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第1章 绪论1

1.1 航空发动机高空模拟试验1

1.2 航空发动机高空模拟试验的特点3

1.2.1 试验作用3

1.2.2 试验内容及其复杂性9

1.2.3 试验考核与评定11

1.3 航空发动机高空模拟试验的分类12

1.3.1 研究性试验12

1.3.2 飞行前规定试验12

1.3.3 定型试验13

1.3.4 发动机改进改型及排故性试验13

1.4 航空发动机高空模拟试验的机构与管理13

1.4.1 美国航空发动机试验机构13

1.4.2 欧洲主要航空发动机试验机构14

1.4.3 亚洲航空发动机试验机构15

1.4.4 重大试验设施的管理15

1.5 航空发动机高空模拟试验发展的历史与趋势17

1.5.1 世界航空发动机高空模拟试验发展17

1.5.2 中国航空发动机高空模拟试验发展23

第2章 高空模拟试车台的类型和功能25

2.1 直接连接式高空模拟试验26

2.1.1 基本原理26

2.1.2 主要设备构成27

2.1.3 功能28

2.1.4 分类30

2.1.5 国内外相关设备简介32

2.2 全尺寸飞机进气道与发动机联合试验39

2.3 自由射流式高空模拟试验41

2.3.1 基本原理41

2.3.2 主要设备构成43

2.3.3 功能45

2.3.4 国外相关设备简介47

2.4 半自由射流式高空模拟试验49

2.5 管道—喷管式高空模拟试验52

2.6 推进风洞试验53

2.6.1 功能53

2.6.2 主要设备构成55

2.6.3 AEDC的推进风洞试验系统56

2.6.4 推进风洞试验设备若干问题59

第3章 航空发动机高空模拟试车台的主要关键设备62

3.1 航空发动机研制对高空模拟试验设备和技术的要求62

3.2 中国SB101航空发动机高空模拟试验设备62

3.3 高空台主要关键设备的特性64

3.3.1 气源站64

3.3.2 高空试验舱70

3.3.3 排气冷却系统78

3.4 典型直连式航空发动机高空模拟试验设备（SB101）83

3.4.1 SB101组成原理83

3.4.2 气源83

3.4.3 试验舱86

3.4.4 排气和冷却系统91

3.4.5 试车工艺系统94

3.5 航空发动机高空模拟试验设备的展望94

第4章 直接连接式高空台试验技术96

4.1 航空发动机高空模拟试验的实现96

4.1.1 发动机工作包线与飞机飞行包线96

4.1.2 飞行模拟参数的确定98

4.1.3 发动机的基本特性107

4.1.4 模拟参数对发动机性能的影响110

4.2 高空稳态性能试验113

4.2.1 概述113

4.2.2 试验内容113

4.2.3 试验条件115

4.2.4 试验要求117

4.2.5 试验程序120

4.2.6 发动机各推力（功率）调节状态工作稳定性检验120

4.2.7 航空发动机稳态性能参数121

4.2.8 发动机模拟高空稳态性能试验合格标准121

4.3 推力瞬变试验122

4.3.1 概述122

4.3.2 试验目的123

4.3.3 试验内容123

4.3.4 试验的标准条件124

4.3.5 试验的非标准条件125

4.3.6 试验的基本要求126

4.3.7 基本试验方法126

4.3.8 试验合格标准128

4.4 功能试验129

4.4.1 概述129

4.4.2 试验目的129

4.4.3 试验方法130

4.4.4 高空功能试验的综合评定132

4.4.5 高空功能试验的最终结果133

4.5 起动与再起动试验133

4.5.1 概述133

4.5.2 起动原理133

4.5.3 起动分类134

4.5.4 起动限制及要求135

4.5.5 试验目的137

4.5.6 试验方法137

4.5.7 试验结果138

4.5.8 某型发动机空中起动和再起动试验138

4.6 高、低温起动和加速试验139

4.6.1 概述139

4.6.2 高、低温起动和加速试验要求140

4.6.3 高、低温起动和加速试验可用的试验手段140

4.6.4 高空模拟试验方法142

4.6.5 参数测量和记录144

4.7 高空风车旋转试验147

4.7.1 概述147

4.7.2 试验目的147

4.7.3 影响因素148

4.7.4 试验设备148

4.7.5 试验方法148

