劉志友，吳鋒，仇釬

高空模擬試驗(yàn)中真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法的發(fā)展演變

劉志友，吳鋒，仇釬

(中國燃?xì)鉁u輪研究院航空發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川江油621703)

真空度與次流作用力系數(shù)測定是發(fā)動(dòng)機(jī)高空推力確定的重要內(nèi)容，其校準(zhǔn)方法仍在不斷發(fā)展與完善。介紹了我國真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法的發(fā)展過程，依據(jù)作用力系數(shù)校準(zhǔn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是否工作和校準(zhǔn)結(jié)果適用范圍，提出了作用力系數(shù)校準(zhǔn)方法研究的三個(gè)發(fā)展階段，及其對應(yīng)的三種校準(zhǔn)方法——點(diǎn)校法、靜校法和動(dòng)校法。探討了作用力系數(shù)測定方法的校準(zhǔn)過程及其特點(diǎn)，可供發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)試驗(yàn)和作用力校準(zhǔn)研究參考與借鑒。

高空模擬試驗(yàn)；高空臺(tái)；真空度作用力；次流作用力；發(fā)動(dòng)機(jī)推力；校準(zhǔn)

1 引言

確定與評估航空發(fā)動(dòng)機(jī)飛行推力的最通行、最有效方法，就是在直連式高空臺(tái)上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)[1]，但要在高空模擬試驗(yàn)中準(zhǔn)確測量并評估發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行推力仍不容易。一方面，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作包線范圍寬，同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)最大狀態(tài)推力在其包線范圍內(nèi)的變化可達(dá)10倍以上，使得高精度推力測量系統(tǒng)的構(gòu)建難度增加；另一方面，為模擬發(fā)動(dòng)機(jī)高空工作環(huán)境并測量其工作特性，高空艙內(nèi)必然存在真空度和冷卻氣流，這將對高空臺(tái)推力測量系統(tǒng)及其測量結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，高空模擬試驗(yàn)中直接測量的臺(tái)架推力既不是發(fā)動(dòng)機(jī)總推力，也不是凈推力，需修正才能得到與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況相符的推力。發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)中推力確定的重要內(nèi)容之一，就是對真空度與次流作用力的校準(zhǔn)研究。

真空度和次流作用力，分別是由于高空艙內(nèi)外壓差和艙內(nèi)冷卻空氣流動(dòng)對發(fā)動(dòng)機(jī)推力測量系統(tǒng)作用而產(chǎn)生的力[1～3]，二者隨模擬高空工況及臺(tái)架預(yù)載系統(tǒng)的差異而有所不同，其總影響在極限高空情況下可超過150 daN。因此，真空度與次流對發(fā)動(dòng)機(jī)推力測量的影響及校準(zhǔn)，是高空臺(tái)建設(shè)調(diào)試與使用維護(hù)中需要研究和解決的關(guān)鍵問題。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的探索實(shí)踐，我國在真空度與次流作用影響方面形成了較為成熟可行的校準(zhǔn)方法[1，3～5]。從校準(zhǔn)工況一致性和校準(zhǔn)結(jié)果適用范圍看，筆者認(rèn)為作用力影響系數(shù)校準(zhǔn)方法可分為點(diǎn)校法、靜校法和動(dòng)校法三種。本文旨在闡釋這些方法的應(yīng)用研究背景及我國真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法的發(fā)展演變情況，為發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)試驗(yàn)和作用力校準(zhǔn)提供參考。

2 校準(zhǔn)方法的發(fā)展歷程

2.1點(diǎn)校法

點(diǎn)校法是點(diǎn)對點(diǎn)校準(zhǔn)方法的簡稱，即對真空度與次流作用力(當(dāng)時(shí)合稱為臺(tái)架附加阻力)校準(zhǔn)的結(jié)果僅適用特定工況高空性能試驗(yàn)，其它點(diǎn)還得分別單獨(dú)校準(zhǔn)的方法。該方法根源于我國對高空模擬試驗(yàn)技術(shù)和羅·羅高空臺(tái)試驗(yàn)研究方面的認(rèn)識(shí)，是當(dāng)時(shí)(從我國高空臺(tái)建設(shè)伊始至上世紀(jì)80年代末90年代初)使用的真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法[6～8]。其工作原理見圖1。

