[科普中国]-气动流场

简介

航空发动机试车台在进行建造和主体改造之前的设计阶段，必须充分考虑气动力和流场品质等方面的要求。由于现代军机和民用发动机的尺寸和空气流量不断增加，试车间流量和尺寸也要求较大。对于露天试车台来说，需要更多的考虑到气象条件对气动和流场的要求，这些都是造成相应的设计难度和投资风险增大的原因。根据国外一些先进试车台的调查情况，对照国内发动机试车台的设计资料，可以看出对试车台气动力和流场要求的侧重点已出现一些显著的变化。因此，有必要对试车台的气动流场作专门的研究和讨论。

参数指标均匀性指标罗·罗公司在对发动机与飞机进气道匹配问题的研究中，为确定进气道带来的流场分布不均匀状况，采用了总压畸变指数这一指标。借助此概念，我们可以定义试车间某一截面处的局部总压畸变度D：

式中P表示测量截面上各点的局部总压， 和q分别表示测量截面上的平均总压和平均动压。

将整个流场截面上局部总压畸变度的最大值和最小值表示如下：

可以通过吹风试验来实测试车间总压畸变度D的分布状况，通过控制和获得流场均匀性很好的车台设计方案。罗罗公司曾利用多点组合式测压耙来测量缩尺比例飞机进气道模型的压力畸变图谱，进而制造出畸变板来试验发动机的抗畸变性能。对于试车台设计中的流场畸变分析则未见有关报道，分析认为采用合理的进排气设计和导流层板可以明显减小畸变的影响，但大的畸变是绝对不允许的。国内在试车台建造过程中曾发生过发动机进气道前流场有大涡旋而造成试车台不能投入使用的问题。

稳定性指标室内试车台设计对流场品质影响较大的另一个重要参数是旁路比a，即引射系数，a的定义如下：

式中表示试车间的总空气流量，表示进入发动机的空气流量。

研究发现a值至少应大于0.8，否则发动机进口气流不稳定，对发动机试车质量和安全造成很大的影响。解决试车间气动问题行之有效的方法是设计前采用一定比例试车间吹风模型来进行研究。具体的方法是做一带进气和排气塔的试车台模型，对有无发动机工作通过吹风来实测试车间的流场特性，发动机工作模拟采用通气和喷流模型。这样在正式设计开始之前基本掌握了试车台的气动特性，也就极大地减小了建台风险。1