4.7.6 试验要求149

4.7.7 试验结果评定149

4.7.8 试验数据分析150

4.7.9 测试参数151

4.7.10 某型发动机高空风车旋转试验152

4.8 进口空气加温加压与持久试车试验154

4.8.1 概述154

4.8.2 试验要求155

4.8.3 试验方法156

4.8.4 发动机进口空气加温加压与持久试车结果评定157

4.9 飞行包线内整机振动测量试验158

4.9.1 概述158

4.9.2 振动源分类158

4.9.3 整机振动测量与分析159

4.9.4 振动传感器选择159

4.9.5 传感器安装159

4.9.6 振动结果分析160

4.9.7 振动试验要求161

4.9.8 试验结果评定162

4.10 关键部件振动和应力测量试验162

4.10.1 概述162

4.10.2 试验要求162

4.10.3 试验方法162

4.10.4 试验结果评定163

4.11 环境结冰试验164

4.11.1 概述164

4.11.2 试验目的165

4.11.3 环境结冰条件166

4.11.4 试验要求169

4.11.5 试验方法和试验手段170

4.11.6 结冰试验影响因素174

4.12 发动机燃油加降温试验175

4.12.1 概述175

4.12.2 试验设备175

4.12.3 试验方法175

4.12.4 试验合格标志176

4.13 吞咽（吞水、吞火药气体）试验176

4.13.1 概述176

4.13.2 吞水试验177

4.13.3 吞火药气体试验180

4.14 冲压发动机高空模拟试验183

4.14.1 试验概述183

4.14.2 试验目的184

4.14.3 影响因素184

4.14.4 试验设备186

4.14.5 试验要求及结果评定186

4.15 核心机高空模拟试验技术187

4.15.1 核心机概述187

4.15.2 核心机高空模拟试验的目的和意义187

4.15.3 核心机高空模拟试验的主要项目和需要解决的问题188

4.15.4 核心机高空模拟试验设备189

4.15.5 核心机高空模拟试验的试验方法190

4.16 飞机引气及功率分出试验192

4.16.1 概述192

4.16.2 交直流发电机加载系统192

4.16.3 液压泵加载系统193

4.16.4 燃油加载系统193

4.16.5 引气系统193

4.17 发动机及其控制系统的高空性能特性试验194

4.17.1 全权限数字式电子控制系统194

4.17.2 典型发动机数控系统194

4.17.3 数控系统明显改善发动机操纵性196

4.17.4 高空模拟试验196

4.18 海平面静止状态模拟试验197

4.18.1 概述197

4.18.2 标准海平面试车技术198

4.18.3 主要内容及试验目的198

4.18.4 试验的设备与试验方法199

4.19 航空发动机高空模拟试验的完成200

4.19.1 概述200

4.19.2 通用规范的要求200

4.19.3 发动机高空模拟试验报告201

第5章 航空发动机高空模拟试验202

5.1 高空模拟试验飞行环境控制技术发展202

5.2 飞行环境控制系统结构分析及模拟方法206

5.2.1 ATF高空台飞行环境模拟控制系统206

5.2.2 飞行状态模拟方法210

5.2.3 飞行环节模拟控制系统特性分析211

5.3 现代控制技术在飞行状态模拟中的应用215

5.3.1 高空台调节遵循的两个原则216

5.3.2 数字PID功能改进设计216

5.3.3 复合控制在进气压力控制的分析223

5.3.4 模糊控制在排气调压系统中的应用230

5.4 典型高空模拟试验科目的状态模拟方法242

5.4.1 核心机加温加压试验242

5.4.2 极限高度下小表速试验245

5.4.3 推力瞬变与加减速试验246

5.4.4 发动机风车、惯性起动试验247

5.4.5 等马赫数飞行试验249

5.5 高空模拟试验控制与调节仿真技术250

5.5.1 半物理仿真的作用250

5.5.2 半物理仿真系统概述251

5.5.3 阀门流量模拟数学模型255

5.5.4 混合器压力数学模型256

5.5.5 进气压力数学模型257

5.5.6 排气压力系统数学模型257

5.5.7 发动机流量变化数学模型258

5.5.8 供抽气机组空气质量流量模型258

5.5.9 模型精度分析259

