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摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程依賴于大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，尤其是整機(jī)研制涉及的考核項(xiàng)目多、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大。隨著航空技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的要求不斷提高，也極大地促進(jìn)了試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的重要環(huán)節(jié)，露天試車臺(tái)的建設(shè)及其試驗(yàn)?zāi)芰﹃P(guān)系到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)周期、研制水平和裝機(jī)后發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，多功能的露天試車臺(tái)逐漸成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中不可缺少的部分。通過介紹露天試車臺(tái)的試驗(yàn)內(nèi)容以及概述國(guó)外幾種典型的露天試車臺(tái)建設(shè)情況及其相關(guān)研究，同時(shí)從測(cè)試角度詳細(xì)分析建設(shè)露天試驗(yàn)?zāi)芰π枰紤]的要素，對(duì)中國(guó)加快露天試車臺(tái)和試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)提出了建議。

關(guān)鍵詞：露天試車臺(tái)；試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)；航空發(fā)動(dòng)機(jī)

一、引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置，驅(qū)動(dòng)飛機(jī)在不同高度下以不同速度飛行，還會(huì)遇到各種氣象條件。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制中，要開展整機(jī)、零部件的性能和可靠性等試驗(yàn)，以研究和驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同條件下的工作能力[1-3]。整機(jī)試驗(yàn)是最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)包括地面室內(nèi)試驗(yàn)、露天試驗(yàn)、高空臺(tái)試驗(yàn)、飛行臺(tái)試驗(yàn)等[4-5]。航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)是利用露天空曠的場(chǎng)地、大氣環(huán)境，配置專用的試驗(yàn)裝置、測(cè)試儀器開展發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)。如基準(zhǔn)性能試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、吞咽試驗(yàn)、排放測(cè)量、姿態(tài)試驗(yàn)、陀螺試驗(yàn)等[6-7]，大量的試驗(yàn)對(duì)于研究和驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是必不可少的。為此，國(guó)外航空發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛開展了發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)，建設(shè)了規(guī)模大、能力強(qiáng)的露天試驗(yàn)設(shè)施。中國(guó)對(duì)露天試車臺(tái)的研究起步相對(duì)較晚，其建設(shè)水平和規(guī)模仍與國(guó)外有一定的差距。邢玉明等[8]通過介紹結(jié)冰模擬方法的相關(guān)研究，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰未來(lái)研究方向；王豐產(chǎn)等[9]從試驗(yàn)因素、試驗(yàn)準(zhǔn)則等角度論述了航空發(fā)動(dòng)機(jī)試航取證過程中的吸雨吸雹試驗(yàn)方法；張丹玲等[10]根據(jù)大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，概述了國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)所涉及到的特種試驗(yàn)；魏海濤等[11]對(duì)露天和室內(nèi)試車臺(tái)進(jìn)行了分析比較，說(shuō)明了室內(nèi)試車臺(tái)校準(zhǔn)的必要性；劉志友等[12]研究了露天試車的環(huán)境要求，表明海拔3km以下的試驗(yàn)環(huán)境具有一定的試車可行性；張健等[13]通過對(duì)國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)展的研究，對(duì)中國(guó)的航空試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)提出了建議；郭昕等[14]運(yùn)用附加阻力修正方法提高了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架推力的可靠性；汪才等[15]利用ANSYS軟件對(duì)露天試車臺(tái)進(jìn)行了靜態(tài)變形量數(shù)值模擬，表明仿真與試驗(yàn)具有很好的吻合度；袁秋會(huì)等[16]根據(jù)某型發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的測(cè)試條件，通過了測(cè)試系統(tǒng)合格性驗(yàn)證。

本文梳理了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)只能在露天條件下、或者適宜在露天條件下開展的試驗(yàn)項(xiàng)目，介紹了國(guó)外露天試驗(yàn)?zāi)芰?，提出了露天試?yàn)?zāi)芰σ?guī)劃建設(shè)的建議。

