无人机用涡扇发动机高空模拟试验标准研究

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1、标准化研究无人机用涡扇发动机高空梗拟试验标准研究韩建军(中航工业综合技术研究所，北京100028)【摘要】针对无人机用涡扇发动机对高空模拟试验标准的需求，在现有涡扇发动机高空模拟试验标准的基础上，梳理分析了高空长航时无人机用涡扇发动机的使用特点，提出了高空长航时无人机用涡扇发动机高空模拟试验中应重点关注的特殊要求，为形成相应的高空模拟试验标准奠定了基础。【关键词】无人机；涡扇发动机；高空模拟试验；标准冲图分类号】T-65【文献标识码】C【文章编号】1003．6660(2015)03．0003．03【DoI编码】10．13237／j．cnki．asq．2015．03．00

2、1随着信息技术的发展和作战模式的转变，无人机逐渐成为各国武器装备发展的热点【1】，特别是以“全球鹰”为代表的高空长航时无人机，可在敌后战场或纵深区域执行高空长时间大范围的侦察和监视任务，为作战人员提供了大量的战场信息支援。高空长航时无人机要求配装的涡扇发动机能在高空以较低马赫数长时间稳定工作，为了满足无人机提出的功能、性能及可靠性等方面要求，发动机在研制过程中需要进行大量的试验，其中高空模拟试验是发动机定型必须完成的重要试验项目。国内现有航空发动机高空模拟试验相关标准大多针对或参考有人驾驶飞机发动机制定，如GJB241．1987／GJB241A．2010《航空涡轮喷气和

3、涡轮风扇发动机通用规范》和GJB5100．2002《无人机用涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》均包含了对高空模拟试验的要求条款，提出了对高空性能试验、推力瞬变试验、功能试验、起动和再起动、进气畸变试验、高空风车旋转试验等试验项目的要求[2’3’4】，可用于指导发动机型号规范中高空模拟试验要求的编制。此外GJB4879．2003《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机高空模拟试验要求》作为GJB241—1987／GJB241A．2010的重要支撑标准，对航空涡喷、涡扇发动机的高空模拟试验提出了更为详细的试验要求，其中涵盖了高空性能试验、高空功能试验、空中起动与再起动试验、高空推力瞬

4、变试验、进气畸变试验、高空风车旋转试验、进气加温和进气加温加压持久试车、发动机振动测量试验、高低温起动和加速试验、高原起动试验以及吞入大气中液态水试验等试验项目【5】，可用于指导涡扇发动机高空模拟试验的具体开展。但这些标准内容未能充分体现高空长航时无人机用涡扇发动机的技术特点，因此需要分析高空长航时无人机涡扇发动机的使用特点，提炼出高空长航时无人机涡扇发动机对高空模拟试验标准的特殊要求，为形成相应的标准规范提供支撑。1高空长航时无人机涡扇发动机特点分析高空长航时无人机用涡扇发动机与有人驾驶飞机用涡扇发动机的设计要求和验证要求基本一致，但也存在一定的区别，其差异性主要体现

5、在其高空使用环境、长航时运行和无人驾驶操纵等方面。1．1高空使用环境方面特点分析高空长航时无人机用涡扇发动机要求飞行高度更高、范围更广，其巡航高度一般在15km以上。在1lkm以上高空，空气变得更加稀薄，大气的密度低、压力低、温度低，而高空长航时无人机较低的飞行马赫数又导致流经发动机的空气流量较小，这种低密度、低压力和低温度的高空大气环境与较小的空气流量会对发动机运行产生较大影响，主要表现在以下方面。·高空环境下流经发动机的空气流量较小且流速低，导致流经发动机风扇和压气机的气体雷诺数降低，气流易分离、流动损失大、效率降低且压气机更易发生喘振；·由于发动机空气流量小且流速

6、低，燃烧室和涡轮要达到规定的冷却效果就需要更多的冷却引[收稿日期】2015-02-05血型目d险航空标准化与质量2015年第3期气，这将进一步减少发动机主气流通道的空气流量，导致发动机推力下降和耗油率升高，并导致发动机能为无人机提供的引气和功率更少；·由于发动机空气流量小且流速低，同时由于高空的低温空气可能导致无人机燃油箱结冰，某种情况下可能需要引气对燃油箱进行加温防冰。这些加温引气将导致发动机主气流通道的空气流量下降、发动机效率降低、推力下降；·发动机在高空需要的燃油流量大幅减少，同时高空压力低且流经发动机的空气流量小，导致燃油喷嘴雾化效果变差；·由于高空长航时无人机

7、在执行任务(一般为侦察任务)时，需要对发动机进行频繁控制，以实现无人机的平稳飞行。而在高空低温低压环境下，对空气流量小的发动机进行频繁控制，将使发动机的工作稳定性变差，极易导致熄火等问题；·由于在高空环境下发动机的工作稳定性变差，可能在不同的转速下熄火停车，因此发动机面临在不同转速下惯性起动的问题；·若发动机长时间处于高空风车运转，燃油箱容易结冰，冰晶可能会进入发动机燃油管路，可能会堵塞燃油喷嘴；另外燃油温度低粘度大，喷嘴雾化效果变差；这些都将导致发动机点火更为困难，难以实现长时间高空风车运转后的空中起动；·在高空小表速下的发动机空气流量