5.5.10 半物理仿真系统中的软件设计260

5.5.11 半物理仿真中应注意的问题263

5.6 高空台发动机飞行机动模拟展望265

第6章 参数测量方法268

6.1 概述268

6.1.1 高空模拟试验测量参数类型268

6.1.2 GJB 241A—2010对参数测量精度的要求269

6.2 常规参数测量方法270

6.2.1 气流压力参数270

6.2.2 温度参数276

6.2.3 转速283

6.2.4 液体流量285

6.2.5 空气流量296

6.2.6 推力测量301

6.2.7 湿度测量304

6.2.8 面积／角度／位移参数测量307

6.3 动态参数测量方法310

6.3.1 振动310

6.3.2 动应力316

6.3.3 脉动压力320

6.3.4 动态测试系统321

6.4 特种参数测量方法322

6.4.1 滑油颗粒在线检测322

6.4.2 气路碎屑检测324

6.4.3 加力火焰监测325

6.4.4 叶尖间隙测量327

6.5 高空台特种试验参数测量329

6.5.1 进气畸变参数测量329

6.5.2 吞水试验参数测量332

6.5.3 结冰试验参数测量333

6.6 高空台数据采集与信息管理系统335

6.6.1 数据采集系统组成335

6.6.2 试验信息管理系统功能与组成337

6.7 发动机测试的关键技术与发展趋势339

6.7.1 测试关键技术339

6.7.2 测试技术发展趋势341

6.8 小结342

第7章 高空台试验性能评定方法343

7.1 发动机试验性能评估的主要参数343

7.2 高空台试验性能的影响因素分析343

7.2.1 高空台试验条件344

7.2.2 高空台试验性能确定数学方法346

7.3 高空台主要性能参数的确定方法348

7.3.1 试验测试数据预处理348

7.3.2 发动机转速350

7.3.3 发动机空气流量确定方法350

7.3.4 发动机高空台试验推力确定方法351

7.3.5 发动机燃油消耗率确定方法356

7.4 高空台主要性能参数的修正方法356

7.4.1 试验性能参数的修正方法概述356

7.4.2 相似换算修正357

7.4.3 小偏差分析法369

7.4.4 系数修正法371

7.5 典型示例分析380

7.5.1 引气和功率提取对发动机性能的影响380

7.5.2 涡轮导向器喉道面积变化对发动机性能的影响381

7.5.3 喷口面积变化对发动机性能的影响383

7.6 高空台试验稳态性能评定方法385

7.6.1 评定依据385

7.6.2 评定内容385

第8章 计量标定与主要性能参数的不确定度387

8.1 不确定度分析388

8.1.1 术语、符号388

8.1.2 测量不确定度的分析方法392

8.1.3 测量误差393

8.1.4 测量误差估计399

8.1.5 测量误差合成400

8.1.6 数学模型401

8.1.7 评定方法404

8.1.8 基本测量误差对间接测量参数的传递407

8.1.9 测量不确定度408

8.1.10 校准前后分析412

8.1.11 不确定度报告412

8.1.12 间接测量参数测量过程中的不确定度分析414

8.1.13 测量误差与测量不确定度的主要区别417

8.2 计量标定418

8.2.1 概述418

8.2.2 压力418

8.2.3 温度425

8.2.4 推力429

8.2.5 燃油流量436

8.2.6 转速438

8.2.7 湿度440

8.2.8 面积443

8.2.9 发动机进气界面447

8.2.10 空气质量流量453

8.2.11 发动机进口总压456

8.2.12 发动机进口总温457

8.3 确定与评估主要性能参数的不确定度457

8.3.1 测试方案457

8.3.2 测试布局458

8.3.3 参数的测量458

8.3.4 发动机进口空气质量流量Wal的扩展不确定度459

8.3.5 发动机换算空气质量流量Wa,c的扩展不确定度461

8.3.6 发动机总推力Fg的扩展不确定度463

8.3.7 发动机飞行推力Fnc的扩展不确定度466

8.3.8 发动机换算燃油流量Wf,c的扩展不确定度468

8.3.9 发动机燃油消耗率SFC的扩展不确定度469

8.3.10 发动机高空性能试验的不确定度要求471

8.3.11 不确定度对发动机高空性能试验方法及程序的要求472