在高空臺(tái)建設(shè)調(diào)試和高空模擬技術(shù)研究早期，雖認(rèn)識(shí)到高空艙內(nèi)外壓差與冷卻空氣流動(dòng)對臺(tái)架測力系統(tǒng)有影響，但并不十分清楚其影響規(guī)律和差異。因此，對推力性能準(zhǔn)確度要求較高的高空性能試驗(yàn)只能采取點(diǎn)校法，即在每個(gè)不同高度-速度性能試驗(yàn)前，在發(fā)動(dòng)機(jī)靜止和給定模擬高度及冷卻氣流條件下對推力秤進(jìn)行偏離零位的校準(zhǔn)，并將該校準(zhǔn)值輸入數(shù)采系統(tǒng)對試驗(yàn)的推力計(jì)算進(jìn)行修正[7]。

點(diǎn)校法的主要步驟為：①用杠桿系統(tǒng)靜態(tài)校準(zhǔn)推力測量系統(tǒng)；②試驗(yàn)前(或校準(zhǔn)前)用杠桿系統(tǒng)預(yù)加載；③起動(dòng)性能試驗(yàn)需動(dòng)用的有關(guān)設(shè)備；④發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并暖機(jī)后，在某一中間功率狀態(tài)(一般在高壓轉(zhuǎn)速85%狀態(tài))運(yùn)轉(zhuǎn)；⑤調(diào)節(jié)調(diào)溫、調(diào)壓系統(tǒng)與次流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，建立高空性能試驗(yàn)對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓、總溫和排氣壓力環(huán)境，穩(wěn)定工作約10 min直至進(jìn)氣管道、穩(wěn)壓室達(dá)到要求的溫度(即發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總溫)，將Pc調(diào)壓系統(tǒng)和次流調(diào)節(jié)系統(tǒng)置為手動(dòng)調(diào)節(jié)，其它調(diào)壓系統(tǒng)處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)；⑥發(fā)動(dòng)機(jī)停車并慢全關(guān)Pc調(diào)壓系統(tǒng)的管路閥門，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓與高空艙內(nèi)環(huán)境壓力相等；⑦記錄臺(tái)架測量系統(tǒng)讀數(shù)并計(jì)算與試驗(yàn)前預(yù)加載時(shí)讀數(shù)之差(也稱為推力測量系統(tǒng)的零位漂移)，該差值(負(fù)值)即為真空度與次流綜合作用于測力系統(tǒng)上的力；⑧用⑦中校準(zhǔn)結(jié)果對該高空條件下試驗(yàn)測得的推力進(jìn)行修正，可補(bǔ)償真空度與次流作用對發(fā)動(dòng)機(jī)推力測量的影響。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)過程中推力測試結(jié)果精度，通常還要在該壓力條件下，在預(yù)期推力測量范圍內(nèi)對推力測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，方法同步驟①、②。

2.2靜校法

靜校法是靜態(tài)校準(zhǔn)方法的簡稱，即在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作和內(nèi)部沒有氣流流動(dòng)條件下對真空度與次流作用力(系數(shù))進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。從上世紀(jì)90年代初到本世紀(jì)初，基本上都只采用靜校法。該方法根源于我國對高空模擬試驗(yàn)技術(shù)的深入研究和我國高空臺(tái)與俄羅斯高空臺(tái)的對比標(biāo)定，是目前使用的規(guī)范方法(企標(biāo))[1，3，4]。其工作原理見圖2。