二、航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)試驗(yàn)和鑒定，《航空發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范和適航規(guī)定》在文中提出了明確的要求，例如：要求有些試驗(yàn)只能在露天條件下進(jìn)行，有些試驗(yàn)適宜在露天條件下進(jìn)行。通過梳理這些要求，同時(shí)參考國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)情況，整理和歸納出航空渦噴、渦扇、渦軸、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)共7類，并分別對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（一）基準(zhǔn)性能試驗(yàn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)作為發(fā)動(dòng)機(jī)研制和生產(chǎn)過程中最重要的試驗(yàn)平臺(tái)，其試驗(yàn)結(jié)果直接用于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因此確保試車臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是發(fā)動(dòng)機(jī)研制的重要前提。為了準(zhǔn)確、完整地評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能，必須在試車臺(tái)上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)（推力、轉(zhuǎn)速、燃油流量、空氣流量、各截面氣流壓力和溫度）的測(cè)量、試車間環(huán)境條件（溫度、濕度、壓力、進(jìn)氣流場(chǎng)參數(shù)）的測(cè)量和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量（振動(dòng)，滑油壓力、溫度和消耗量等）。

由于不受外部環(huán)境的限制，還能控制運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲，室內(nèi)試車臺(tái)廣泛用于評(píng)估航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。但對(duì)于封閉的室內(nèi)試車臺(tái)，由于有氣流流過試車間，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有一定的迎面速度，發(fā)動(dòng)機(jī)外部有氣流通過，不同的試車臺(tái)、不同的發(fā)動(dòng)機(jī)周圍氣流速度對(duì)推力測(cè)量的影響都不同，需要對(duì)推力進(jìn)行修正。

在露天試車臺(tái)進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)，周圍的空氣流速為零，測(cè)量的推力在考慮了測(cè)量設(shè)備的誤差后，即為真實(shí)推力。因此，露天試車臺(tái)的主要功能之一，就是在露天基準(zhǔn)試車臺(tái)上開展發(fā)動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)性能試驗(yàn)和性能標(biāo)定試驗(yàn)。標(biāo)定試驗(yàn)后，將校準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在被校準(zhǔn)的試車臺(tái)上進(jìn)行校準(zhǔn)試車，以確定被校準(zhǔn)試車臺(tái)的修正系數(shù)。這種校準(zhǔn)稱為交叉校準(zhǔn)，是國(guó)外廣為采用的試車臺(tái)校準(zhǔn)方法。

國(guó)外某發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)如圖1所示。在露天基準(zhǔn)試車臺(tái)上開展發(fā)動(dòng)機(jī)性能標(biāo)定試驗(yàn)[4]的要求為：（1）試車臺(tái)周圍必須是空曠的，以保證進(jìn)氣無(wú)干擾，排氣無(wú)阻礙；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)軸線距地面應(yīng)保持一定的高度，以保證試車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)周圍無(wú)空氣流動(dòng)，進(jìn)氣不受地面干擾;（3）大氣溫度應(yīng)接近15℃，風(fēng)速不大于2.5m/s（逆風(fēng)不得試車）等。

圖1 國(guó)外某發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)

（二）環(huán)境適應(yīng)試驗(yàn)

隨著飛機(jī)在不同的大氣環(huán)境條件下起動(dòng)、爬升、飛行、降落，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)受環(huán)境影響很大，要保證在各種工作狀態(tài)下穩(wěn)定工作，需要開展發(fā)動(dòng)機(jī)大氣環(huán)境適應(yīng)試驗(yàn)，主要包括：側(cè)風(fēng)、結(jié)冰、高低溫、潮濕、鹽霧、霉菌等試驗(yàn)。在露天試驗(yàn)中，利用場(chǎng)地和氣候條件的優(yōu)勢(shì)，主要進(jìn)行側(cè)風(fēng)試驗(yàn)，條件允許時(shí)開展結(jié)冰試驗(yàn)。

1.側(cè)風(fēng)試驗(yàn)

