瀚海狼山:烧钱巨兽高空台!一流世界大国的专属玩具!
2019-04-17 04:59:41
航空发动机高空模拟试车台,简称高空台。是能够模拟发动机空中飞行工作时进排气条件的地面试车台,承担着航空发动机从设计到定型中的大部分试验工作,对航空发动机的发展起着至关重要的作用。为满足新型航空动力装置的试验需求,世界各航空强国均不惜斥巨资建设高空模拟试验设备,加大力度开展飞行环境模拟控制建模仿真技术研究。例如位于美国田纳西州的空军阿诺德工程发展中心AEDC,是美国进行航空发动机高空性能试验的主要基地。可满足从小型巡航导弹发动机到推力30吨到50吨以上级别的民用和军用大型涡扇发动机各种地面模拟高空性能试车需求。目前该基地用于测试45吨以下发动机推力的高空试验舱2座;用于测试32吨以下推力的高空试验舱3座;用于测试23吨以下推力的高空试验舱2座;用于测试9吨以下推力的高空试验舱1座。这个9吨级实验舱主要测试超高速冲压发动机,与测试普通发动机的高空台不同。
瀚海狼山一直强调强大的航空工业和强大的造船工业,必须有强大的基础设施支撑。美俄的造船工业都在迅速衰退,就是和造船基础设施投入越来越少直接相关。而美国的航空工业,特别是军用航空仍然先进,就在于上世纪投入的基础设施的存量资产仍然世界第一。某方作为后来者,这方面起步比较晚,但是投资规模越来越大,但是要在短时间内赶上美国现有的基础水平,现在奋起直追也需要至少10到15年。只有基础设施追的差不多,在最终产品,也就是航空发动机这个关键大项目上,才能逐步把技术水平追到10年之内。其实某方在追赶的过程中,美国人也没闲着。他在这方面仍然有新的大手笔投入。美国国家航空航天局NASA在下属的格林研究中心推进系统实验室又新建成了两座22吨级的航空发动机高空台。除此之外,美国的通用电气GE和普惠PW两大航空发动机公司还自筹资金建设了若干座公司自有大型高空台,用于本公司航空发动机的先期研发。
高空台为何极端重要而且必不可少的?这是因为发动机的生产组装和性能试验一开始都是先在地面进行。但飞机和火箭发动机的最终工作环境却都在空中。随着飞机、导弹和火箭的飞行高度越来越高,速度越来越大,发动机在整个飞行包线内的进气温度,压力和空气流量等参数和地面环境相比都会有很大变化。在万米以上高度的高空飞行,空气变的稀薄,单位时间内的空气流量就相对降低。含氧量也大大不如地面环境。这些外界的变化对于发动机内部的特性和工作稳定性是有直接影响的。除了空气本身和氧气含量变的稀薄。高空同时温度低、压力低。低温低压下的点火和燃料燃烧就比地面困难的多,发动机推力和油耗率等指标,也会因为环境的不同发生变化。这些问题,都需要通过试验去模拟验证。但一款发动机正处于工程研制阶段,技术和设计都没有定型,若直接装配到飞行台,也就是试验飞机上去直接飞的安全性没有保证。而最好在地面上就可以模拟一下不同高度的工作状态,因此就需要高空台,在地面来模拟空中环境的变化时发动机的工作状态。若证明大部分包线下发动机可以正常工作。才会装到试飞飞机上进行实际飞行测试,这就是飞行台。而高空台实验阶段,几乎是所有发动机研制过程中都无法绕过的必经之路。
现代飞机研制都必须提前吹风洞。一开始都是整机外形先吹风洞。其实高空台就是发动机的专用试验“风洞”,其最早也是由飞机推进系统的试验风洞逐步发展而来的,早在1928年,美国就曾在兰利试验中心用老式的推进系统试验风洞对航空活塞发动机进行过吹风试验。1935年,英国皇家飞机公司研制出了世界上第一个专门用于推进系统研究的风洞,这个风洞是亚音速的低速风洞,而且是开式的,不是密封的。直径7.3米,为英国二战时期各种作战飞机发动机研制提供了宝贵的试验数据,被看做高空台的前身,。
高空台为何被称为烧钱怪兽呢?这是因为他一旦开动起来,就功率极大,极其耗电,而且要消耗大量的水。他有多么耗电耗水呢?两句话就能话明白:一旦开动,就和一个300万左右人口的大城市在夏季高温空调全开或者冬季最冷时节暖气全开时的用电功率消耗相当!