8.3.12 发动机试验前的测试系统准备473

8.3.13 发动机高空性能试验的有效性实时监控476

8.3.14 发动机高空性能试验不确定度报告477

8.3.15 关于不确定度相关问题的审查479

8.4 降低高空模拟试验不确定度的方法480

8.4.1 量程匹配法480

8.4.2 多路测量法481

8.4.3 分段校准法481

8.4.4 预载法482

8.4.5 相对测量法482

8.5 高空模拟试车台计量标定482

8.6 小结483

第9章 发动机高空模拟试验流程485

9.1 航空发动机需要经历的高空台试验阶段485

9.1.1 研究性高空试验485

9.1.2 高空模拟调试试验488

9.1.3 国家鉴定试验490

9.2 航空发动机高空台试验流程490

9.2.1 发动机上台准备491

9.2.2 连续气源高空台发动机试验491

9.2.3 暂冲式气源高空台试验流程简介506

第10章 高空台发动机进气压力畸变试验510

10.1 前言510

10.2 进气压力畸变511

10.2.1 概念及其产生原因511

10.2.2 进气压力畸变危害511

10.2.3 航空发动机的气动不稳定性513

10.2.4 高空进气压力畸变试验的优点514

10.2.5 高空进气压力畸变试验的局限515

10.3 进气压力畸变分析技术515

10.3.1 平行压气机模型515

10.3.2 进气总压畸变影响516

10.4 进气压力畸变参数及其计算方法517

10.4.1 气动界面517

10.4.2 降稳因子518

10.4.3 稳定裕度、可用稳定裕度和需用稳定裕度518

10.4.4 沿周向一个环面的畸变指数确定方法520

10.4.5 沿周向多个环面的畸变指数确定方法526

10.4.6 稳定裕度损失与畸变指数相关式527

10.5 高空台压力畸变试验方法研究528

10.5.1 高空台压力畸变试验点选取原则528

10.5.2 高空台压力畸变试验限制因素分析529

10.5.3 高空台压力畸变试验点531

10.6 高空台压力畸变试验测量方法534

10.6.1 测量探头布局方法534

10.6.2 数据采集系统536

10.6.3 数据采集及存储537

10.6.4 数据处理538

10.7 高空台压力畸变试验模拟装置539

10.7.1 孔板模拟器539

10.7.2 插板扰流器543

10.7.3 网格畸变模拟器548

10.8 畸变试验结果550

10.8.1 模拟板／模拟网试验结果550

10.8.2 移动插板试验结果551

10.9 讨论与分析551

10.10 高空台压力畸变检查性试验与发动机稳定性评定的关系552

10.11 高空摸索试验的发展和探索553

10.11.1 发展现状和瓶颈553

10.11.2 现有高空模拟试验技术和方法的规范553

10.11.3 进气畸变试验技术发展展望554

第11章 高空模拟试验仿真技术555

11.1 概述555

11.2 高空台系统仿真556

11.2.1 系统仿真平台的分析557

11.2.2 系统仿真平台的搭建559

11.2.3 系统仿真平台的构成561

11.2.4 高空台系统仿真平台的建模思路562

11.2.5 开展系统仿真应用关键技术563

11.3 高空模拟试验数值仿真566

11.3.1 高空模拟试验对数值仿真技术的需求566

11.3.2 数值仿真技术在高空模拟试验中的应用567

11.4 高空模拟试验物理仿真系统569

11.5 可视化与视景仿真技术571

11.5.1 可视化技术571

11.5.2 视景仿真技术572

11.6 多学科协同仿真参数优化573

11.7 小结573

第12章 航空发动机高空模拟试验发展展望575

12.1 高空模拟试车台系统技术575

12.2 高空模拟试验发展需求576

12.3 推进系统发展对高空模拟试验设备的需求578

12.4 高空模拟试验技术发展方向578

12.4.1 试验技术与课题研究578

12.4.2 测试及状态控制技术580

12.4.3 网络及信息化技术581

12.4.4 虚拟试验技术581

12.4.5 节能、减排技术582

12.5 高空模拟试验的自动化、综合化和智能化583

12.6 高空台能力建设583

12.6.1 硬件能力的发展要求583

12.6.2 软实力的重点发展方向584

12.7 结束语585

参考文献586