側(cè)風(fēng)試驗(yàn)的目的是檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性。飛機(jī)都是在寬廣的空域和復(fù)雜的氣象條件下飛行的，隨時(shí)可能遇到與發(fā)動(dòng)機(jī)中心線成風(fēng)切變的氣象條件。側(cè)風(fēng)特別是強(qiáng)側(cè)風(fēng)將造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流場(chǎng)畸變，使得壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定甚至喘振。這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作和飛機(jī)的飛行都是十分不利的。大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)短艙較短，側(cè)風(fēng)對(duì)其影響較大。因此，對(duì)大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行側(cè)風(fēng)試驗(yàn)以驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同側(cè)風(fēng)條件下的抗畸變能力尤為重要。側(cè)風(fēng)試驗(yàn)均在露天試車臺(tái)上進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)必須要有1套安裝在試車臺(tái)前部的風(fēng)源裝置，該裝置應(yīng)具備一定的風(fēng)速（約30~40m/s）和空氣流量，以滿足被試發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要，并且該裝置可以在任何角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)給出側(cè)風(fēng)條件。

2.結(jié)冰試驗(yàn)

當(dāng)飛機(jī)在低溫、寒冷的環(huán)境飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)極易出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰將改變氣流通道的形狀，減小發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣面積，甚至導(dǎo)致氣流分離，引起發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定工作；在發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)振動(dòng)的情況下，冰層可能脫落而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致葉片等零部件受損；同時(shí)葉片結(jié)冰增加了葉片厚度，使葉片偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，壓氣機(jī)容易出現(xiàn)不穩(wěn)定工作狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)即為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生而設(shè)計(jì)。因此航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行大量的防冰試驗(yàn)，以此來(lái)驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)的抗結(jié)冰能力。發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰試車臺(tái)如圖2所示。在通用規(guī)范和適航規(guī)定中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰試驗(yàn)環(huán)境（液態(tài)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)、大氣溫度、平均有效水滴直徑等）、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和時(shí)間等有明確規(guī)定。發(fā)動(dòng)機(jī)零部件結(jié)冰試驗(yàn)在冰風(fēng)洞（閉式）中開展，整機(jī)結(jié)冰試驗(yàn)可在高空臺(tái)、地面露天臺(tái)、飛行臺(tái)（或飛機(jī)）上開展。利用自然環(huán)境開展發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)地面結(jié)冰試驗(yàn)具有既經(jīng)濟(jì)又適用的特點(diǎn)，加拿大建設(shè)的幾座露天臺(tái)主要用于開展發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)地面結(jié)冰試驗(yàn)。

圖2 結(jié)冰條件下的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試

（三）吞咽試驗(yàn)

飛機(jī)在起飛、巡航和下降過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)吸入外來(lái)物。通用規(guī)范和適航規(guī)定都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)抗外物損傷提出了明確要求。發(fā)動(dòng)機(jī)在吞入外物后，外物對(duì)流路部件最關(guān)鍵部位造成損傷時(shí)，仍需要按規(guī)定繼續(xù)工作。吞咽試驗(yàn)包括吞鳥、外物損傷（外物包括螺帽、螺栓、鉚釘、石塊、飛機(jī)零件、彈殼和工具等）、吞冰、吞咽砂石和灰塵、吞入大氣中液態(tài)水、吸入武器排氣、吸入水蒸氣等試驗(yàn)。

1.吞鳥試驗(yàn)

飛機(jī)在飛行時(shí)與鳥類相撞擊的現(xiàn)象稱為鳥撞，是一種極為嚴(yán)重的飛行事故，隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，各國(guó)的鳥撞事故頻繁發(fā)生，尤其是當(dāng)軍用飛機(jī)在低空高速飛行時(shí)，鳥撞事故尤為突出。據(jù)中國(guó)軍網(wǎng)報(bào)道，在1992~2008年，中國(guó)軍用飛機(jī)因鳥撞造成20起嚴(yán)重飛行事故、58起飛行事故癥候、210起飛行問題，導(dǎo)致18架飛機(jī)墜毀、12名飛行員犧牲。鳥類撞擊飛機(jī)的位置、鳥的大小以及與飛機(jī)的相對(duì)速度等決定了事故的嚴(yán)重程度，當(dāng)鳥類進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，葉片可能會(huì)出現(xiàn)變形、破裂，使發(fā)動(dòng)機(jī)推力降低，受損的葉片由于離心力的作用撞擊機(jī)匣，甚至穿透機(jī)匣，造成發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的損壞。葉片的斷裂還會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)失衡，飛機(jī)的安全性受到威脅，危及機(jī)組人員的生命安全，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)抵抗鳥類撞擊的能力是確保飛機(jī)飛行安全的關(guān)鍵因素。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，需要采取一定的手段降低鳥類撞擊飛行器帶來(lái)的損害，將由此造成的損失減至最低。在適航性的相關(guān)操作中，發(fā)動(dòng)機(jī)必須進(jìn)行吞鳥試驗(yàn)檢測(cè)，檢驗(yàn)其撞擊能力。

