針對某發(fā)動機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，通過高空艙內冷卻空氣流動與高空艙內外壓差對發(fā)動機測力系統(tǒng)作用的分析，介紹了高空艙內真空度和次流對發(fā)動機臺架測量推力影響的作用機理，并從真空度作用力和次流作用力與發(fā)動機總推力的關系出發(fā)，經(jīng)理論推導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)濟性好，具有較強的工程應用參考價值。

1、引言

　　直連式高空臺試驗在先進航空發(fā)動機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)動機推力，一直是高空臺建設和發(fā)動機高空模擬試驗技術研究的重要內容。由于發(fā)動機推力是一個很復雜的間接測量參數(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)動機總推力，也不是發(fā)動機凈推力，因此需要對直接測量推力結果進行修正，才能得到與發(fā)動機實際工作情況相符的推力。其中，反映發(fā)動機高空工作環(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果修正的重點研究內容。

　　半個多世紀以來，人們對高空艙真空度和次流作用力的概念與作用機理進行了廣泛研究，并形成了較為成熟且通行的經(jīng)典校準方法。該方法是一種靜態(tài)校準方法，即在試驗前關閉發(fā)動機來流管道上的閘閥或在發(fā)動機來流管道中加裝堵板，阻止氣流通過發(fā)動機內流道，使發(fā)動機轉子在真空度與次流作用力(系數(shù))校準過程中保持靜止狀態(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，進而利用該系數(shù)評估和修正真空度與次流作用對發(fā)動機試驗測量推力的影響。但當前的靜態(tài)校準方法對某些發(fā)動機高空臺試驗，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)動機要求在我國高空臺上進行全包線范圍內帶可移動插板的壓力畸變發(fā)生器的進氣壓力畸變試驗。按可移動插板畸變發(fā)生器的安裝要求，我國現(xiàn)有高空艙內發(fā)動機篦齒封嚴環(huán)前的工藝進氣道上難以甚至無法加裝堵板，當前成熟、規(guī)范的真空度與次流作用力校準方法無法運用。即使能運用，也會因拆裝堵板時間長而導致效率非常低。因此，針對該情況需要研究與之適應的真空度與次流作用力校準方法�；�于此，在深入分析真空度和次流作用力及其與發(fā)動機總推力內在聯(lián)系的基礎上，提出了不用加裝堵板的動態(tài)校準法。

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引入適量的冷卻空氣。而高空艙內冷卻空氣的流動，會與發(fā)動機外壁、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)動機進口封嚴篦齒環(huán)的上游工藝進氣道中加裝堵板，因而作用力系數(shù)的校準必須在氣源抽氣和發(fā)動機靜止狀態(tài)條件下單獨進行，且要求在發(fā)動機高空試驗前完成。而本文提出的方法是在發(fā)動機試驗中進行(實際上也可在發(fā)動機不工作狀態(tài)下進行)，只要求發(fā)動機狀態(tài)穩(wěn)定即可，不受試驗進程影響，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氣道結構設計和布局的復雜程度。

　　(2) 試驗經(jīng)濟性

　　現(xiàn)有常規(guī)方法完成真空度與次流作用力系數(shù)校準一般需2.5～4.0 h(其中1.0～1.5 h 為堵板拆除與設備恢復進入發(fā)動機高空校準試驗的時間)，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，且可結合發(fā)動機暖機時間進行，每次作用力系數(shù)校準可節(jié)約直接的水、電消耗成本在10～20 萬元以上。鑒于發(fā)動機每臺次高空臺試驗，都要在發(fā)動機高空校準試驗前測定真空度與次流作用力系數(shù)，因而試驗的經(jīng)濟效益較為顯著。

　　(3) 工程應用

　　現(xiàn)有常規(guī)真空度與次流作用力系數(shù)校準方法已得到廣泛使用和認同，且建立了相應的標準(企標)和規(guī)范。而本文提出的方法，由于高空艙內流動的復雜性、發(fā)動機工作條件的寬泛性，盡管是經(jīng)過嚴密理論推導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、結束語

　　基于當前發(fā)動機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果的影響及其與發(fā)動機總推力的關系出發(fā)，經(jīng)理論推導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)動機進口篦齒封嚴環(huán)上游的工藝進氣道中加裝堵板，在發(fā)動機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)濟性好，盡管其工程應用的技術成熟度尚需檢驗，但可肯定其在發(fā)動機高空模擬試驗中推廣應用的潛在價值。