圖1 高空臺(tái)次流作用力與真空度作用力點(diǎn)校法與動(dòng)校法原理圖Fig.1 Schematic diagram of the dot-calibration and dynamic calibration for the secondary flow acting-force and vacuum acting-force in ATF

隨著高空模擬技術(shù)研究的深入與發(fā)展，逐漸認(rèn)識(shí)到艙內(nèi)真空度與次流對發(fā)動(dòng)機(jī)推力測量結(jié)果影響的作用機(jī)理不同[3]。真空度作用力與艙內(nèi)外壓差呈線性關(guān)系，因而艙外壓力一定時(shí)，真空度作用力表現(xiàn)為與高度(艙內(nèi)壓力)呈線性關(guān)系，因此早期稱之為零位高度(作用)；而次流作用力盡管為引起次流動(dòng)量損失的一部分作用力的反作用力，但其表現(xiàn)為與艙內(nèi)次流的流速和流通面積直接相關(guān)，因此早期稱之為高空艙迎風(fēng)阻力。盡管二者作用機(jī)理不同，但可采用相同方法和程序校準(zhǔn)其影響系數(shù)[1，3，4]。

圖2 高空臺(tái)次流作用力與真空度作用力靜校法原理圖Fig.2 Schematic diagram of the static calibration for the secondary flow acting-force and vacuum acting-force in ATF

靜校法的主要步驟為：①用杠桿系統(tǒng)靜態(tài)校準(zhǔn)推力測量系統(tǒng)；②試驗(yàn)前(或校準(zhǔn)前)用杠桿系統(tǒng)預(yù)加載；③在工藝進(jìn)氣道上安裝堵板；④起動(dòng)試驗(yàn)需動(dòng)用的供油設(shè)備、艙內(nèi)冷卻供氣設(shè)備及相應(yīng)的氣源抽氣設(shè)備和Pd調(diào)壓系統(tǒng)；⑤將次流調(diào)節(jié)系統(tǒng)置零位(閥門全關(guān))，調(diào)節(jié)Pd調(diào)壓系統(tǒng)，建立不同高空高度環(huán)境并記錄穩(wěn)態(tài)參數(shù)，計(jì)算出真空度作用力系數(shù)；⑥在相應(yīng)高度環(huán)境下，調(diào)節(jié)次流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，建立不同次流流量下的高空艙內(nèi)流動(dòng)環(huán)境并記錄穩(wěn)態(tài)參數(shù)，計(jì)算出次流作用力系數(shù)；⑦調(diào)節(jié)Pd調(diào)壓系統(tǒng)，使高空艙內(nèi)恢復(fù)地面大氣條件，開艙并拆除堵板，同時(shí)將真空度與次流作用力系數(shù)輸入數(shù)采和性能分析系統(tǒng)。

2.3動(dòng)校法

動(dòng)校法是動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法的簡稱，即在發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下對真空度與次流作用力(系數(shù))進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。該方法根源于某發(fā)動(dòng)機(jī)全包線范圍內(nèi)帶可移動(dòng)插板的壓力畸變試驗(yàn)需求，以及我國現(xiàn)有高空艙結(jié)構(gòu)在安裝可移動(dòng)插板條件下難以實(shí)施靜校法的客觀現(xiàn)狀。2012年已完成其理論分析與推導(dǎo)，并在積極探討該方法的工程適應(yīng)性，經(jīng)過一段時(shí)間的有效性驗(yàn)證后，預(yù)期會(huì)對現(xiàn)有的規(guī)范校準(zhǔn)方法(靜校法)進(jìn)行補(bǔ)充和拓展[5]。其工作原理見圖1。

