文/陳光
9.4.1、進氣道試驗
研究飛行器進氣道性能的風洞試驗（見圖9-1、）。 一般先進行小縮比尺寸模型的風洞試驗， 主要是驗證和修改初步設計的進氣道靜特性。
然後還需在較大的風洞上進行1/6或1/5的縮尺模型試驗， 以便驗證進氣道全部設計要求。 進氣道與發動機是共同工作的， 在不同狀態下都要求進氣道與發動機的流量匹配和流場匹配， 相容性要好。
實現相容目前主要依靠進氣道與發動機聯合試驗。
9-1、風洞中的飛機模型
9.4.2、壓氣機試驗
對壓氣機性能進行的試驗。 壓氣機性能試驗主要是在不同的轉速下， 測取壓氣機特性參數（空氣流量、增壓比、效率和喘振點等）， 以便驗證設計、計算是否正確、合理， 找出不足之處， 便於修改、完善設計。 壓氣機試驗可分為：
圖9-3、壓氣機試驗器簡圖
a）壓氣機模型試驗：用滿足幾何相似的縮小或放大的壓氣機模型件， 在壓氣機試驗臺上按任務要求進行的試驗。
b）全尺寸壓氣機試驗：用全尺寸的壓氣機試驗件在壓氣機試驗臺上測取壓氣機特性， 確定穩定工作邊界， 研究流動損失及檢查壓氣機調節系統可靠性等所進行的試驗。
c）在發動機上進行的全尺寸壓氣機試驗：在發動機上試驗壓氣機， 主要包括部件間的匹配和進行一些特種試驗， 如側風試驗、葉片應力測量試驗和壓氣機防喘系統試驗等。 典型的壓氣機試驗器見圖9-3、圖9-4。
圖9-4、壓氣機試驗器外形圖
9.4.3、平面葉柵試驗
平面葉柵試驗又稱二元葉柵試驗。 在平面葉柵風洞試驗器上對不同葉型和不同葉型參數的葉柵試驗件進行吹風， 測取葉柵特性。
主要試驗目的有兩個：一是瞭解葉柵性能， 二是為平面葉柵流場計算程式提供驗證資料。
平面葉柵試驗分壓氣機平面葉柵試驗和渦輪平面葉柵試驗。 由於用理論方法求解二元葉柵流場的複雜性，
20世紀50年代初期， NACA（美國國家航空和宇航局前身）採用了有效的風洞邊界層控制技術， 大大促進了葉柵研究， 使試驗結果具有實際的使用意義。
平面葉柵試驗主要解決二元葉柵中的葉型繞流和葉型性能問題， 它不能反映實際環形通道中流場沿展向的變化， 更不能反映葉輪旋轉所涉及的特有的流動問題。 這些是平面葉柵試驗的局限性。 平面葉柵試驗裝置見圖9-5。
圖9-5、平面葉柵試驗裝置
9.4.4、燃燒室試驗
在專門的燃燒室試驗設備上，類比發動機燃燒室的進口氣流條件（壓力、溫度、流量），進行的各種試驗。主要試驗內容有：燃燒效率、流體阻力、穩定工作範圍、加速性、出口溫度分佈、火焰筒壁溫與壽命、噴嘴積炭、排氣污染、點火範圍等。
由於燃燒室中發生的物理化學過程十分複雜，目前還沒有一套精確的設計計算方法。因此，燃燒室的研製和發展主要靠大量試驗來完成。
根據試驗目的，在不同試驗器上，採用不同的模擬準則，進行多次反復試驗並進行修改調整，以滿足設計要求，因此燃燒室試驗對新機研製或改進改型是必不可少的關鍵性試驗。
按試驗件形狀可分為單管試驗（用於分單管燃燒室）、扇形試驗（用於聯管燃燒室和環形燃燒室）、環形試驗（用於環形燃燒室）。
與燃燒室試驗有關的試驗還有：
a）冷吹風試驗
研究氣流流經試驗件時的氣動特性和流動狀態的試驗；
b）水力類比試驗
根據流體運動相似原理，以水流代替氣流，研究試驗件內部各種流動特性的試驗；
c）燃油噴咀試驗
這是鑒定噴咀特性的試驗；
d）燃氣分析
對燃燒室燃燒後的氣體的化學成分進行定性、定量分析；
e）壁溫試驗
