第1章 绪论 1
1.1 航空发动机高空模拟试验 1
1.2 航空发动机高空模拟试验的特点 3
1.2.1 试验作用 3
1.2.2 试验内容及其复杂性 9
1.2.3 试验考核与评定 11
1.3 航空发动机高空模拟试验的分类 12
1.3.1 研究性试验 12
1.3.2 飞行前规定试验 12
1.3.3 定型试验 13
1.3.4 发动机改进改型及排故性试验 13
1.4 航空发动机高空模拟试验的机构与管理 13
1.4.1 美国航空发动机试验机构 13
1.4.2 欧洲主要航空发动机试验机构 14
1.4.3 亚洲航空发动机试验机构 15
1.4.4 重大试验设施的管理 15
1.5 航空发动机高空模拟试验发展的历史与趋势 17
1.5.1 世界航空发动机高空模拟试验发展 17
1.5.2 中国航空发动机高空模拟试验发展 23
第2章 高空模拟试车台的类型和功能 25
2.1 直接连接式高空模拟试验 26
2.1.1 基本原理 26
2.1.2 主要设备构成 27
2.1.3 功能 28
2.1.4 分类 30
2.1.5 国内外相关设备简介 32
2.2 全尺寸飞机进气道与发动机联合试验 39
2.3 自由射流式高空模拟试验 41
2.3.1 基本原理 41
2.3.2 主要设备构成 43
2.3.3 功能 45
2.3.4 国外相关设备简介 47
2.4 半自由射流式高空模拟试验 49
2.5 管道—喷管式高空模拟试验 52
2.6 推进风洞试验 53
2.6.1 功能 53
2.6.2 主要设备构成 55
2.6.3 AEDC的推进风洞试验系统 56
2.6.4 推进风洞试验设备若干问题 59
第3章 航空发动机高空模拟试车台的主要关键设备 62
3.1 航空发动机研制对高空模拟试验设备和技术的要求 62
3.2 中国SB101航空发动机高空模拟试验设备 62
3.3 高空台主要关键设备的特性 64
3.3.1 气源站 64
3.3.2 高空试验舱 70
3.3.3 排气冷却系统 78
3.4 典型直连式航空发动机高空模拟试验设备（SB101） 83
3.4.1 SB101组成原理 83
3.4.2 气源 83
3.4.3 试验舱 86
3.4.4 排气和冷却系统 91
3.4.5 试车工艺系统 94
3.5 航空发动机高空模拟试验设备的展望 94
第4章 直接连接式高空台试验技术 96
4.1 航空发动机高空模拟试验的实现 96
4.1.1 发动机工作包线与飞机飞行包线 96
4.1.2 飞行模拟参数的确定 98
4.1.3 发动机的基本特性 107
4.1.4 模拟参数对发动机性能的影响 110
4.2 高空稳态性能试验 113
4.2.1 概述 113
4.2.2 试验内容 113
4.2.3 试验条件 115
4.2.4 试验要求 117
4.2.5 试验程序 120
4.2.6 发动机各推力（功率）调节状态工作稳定性检验 120
4.2.7 航空发动机稳态性能参数 121
4.2.8 发动机模拟高空稳态性能试验合格标准 121
4.3 推力瞬变试验 122
4.3.1 概述 122
4.3.2 试验目的 123
4.3.3 试验内容 123
4.3.4 试验的标准条件 124
4.3.5 试验的非标准条件 125
4.3.6 试验的基本要求 126
4.3.7 基本试验方法 126
4.3.8 试验合格标准 128
4.4 功能试验 129
4.4.1 概述 129
4.4.2 试验目的 129
4.4.3 试验方法 130
4.4.4 高空功能试验的综合评定 132
4.4.5 高空功能试验的最终结果 133
4.5 起动与再起动试验 133
4.5.1 概述 133
4.5.2 起动原理 133
4.5.3 起动分类 134
4.5.4 起动限制及要求 135
4.5.5 试验目的 137
4.5.6 试验方法 137
4.5.7 试验结果 138
4.5.8 某型发动机空中起动和再起动试验 138
4.6 高、低温起动和加速试验 139
4.6.1 概述 139
4.6.2 高、低温起动和加速试验要求 140
4.6.3 高、低温起动和加速试验可用的试验手段 140
4.6.4 高空模拟试验方法 142
4.6.5 参数测量和记录 144
4.7 高空风车旋转试验 147
4.7.1 概述 147
4.7.2 试验目的 147
4.7.3 影响因素 148
4.7.4 试验设备 148
4.7.5 试验方法 148
4.7.6 试验要求 149
4.7.7 试验结果评定 149
4.7.8 试验数据分析 150