盡管靜校法已成為真空度與次流作用力(系數(shù))校準(zhǔn)的通用規(guī)范，但由于堵板的裝拆需要，使得工藝進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜且試驗(yàn)效率低。同時(shí)，盡管次流作用力不大(對SB101高空臺(tái)現(xiàn)有1號(hào)艙試驗(yàn)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量120 kg/s時(shí)一般也不到100 N，但相同次流流量在發(fā)動(dòng)機(jī)靜止與工作條件下的艙內(nèi)流動(dòng)圖譜顯然不同，因而需要探討次流作用影響的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法。更為重要的是，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)研制對高空模擬試驗(yàn)科目與內(nèi)容要求的拓展，尤其是某些特定科目試驗(yàn)時(shí)，已有的靜校法就顯得乏力或非常棘手[5，9]?；诖?，在對真空度和次流影響及其與發(fā)動(dòng)機(jī)總推力內(nèi)在聯(lián)系深入分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并提出了不用加裝堵板的動(dòng)校法。該方法不從作用機(jī)理著手，而從與臺(tái)架測量推力和發(fā)動(dòng)機(jī)總推力的關(guān)系來分析研究真空度與次流作用力，即利用發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定工作狀態(tài)下對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力不變和真空度與次流作用力只影響臺(tái)架推力測量結(jié)果的關(guān)系，就可在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)[5]。

動(dòng)校法的主要步驟為：①用杠桿系統(tǒng)靜態(tài)校準(zhǔn)推力測量系統(tǒng)；②高空校準(zhǔn)試驗(yàn)前用杠桿系統(tǒng)預(yù)加載，將真空度與次流作用力系數(shù)置為0；③起動(dòng)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)需動(dòng)用的有關(guān)設(shè)備；④發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并完成暖機(jī)，然后按程序調(diào)節(jié)調(diào)壓系統(tǒng)并置于自動(dòng)狀態(tài)，建立高空校準(zhǔn)試驗(yàn)條件；⑤保持發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)不變，改變次流流量(2～5個(gè))，在每個(gè)狀態(tài)記錄穩(wěn)態(tài)參數(shù)，計(jì)算出次流作用力系數(shù)；⑥保持發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)不變，調(diào)節(jié)調(diào)壓系統(tǒng)改變校準(zhǔn)試驗(yàn)的環(huán)境條件(1～3次)，記錄穩(wěn)態(tài)參數(shù)，計(jì)算出真空度作用力系數(shù)；⑦將真空度與次流作用力系數(shù)輸入性能分析模型與計(jì)算程序中，同時(shí)按程序完成高空校準(zhǔn)試驗(yàn)的其它內(nèi)容。對同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)再次高空臺(tái)試驗(yàn)(指發(fā)動(dòng)機(jī)車臺(tái)安裝結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)布局無變化)或非性能試驗(yàn)而言，作用力系數(shù)的校準(zhǔn)(步驟⑤、⑥)還可簡化：保持發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和次流狀態(tài)不變，改變校準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境條件(1次)，記錄穩(wěn)態(tài)參數(shù)，得到真空度作用力系數(shù)；然后改變次流狀態(tài)(1～2次)，記錄穩(wěn)態(tài)參數(shù)，得到次流作用力系數(shù)。另外，為提高作用力系數(shù)校準(zhǔn)精度，推薦在發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)或非加力最大狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)。

動(dòng)校法不僅在發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下對真空度與次流作用力進(jìn)行系數(shù)校準(zhǔn)，保證了高空艙內(nèi)冷卻空氣流動(dòng)特性在作用力系數(shù)校準(zhǔn)和在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中的一致性，使得其結(jié)果更為真實(shí)、準(zhǔn)確，而且可隨時(shí)對作用力系數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校驗(yàn)，確保臺(tái)架測力系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)，后者的工程意義更為顯著。

3 校準(zhǔn)方法對比

點(diǎn)校法和靜校法是從真空度與次流作用機(jī)理著手，而動(dòng)校法則從真空度與次流作用力對臺(tái)架測量推力和發(fā)動(dòng)機(jī)總推力的影響來分析研究。下面從校準(zhǔn)的環(huán)境一致性、方法復(fù)雜性與約束條件、經(jīng)濟(jì)性、結(jié)果檢驗(yàn)及應(yīng)用現(xiàn)狀方面探討三者的特點(diǎn)(表1)。