模擬燃燒室的火焰筒壁面冷卻結構，對不同試驗狀態下的壁面溫度和換熱情況進行測量和分析；
f）點火試驗
研究燃燒室點火和傳焰性能的一種試驗。
9.4.5 渦輪試驗
幾乎都採用全尺寸試驗。渦輪試驗一般不類比渦輪進口壓力、溫度，試驗時，渦輪進口的溫度和壓力較實際使用條件低得多。
因而，通常都只能進行氣動模擬試驗，即進行渦輪氣動性能的驗證試驗和試驗研究。與渦輪試驗有關的試驗還有：高溫渦輪試驗、渦輪葉片冷卻效果試驗。
9.4.6、加力燃燒室試驗
研究加力燃燒室燃燒效率、流體損失、點火、穩定燃燒範圍是否滿足設計要求以及結構強度、操縱系統與調節器聯合工作等性能的試驗。按設備條件可分為全尺寸加力燃燒室地面試驗，模擬高空試車台和飛行台的加力試驗。
全尺寸加力燃燒室地面試驗一般選用成熟合適的發動機作主機，以改型或新設計的全尺寸的加力室作試驗件，進行地面台架狀態或類比狀態試驗。確定加力燃燒室的性能及結構強度，為整機試驗創造條件，縮短整機研製週期，在性能調整試驗基本合格後再與原型機聯試。
加力燃燒室高空性能（如高空的推力、耗油率、飛行包線內點火和穩定燃燒）的試驗，應在高空模擬試車台和飛行臺上進行。
9.4.7、尾噴管試驗
用全尺寸或縮尺模型的單個尾噴管在試驗設備上類比各種工作狀態、測取性能資料，考核是否達到設計要求的試驗。
圖9-6、發動機地面室內試車台測力台架
按試驗內容分為：
a）結構試驗：主要考驗機械構件、調節元件、操縱機構的工作可行性。除用單個部件模擬試驗外，主要是在整機上對全尺寸尾噴管作地面、模擬高空試驗及飛行試驗。
b）性能試驗：分內流試驗和外流干擾試驗。該試驗可作縮尺模型和全尺寸部件類比試驗或整機試驗。縮尺模型試驗不能完全類比真實流動和幾何形狀，只適於作方案對比和機理探討。
此外，還有附件試驗、強度試驗等。強度試驗包括：葉片振動疲勞試驗（圖9-6）、葉片包容試驗、渦輪葉片熱衝擊模擬試驗、發動機超速試驗、發動機超溫試驗、發動機低迴圈疲勞試驗、外物吞咽試驗、輪盤超轉破裂試驗（圖9-7）等。
圖9-7、高架露天試車台
9.5、整機地面試驗
整機地面試驗一般在專用的發動機地面試車臺上進行，包括露天試車台和室內試車台兩類，其中露天試車台又包括高架試車台和平面試車台。發動機地面室內試車台由試車間、操縱間、測力台架（圖9-6）和試車台系統等組成。
試車間包括進氣系統、排氣系統和固定發動機的台架。對於噴氣發動機、渦輪風扇發動機，台架應包括測力系統，對於渦輪軸和渦輪螺旋槳發動機測應包括測扭（測功）系統。
試車間內要求氣流速度不大於10米/秒，以免影響推力的測量精度；進排氣部分力求做到表面光滑，氣流流過時流動損失儘量少。圖9-7示出的是高架露天試車台，與地面室內試車台相比，它除了沒有試車間外，其它設備如操縱間、測力台架、試車台系統等均一應俱全。
9.6、高空模擬試驗
高空模擬試驗是指在地面試驗設備上，類比飛行狀態（飛行高度、飛行馬赫數）和飛行姿態（攻角、側滑角）以及環境條件對航空發動機進行穩態和瞬態的性能試驗。簡而言之，就是在地面人工“製造”高空飛行條件，使安裝在地面上的發動機如同工作在高空一樣，從而驗證和考核發動機的高空飛行特性。
隨著飛機飛行高度、速度的不斷提高，發動機在整個飛行包線（發動機正常工作的速度和高度界限）範圍內的進氣溫度、壓力和空氣流量等參數有很大變化。這些變化對發動機內部各部件的特性及其工作穩定性，對低溫低壓下的點火及燃燒，對發動機的推力、耗油率和自動調節均有重大影響。
