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航空动力 I
Aerospace Power
2018年 第5期
试验与测试┃ Test and Measurement
现代飞行器正朝着高空、高速、经济、环保等方向发展,对新型航空动力的需求也与日俱增。作为新型动力
装置研制工作的重要保障,试验台的建设也应受到高度关注。
Test Equipments for New Type of Propulsion Systems
新型推进系统试验设备
■ 贾真 姚轩宇 / 中国航发研究院
目
前,新型推进系统发展主要
有两个方向 :一种是满足更
高更快的飞行要求,如超燃
冲压发动机和连续旋转爆震发动机 ;
另一种是在现有飞行条件下,让飞行
器有更好的适用性、安全性、经济性,
以满足更加多元化的应用场景,如混
合动力电推进系统。为支撑这些新型
动力系统的研发,各国科研机构正开
展相应的试验测试设备的建设。
直连式超燃冲压试验台
随着高超声速技术的发展,高超声
速导弹、战略飞行器,单级、两级
或多级入轨(SSTO)的天地往返空
天飞机等杀手锏武器已成为世界各
军事强国大力争夺的制高点,动力
装置在其中起决定性作用。在大气
层范围内,传统的航空燃气涡轮发
动机受限于压气机叶片冷却及耐温
极限,工作上限为马赫数(
Ma
)3,
而吸气式冲压发动机具有结构简单、
高比冲性能等优势,是高超声速飞
行器高速段的首选动力装置。为此,
各国配套建设了大量的冲压发动机
相关的试验设备,如直连式试验台、
半自由射流试验台及自由射流试验
台等。其中,直连式试验台能够开
展超声速气流燃料喷射、点火、火
焰稳定、燃烧等冲压发动机研制所
涉及的核心关键技术的研究,是支
撑冲压发动机研发的最常见、最重
要的设备。
目前,直连式冲压燃烧室试验
台根据气流加热方式可分为电加热
型、燃烧直接加热型、电弧加热型
和蓄热加热型等4种试验台,以下分
别予以简要介绍。
电加热型直连式试验台
在美国国家航空航天局(NASA)
Hyper-X项目资助下,弗吉尼亚大
学搭建了双模态超声速燃烧直连式
试验台。该试验台能够开展的研究
包括 :超声速气流中液体碳氢燃料
的喷射、雾化、掺混特性 ;超声速
气流中激波/边界层相互干扰机理 ;
超声速气流中燃料点火特性 ;凹腔、
支板等火焰稳定器的稳焰特性及结
构优化 ;双模态超燃燃烧室模态转
换特性、控制规律 ;对超声速气流
的计算流体力学(CFD)计算结果
进行校准。
该试验台采用立式结构布局,
如图1所示。试验台主要结构包括1
台空气压缩机、空气干燥系统、空
气储罐、14级电阻加热器、陶瓷流
场整流装置、超声速喷管、试验段
燃烧室、排气喷管等,主要可以分
为以下子系统。
供气系统 空气压缩机提供高压
排气装置
(a)原理示意图 (b)超声速燃烧试验台布局图 (c)加热单元模块
扩张段
等直段
燃烧室
隔离段
光学测量台架
流动加强段
加热器核
加热器罐
双模态燃烧室
气源
图1 弗吉尼亚大学的超声速燃烧试验台
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