通用規(guī)范和適航規(guī)定對(duì)吞鳥試驗(yàn)中鳥的質(zhì)量、數(shù)量、速度和投射部位，以及投鳥前后發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)有明確要求。

圖3 用壓縮空氣炮向航空發(fā)動(dòng)機(jī)射出一只鳥

2.吞水試驗(yàn)[7]

飛機(jī)在雨天飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)吞入雨水。當(dāng)大量的雨水進(jìn)入壓氣機(jī)后，在離心力作用下雨水被下甩至壓氣機(jī)機(jī)匣壁面，可能會(huì)使熱端部件如機(jī)匣因突然冷卻而收縮，導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片與機(jī)匣之間間隙減小而發(fā)生摩擦，使機(jī)匣以及葉片受到損害；吞入大量的雨水還會(huì)造成壓氣機(jī)喘振，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，甚至使燃燒室熄火。這都涉及到飛機(jī)的飛行安全。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)定型之前必須通過吞水試驗(yàn)的檢測(cè)[5]。

發(fā)動(dòng)機(jī)吞水試車臺(tái)如圖4所示。在開展整機(jī)吞水試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)對(duì)象安裝在地面試車臺(tái)上，通過在進(jìn)口前面安裝的噴水設(shè)備對(duì)處于工作狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口噴水，在試驗(yàn)過程中需要通過傳感設(shè)備測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、排氣溫度、轉(zhuǎn)速及壓氣機(jī)機(jī)匣收縮量。

圖4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)噴水試驗(yàn)

3.吞冰試驗(yàn)[7]

相比雨、雪，冰雹尤為危險(xiǎn)。冰雹可能會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、整流罩或風(fēng)扇葉片。冰雹在通過風(fēng)扇后，會(huì)繼續(xù)向下游運(yùn)動(dòng)，由于環(huán)境溫度較低且通過時(shí)間較短，大部分冰雹依然為固體。進(jìn)入高壓壓氣機(jī)的冰雹熔化成液態(tài)的水或者蒸發(fā)成水蒸氣，會(huì)使燃燒室熄火或發(fā)動(dòng)機(jī)喘振，其表現(xiàn)為使發(fā)動(dòng)機(jī)推力損失。因而，通用規(guī)范、適航規(guī)定將吞冰試驗(yàn)列為鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目之一。吞冰試驗(yàn)的目的是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)在極端氣象條件下的運(yùn)行性能和抗冰雹沖擊的能力。發(fā)動(dòng)機(jī)吞冰試驗(yàn)一般有三種形式：第一種是吞冰雹試驗(yàn)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行中突然遇到降雹的情況；第二種是吞冰塊試驗(yàn)，模擬進(jìn)氣道積聚的大量冰層突然脫落被發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的情況；第三種是吞冰風(fēng)暴試驗(yàn)，模擬飛機(jī)在飛行中遇到暴風(fēng)挾持大量冰雹撞入發(fā)動(dòng)機(jī)的情況[2]。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)吞入冰雹后，要求“發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火、不降轉(zhuǎn)、不發(fā)生持續(xù)或不可恢復(fù)的喘振或失速，或不失去加速和減速的能力。還必須證明吸入冰雹之后沒有不可接受的機(jī)械損壞，以及不可接受的功率或推力損失或其他不利的發(fā)動(dòng)機(jī)異常情況”[7]。

