件试验 | 整机试验

环境试验 | 飞行试验

一型航空发动机在正式定型之前，要经历大大小小、从地面到空中各种种类繁多的试验，试验累计时间长达几万小时，试验周期长达几年乃至十年左右。经历了各种磨砺之后，一型发动机才能作为一颗强劲而可靠的“心”推动飞机翱翔蓝天。

航空发动机的发展史就是一个设计、制造、试验、修改、再制造、再试验…，一个不断摸索和反复完善的过程。甚至有人说发动机主要是靠试出来的。由此可见，试验在航空发动机研制过程中起着举足轻重的作用。比如某型发动机的研制费用中，设计占10%，制造占40%，而试验要占50%。

从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验，一般也将全台发动机的整机试验称为试车。

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部件试验

部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、燃烧室试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。

进气道试验

一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行1/6或1/5的缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。

压气机试验

压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性参数，如空气流量、增压比、效率和喘振点等，以便验证设计，计算是否正确、合理，找出不足之处，便于修改、完善设计。具体来说，压气机试验可分为压气机模型试验、全尺寸压气机试验以及在发动机上进行的全尺寸压气机试验。压气机模型试验是用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行试验。全尺寸压气机试验是用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统的可靠性。在发动机上进行的全尺寸压气机试验是在发动机上试验压气机，主要验证部件间的匹配等。

燃烧室试验

这个试验在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件，包括压力、温度、流量，然后进行各种试验。主要试验内容有:燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂，目前还没有一套精确的设计计算方法。因此，燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成。与燃烧室试验有关的试验有：冷吹风试验、水力模拟试验、燃油喷嘴试验、燃气分析、壁温试验、点火试验

其实除了以上主要部件的试验外，发动机部件试验还有很多，例如附件试验、强度试验、发动机超速试验、发动机超温试验、发动机低循环疲劳试验等。

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整机试验

整机试验项目也很多，像整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等，而且大多数时间很长，因此并不简单。

整机地面试验

一般在专用的发动机地面试车台上进行，包括露天试车台和室内试车台两类，其中露天试车台又包括高架试车台和平面试车台。发动机地面室内试车台由试车间、操纵间、测力台架和试车台系统等组成。试车间包括进气系统、排气系统和固定发动机的台架。

高空模拟试验

高空模拟试验就是在地面人工“制造”高空飞行条件，模拟飞行状态，例如飞行高度、飞行马赫数，以及飞行姿态，像攻角、侧滑角，使安装在地面上的发动机如同工作在高空一样，从而验证和考核发动机的高空飞行特性，所以高空模拟试验需要借助专门的高空试验设备——高空模拟试车台。

环境试验

发动机环境试验有很多科目，要考核发动机在恶劣环境条件下的适应能力，像高低温起动和加速试验、环境结冰试验、腐蚀敏感性试验等。

飞行试验

由于地面模拟试验的局限性，新研制的发动机尽管经过了大量的部件试验、台架整机试验和高空模拟台试验，在装原型飞机试验之前，为了安全起见，特別是对一些危险试验项目，仍需要在飞行试验台上进行不同飞行高度、速度、飞行姿态和不同大气条件下的飞行试验。实际上，飞行试验有飞行试验台试验以及装在相对型号上的飞机上的试验两种。

飞行试验台试验项目主要有：发动机空中起动；应力应变测定；冷却、防冰系统试验；喘振试验；滑油系统可靠性检查；以及发动机的高度、速度特性测定等。

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小结

由于航空发动机的研制和发展是一项涉及空气动力学、工程热物理、传热传质、机械、强度、传动、密封、电子、自动控制等多学科的复杂的综合性系统工程，航空发动机内部的气动、热力和结构材料特性又是非常复杂，以至于到目前为止，仍然不能够从理论上给予详尽而准确的描述，只有依靠实际发动机的试验来获得。通过试验，可以验证设计的合理性、扩展已有的经验，并有可能促进对物理机理的进一步认识。

由此可见，发动机的研制，仅从其各种试验来看就是一项漫长而复杂的工程。

来源 | 两机动力先行

作者 | 刘大响院士

摘录自我国著名航发专家刘大响院士专访
















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