而一但开动时的耗水量,则相当于一个500万人口城市的当天总用水量。而且高空台所消耗的还不是自来水,而是经过高度净化的纯净水,需要专门在附近找一座山,然后在山顶上修一个容量高达100万立方米的水库,再修个净水厂为他做供水水源。
某方刚刚建成的可以试验25吨推力以下级别的高空台,不常开动的情况下,现在一年就能消耗掉一艘056A;3年就能消耗掉一艘054A的造价,不是大国真养不起。若是按照美国的试验频率,恐怕这消耗就奔052D去了。高空台是如何海量烧钱的呢?
前文说到,高空台其实就是一种专门试验航空和火箭发动机的特殊风洞,而他比测试飞机整体飞行性能的风洞更复杂,因此一旦运行,消耗的水电更加惊人。高空台一般分为连接式,自由射流式和推进风洞式等几种。连接式高空台主要用于模拟发动机压气机进口截面到尾喷管排气截面的发动机内部热力过程的,它是把进口空气直接输进压气机进口,因此得名。与连接式高空台仅能模拟发动机内部气流流动试验不同,自由射流高空台是把进气道和发动机连接在一起试验的,因为增加了气流通过进气道这一过程,它的模拟就比连接式更真实。推进风洞式高空台则更先进,它是把整个完整的发动机拿进闭式风洞试验舱进行试验,由于它是对完整的发动机进行试验,可以更逼真的反映发动机实际工作状态,但它个头也是最大,需要的试验舱气源功率也是最大,每次开车试验花的钱也更惊人!所以从经济和节约角度考虑,一般进行发动机试验时,都先用连接式和自由式尽量多的完成基础项目,最后再用推进风洞进行整机试验。
高空台的技术难度在哪?又是如何在短时间内烧掉相当于数百万人口大城市同期消耗的全部水电呢?以某型国产高空台为例,系统主要包括供气系统、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。它负责向试验舱内的发动机提供合适的温度压力湿度和流量空气,由14台离心式压缩机组成,最大供气量达350千克每秒,这个进气效率相当于3台太行发动机一起开动的吸气量,最大供压达4.5个大气压。其中的加温器能够把流量近70千克每秒的常温空气瞬间加热至500摄氏度,加温器,一般叫冲天炉,运行一天所消耗的天然气相当于200万人一天的全部消耗量!而降温装置能够把流量50千克每秒的空气从常温迅速冷却到零下负70度,其制冷量同样相当于200万人同时盛夏吹空调到20度以下,这种强制冷能力,是通过专门的膨胀涡轮达到的。
试验舱内装有被试验的发动机及附属系统,试验舱前舱保持发动机压气机截面上的气流条件,而后舱则模拟飞行高度的大气压和温度。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立方米每分钟,相当于可以在1分钟内抽光一个大型体育馆内的所有空气。整个系统还有配套的电,水和油系统,控制,数据采集系统等。由于整个系统一旦开动,耗电量和耗水量都相当巨大。一旦开动会对附近大范围的电网造成非常大的压力。因此大部分试验都被安排在电网负荷最小的后半夜进行。但是仍然会引发附近大城市的电力供应出现起伏。大国的这些系统,一般都安排在水源和水电资源都相当丰富的地区,就是要减少试验对大范围电网的压力。
随着某方综合国力的逐渐强大,目前已建成了多座高空试验舱。 例如最近在某省某阳市建成了国内最大的高空台试验基地,其舱体内径为5.7米,比先前国内最大的高空台的直径还要大2米,其高空舱前室可通过的最大常温空气流量约450公斤每秒,比1号舱还要多100公斤每秒!
