飛行器試驗
正文
飛行器研製過程中用以驗證和輔助設計、鑑定性能和檢驗工藝質量的實踐手段。航空、航天的各個工程領域都廣泛套用各種試驗技術和設備來進行科學實驗、數學和物理的模擬試驗以及各種工程試驗，用以驗證預研和設計中提出的一些新理論,探索飛行器的某些特性,驗證所選取的方案和設計參數是否正確，檢查各個系統的協調性、可靠性和工藝質量，鑑定飛行器的性能並為改進飛行器提供依據。試驗是任何飛行器的設計、鑑定和驗收所不可缺少的一項工作。試驗特點 飛行器所要完成的飛行任務和它的特性決定了試驗的特點：①飛行器試驗與現代先進科學技術密切相關：例如，超音速風洞實驗技術與全息攝影技術在飛行器的氣動力試驗中已得到廣泛套用；微波通信技術、微電子技術、高速計算機、雷射技術和高精度光學機械，都為飛行器試驗提供了重要手段；環境模擬技術和環境工程的研究為飛行器的環境試驗提供了技術基礎等。②試驗的規模和費用巨大，準備時間長，試驗地域廣闊：例如,驅動一個馬赫數大於10、試驗段口徑為2～3米的連續式超音速風洞需要消耗的功率高達 16萬千瓦，第一架太空梭共進行了約10萬小時的風洞實驗。③協調性試驗繁多：飛行器由許多分系統組成，有許多單機和組件，它們之間工作的不協調問題通常靠單機（或組件）之間、分系統之間和全系統的多種協調試驗來發現和解決。
試驗程式 按試驗對象，飛行器的試驗可分為零件、元器件試驗，單機、組件試驗，分系統試驗和全系統試驗4個層次， 由簡單的低層次試驗逐步過渡到複雜的高層次試驗。低層次試驗為高層次試驗打基礎，減少高層次的試驗數量，以節省試驗費用。簡單的飛行器，試驗層次相應減少。就試驗性質來說,先進行地面試驗,再進行飛行試驗。飛行器的試驗都以實驗室驗證設計為開端，在設計過程中用模擬計算機和數字計算機（有時配合以部分實物）進行仿真模擬試驗以輔助設計工作，幫助選擇飛行器各個分系統和全系統的最佳參數和方案。這種方法比用樣機試驗要經濟得多，但是不能完全代替樣機試驗。當研製工作進展到產品試製階段時，開始轉向在控制的條件下進行實物模擬試驗（圖1 ），以驗證設計的正確性。最後在預定的真實條件下進行全系統的試驗，鑑定飛行器是否達到設計指標。
飛行器試驗氣動力試驗 在大氣層內飛行需要良好的氣動外形和便於操縱。幾乎所有飛行器在初步選定外形以後都要在風洞中進行空氣動力試驗。試件多用縮比模型，有時也用全尺寸模型。試驗速度分為低速 (馬赫數M＜0.3)、亞音速(M＝0.3～0.8)、跨音速(M＝0.8～1.2)、超音速(M＝1.2～5)和高超音速(M＞5)幾種,根據飛行器的飛行速度範圍來選定，一般都要找出在整個設計速度範圍內各種馬赫數與飛行器的空氣動力特性參數的關係，往往還要求氣流有不同的密度和溫度，甚至有較高的雷諾數。不同類型飛行器的飛行特徵不同，選用的風洞和風洞實驗的內容也不同。如評定飛機的尾旋飛行特性需要用專用的尾旋風洞（見風洞實驗技術）。
結構試驗 飛行器的結構複雜，又在惡劣的環境下工作，為了減輕重量，結構設計的安全係數一般取得較小，強度和剛度都不大富餘。此外，飛行器整體結構的動特性參數往往難以準確計算，結構試驗遂成為飛行器試驗中不可缺少的項目。結構試驗包括靜力試驗、動力試驗、疲勞試驗和熱強度試驗等。這些試驗能精確地確定飛行器結構的動力特性和結構、構件在各種環境條件和載荷作用下的承載能力，驗證結構設計的準確性。飛機的靜力、動力試驗和疲勞試驗一般用全尺寸進行，但火箭一般不做全尺寸靜力試驗，而是分段進行，它的動特性試驗用全尺寸結構或縮比模型。