（四）包容試驗(yàn)

航空工業(yè)的飛速發(fā)展促進(jìn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也越來(lái)越高。由于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片長(zhǎng)時(shí)間工作在惡劣的環(huán)境中，受外物撞擊、低周疲勞、高周疲勞等因素的影響，風(fēng)扇、壓氣機(jī)和渦輪的轉(zhuǎn)子都可能發(fā)生葉片斷裂等機(jī)械故障，進(jìn)而破壞機(jī)匣、機(jī)艙，給機(jī)組人員帶來(lái)危險(xiǎn)，若擊中燃油系統(tǒng)還會(huì)引起火災(zāi)，將造成重大的飛機(jī)事故。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中，對(duì)機(jī)匣包容性進(jìn)行研究非常必要，并需要通過零部件試驗(yàn)、整機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（五）污染排放測(cè)量試驗(yàn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的污染排放包括噪聲污染、紅外輻射以及污染物排放等，利用露天試車臺(tái)的條件，主要可以對(duì)噪聲和紅外輻射進(jìn)行測(cè)量。

1.噪聲測(cè)量

隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，軍民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲污染越來(lái)越受到關(guān)注；噪聲還是民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)準(zhǔn)入和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。為了限制噪聲，國(guó)際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）制定了民航飛機(jī)噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，并將其作為取得適航證必須滿足的條件。

通用規(guī)范和適航規(guī)定要求在露天試車臺(tái)上開展發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲測(cè)量[11]，主要條件包括：麥克風(fēng)應(yīng)置于比較平坦的地方，以免受到地面吸聲特性的影響；地面不得有顯著影響發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲場(chǎng)的障礙物；不降雨雪的天氣，相對(duì)濕度為30%～60%，大氣溫度為0～30℃，風(fēng)速低于9.66km/h，沒有逆溫和風(fēng)力異常的現(xiàn)象等。

2.紅外輻射測(cè)量

戰(zhàn)斗機(jī)的輻射源絕大部分來(lái)自于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，因此是紅外制導(dǎo)武器系統(tǒng)檢測(cè)的主要對(duì)象，在飛行器的研發(fā)過程中，反隱身設(shè)計(jì)尤為重要。航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)是提供發(fā)動(dòng)機(jī)紅外輻射特征的必要手段。在露天試車臺(tái)上開展發(fā)動(dòng)機(jī)紅外輻射測(cè)量方便可行，由于紅外輻射測(cè)量受發(fā)射率的影響大，對(duì)環(huán)境要求較高，因此，露天試車臺(tái)周圍場(chǎng)地、環(huán)境以及測(cè)試儀器應(yīng)滿足低污染、干燥等紅外輻射測(cè)量要求。

（六）姿態(tài)試驗(yàn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須保證能夠在飛機(jī)所進(jìn)行的各種姿態(tài)下工作，諸如起飛、爬升、倒飛、空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)等。通用規(guī)范要求發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該能夠在某些姿態(tài)下連續(xù)滿意地工作、在某些姿態(tài)下至少工作30s、在某些姿態(tài)下可以順利起動(dòng)和停車等。發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)按照規(guī)范中規(guī)定的方法和程序進(jìn)行姿態(tài)試驗(yàn)。一般來(lái)講，姿態(tài)試驗(yàn)要求場(chǎng)地足夠大，適宜在露天條件下進(jìn)行。

（七）陀螺試驗(yàn)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，會(huì)產(chǎn)生較大的偏航角速度以及機(jī)動(dòng)過載，伴隨產(chǎn)生的是作用于軸承上較大的慣性力和陀螺力矩。陀螺力矩載荷作用在發(fā)動(dòng)機(jī)軸上會(huì)使其發(fā)生較大的徑向撓曲變形和彎曲應(yīng)力，使轉(zhuǎn)子葉片與機(jī)匣之間間隙發(fā)生較大變化，降低軸的強(qiáng)度并縮短其壽命，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。為驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)在承受陀螺力矩載荷時(shí)的工作能力，要求進(jìn)行陀螺試驗(yàn)。