表1 作用力系數(shù)校準(zhǔn)方法的特點(diǎn)Table 1 Comparison of three methods for calibrating acting-force coefficient

3.1一致性

動(dòng)校法是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下對作用力系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)環(huán)境與工作環(huán)境完全一致。點(diǎn)校法和靜校法在發(fā)動(dòng)機(jī)靜止條件下進(jìn)行校準(zhǔn)，此時(shí)由于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣射流及其對艙內(nèi)冷卻空氣的引射作用，使得次流在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口到擴(kuò)壓器之間的流動(dòng)圖譜與發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程中的完全不同，即使在艙內(nèi)壓力和溫度一致的情況下也是如此。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噴管進(jìn)口下游的艙內(nèi)測試、電氣管線與工藝支架很少，流動(dòng)圖譜的差異對次流作用力的影響不大，加之次流作用力很小，因而從艙內(nèi)冷卻空氣流動(dòng)對推力測量臺(tái)架的作用而言，點(diǎn)校法與靜校法的艙內(nèi)流動(dòng)環(huán)境與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際試驗(yàn)中的環(huán)境基本一致。但當(dāng)Pc調(diào)壓系統(tǒng)不具備氣路關(guān)斷功能或發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口封嚴(yán)篦齒環(huán)上游穩(wěn)壓室中存在泄漏時(shí)，點(diǎn)校法的校準(zhǔn)環(huán)境與試驗(yàn)工作環(huán)境的差異會(huì)變大，得到的作用力差異也會(huì)變大，使得過修正發(fā)動(dòng)機(jī)推力。

可見，從環(huán)境一致性而言，動(dòng)校法最好，靜校法較好，點(diǎn)校法一般。

3.2約束條件

點(diǎn)校法要求在對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)高空性能試驗(yàn)前進(jìn)行。首先要求發(fā)動(dòng)機(jī)在高空性能試驗(yàn)對應(yīng)的高度-速度環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，直至進(jìn)氣管道、穩(wěn)壓室達(dá)到要求的溫度(性能試驗(yàn)對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總溫)，然后發(fā)動(dòng)機(jī)停車并保持次流調(diào)節(jié)閥開度不變進(jìn)行作用力校準(zhǔn)，并常在該條件下用杠桿系統(tǒng)靜態(tài)校準(zhǔn)推力測量系統(tǒng)。校準(zhǔn)結(jié)果只適用于一個(gè)特定的高度-速度試驗(yàn)點(diǎn)，其它性能試驗(yàn)點(diǎn)還得重新單獨(dú)校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)方法復(fù)雜，并有進(jìn)氣管道與穩(wěn)壓室達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)高空試驗(yàn)要求溫度、進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)有關(guān)斷功能(或截止閥)、進(jìn)口封嚴(yán)篦齒環(huán)上游穩(wěn)壓室中無泄漏、只能單點(diǎn)校準(zhǔn)等限制條件。

靜校法要求在發(fā)動(dòng)機(jī)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)前完成。首先要求在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口封嚴(yán)篦齒環(huán)上游的工藝進(jìn)氣道上安裝堵板，然后分別校準(zhǔn)真空度和次流作用力系數(shù)，校準(zhǔn)完成后拆除堵板。校準(zhǔn)結(jié)果具有通用性，一臺(tái)次發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)試驗(yàn)期間只需進(jìn)行1次校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)方法較復(fù)雜，并有在工藝進(jìn)氣道上安裝堵板的限制條件。

動(dòng)校法要求在發(fā)動(dòng)機(jī)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)中完成。該方法在發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下進(jìn)行，只要求保持發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不變，且可在非發(fā)動(dòng)機(jī)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)進(jìn)行。校準(zhǔn)結(jié)果具有通用性。該校準(zhǔn)方法簡單，可動(dòng)態(tài)校驗(yàn)。