最大抽气量47000立方米每分钟,也比1号舱多20000立方米每分钟。相当于可以一分钟内抽光鸟巢巨型体育场内的所有空气!可初步满足某方25吨以下推力航空发动机的地面试车需求。进步很大,当然一旦开动,其使用经费将更加惊人。但是和某超50吨推力的实验舱还差很多!不过满足现有的某扇15和某扇20国产大直径涡扇的现阶段试验已经足够。基础条件具备后,会大大加快某扇15和某扇20的定型进度。
瀚海狼山一直强调强大的航空工业和强大的造船工业,必须有强大的基础设施支撑。美俄的造船工业都在迅速衰退,就是和造船基础设施投入越来越少直接相关。而美国的航空工业,特别是军用航空仍然先进,就在于上世纪投入的基础设施的存量资产仍然世界第一。某方作为后来者,这方面起步比较晚,但是投资规模越来越大,但是要在短时间内赶上美国现有的基础水平,现在奋起直追也需要至少10到15年。只有基础设施追的差不多,在最终产品,也就是航空发动机这个关键大项目上,才能逐步把技术水平追到10年之内。其实某方在追赶的过程中,美国人也没闲着。他在这方面仍然有新的大手笔投入。美国国家航空航天局NASA在下属的格林研究中心推进系统实验室又新建成了两座22吨级的航空发动机高空台。除此之外,美国的通用电气GE和普惠PW两大航空发动机公司还自筹资金建设了若干座公司自有大型高空台,用于本公司航空发动机的先期研发。
高空台为何极端重要而且必不可少的?这是因为发动机的生产组装和性能试验一开始都是先在地面进行。但飞机和火箭发动机的最终工作环境却都在空中。随着飞机、导弹和火箭的飞行高度越来越高,速度越来越大,发动机在整个飞行包线内的进气温度,压力和空气流量等参数和地面环境相比都会有很大变化。在万米以上高度的高空飞行,空气变的稀薄,单位时间内的空气流量就相对降低。含氧量也大大不如地面环境。这些外界的变化对于发动机内部的特性和工作稳定性是有直接影响的。除了空气本身和氧气含量变的稀薄。高空同时温度低、压力低。低温低压下的点火和燃料燃烧就比地面困难的多,发动机推力和油耗率等指标,也会因为环境的不同发生变化。这些问题,都需要通过试验去模拟验证。但一款发动机正处于工程研制阶段,技术和设计都没有定型,若直接装配到飞行台,也就是试验飞机上去直接飞的安全性没有保证。而最好在地面上就可以模拟一下不同高度的工作状态,因此就需要高空台,在地面来模拟空中环境的变化时发动机的工作状态。若证明大部分包线下发动机可以正常工作。才会装到试飞飞机上进行实际飞行测试,这就是飞行台。而高空台实验阶段,几乎是所有发动机研制过程中都无法绕过的必经之路。
现代飞机研制都必须提前吹风洞。一开始都是整机外形先吹风洞。其实高空台就是发动机的专用试验“风洞”,其最早也是由飞机推进系统的试验风洞逐步发展而来的,早在1928年,美国就曾在兰利试验中心用老式的推进系统试验风洞对航空活塞发动机进行过吹风试验。1935年,英国皇家飞机公司研制出了世界上第一个专门用于推进系统研究的风洞,这个风洞是亚音速的低速风洞,而且是开式的,不是密封的。直径7.3米,为英国二战时期各种作战飞机发动机研制提供了宝贵的试验数据,被看做高空台的前身,。
高空台为何被称为烧钱怪兽呢?这是因为他一旦开动起来,就功率极大,极其耗电,而且要消耗大量的水。他有多么耗电耗水呢?两句话就能话明白:一旦开动,就和一个300万左右人口的大城市在夏季高温空调全开或者冬季最冷时节暖气全开时的用电功率消耗相当!