4.7.9 测试参数 151
4.7.10 某型发动机高空风车旋转试验 152
4.8 进口空气加温加压与持久试车试验 154
4.8.1 概述 154
4.8.2 试验要求 155
4.8.3 试验方法 156
4.8.4 发动机进口空气加温加压与持久试车结果评定 157
4.9 飞行包线内整机振动测量试验 158
4.9.1 概述 158
4.9.2 振动源分类 158
4.9.3 整机振动测量与分析 159
4.9.4 振动传感器选择 159
4.9.5 传感器安装 159
4.9.6 振动结果分析 160
4.9.7 振动试验要求 161
4.9.8 试验结果评定 162
4.10 关键部件振动和应力测量试验 162
4.10.1 概述 162
4.10.2 试验要求 162
4.10.3 试验方法 162
4.10.4 试验结果评定 163
4.11 环境结冰试验 164
4.11.1 概述 164
4.11.2 试验目的 165
4.11.3 环境结冰条件 166
4.11.4 试验要求 169
4.11.5 试验方法和试验手段 170
4.11.6 结冰试验影响因素 174
4.12 发动机燃油加降温试验 175
4.12.1 概述 175
4.12.2 试验设备 175
4.12.3 试验方法 175
4.12.4 试验合格标志 176
4.13 吞咽（吞水、吞火药气体）试验 176
4.13.1 概述 176
4.13.2 吞水试验 177
4.13.3 吞火药气体试验 180
4.14 冲压发动机高空模拟试验 183
4.14.1 试验概述 183
4.14.2 试验目的 184
4.14.3 影响因素 184
4.14.4 试验设备 186
4.14.5 试验要求及结果评定 186
4.15 核心机高空模拟试验技术 187
4.15.1 核心机概述 187
4.15.2 核心机高空模拟试验的目的和意义 187
4.15.3 核心机高空模拟试验的主要项目和需要解决的问题 188
4.15.4 核心机高空模拟试验设备 189
4.15.5 核心机高空模拟试验的试验方法 190
4.16 飞机引气及功率分出试验 192
4.16.1 概述 192
4.16.2 交直流发电机加载系统 192
4.16.3 液压泵加载系统 193
4.16.4 燃油加载系统 193
4.16.5 引气系统 193
4.17 发动机及其控制系统的高空性能特性试验 194
4.17.1 全权限数字式电子控制系统 194
4.17.2 典型发动机数控系统 194
4.17.3 数控系统明显改善发动机操纵性 196
4.17.4 高空模拟试验 196
4.18 海平面静止状态模拟试验 197
4.18.1 概述 197
4.18.2 标准海平面试车技术 198
4.18.3 主要内容及试验目的 198
4.18.4 试验的设备与试验方法 199
4.19 航空发动机高空模拟试验的完成 200
4.19.1 概述 200
4.19.2 通用规范的要求 200
4.19.3 发动机高空模拟试验报告 201
第5章 航空发动机高空模拟试验 202
5.1 高空模拟试验飞行环境控制技术发展 202
5.2 飞行环境控制系统结构分析及模拟方法 206
5.2.1 ATF高空台飞行环境模拟控制系统 206
5.2.2 飞行状态模拟方法 210
5.2.3 飞行环节模拟控制系统特性分析 211
5.3 现代控制技术在飞行状态模拟中的应用 215
5.3.1 高空台调节遵循的两个原则 216
5.3.2 数字PID功能改进设计 216
5.3.3 复合控制在进气压力控制的分析 223
5.3.4 模糊控制在排气调压系统中的应用 230
5.4 典型高空模拟试验科目的状态模拟方法 242
5.4.1 核心机加温加压试验 242
5.4.2 极限高度下小表速试验 245
5.4.3 推力瞬变与加减速试验 246
5.4.4 发动机风车、惯性起动试验 247
5.4.5 等马赫数飞行试验 249
5.5 高空模拟试验控制与调节仿真技术 250
5.5.1 半物理仿真的作用 250
5.5.2 半物理仿真系统概述 251
5.5.3 阀门流量模拟数学模型 255
5.5.4 混合器压力数学模型 256
5.5.5 进气压力数学模型 257
5.5.6 排气压力系统数学模型 257
5.5.7 发动机流量变化数学模型 258
5.5.8 供抽气机组空气质量流量模型 258
5.5.9 模型精度分析 259
5.5.10 半物理仿真系统中的软件设计 260