環境試驗 飛行器在貯存、運輸和工作時會遇到各種複雜的環境（見飛行器環境工程），這些嚴酷的環境條件經常綜合地作用於飛行器，從而形成飛行器的組合環境，環境試驗成為考驗飛行器對環境的適應性和提高可靠性的一個重要手段（見飛機試驗、火箭試驗、太空飛行器試驗）。環境試驗項目繁多，如艦載飛機的救生系統要在水下操作和檢查它的工作情況；飛機的排雨、防冰、除冰設備要在環境試驗室試驗以檢查其功能；太空飛行器還要進行空間環境試驗（圖2 ），如熱真空試驗、磁環境試驗等；飛行器的一些系統和部件有時還需要進行火箭滑車試驗。飛行器所遇到的環境中，有一些是難以在地面同時模擬的，如作用於再入大氣層的洲際飛彈彈頭的環境條件，既有幾千到上萬攝氏度的高溫和近十萬千瓦每平方米(幾萬千卡每秒平方米)的熱流密度，又有大於20倍音速的高速氣流沖刷，近十兆帕（上百個大氣壓）的局部外壓，幾十倍於自重的過載和氣流引起的強烈振動，還可能遇到雲、雨、雪、核輻射、電磁脈衝和衝擊波等。這些環境的考驗只能通過飛行試驗和核試驗來進行。
飛行器試驗各種飛行器的壽命要求差別很大。飛機要求多次和長時間使用；火箭是長期貯存一次使用；除太空梭外其他太空飛行器是一次發射、長時間工作。因此它們的壽命試驗內容和方法都不相同。
地面試車 帶有動力的飛行器，其發動機都要在試車台上進行地麵條件和模擬高空條件的試車（見航空發動機試驗、火箭發動機試驗），經過逐步修改使發動機性能達到設計指標。然後將整個飛行器的推進系統（或動力裝置）組合在一起試車。飛機發動機還須進行各種工作狀態的試車和滑跑試驗。太空飛行器裝在運載火箭上進行全系統的火箭地面試車，可以用額定推力或加大發動機推力試驗。經過各種地面試驗和反覆改進以後，飛行器的缺陷和影響飛行試驗的不安全因素方能減少到最小限度。
飛行試驗 飛行器都要通過飛行試驗最終證明是否能完成預定的飛行任務，以此作為定型的依據。飛機飛行試驗、火箭（飛彈）飛行試驗一般都是先試驗總體方案，再鑑定性能，最後進行使用性能的考核。載人或不載人、一次或多次使用的飛行器，試飛差別很大，飛行試驗的階段劃分和試驗方法各異。
試驗方法 在預定的條件下使飛行器處於試驗狀態，同時測量和記錄表示其特徵的各種物理現象、環境參數和工作參數。為了使飛行器處於試驗狀態，需要兩類設備：一類是提供試驗保障的各種專用設備、通用設備和保障設施，如火箭地面設備、機場的塔台、機場地面保障設備、火箭試車台、太空飛行器發射場等；另一類是提供試驗環境條件的設備，如振動台、空間環境模擬器、飛機環境試驗室等。為了測量、記錄和處理試驗的各種數據，需要採用各種數據採集和處理設備。飛行器試驗一般都用高速攝影機和錄像機記錄飛行時的狀態。飛行器上的各種參數多用感測器進行測量，飛機還用一些直接測量顯示的儀表（圖3 ）。對於這些參數還須用攝影記錄器、示波器、磁記錄系統和遙測系統(見遙測技術)等在機上或地面進行記錄，用光學和無線電跟蹤測量系統進行飛行器的軌道跟蹤和參數遙測。用時間統一系統把試驗的指揮、控制、跟蹤、測量等各個台站的時間統一起來，使所有測量的數據都成為統一時間的函式。
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