航空發動機試車臺的氣動流場探索和分析

顧慶磊 趙雪原

摘要：在社會主義市場經濟快速發展的大環境下，現代軍機和民用發動機儲存和空氣流量發生了較大變化。航空發動機試車臺的氣動流場受氣象條件以及人為操作等因素的影響，在實際運作過程中存在較大的風險。我國航空發動機試車臺的氣動流場探索與國外發達國家相比仍存在較大的差距，因此，我國有必要針對航空發動機試車臺運行的實際狀況，強化氣動流場的探索，并對探索結果進行準確分析。筆者結合多年工作經驗，從航空發動機試車臺電氣控制系統組成著手，介紹了航空發動機試車間的均勻性指標、穩定性指標和進排氣通道設計。

關鍵詞：航空發動機 試車臺 氣動流場 均勻性 穩定性

在實際設計過程中，為了提高航空發動機試車臺的實際功效，設計人員應該綜合考慮氣流流場的穩定性、氣流的力場以及氣流的速度等因素，在確保以上因素符合設計要求后，采取相關強化措施為提高流場的均勻性和穩定性打下堅實的基礎。航空發動機試車臺主要運用于軍事領域，在國民經濟發展建設過程中發揮著至關重要的作用。因此，設計人員在提高航空發動機安全性、穩定性以及經濟性的同時，還應該不斷提升測試精度、在改進測試方法的前提下，探索適合航空發動機使用的新型測試原理，使該測試技術更好地服務于航空發動機試車臺的氣流流場的探索和分析。

1 航空發動機試車臺電氣控制系統組成

伴隨著經濟的發展，我國航空事業取得飛速發展，電子控制技術逐漸向多元化的方向快速發展。航空發動機試車臺電氣控制系統應該在結合現代社會發展的實際狀況的前提下，不斷滿足各種新型發動機的實際需求，傳統試車臺電氣控制系統已經落后于科技手段控制下的試車需求。發動機試車電氣控制系統的組成十分復雜，了解控制系統的組成是探索和分析航空發動機試車臺啟動流場的基礎保障。發動機試車電氣控制系統組成如圖1所示。其中啟動箱的主要作用是控制渦輪起動機；電子控制器的主要目的是調節發動機運行過程中各參數值；并向發動機各控制件發送指令；發動機的直交流供電以電源系統為依據；工藝設備滿足了地面試車的各種需求，無論是燃油供油系統還是電機負載控制系統均依靠工藝設備的實際運行狀態；試車臺電氣控制的關鍵組成部分是PLC控制系統，該系統的主要功能是控制發動機電氣系統，從而完善航空發動機試車臺的啟動流場分析。

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圖1 發動機試車電氣控制系統

2 航空發動機試車臺的氣動流場探索和分析

航空發動機試車臺的氣動流場探索和分析需要設計人員充分了解航空發動機的實際狀態，筆者結合多年工作經驗，從航空發動機試車間的均勻性指標、穩定性指標和進排氣通道設計著手，對航空發動機試車臺氣動流場進行了探索和分析。

2.1 航空發動機試車臺的氣動流場均勻性

航空發動機試車臺的氣動流場分析必須綜合考慮氣動力和流場等要素的實際狀況，試車間流場的穩定性和均勻性是航空發動機試車臺正常運行基礎保障，設計人員在考慮編制數和旁路比等因素的同時，還應該對試車間氣動流場進行控制。試車間均勻性指標即實際畸變指數，控制畸變指數的主要目的是保障車間內氣動流場的均勻性。假設試車間內某處氣動流場的畸變指數為D，設計人員為明確D值，還應該明確測量截面上各點的局部總壓、平均總壓以及平均動壓等參數。在明確以上參數后，設計人員可以得到氣動流場截面上局部總壓畸變度的最大值和最小值。探索和分析過程中，設計人員還可以利用吹風實驗明確試車間總畸變度的實際分布狀況，在合理控制總壓畸變最大值和最小值的前提下，設計最優方案。研究人員曾利用多點組合式測壓耙確定縮尺比例，在實際探析過程中結合各參數的實際值得到了飛機進氣道模型的壓力畸變圖譜，設計人員結合壓力畸變圖譜的實際內容制造了畸變板，在測量發動機抗畸變能力上發揮著至關重要的作用。目前，各國均采用優質的進排氣設計減小畸變對航空發動機試車臺的影響，針對較大的畸變控制工藝仍有待探索和分析。

2.2 航空發動機試車臺的氣動流場穩定性

試車間內氣動流場的品質受諸多因素影響，無論是氣象條件還是人工操作的影響均應該受到工作人員的高度重視。其中，旁路比對氣動流場的品質影響作用非常大，計算旁路比需要設計人員明確試車間內總空氣流量以及發動機的空氣流量值，研究結果表明：當旁路比值小于0.8時，發動機進口氣流非常不穩定，實際過程對發動機試車質量和安全會造成嚴重的威脅。如何解決試車間啟動問題是設計人員必須解決的首要問題，設計人員在設計之前應該進行模型試驗，具體方法是建立質量符合設計要求的進氣和排氣塔的試車模型，該模型的重要目的是保障試車間內氣動流場的均勻性和穩定性，在提高發動機穩定性的同時還能減小發動機在運行過程中遇到的風險危害。

2.3 進排氣通道設計

航空發動機試車臺進平排氣通道設計對試車臺氣動流場的均勻性和穩定性有直接影響，進氣系統的主要目的是在保障試車間氣動流場均勻性的同時，不會產生影響試車間氣動流場變化的擾動因素；排氣系統的主要目的是在保證不會產生燃氣回流的前提下，試車間內不會產生影響氣動流場穩定性的震蕩和回流等問題。

設計人員應該了解氣動力學的實際內容，選擇合適的進氣和排氣形式，是進排氣設計工作中需關注的重點。如果設計人員采用水平進氣法，發動機進氣口位置的氣動流場將處于均勻狀態，地面風向對進氣口位置的流場有較大的影響，設計人員應該采用垂直進氣法減少因風向和外界污染物對進氣質量產生的影響，在減少航空發動機試車臺產生的噪音的前提下，保障車間內氣動流場的均勻性和穩定性。

設計人員在決定采用垂直法進氣后，必須控制轉彎處發動機進氣口之間的距離，通常情況下該位置到試車間截面對角線的距離應該比轉彎處到進氣口之間的距離小。這樣氣流在運行過程中才會有時間慢慢穩定。設計人員還應該在轉彎處安裝導流片，導流片的主要目的是使接近地面和頂棚的氣流量更加穩定，該過程如圖2和圖3所示。

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試車臺排氣控制系統的設計還應該充分考慮消聲效果和排氣溫度，設計人員必須結合實際設計狀況，選擇合適的引射筒大小和位置，減小引射筒對試車間氣動流場的影響。設計中使用的引射筒口徑必須符合氣流流動的實際需求；引射筒還應該設計成可以自動移動狀態，便于調節引射筒與尾噴口之間的距離。車間內一旦發生燃氣回流或者空氣回流等問題，設計人員應該及時調整進氣和排氣系統，全面提高試車間內氣動流場的穩定性和均勻性。

3 結束語

總之，航空發動機試車臺的氣動流場狀態對發動機的正常運行有直接影響，為了提高航空發動機的使用質量，設計人員在明確試車間內均勻性指標和穩定性指標的同時，還應該結合實際發展狀況設計合理的進排氣通道，減少航空發動機試車臺上存在的問題，為航空發動機的正常運行提供動力保障。

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