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中国突破涡扇发动机反推力风洞试验技术

 中国首次TPS反推力试验2月26日在中国空气动力研究与发展中心低速所8米×6米风洞成功进行。陆媒《新华网》据此报道称,此举标志着中国从此具备TPS正反推力风洞试验能力,对中国飞行器尤其是大型飞机的研制具有重要意义。

据悉,TPS英文全称为Turbofan-Powered-Simulater,即涡扇动力模拟,是大型涡扇发动机必须进行的一项试验。由于发动机的动力输出会影响飞行器的气动特性,风洞试验成为国际公认的验证和优化飞行器气动外形和发动机设计的最佳途径。TPS风洞试验是低速风洞试验技术中最为复杂的部分。中国空气动力研究与发展中心低速所从上世纪末开始,一直致力于相关技术研究,并于2007年成功完成中国国内首次TPS正推力风洞试验。相比正推力模拟,反推力模拟需要测试和监控的信号更多,对测试仪器微型化、监控报警系统的要求更高。随着中国大型飞机的立项,建立配套的TPS反推力风洞试验技术已是当务之急。

空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视,不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。


中国“太行”发动机

资料显示,中国TPS反推力研究项目始于2009年。研究过程中,中国科研人员先后完成高压供气系统和杆式测力天平、监视报警系统等核心设备的研制和校准,解决空气桥温度影响修正、反推试验方法与流程、流量精细控制测量等十余项关键技术难题,并历时一年完成分系统调试和综合联调,成功在8米×6米风洞中形成试验能力。试验结果表明,这项试验技术能够很好地模拟发动机的各种动力输出状态,系统研究发动机对飞行器气动特性的影响,获得的数据精度满足型号研制需求,全力支撑中国飞行器尤其是大型飞机的飞机—发动机一体化设计。

反推力装置(又称反推器)是现代大型飞行器必备的设备。顾名思义,它是产生与飞机飞行方向相反推力的设备,其作用与发动机正常工作时的作用正好相反。发动机工作时,大量的气体(高温燃气或空气)以高速度向后喷出,产生与飞机飞行方向一致的推力,推动飞机克服空气的阻力而向前飞行。反推力装置则是将喷出的发动机气体折向发动机前方,使气体向发动机前方喷出,产生与飞机飞行方向相反的力,即反推力。在飞机上很难做到,将排出发动机的气流折转180度与飞机运动方向完全一致,一般采用折流板挡住排气流,使气流斜着向前喷出。

美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程:“星球大战”计划中,就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。的确,如果不先在空气动力学上获得重大突破,这个将耗资1万亿美元的超级工程,很多关键技术将无法解决。紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中,也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。

前苏联在“十月革命”胜利后的第二年,列宁(Lenin)就下令组建了国家空气动力研究机构:中央流体动力研究院,并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基(Ru Mike J J Ki)担任院长,这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。二次大战之前,斯大林(Stalin)曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。与美国相比,前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色,甚至在许多方面都领先于美国,它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。

英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家,然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截,于是两国重振旗鼓、奋起直追。在战后第二年,法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起,组建了国家空气动力研究机构,并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心,堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。曾经发明了世界上第一座风洞的英国人更是不甘落后,除了政府加强对空气动力学的领导规划之外,充分利用大学进行基础学科的研究。据有关资料透露,在英国的46所大学里,至少有30个以上高水平的空气动力研究试验室。

除此之外,日本在战后受到限制的情况下,航空工业曾有过长达8年的空白。但在此期间,其基础研究:空气动力学则进展神速。仅60年代,就先后仿制出11种飞机,自行设计8种飞机。

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