航空发动机试车台的气动流场探索和分析

顾庆磊 赵雪原

摘要：在社会主义市场经济快速发展的大环境下，现代军机和民用发动机储存和空气流量发生了较大变化。航空发动机试车台的气动流场受气象条件以及人为操作等因素的影响，在实际运作过程中存在较大的风险。我国航空发动机试车台的气动流场探索与国外发达国家相比仍存在较大的差距，因此，我国有必要针对航空发动机试车台运行的实际状况，强化气动流场的探索，并对探索结果进行准确分析。笔者结合多年工作经验，从航空发动机试车台电气控制系统组成着手，介绍了航空发动机试车间的均匀性指标、稳定性指标和进排气通道设计。

关键词：航空发动机 试车台 气动流场 均匀性 稳定性

在实际设计过程中，为了提高航空发动机试车台的实际功效，设计人员应该综合考虑气流流场的稳定性、气流的力场以及气流的速度等因素，在确保以上因素符合设计要求后，采取相关强化措施为提高流场的均匀性和稳定性打下坚实的基础。航空发动机试车台主要运用于军事领域，在国民经济发展建设过程中发挥着至关重要的作用。因此，设计人员在提高航空发动机安全性、稳定性以及经济性的同时，还应该不断提升测试精度、在改进测试方法的前提下，探索适合航空发动机使用的新型测试原理，使该测试技术更好地服务于航空发动机试车台的气流流场的探索和分析。

1 航空发动机试车台电气控制系统组成

伴随着经济的发展，我国航空事业取得飞速发展，电子控制技术逐渐向多元化的方向快速发展。航空发动机试车台电气控制系统应该在结合现代社会发展的实际状况的前提下，不断满足各种新型发动机的实际需求，传统试车台电气控制系统已经落后于科技手段控制下的试车需求。发动机试车电气控制系统的组成十分复杂，了解控制系统的组成是探索和分析航空发动机试车台启动流场的基础保障。发动机试车电气控制系统组成如图1所示。其中启动箱的主要作用是控制涡轮起动机；电子控制器的主要目的是调节发动机运行过程中各参数值；并向发动机各控制件发送指令；发动机的直交流供电以电源系统为依据；工艺设备满足了地面试车的各种需求，无论是燃油供油系统还是电机负载控制系统均依靠工艺设备的实际运行状态；试车台电气控制的关键组成部分是PLC控制系统，该系统的主要功能是控制发动机电气系统，从而完善航空发动机试车台的启动流场分析。

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图1 发动机试车电气控制系统

2 航空发动机试车台的气动流场探索和分析

航空发动机试车台的气动流场探索和分析需要设计人员充分了解航空发动机的实际状态，笔者结合多年工作经验，从航空发动机试车间的均匀性指标、稳定性指标和进排气通道设计着手，对航空发动机试车台气动流场进行了探索和分析。

2.1 航空发动机试车台的气动流场均匀性

航空发动机试车台的气动流场分析必须综合考虑气动力和流场等要素的实际状况，试车间流场的稳定性和均匀性是航空发动机试车台正常运行基础保障，设计人员在考虑编制数和旁路比等因素的同时，还应该对试车间气动流场进行控制。试车间均匀性指标即实际畸变指数，控制畸变指数的主要目的是保障车间内气动流场的均匀性。假设试车间内某处气动流场的畸变指数为D，设计人员为明确D值，还应该明确测量截面上各点的局部总压、平均总压以及平均动压等参数。在明确以上参数后，设计人员可以得到气动流场截面上局部总压畸变度的最大值和最小值。探索和分析过程中，设计人员还可以利用吹风实验明确试车间总畸变度的实际分布状况，在合理控制总压畸变最大值和最小值的前提下，设计最优方案。研究人员曾利用多点组合式测压耙确定缩尺比例，在实际探析过程中结合各参数的实际值得到了飞机进气道模型的压力畸变图谱，设计人员结合压力畸变图谱的实际内容制造了畸变板，在测量发动机抗畸变能力上发挥着至关重要的作用。目前，各国均采用优质的进排气设计减小畸变对航空发动机试车台的影响，针对较大的畸变控制工艺仍有待探索和分析。

2.2 航空发动机试车台的气动流场稳定性

试车间内气动流场的品质受诸多因素影响，无论是气象条件还是人工操作的影响均应该受到工作人员的高度重视。其中，旁路比对气动流场的品质影响作用非常大，计算旁路比需要设计人员明确试车间内总空气流量以及发动机的空气流量值，研究结果表明：当旁路比值小于0.8时，发动机进口气流非常不稳定，实际过程对发动机试车质量和安全会造成严重的威胁。如何解决试车间启动问题是设计人员必须解决的首要问题，设计人员在设计之前应该进行模型试验，具体方法是建立质量符合设计要求的进气和排气塔的试车模型，该模型的重要目的是保障试车间内气动流场的均匀性和稳定性，在提高发动机稳定性的同时还能减小发动机在运行过程中遇到的风险危害。

2.3 进排气通道设计

航空发动机试车台进平排气通道设计对试车台气动流场的均匀性和稳定性有直接影响，进气系统的主要目的是在保障试车间气动流场均匀性的同时，不会产生影响试车间气动流场变化的扰动因素；排气系统的主要目的是在保证不会产生燃气回流的前提下，试车间内不会产生影响气动流场稳定性的震荡和回流等问题。

设计人员应该了解气动力学的实际内容，选择合适的进气和排气形式，是进排气设计工作中需关注的重点。如果设计人员采用水平进气法，发动机进气口位置的气动流场将处于均匀状态，地面风向对进气口位置的流场有较大的影响，设计人员应该采用垂直进气法减少因风向和外界污染物对进气质量产生的影响，在减少航空发动机试车台产生的噪音的前提下，保障车间内气动流场的均匀性和稳定性。

设计人员在决定采用垂直法进气后，必须控制转弯处发动机进气口之间的距离，通常情况下该位置到试车间截面对角线的距离应该比转弯处到进气口之间的距离小。这样气流在运行过程中才会有时间慢慢稳定。设计人员还应该在转弯处安装导流片，导流片的主要目的是使接近地面和顶棚的气流量更加稳定，该过程如图2和图3所示。

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试车台排气控制系统的设计还应该充分考虑消声效果和排气温度，设计人员必须结合实际设计状况，选择合适的引射筒大小和位置，减小引射筒对试车间气动流场的影响。设计中使用的引射筒口径必须符合气流流动的实际需求；引射筒还应该设计成可以自动移动状态，便于调节引射筒与尾喷口之间的距离。车间内一旦发生燃气回流或者空气回流等问题，设计人员应该及时调整进气和排气系统，全面提高试车间内气动流场的稳定性和均匀性。

3 结束语

总之，航空发动机试车台的气动流场状态对发动机的正常运行有直接影响，为了提高航空发动机的使用质量，设计人员在明确试车间内均匀性指标和稳定性指标的同时，还应该结合实际发展状况设计合理的进排气通道，减少航空发动机试车台上存在的问题，为航空发动机的正常运行提供动力保障。

参考文献：

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