發動機在高空的性能與地面性能大不相同。影響發動機結構強度的最惡劣的氣動、熱力負荷點已不在地面靜止狀態條件下而是在中、低空高速條件下，如中空的馬赫數為2.5～3.0，接近地面的低空馬赫數為1.2～1.5。
在這種情況下，發展一台新的現代高性能航空發動機，除了要進行大量的零部件試驗和地面台試車之外，還必須利用高空台進行整個飛行包線範圍內各種類比飛行狀態下的部件和全台發動機試驗。
高空模擬試車台，就是地面上能夠模擬發動機于空中飛行時的高度、速度條件的試車台，它是研製先進航空發動機必不可少的最有效的試驗手段之一。
據美國國防部和NASA（美國國家航空和宇航局）聯合調查組宣稱，一個現代航空發動機的研製計畫，在5～6年的週期中，高空試驗要進行5千多小時，並要用3～4個試驗艙。
正因為如此，從20世紀40年代中期開始，美、英、蘇、法等國家，均不惜花費巨額投資，相繼建立了約100個高空艙和推進風洞，進行了大量的試驗研究工作，這對迅速提高發動機研製水準起了重大作用。
圖9-5、平面葉柵試驗裝置
9.4.4、燃燒室試驗
在專門的燃燒室試驗設備上，類比發動機燃燒室的進口氣流條件（壓力、溫度、流量），進行的各種試驗。主要試驗內容有：燃燒效率、流體阻力、穩定工作範圍、加速性、出口溫度分佈、火焰筒壁溫與壽命、噴嘴積炭、排氣污染、點火範圍等。
由於燃燒室中發生的物理化學過程十分複雜，目前還沒有一套精確的設計計算方法。因此，燃燒室的研製和發展主要靠大量試驗來完成。
根據試驗目的，在不同試驗器上，採用不同的模擬準則，進行多次反復試驗並進行修改調整，以滿足設計要求，因此燃燒室試驗對新機研製或改進改型是必不可少的關鍵性試驗。
按試驗件形狀可分為單管試驗（用於分單管燃燒室）、扇形試驗（用於聯管燃燒室和環形燃燒室）、環形試驗（用於環形燃燒室）。
與燃燒室試驗有關的試驗還有：
a）冷吹風試驗
研究氣流流經試驗件時的氣動特性和流動狀態的試驗；
b）水力類比試驗
根據流體運動相似原理，以水流代替氣流，研究試驗件內部各種流動特性的試驗；
c）燃油噴咀試驗
這是鑒定噴咀特性的試驗；
d）燃氣分析
對燃燒室燃燒後的氣體的化學成分進行定性、定量分析；
e）壁溫試驗
模擬燃燒室的火焰筒壁面冷卻結構，對不同試驗狀態下的壁面溫度和換熱情況進行測量和分析；
f）點火試驗
研究燃燒室點火和傳焰性能的一種試驗。
9.4.5 渦輪試驗
幾乎都採用全尺寸試驗。渦輪試驗一般不類比渦輪進口壓力、溫度，試驗時，渦輪進口的溫度和壓力較實際使用條件低得多。
因而，通常都只能進行氣動模擬試驗，即進行渦輪氣動性能的驗證試驗和試驗研究。與渦輪試驗有關的試驗還有：高溫渦輪試驗、渦輪葉片冷卻效果試驗。
9.4.6、加力燃燒室試驗
研究加力燃燒室燃燒效率、流體損失、點火、穩定燃燒範圍是否滿足設計要求以及結構強度、操縱系統與調節器聯合工作等性能的試驗。按設備條件可分為全尺寸加力燃燒室地面試驗，模擬高空試車台和飛行台的加力試驗。
全尺寸加力燃燒室地面試驗一般選用成熟合適的發動機作主機，以改型或新設計的全尺寸的加力室作試驗件，進行地面台架狀態或類比狀態試驗。確定加力燃燒室的性能及結構強度，為整機試驗創造條件，縮短整機研製週期，在性能調整試驗基本合格後再與原型機聯試。
