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主题:【原创】邓特色,其一开始就公开宣扬:自己是开历史倒车 -- 海纳

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家园 说说高空台

高空台全称“航空发动机高空模拟试车台”,是可以在地面模拟航空发动机空中工作环境条件,并获取发动机高空性能/特性等实验数据的大型实验设备。简而言之,就是在地面人工制造高空飞行条件,使安装在地面的发动机如同在高空工作一样,从而验证和考核发动机性能是否满足设计需求,比如它可以模拟0~30000米高空飞行环境,也可以模拟0~3马赫的速度。

在没有高空台的情况下,一般是将多发大型运输机、轰炸机改装成飞行台来进行发动机飞行试验,但飞行台的飞行高度一般不超过11000米,飞行速度低于0.85马赫,这对先进发动机研究远远不够。同时,由于飞行台工作效率和空间限制,试验周期很长,危险性也很大。

美国国防部和NASA经过对各种航空发动机的研发过程进行调查统计后得出结论,一台现代航空发动机在5~6年的研制周期中,高空实验要进行5000多小时,平均一天3小时。据英国统计,仅仅2周的高空台试验工作量就相当于300次飞行试验。英国上世纪50年代研制发动机时,本计划用火神轰炸机改装的飞行试验台进行试验,一次试验中发动机起火,导致试飞平台坠毁,无奈之下,英国人启用了高空台,结果他们惊喜的发现,原计划一年的飞行试验,在高空台上仅仅用了1个月,这使高空台显示出它极大的价值,并坚定了英国人对高空台的发展的信心。

1937年,德国建立起第一座冲压式发动机高空试验设备。1943年,美国在克利夫兰建立了世界上第一座真正意义上的发动机高空模拟风洞,模拟高度达到16000米,模拟速度达到810km/小时,试验段直径6.1米,曾用于多种活塞发动机的试验。上世纪40年代末,世界航空发动机进入喷气时代,1947年,美国在刘易斯飞行试验推进实验室建设了世界上第一个真正的高空台。

二十世纪40年代至60年代中期是航空科技蓬勃发展阶段,航空涡轮喷气发动机的诞生和发展使飞机突破了音障,并很快发展到两倍以上的音速,在这段时间内,美国建立近10个试验基地,拥有10座高空台,包括几十个高空试验舱。英国建立了3个发动机试验基地,拥有3座高空台,5个高空试验舱。法国建立了一个试验基地,4个高空试验舱。前苏联也建立了一个试验基地,4个高空试验舱。这其中,美国空军阿诺德工程发展中心(AEDC)在1956年耗资7870万美元,建成了世界上第一座推进风洞16T和16S。这是全世界第一座进行全尺寸进气道/发动机/尾喷管联合试验的高空台,能非常真实地模拟飞行时的状态。

80年代,美国投资6.5亿美元,花了近10年时间,在AEDC进行大规模技术改造,在90年代建成了目前世界上最大的航空发动机高空台(AST),舱体直径达8.5米,长度为26米,总空气流量为725kg/s,供气温度从-100℃至800℃;冷却用循环水量达40000立方米/小时,软化水处理能力为70000立方米/小时。

苏联为了适应大型民用涡扇发动机试验研究的需要,80年代末,中央航空发动机研究院(CIAM)决定在杜拉夫耶村基地增建一个直径为10米的特大型高空试验舱,并继续扩建其气源能力。该项目原定1999年投产。后因苏联解体,国家经济困难而中途暂停。

同期,日本和印度也各自投资10亿美元在90年代末启动了各自的航空动力装置试验基地建设计划。

中国的高空台起步是比较早的。早在1958年就开始着手进行航空涡轮发动机高空模拟试验设备的建设,当时是与苏联合作,但无奈中苏关系恶化,苏联中断了技术支持,只能靠自己独立研究。

1964年,聂荣臻元帅指出:“要抓紧空气动力中心和高空模拟试车台的建设,若再迟迟不动,将来必将造成大的被动。”

1965年,624所从606所分出,开始在四川江油建设以高空模拟试车台为中心的中国航空动力装置试验研究基地。至70年代末,基地的大部分零部件试验设备陆续建成投产,并开始承担试验研究任务。85年完成SB101高空台一期工程直接排大气调试,86年开始WP13AⅡ发动机考核试验,90年完成二期工程排气冷却器设备安装,1995年12月,SB101高空台完成总体调试通过国家验收,从1965年开始,整整30年。

SB101高空台设备规模在世界上是继美、俄、英、法后居第五位,被称为“亚洲第一台”。1996年,SB101高空台荣获“95全国十大科技成就奖”,1997年荣获“国家科学技术进步特等奖”。

624所在101基础上,研发建造了2号高空舱,此外为了满足涡轴涡桨发动机研制需求,建成SB121高空台。

SB101高空台舱内直径3.7米,长22米,可测最大推力200千牛。整个高空台,主要包括供气系统,试验舱,排气冷却系统,抽气系统和其他附属装置。

供气系统向试验舱内发动机提供合适的温度压力湿度和流量空气,包括压气机,加温器,干燥及降温装置,混合器,相应的辅助系统和调温调压阀门等。压气机由14台离心式压缩机组成,最大供气量达350kg/s,最大供压达4.5个大气压。加温器能够把流量近70kg/s的空气加热至500°C,加温器(冲天炉)运行一天所消耗的天然气相当于一个中小城市(44万户家庭)一天的消耗量,降温装置能够把流量50kg/s的空气从常温降到-70°C,其制冷量足够一个百万人口的城市在整个夏天每人都能享受空调。

排气系统包括排气扩压器,排气冷却器和抽气机(或称引射器),及各种串并连接管道及阀门等,其中抽气机最大抽气容积流量达到27000立方米/分钟,可以在3分钟内抽光鸟巢内部空气,使其被大气压压垮。

高空台的压气机,降温设备,泵,阀门,抽水机等许多设备都需要电力驱动,试车时耗电量惊人,是名副其实的电老虎,SB101高空台总装机容量17万千瓦,一天用电量相当于250万人口的中型城市一天的生活用电量,为了缓解高空台启动时对居民和工业用电的影响,试验一般安排在后半夜进行,并与当地电力部门协调好防止跳闸。

为了冷却大量的高温设备和调节发动机进口空气湿度,高空台还需要大量淡水。为了防止管道结垢堵塞和异物进入,必须是软化过滤处理的纯净水,SB101高空台试验时的日耗水量相当于一个450万人口的大型城市日用水量,为了满足高空台需要,专门在临近高空台的一座小山上修建了一座近百亩的小型水库,试验时先用水泵将水抽入水库,再通过直径1米的输水管道进入高空台。

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