可見，動(dòng)校法簡單且無約束條件，點(diǎn)校法復(fù)雜且使用限制條件多，靜校法介于兩者之間。

3.3經(jīng)濟(jì)性

點(diǎn)校法需要使用與發(fā)動(dòng)機(jī)高空性能試驗(yàn)完全相同的設(shè)備，因而動(dòng)用的資源多，一般為靜校法和動(dòng)校法的兩倍，甚至更多。一個(gè)性能點(diǎn)對應(yīng)作用力校準(zhǔn)的時(shí)間一般在0.5～1.5 h，具體視用零位漂移測定還是用杠桿系統(tǒng)靜校推力測量系統(tǒng)而定。但由于點(diǎn)校法的結(jié)果只適用于單一的高空性能試驗(yàn)點(diǎn)，按通常一臺(tái)次高空臺(tái)試驗(yàn)有5～8個(gè)性能試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算，其作用力校準(zhǔn)時(shí)間達(dá)6.0 h左右。且作用力校準(zhǔn)在每個(gè)性能試驗(yàn)點(diǎn)之前相繼進(jìn)行，使得發(fā)動(dòng)機(jī)高空不同狀態(tài)點(diǎn)試驗(yàn)無法連續(xù)進(jìn)行。因此，點(diǎn)校法動(dòng)用的設(shè)備資源多、耗時(shí)長、經(jīng)濟(jì)性差，使得發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性顯著惡化。

靜校法只使用抽氣設(shè)備，且發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部沒有氣流通過，故使用的抽氣機(jī)組數(shù)量比點(diǎn)校法少得多；通常在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段安裝堵板，完成作用力系數(shù)校準(zhǔn)一般需要2.5～4.0 h(其中1.0～1.5 h為堵板拆除與設(shè)備恢復(fù)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)的時(shí)間)。因此，靜校法動(dòng)用設(shè)備少，但由于作用力校準(zhǔn)時(shí)間較長，加之堵板需要裝拆，其試驗(yàn)效率與經(jīng)濟(jì)性較差。

動(dòng)校法使用與發(fā)動(dòng)機(jī)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)相同的設(shè)備，不過目前高空校準(zhǔn)試驗(yàn)采用大氣供氣，因而動(dòng)校法使用的抽氣機(jī)組設(shè)備基本與靜校法相同。因動(dòng)校法在高空校準(zhǔn)試驗(yàn)中結(jié)合進(jìn)行，無需額外準(zhǔn)備和措施，作用力系數(shù)校準(zhǔn)一般只需要0.25～0.50 h即可完成。而發(fā)動(dòng)機(jī)每臺(tái)次高空臺(tái)試驗(yàn)都需進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)高空校準(zhǔn)試驗(yàn)，因而動(dòng)校法動(dòng)用設(shè)備少，作用力系數(shù)校準(zhǔn)時(shí)間短，試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

可見，動(dòng)校法動(dòng)用設(shè)備少且耗時(shí)短，點(diǎn)校法動(dòng)用設(shè)備多且耗時(shí)多，靜校法介于二者之間。從經(jīng)濟(jì)性來看，動(dòng)校法最好，靜校法次之，點(diǎn)校法最差。

3.4實(shí)用性

點(diǎn)校法復(fù)雜且校準(zhǔn)結(jié)果只適用于特定的高度-速度點(diǎn)，工程實(shí)用性不好。動(dòng)校法簡單，靜校法較復(fù)雜，但兩者的校準(zhǔn)結(jié)果具有通用性，因而工程實(shí)用性好。但靜校法因?qū)嵤r(shí)需安裝堵板，難以在試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)檢查和校驗(yàn)作用力系數(shù)；點(diǎn)校法盡管可在試驗(yàn)中隨時(shí)檢查和校驗(yàn)作用力系數(shù)，但由于其方法繁瑣且會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)效率顯著下降，校準(zhǔn)結(jié)果只適用于特定點(diǎn)，因而使用操作性不強(qiáng)；動(dòng)校法易于在試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)檢查和校驗(yàn)作用力系數(shù)，且校準(zhǔn)中發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)不變，可借此對測力臺(tái)架系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行判斷，因而使用操作性好。