加力燃燒室高空性能（如高空的推力、耗油率、飛行包線內點火和穩定燃燒）的試驗，應在高空模擬試車台和飛行臺上進行。
9.4.7、尾噴管試驗
用全尺寸或縮尺模型的單個尾噴管在試驗設備上類比各種工作狀態、測取性能資料，考核是否達到設計要求的試驗。
圖9-6、發動機地面室內試車台測力台架
按試驗內容分為：
a）結構試驗：主要考驗機械構件、調節元件、操縱機構的工作可行性。除用單個部件模擬試驗外，主要是在整機上對全尺寸尾噴管作地面、模擬高空試驗及飛行試驗。
b）性能試驗：分內流試驗和外流干擾試驗。該試驗可作縮尺模型和全尺寸部件類比試驗或整機試驗。縮尺模型試驗不能完全類比真實流動和幾何形狀，只適於作方案對比和機理探討。
此外，還有附件試驗、強度試驗等。強度試驗包括：葉片振動疲勞試驗（圖9-6）、葉片包容試驗、渦輪葉片熱衝擊模擬試驗、發動機超速試驗、發動機超溫試驗、發動機低迴圈疲勞試驗、外物吞咽試驗、輪盤超轉破裂試驗（圖9-7）等。
圖9-7、高架露天試車台
9.5、整機地面試驗
整機地面試驗一般在專用的發動機地面試車臺上進行，包括露天試車台和室內試車台兩類，其中露天試車台又包括高架試車台和平面試車台。發動機地面室內試車台由試車間、操縱間、測力台架（圖9-6）和試車台系統等組成。
試車間包括進氣系統、排氣系統和固定發動機的台架。對於噴氣發動機、渦輪風扇發動機，台架應包括測力系統，對於渦輪軸和渦輪螺旋槳發動機測應包括測扭（測功）系統。
試車間內要求氣流速度不大於10米/秒，以免影響推力的測量精度；進排氣部分力求做到表面光滑，氣流流過時流動損失儘量少。圖9-7示出的是高架露天試車台，與地面室內試車台相比，它除了沒有試車間外，其它設備如操縱間、測力台架、試車台系統等均一應俱全。
9.6、高空模擬試驗
高空模擬試驗是指在地面試驗設備上，類比飛行狀態（飛行高度、飛行馬赫數）和飛行姿態（攻角、側滑角）以及環境條件對航空發動機進行穩態和瞬態的性能試驗。簡而言之，就是在地面人工“製造”高空飛行條件，使安裝在地面上的發動機如同工作在高空一樣，從而驗證和考核發動機的高空飛行特性。
隨著飛機飛行高度、速度的不斷提高，發動機在整個飛行包線（發動機正常工作的速度和高度界限）範圍內的進氣溫度、壓力和空氣流量等參數有很大變化。這些變化對發動機內部各部件的特性及其工作穩定性，對低溫低壓下的點火及燃燒，對發動機的推力、耗油率和自動調節均有重大影響。
發動機在高空的性能與地面性能大不相同。影響發動機結構強度的最惡劣的氣動、熱力負荷點已不在地面靜止狀態條件下而是在中、低空高速條件下，如中空的馬赫數為2.5～3.0，接近地面的低空馬赫數為1.2～1.5。
在這種情況下，發展一台新的現代高性能航空發動機，除了要進行大量的零部件試驗和地面台試車之外，還必須利用高空台進行整個飛行包線範圍內各種類比飛行狀態下的部件和全台發動機試驗。
高空模擬試車台，就是地面上能夠模擬發動機于空中飛行時的高度、速度條件的試車台，它是研製先進航空發動機必不可少的最有效的試驗手段之一。
據美國國防部和NASA（美國國家航空和宇航局）聯合調查組宣稱，一個現代航空發動機的研製計畫，在5～6年的週期中，高空試驗要進行5千多小時，並要用3～4個試驗艙。
正因為如此，從20世紀40年代中期開始，美、英、蘇、法等國家，均不惜花費巨額投資，相繼建立了約100個高空艙和推進風洞，進行了大量的試驗研究工作，這對迅速提高發動機研製水準起了重大作用。