引言
一种新型发动机在批量生产前，要经过大量的实验环节。在试车过程中发现问题、解决问题从而保证发动机的耐久性与可靠性。研制试验可分为：性能试验、适用性试验以及耐久性试验。
发动机进气加温试车，是1：1寿命持久试车的一部分，重点是保证高应力高温度下发动机的工作时间、循环次数达到或更接近实际使用过程。在地面试车台上，仅模拟高速飞行时的发动机进口空气、燃油温度和滑油温度，而不模拟其它条件。与模拟高空试车设备相比，进气加温试车减少了进气空气冷却、进口压力调节、排气压力调节等复杂设备，设备结构更加简洁、控制系统相对简单，更容易在地面试车台上实现，试验成本低。
1 进气加温试车
进气加温试车是以规定的状态变换和进气加温历程，操纵及加温（包括进气和燃油）设备协调地进入或退出试车规定的进气加温阶段的运转。
进气加温设备以符合试车要求的进气加温、掺混及发动机进口温度场控制和测试的设备，作为试车的进气加温设备，其操纵和响应性应符合要求。设备使用前应经过认真的检查、调试，进行操作人员应急处置预案的演练，防止操纵不当或设备故障，造成发动机进口空气温度过高，产生发动机出现超温问题。
1.1 进气加温试车设备分类
进气加温设备可以按加温装置热源分为两类。一种是用成熟的发动机排出的高温气体作为热源，另一种是用多个单管燃烧室直接加热空气。现有试车台一般是用成熟的发动机排出的高温气体作热源的加温装置，该装置在发动机不进行进气加温时可以移出试车间，以便发动机进行常规试车。
1.2 进气加温试车设备技术要求
发动机进气加温装置的技术性能应满足根据GJB 241A-2010及发动机进气加温试验中的有关规定。
通常情况下要求在发动机进行进口空气加温的试车时，在稳定状态下加温后的空气平均温度保持精度10℃，个别点上温度不均匀性不超过30℃。
2成熟发动机作为热源的进气加温设备
2.1进气加温试车设备的组成
进气加温系统主要由小型发动机（热源发动机）、加温筒体和发动机进气道三部分组成。加温筒体由引射段、混合段、稳定段、进气道组成。
小型发动机为进气提供热源，加温筒体起到控制温度和整流的作用，发动机进气道收集和测量进气温度。加温筒体如图1、2所示（此图为了方便以后的分析，删除了其旁通排气路）：
图1 加温筒体总图
图2 加温筒体设备正视图
2.2 进气加温试车设备工作原理
其工作原理是：利用小型发动机工作时尾喷口喷出的高达300℃气体，在引射段经过两个蝶阀分流，一部分排入大气，另一部分通过引射段进入大整流锥；热气分别流入大整流锥上的12个小整流锥，通过小整流锥上的排气孔与从混合段前段吸入的的低温空气混合，依靠整流锥的整流作用平稳的进入稳定段。整流锥结构如图3所示。气体在稳定段内平稳运行，经过2道滤网最后通过进气道进入发动机。通过引射段安装的蝶形阀，控制进入整流锥的热空气的流量，调整冷热空气的参混比例，从而达到调整发动机进口空气的温度的目的。
图3 混合段内整流锥结构
3进气加温试车设备安装调试中出现的问题
3.1理想状态下进气道温度场分布
高温气流进气量的大小依靠在混合段前面的蝶阀来控制，当蝶阀全部关闭时气体将从旁路流出，随着蝶阀的开放程度不断变化，高温气流的进气量也不断变化，从而达到了控制测量端温度的作用。根据有限元分析方法划分网格后在引射段前端加上300℃（实测值）的水平流动气体。在混合段外加上-10℃（冬天实测值）的水平流动气体。最终得到进气道温度场如图4所示：
图4 理想状态下温度场的分布
从图中不难看出，温度基本符合环状分布，稳定的进入发动机。这样不仅可以得到很好的试车结果，而且某种程度上也保护了发动机，使其不会局部过热造成不必要的损伤。
3.2安装偏差时进气道温度场分布
发动机进气加温筒体长度长达20米，由四段设备组成。在实际安装中，加温筒体轴线很难直接测量，所以现场安装过程中只能间接进行加温筒体各部件的轴线测量。尤其是在混合段与稳定段的连接处，由于支架的安装偏差以及加工精度的问题，会引起它们扭转等问题。
图5 安装偏差示意图
3.3混合段整流锥整体下沉时进气道温度场分布
在实际应用中，筒体安装的偏差影响只是一小部分，更多的是由于整流锥因长年使用、安装不合理，会造成整流锥变形、整体下沉等问题，导致冷、热空气周向不均匀不能均衡参混，从而影响整个温度场的分布。
4进气加温设备实际应用中的修正
针对整流锥整体下沉和安装偏差引起的温度场不均匀问题，单单从装配角度是无法调整的。在实际安装过程中，允许其相对水平度有10mm的偏差。但是由于筒体支架、安装以及变形等种种原因10mm的裕度是不够的。这就要求根据实际的温度场情况进行设备结构上的调整，使得在进气道内可以得到一个相对稳定，相对均匀的温度场。
如图6所示，是整流锥整体下沉和安装有偏差时的模拟温度场。
图6 温度场的分布
从图中可以看出， 在这种情况会造成温度场向下产生偏移，使得分布变的不均匀。
针对这种情况，我们在模型上堵住了图3中5点钟和9点钟方向的小整流锥排气口，减少这2个点的高温气体的流量，通过改变热空气的周向分配量调整温度场。经模拟计算，温度接近均匀，模拟结果如图7所示。
图7 模拟修正温度场的分布
从图中不难看出整个温度场向温度较高的一侧发生偏移，温度虽然还是较低，但已不再像图6温差那么大，中间的浅绿色温度分布的位置，正好是小整流锥分布的位置。
图8所示是现场实际试车时的温度场分布情况，
图 8 现场实测温度场分布
针对这种情况，采用模拟计算的成果，堵住4点钟方向和8点钟方向上的整流锥通气孔。温度也得以平衡。
经过调整后的温度场如图9所示。对比图9不难看出，整个温度场逐步的恢复正常，虽然不是规整的圆环形，但是对比图8已经是一个几近均匀的温度场了。
图9 修正后的温度场分布
实际调整情况与整个计算模拟的结果相符，只是在个别点上还存在差异。但大体的趋势是向一致的。因此该方法是可行有效的。
5结束语
本次论文的研究工作，以有限元分析的方法分析了温度场的变化情况，为以后的试车调整工作打下了良好的基础，具有很好的指导意义。在今后的进气加温以及其他试车中我们将继续利用这种方法对设备进行模拟调整，从而大大提高工作效率。
【参考文献】
[1] 陈益林.航空发动机试车工艺.北京:北京航空航天大学出版社，2010.
[2] GJB 241A-2010,航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范.
[3] 王琴芳.燃气涡轮发动机原理.南京：南京航空航天大学出版社，2006.
[4] 于文怀.装配试车技术[M].北京:科学出版社，2002.
[5] 廉筱纯，吴虎.航空发动机原理，西安：西北工业大学出版社，2011
作者简介：
戴一通，1986.2，男，工程师，13478392171。
赵志刚，1975.1，男，研究员级工程师，13940354342。
梁佳健，1995.4，男，助理工程师，1770243390。
