[科普中国]-高空试验台

简介

航空发动机高空模拟试验台(简称高空台)是在地面上模拟飞机整个飞行包线范围内的各种飞行状态,对发动机及其部件进行试验的大型试验设备。高空台在国防工业中,尤其在航空发动机发展中所起的作用是巨大的1。

高空试验台建造的目的及意义高空发动机的种类很多，推力范围也很大。单以化学推进剂发动机为例，卫星与天空实验室姿控发动机的推力就有 1.96~490N。所有火箭发动机的排气都具有高温、高速、大质量流的特点。如双组元发动机燃气的总温高达 3000~4000K，燃气速度高达 3000m/s 以上。姿控发动机的排气量为 10~800kg/h，虽然相对运载发动机来说小些，但些类发动机通常需进行高真空度试验。

高空与空间环境条件直接影响火箭发动机的工作性能、热状态、可靠性及工作寿命。因此在正式飞行前，通常要在环境模拟设备中（一般指高空试验台）对发动机进行多次研究性或鉴定性试验。这是火箭发动机高空模拟试验最基本的项目之一，通常称为“高空试车”。火箭发动机高空模拟试验，是指在地面试验设备中创造一个近似高空条件的环境，使发动机在这个环境里工作，进行其性能、可靠性及工作寿命等各种试验。

高空模拟和姿态控制火箭发动机试验技术按其试验内容按目的不同，可分成两种类型。一是正常性试验，如：发动机在额定工况条件下的性能试验；或模拟高空条件下的点火启动试验；或考核发动机结构强度试验等。二是特殊条件的非正常性试验，如：当发动机入口介质温度和压力变化时或控制阀门和自动器的氦气源压力变化时；或因环境温度不同进行发动机点火启动时；或失灵关机试验时等。

高空试验台发展史斯坦尼斯空间中心及推进试验联合体该联合体位于美国南密西西比，是最好的火箭推进试验和商业遥感中心，其试验台主要有单工位垂直点火试验台（最初是为试验阿波罗土星五号第二级设计的）、双工位垂直静态点火试验台、固液发动机试验台等，可进行地面稳态点火试车、垂直点火高空稳态试车、大型液氧/液氢发动机及液氧/煤油发动机试验，试件最大直径 10.06m，最大推力 4.89T2。

马歇尔空间飞行中心马歇尔空间飞行中心是最大的中心之一，有 40 多个试验装置，能进行所有类型的火箭和空间运输技术试验(从小的组合件到发动机整机)。它有三个试验区，主要试验装置有先进发动机试验装置(4670 试验台，是世界上仅有的大型液体火箭发动机试验台，曾用于试验美国最大火箭"土星"的第一级)、氢冷流试验装置(4626 试验台，测量通道：750 个数字通道，108 个模拟通道)、试验台组合件试验台、试验台五工位固液发动机和发动机组合件试验装置等，最大能进行 6.664T 推力液氧/煤油发动机试车，经过改造可适应 13.328T 推力试车。

白沙试验场作为休斯敦约翰逊空间中心的组成部分，拥有较大的液体火箭推进系统的空间模拟真空点火能力。垂直高空模拟试验台，内有三个平台用于试件进出。真空试验舱：直径 10m，高 11.6m(延伸为 17.7m)，该试验台设计承载推力为 227KN；最大的发动机出口直径为 122mm；可进行单台发动机的高空模拟试验，其模拟高度为23Km，试验台的测试设备具有 256 路高速数字通道和 4 路模拟通道；数据处理和试验控制时序的实际时间准确到 10ms 范围内；推力测量准确到 0.5N；试验过程中用闭环电视摄影。水平高空模拟试验台，能试验单台发动机，也能试验多发动机试验件。真空舱：直径 3.35m，长 11.9m；最大试件尺寸：直径 2.13m，长 7.6m。这些高空发动机试验台采用蒸汽引射和二次喉道扩压器，进行高空压力模拟试验。试验台的布局采用两座水平式试验台并列为一组，每组共用一套引射器系统。两组分别布置在试验场地的南北两地，彼此相距约 460m；在距每组试验台约 300m 处设有控制间。它们于 1959年交付使用，试验台共完成了 3300 次以上的高空点火试验。