陀螺試驗(yàn)又稱陀螺力矩試驗(yàn)，是確定渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件結(jié)構(gòu)完整性的重要試驗(yàn)，需在陀螺力矩試驗(yàn)器上完成，試驗(yàn)要求場(chǎng)地較大，適宜在露天條件下進(jìn)行。

三、國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)?zāi)芰?/strong>

國(guó)外航空強(qiáng)國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)公司均建有用于發(fā)動(dòng)機(jī)研制的露天試車臺(tái)。根據(jù)文獻(xiàn)可知，美國(guó)的GE、PW公司，英國(guó)的RR公司以及法國(guó)的賽峰集團(tuán)等都配有露天試車臺(tái)，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制工作中發(fā)揮了重要作用，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)和研制技術(shù)的提升，露天試驗(yàn)?zāi)芰σ苍诓粩嗟財(cái)U(kuò)充和改進(jìn)。

（一）各國(guó)露天試車臺(tái)

1.GE公司皮勃爾斯試驗(yàn)區(qū)

美國(guó)GE公司航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)（GEAE）有兩個(gè)露天試驗(yàn)區(qū)，其中的皮勃爾斯試驗(yàn)區(qū)(Peebles Test Oper?ation）位于辛辛那提（Cincinnati）以東稍偏南的Adams郡Peebles鎮(zhèn)。占地面積約28.35km2，共有13座發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)，其中9座為室外試車臺(tái)，4座為室內(nèi)試車臺(tái)。

自1955年投入使用以來(lái)，皮勃爾斯試驗(yàn)區(qū)成為GE公司整機(jī)試車和評(píng)估的組成部分。GE公司主要的發(fā)動(dòng)機(jī)都在此進(jìn)行試驗(yàn)研究和評(píng)估。

2.PW公司西棕櫚灘試驗(yàn)區(qū)

美國(guó)PW公司也有兩個(gè)露天試驗(yàn)區(qū)，分別在佛羅里達(dá)州西棕櫚海灘（West Palm Beach）和康涅狄克州哈特福德市。西棕櫚灘試驗(yàn)區(qū)位于佛羅里達(dá)州西棕櫚海灘西側(cè)的沼澤區(qū)，占地面積約為28.35km2，包括西科斯基直升機(jī)試驗(yàn)區(qū)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)等。該試驗(yàn)區(qū)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)有4座，代號(hào)為C10、C11、C12和C14，主要承擔(dān)發(fā)動(dòng)機(jī)的海平面性能調(diào)試和耐久性試驗(yàn)，以及噪聲測(cè)量等。

3.美國(guó)海軍推進(jìn)區(qū)

美國(guó)海軍推進(jìn)區(qū)（Naval Air Propulsion Center，NAPC）的露天試驗(yàn)區(qū)坐落于新澤西，包括陀螺試車臺(tái)、多功能試車臺(tái)和姿態(tài)試車臺(tái)3座露天試車臺(tái)，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、安全性等試驗(yàn)，以及紅外、噪聲、排煙等的測(cè)量[1]。

4.RR公司的露天試車臺(tái)

RR公司曾經(jīng)在英國(guó)達(dá)比（Derby）東北約32km處建設(shè)了4座航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)，主要承擔(dān)性能試驗(yàn)、側(cè)風(fēng)試驗(yàn)和反推力試驗(yàn)，以及噪聲測(cè)量等。在2009年和2011年，RR公司在美國(guó)密西西比州的NASA John C. Stennis Space Center陸續(xù)建設(shè)并投入使用了兩座大型發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)。

5.法國(guó)賽峰集團(tuán)

賽峰集團(tuán)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)公司（Aircraft Engines，即原Snecma公司）在位于法國(guó)馬賽附近的Istres建設(shè)了兩座露天試車臺(tái)，開展工程研發(fā)和適航取證試驗(yàn)。賽峰集團(tuán)與俄羅斯合作，在俄羅斯Rybinsk建設(shè)了一座發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)，開展SaM146、CFM56-7B等發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)與驗(yàn)證試驗(yàn)，該露天試車臺(tái)如圖5所示。