5.5.11 半物理仿真中应注意的问题 263
5.6 高空台发动机飞行机动模拟展望 265
第6章 参数测量方法 268
6.1 概述 268
6.1.1 高空模拟试验测量参数类型 268
6.1.2 GJB 241A—2010对参数测量精度的要求 269
6.2 常规参数测量方法 270
6.2.1 气流压力参数 270
6.2.2 温度参数 276
6.2.3 转速 283
6.2.4 液体流量 285
6.2.5 空气流量 296
6.2.6 推力测量 301
6.2.7 湿度测量 304
6.2.8 面积／角度／位移参数测量 307
6.3 动态参数测量方法 310
6.3.1 振动 310
6.3.2 动应力 316
6.3.3 脉动压力 320
6.3.4 动态测试系统 321
6.4 特种参数测量方法 322
6.4.1 滑油颗粒在线检测 322
6.4.2 气路碎屑检测 324
6.4.3 加力火焰监测 325
6.4.4 叶尖间隙测量 327
6.5 高空台特种试验参数测量 329
6.5.1 进气畸变参数测量 329
6.5.2 吞水试验参数测量 332
6.5.3 结冰试验参数测量 333
6.6 高空台数据采集与信息管理系统 335
6.6.1 数据采集系统组成 335
6.6.2 试验信息管理系统功能与组成 337
6.7 发动机测试的关键技术与发展趋势 339
6.7.1 测试关键技术 339
6.7.2 测试技术发展趋势 341
6.8 小结 342
第7章 高空台试验性能评定方法 343
7.1 发动机试验性能评估的主要参数 343
7.2 高空台试验性能的影响因素分析 343
7.2.1 高空台试验条件 344
7.2.2 高空台试验性能确定数学方法 346
7.3 高空台主要性能参数的确定方法 348
7.3.1 试验测试数据预处理 348
7.3.2 发动机转速 350
7.3.3 发动机空气流量确定方法 350
7.3.4 发动机高空台试验推力确定方法 351
7.3.5 发动机燃油消耗率确定方法 356
7.4 高空台主要性能参数的修正方法 356
7.4.1 试验性能参数的修正方法概述 356
7.4.2 相似换算修正 357
7.4.3 小偏差分析法 369
7.4.4 系数修正法 371
7.5 典型示例分析 380
7.5.1 引气和功率提取对发动机性能的影响 380
7.5.2 涡轮导向器喉道面积变化对发动机性能的影响 381
7.5.3 喷口面积变化对发动机性能的影响 383
7.6 高空台试验稳态性能评定方法 385
7.6.1 评定依据 385
7.6.2 评定内容 385
第8章 计量标定与主要性能参数的不确定度 387
8.1 不确定度分析 388
8.1.1 术语、符号 388
8.1.2 测量不确定度的分析方法 392
8.1.3 测量误差 393
8.1.4 测量误差估计 399
8.1.5 测量误差合成 400
8.1.6 数学模型 401
8.1.7 评定方法 404
8.1.8 基本测量误差对间接测量参数的传递 407
8.1.9 测量不确定度 408
8.1.10 校准前后分析 412
8.1.11 不确定度报告 412
8.1.12 间接测量参数测量过程中的不确定度分析 414
8.1.13 测量误差与测量不确定度的主要区别 417
8.2 计量标定 418
8.2.1 概述 418
8.2.2 压力 418
8.2.3 温度 425
8.2.4 推力 429
8.2.5 燃油流量 436
8.2.6 转速 438
8.2.7 湿度 440
8.2.8 面积 443
8.2.9 发动机进气界面 447
8.2.10 空气质量流量 453
8.2.11 发动机进口总压 456
8.2.12 发动机进口总温 457
8.3 确定与评估主要性能参数的不确定度 457
8.3.1 测试方案 457
8.3.2 测试布局 458
8.3.3 参数的测量 458
8.3.4 发动机进口空气质量流量Wal的扩展不确定度 459
8.3.5 发动机换算空气质量流量Wa,c的扩展不确定度 461
8.3.6 发动机总推力Fg的扩展不确定度 463
8.3.7 发动机飞行推力Fnc的扩展不确定度 466
8.3.8 发动机换算燃油流量Wf,c的扩展不确定度 468
8.3.9 发动机燃油消耗率SFC的扩展不确定度 469
8.3.10 发动机高空性能试验的不确定度要求 471
8.3.11 不确定度对发动机高空性能试验方法及程序的要求 472
8.3.12 发动机试验前的测试系统准备 473
