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。
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