而一但开动时的耗水量,则相当于一个500万人口城市的当天总用水量。而且高空台所消耗的还不是自来水,而是经过高度净化的纯净水,需要专门在附近找一座山,然后在山顶上修一个容量高达100万立方米的水库,再修个净水厂为他做供水水源。
某方刚刚建成的可以试验25吨推力以下级别的高空台,不常开动的情况下,现在一年就能消耗掉一艘056A;3年就能消耗掉一艘054A的造价,不是大国真养不起。若是按照美国的试验频率,恐怕这消耗就奔052D去了。高空台是如何海量烧钱的呢?
前文说到,高空台其实就是一种专门试验航空和火箭发动机的特殊风洞,而他比测试飞机整体飞行性能的风洞更复杂,因此一旦运行,消耗的水电更加惊人。高空台一般分为连接式,自由射流式和推进风洞式等几种。连接式高空台主要用于模拟发动机压气机进口截面到尾喷管排气截面的发动机内部热力过程的,它是把进口空气直接输进压气机进口,因此得名。与连接式高空台仅能模拟发动机内部气流流动试验不同,自由射流高空台是把进气道和发动机连接在一起试验的,因为增加了气流通过进气道这一过程,它的模拟就比连接式更真实。推进风洞式高空台则更先进,它是把整个完整的发动机拿进闭式风洞试验舱进行试验,由于它是对完整的发动机进行试验,可以更逼真的反映发动机实际工作状态,但它个头也是最大,需要的试验舱气源功率也是最大,每次开车试验花的钱也更惊人!所以从经济和节约角度考虑,一般进行发动机试验时,都先用连接式和自由式尽量多的完成基础项目,最后再用推进风洞进行整机试验。
高空台的技术难度在哪?又是如何在短时间内烧掉相当于数百万人口大城市同期消耗的全部水电呢?以某型国产高空台为例,系统主要包括供气系统、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。它负责向试验舱内的发动机提供合适的温度压力湿度和流量空气,由14台离心式压缩机组成,最大供气量达350千克每秒,这个进气效率相当于3台太行发动机一起开动的吸气量,最大供压达4.5个大气压。其中的加温器能够把流量近70千克每秒的常温空气瞬间加热至500摄氏度,加温器,一般叫冲天炉,运行一天所消耗的天然气相当于200万人一天的全部消耗量!而降温装置能够把流量50千克每秒的空气从常温迅速冷却到零下负70度,其制冷量同样相当于200万人同时盛夏吹空调到20度以下,这种强制冷能力,是通过专门的膨胀涡轮达到的。
试验舱内装有被试验的发动机及附属系统,试验舱前舱保持发动机压气机截面上的气流条件,而后舱则模拟飞行高度的大气压和温度。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立方米每分钟,相当于可以在1分钟内抽光一个大型体育馆内的所有空气。整个系统还有配套的电,水和油系统,控制,数据采集系统等。由于整个系统一旦开动,耗电量和耗水量都相当巨大。一旦开动会对附近大范围的电网造成非常大的压力。因此大部分试验都被安排在电网负荷最小的后半夜进行。但是仍然会引发附近大城市的电力供应出现起伏。大国的这些系统,一般都安排在水源和水电资源都相当丰富的地区,就是要减少试验对大范围电网的压力。
随着某方综合国力的逐渐强大,目前已建成了多座高空试验舱。 例如最近在某省某阳市建成了国内最大的高空台试验基地,其舱体内径为5.7米,比先前国内最大的高空台的直径还要大2米,其高空舱前室可通过的最大常温空气流量约450公斤每秒,比1号舱还要多100公斤每秒!
最大抽气量47000立方米每分钟,也比1号舱多20000立方米每分钟。相当于可以一分钟内抽光鸟巢巨型体育场内的所有空气!可初步满足某方25吨以下推力航空发动机的地面试车需求。进步很大,当然一旦开动,其使用经费将更加惊人。但是和某超50吨推力的实验舱还差很多!不过满足现有的某扇15和某扇20国产大直径涡扇的现阶段试验已经足够。基础条件具备后,会大大加快某扇15和某扇20的定型进度。