圖5 俄羅斯Rybinsk露天試車臺(tái)

6.加拿大的露天試驗(yàn)區(qū)

為充分利用自然環(huán)境，GE公司與RR公司、PW公司等合作在加拿大Thompson分別建設(shè)了露天試車臺(tái)，主要用于開展發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰試驗(yàn)。

（二）各國(guó)露天試車臺(tái)情況分析

綜觀國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)的情況，可以總結(jié)出如下三個(gè)特點(diǎn)：

一是占地面積大。如GE、PW公司的露天試車臺(tái)區(qū)占地面積約為28.35km2，相當(dāng)于邊長(zhǎng)為5.3km的正方形。

二是軍民共用、分區(qū)管理。如PW公司在佛羅里達(dá)西棕櫚灘試驗(yàn)基地就分為C區(qū)（民用發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)區(qū)）和A區(qū)（軍用發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)區(qū)）。

三是充分利用自然條件。選擇接近標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的地區(qū)建設(shè)露天試車臺(tái)（如海拔高度在130m以下）；根據(jù)特定功能要求選擇建設(shè)地點(diǎn)（如發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰試車臺(tái)）。

四、關(guān)于中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)的建議

國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)自20世紀(jì)50年代起開始建設(shè)，至80年代末期露天試驗(yàn)?zāi)芰σ寻l(fā)展成熟和完備，助推了發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成熟，累積的試驗(yàn)數(shù)據(jù)成為各類發(fā)動(dòng)機(jī)仿真軟件和工具的驗(yàn)證依據(jù)。中國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)建設(shè)起步晚，借鑒國(guó)外露天試驗(yàn)?zāi)芰Φ慕ㄔO(shè)與發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

（一）建設(shè)完整的露天試驗(yàn)系統(tǒng)

露天試車臺(tái)是研制高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵因素[2]，試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)是縮小中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)動(dòng)機(jī)研制水平差距的有力措施之一[13]。規(guī)劃并建設(shè)完整的露天試驗(yàn)?zāi)芰w系，開展全面的試驗(yàn)研究和驗(yàn)證，是高水平、高質(zhì)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的需要。如此才能從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)大飛機(jī)設(shè)計(jì)的有力支撐，從而縮小中國(guó)航空動(dòng)力設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距[1]。

（二）統(tǒng)籌規(guī)劃、集中建設(shè)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)區(qū)建設(shè)是大型系統(tǒng)工程，其建設(shè)規(guī)模大、開展難度高、耗資大、時(shí)間長(zhǎng)[1]。露天試驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)統(tǒng)籌考慮軍民用各類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)的需求，兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)行集中建設(shè)。

（三）充分利用各種有利因素

航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)技術(shù)復(fù)雜、涉及因素多、設(shè)計(jì)要素高度耦合，此外受環(huán)境影響較大，應(yīng)充分依靠發(fā)動(dòng)機(jī)研制單位的技術(shù)資源，開展試驗(yàn)技術(shù)研究與應(yīng)用，開展試驗(yàn)設(shè)備的研究、設(shè)計(jì)和建設(shè)以及后期的使用、管理和維護(hù)；應(yīng)充分利用有利的地理、氣象環(huán)境，節(jié)省建設(shè)投資。

五、結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)能有效縮小中國(guó)與航空發(fā)達(dá)國(guó)家在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制方面的差距，從而大幅度提高中國(guó)大型飛機(jī)的研制能力。本文從露天試車臺(tái)測(cè)試角度詳細(xì)分析了建設(shè)露天試驗(yàn)?zāi)芰π枰紤]的要素，并對(duì)世界航空先進(jìn)國(guó)家露天試車臺(tái)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)中國(guó)加快露天試車臺(tái)和試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)提出了建議。

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注：本文發(fā)表于《航空發(fā)動(dòng)機(jī)》2021年第5期(雙月刊)。部分圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)。