8.3.13 发动机高空性能试验的有效性实时监控 476
8.3.14 发动机高空性能试验不确定度报告 477
8.3.15 关于不确定度相关问题的审查 479
8.4 降低高空模拟试验不确定度的方法 480
8.4.1 量程匹配法 480
8.4.2 多路测量法 481
8.4.3 分段校准法 481
8.4.4 预载法 482
8.4.5 相对测量法 482
8.5 高空模拟试车台计量标定 482
8.6 小结 483
第9章 发动机高空模拟试验流程 485
9.1 航空发动机需要经历的高空台试验阶段 485
9.1.1 研究性高空试验 485
9.1.2 高空模拟调试试验 488
9.1.3 国家鉴定试验 490
9.2 航空发动机高空台试验流程 490
9.2.1 发动机上台准备 491
9.2.2 连续气源高空台发动机试验 491
9.2.3 暂冲式气源高空台试验流程简介 506
第10章 高空台发动机进气压力畸变试验 510
10.1 前言 510
10.2 进气压力畸变 511
10.2.1 概念及其产生原因 511
10.2.2 进气压力畸变危害 511
10.2.3 航空发动机的气动不稳定性 513
10.2.4 高空进气压力畸变试验的优点 514
10.2.5 高空进气压力畸变试验的局限 515
10.3 进气压力畸变分析技术 515
10.3.1 平行压气机模型 515
10.3.2 进气总压畸变影响 516
10.4 进气压力畸变参数及其计算方法 517
10.4.1 气动界面 517
10.4.2 降稳因子 518
10.4.3 稳定裕度、可用稳定裕度和需用稳定裕度 518
10.4.4 沿周向一个环面的畸变指数确定方法 520
10.4.5 沿周向多个环面的畸变指数确定方法 526
10.4.6 稳定裕度损失与畸变指数相关式 527
10.5 高空台压力畸变试验方法研究 528
10.5.1 高空台压力畸变试验点选取原则 528
10.5.2 高空台压力畸变试验限制因素分析 529
10.5.3 高空台压力畸变试验点 531
10.6 高空台压力畸变试验测量方法 534
10.6.1 测量探头布局方法 534
10.6.2 数据采集系统 536
10.6.3 数据采集及存储 537
10.6.4 数据处理 538
10.7 高空台压力畸变试验模拟装置 539
10.7.1 孔板模拟器 539
10.7.2 插板扰流器 543
10.7.3 网格畸变模拟器 548
10.8 畸变试验结果 550
10.8.1 模拟板／模拟网试验结果 550
10.8.2 移动插板试验结果 551
10.9 讨论与分析 551
10.10 高空台压力畸变检查性试验与发动机稳定性评定的关系 552
10.11 高空摸索试验的发展和探索 553
10.11.1 发展现状和瓶颈 553
10.11.2 现有高空模拟试验技术和方法的规范 553
10.11.3 进气畸变试验技术发展展望 554
第11章 高空模拟试验仿真技术 555
11.1 概述 555
11.2 高空台系统仿真 556
11.2.1 系统仿真平台的分析 557
11.2.2 系统仿真平台的搭建 559
11.2.3 系统仿真平台的构成 561
11.2.4 高空台系统仿真平台的建模思路 562
11.2.5 开展系统仿真应用关键技术 563
11.3 高空模拟试验数值仿真 566
11.3.1 高空模拟试验对数值仿真技术的需求 566
11.3.2 数值仿真技术在高空模拟试验中的应用 567
11.4 高空模拟试验物理仿真系统 569
11.5 可视化与视景仿真技术 571
11.5.1 可视化技术 571
11.5.2 视景仿真技术 572
11.6 多学科协同仿真参数优化 573
11.7 小结 573
第12章 航空发动机高空模拟试验发展展望 575
12.1 高空模拟试车台系统技术 575
12.2 高空模拟试验发展需求 576
12.3 推进系统发展对高空模拟试验设备的需求 578
12.4 高空模拟试验技术发展方向 578
12.4.1 试验技术与课题研究 578
12.4.2 测试及状态控制技术 580
12.4.3 网络及信息化技术 581
12.4.4 虚拟试验技术 581
12.4.5 节能、减排技术 582
12.5 高空模拟试验的自动化、综合化和智能化 583
12.6 高空台能力建设 583
12.6.1 硬件能力的发展要求 583
12.6.2 软实力的重点发展方向 584
12.7 结束语 585
参考文献 586