可見，動(dòng)校法的動(dòng)態(tài)校驗(yàn)性與工程實(shí)用性好，點(diǎn)校法的校驗(yàn)性與實(shí)用性差，靜校法的工程實(shí)用性好但校驗(yàn)性不足。

3.5應(yīng)用現(xiàn)狀

點(diǎn)校法是早期研究真空度與次流對高空臺(tái)推力測量系統(tǒng)作用和影響的結(jié)果，并形成了較為成熟的校準(zhǔn)方法，我國上世紀(jì)90年代初以前就使用該方法。靜校法是當(dāng)前廣泛使用和認(rèn)同的作用力系數(shù)校準(zhǔn)方法，并有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(企標(biāo))和規(guī)范。動(dòng)校法是適應(yīng)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)試驗(yàn)科目拓展與特殊試驗(yàn)科目要求而提出的作用力系數(shù)校準(zhǔn)方法，有嚴(yán)密的理論推導(dǎo)和可行的測定方法，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)對性能確定與評估的嚴(yán)肅性，及高空艙內(nèi)流動(dòng)的復(fù)雜性和發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件的寬泛性，動(dòng)校法的工程應(yīng)用還需要一定時(shí)間的實(shí)踐檢驗(yàn)和規(guī)范。

可見，點(diǎn)校法是曾經(jīng)的校準(zhǔn)方法，靜校法是當(dāng)前的規(guī)范校準(zhǔn)方法，動(dòng)校法是發(fā)展中的校準(zhǔn)方法。

4 結(jié)束語

真空度與次流對高空臺(tái)推力測量結(jié)果的作用客觀存在，不可避免。準(zhǔn)確、高效地測定真空度與次流作用力系數(shù)，是正確確定和評估發(fā)動(dòng)機(jī)高空推力性能的重要內(nèi)容，也是從事高空模擬試驗(yàn)技術(shù)研究和參與發(fā)動(dòng)機(jī)高空臺(tái)試驗(yàn)的相關(guān)人員共同關(guān)注的技術(shù)議題。本文介紹了我國真空度與次流作用力校準(zhǔn)方法的發(fā)展過程，并基于當(dāng)前在作用力系數(shù)校準(zhǔn)方面的研究現(xiàn)狀，尤其是針對特殊情況下難以采用現(xiàn)行作用力校準(zhǔn)規(guī)范方法時(shí)，提出了新的作用力校準(zhǔn)方法——?jiǎng)有７?。對比研究表明，?dòng)校法的使用限制條件少且試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性好，值得深入研究和應(yīng)用推廣。

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Evolution of Method for Calibrating the Acting-Force of Secondary Flow and Vacuum in Direct-Connect Altitude Simulation Test Facility

LIU Zhi-you，WU Feng，QIU Qian
(China Gas Turbine Establishment，Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aero-Engine Altitude Simulation，Jiangyou 621703，China)

It is important to accurately measure the acting-force coefficients of secondary flow and vacuum for engine thrust determination in the aero-engine altitude simulation test.The development of the coeffi?cient-calibration method was introduced.According to different operating conditions of engine and applica?tion of calibration results,it can be divided into three phases and corresponding three methods:dot-calibra?tion,static calibration and dynamic calibration method.The characteristics and calibration processes of the above-mentioned methods were also discussed in detail.So there is certain reference value for engine alti?tude simulation test and acting-force calibration research.

altitude simulation test；altitude test facility(ATF)；vacuum acting-force；secondary flow acting-force；engine thrust；calibration

V263.4+5

A

1672-2620(2013)02-0001-05

2013-01-28；

2013-03-15

劉志友(1969-)，男，重慶綦江人，研究員，博士，從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)工作。