什么是飞行器试验?

什么是飞行器试验?

[拼音]：feixingqi shiyan

[外文]：flight vehicle test

飞行器研制过程中用以验证和辅助设计、鉴定性能和检验工艺质量的实践手段。航空、航天的各个工程领域都广泛应用各种试验技术和设备来进行科学实验、数学和物理的模拟试验以及各种工程试验，用以验证预研和设计中提出的一些新理论，探索飞行器的某些特性，验证所选取的方案和设计参数是否正确，检查各个系统的协调性、可靠性和工艺质量，鉴定飞行器的性能并为改进飞行器提供依据。试验是任何飞行器的设计、鉴定和验收所不可缺少的一项工作。

试验特点

飞行器所要完成的飞行任务和它的特性决定了试验的特点：

（1）飞行器试验与现代先进科学技术密切相关：例如，超音速风洞实验技术与全息摄影技术在飞行器的气动力试验中已得到广泛应用；微波通信技术、微电子技术、高速计算机、激光技术和高精度光学机械，都为飞行器试验提供了重要手段；环境模拟技术和环境工程的研究为飞行器的环境试验提供了技术基础等。

（2）试验的规模和费用巨大，准备时间长，试验地域广阔：例如，驱动一个马赫数大于10、试验段口径为2～3米的连续式超音速风洞需要消耗的功率高达 16万千瓦，第一架航天飞机共进行了约10万小时的风洞实验。

（3）协调性试验繁多：飞行器由许多分系统组成，有许多单机和组件，它们之间工作的不协调问题通常靠单机（或组件）之间、分系统之间和全系统的多种协调试验来发现和解决。

试验程序

按试验对象，飞行器的试验可分为零件、元器件试验，单机、组件试验，分系统试验和全系统试验4个层次， 由简单的低层次试验逐步过渡到复杂的高层次试验。低层次试验为高层次试验打基础，减少高层次的试验数量，以节省试验费用。简单的飞行器，试验层次相应减少。就试验性质来说，先进行地面试验，再进行飞行试验。飞行器的试验都以实验室验证设计为开端，在设计过程中用模拟计算机和数字计算机（有时配合以部分实物）进行仿真模拟试验以辅助设计工作，帮助选择飞行器各个分系统和全系统的最佳参数和方案。这种方法比用样机试验要经济得多，但是不能完全代替样机试验。当研制工作进展到产品试制阶段时，开始转向在控制的条件下进行实物模拟试验（图1 ），以验证设计的正确性。最后在预定的真实条件下进行全系统的试验，鉴定飞行器是否达到设计指标。

试验内容

各种飞行器的特点和研制程序不同，试验内容也有差异，但下列各种试验是多数飞行器都要进行的。

气动力试验

在大气层内飞行需要良好的气动外形和便于 *** 纵。几乎所有飞行器在初步选定外形以后都要在风洞中进行空气动力试验。试件多用缩比模型，有时也用全尺寸模型。试验速度分为低速 (马赫数M＜0.3)、亚音速(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)几种，根据飞行器的飞行速度范围来选定，一般都要找出在整个设计速度范围内各种马赫数与飞行器的空气动力特性参数的关系，往往还要求气流有不同的密度和温度，甚至有较高的雷诺数。不同类型飞行器的飞行特征不同，选用的风洞和风洞实验的内容也不同。如评定飞机的尾旋飞行特性需要用专用的尾旋风洞（见风洞实验技术）。

结构试验

飞行器的结构复杂，又在恶劣的环境下工作，为了减轻重量，结构设计的安全系数一般取得较小，强度和刚度都不大富余。此外，飞行器整体结构的动特性参数往往难以准确计算，结构试验遂成为飞行器试验中不可缺少的项目。结构试验包括静力试验、动力试验、疲劳试验和热强度试验等。这些试验能精确地确定飞行器结构的动力特性和结构、构件在各种环境条件和载荷作用下的承载能力，验证结构设计的准确性。飞机的静力、动力试验和疲劳试验一般用全尺寸进行，但火箭一般不做全尺寸静力试验，而是分段进行，它的动特性试验用全尺寸结构或缩比模型。

环境试验

飞行器在贮存、运输和工作时会遇到各种复杂的环境（见飞行器环境工程），这些严酷的环境条件经常综合地作用于飞行器，从而形成飞行器的组合环境，环境试验成为考验飞行器对环境的适应性和提高可靠性的一个重要手段（见飞机试验、火箭试验、航天器试验）。环境试验项目繁多，如舰载飞机的救生系统要在水下 *** 作和检查它的工作情况；飞机的排雨、防冰、除冰设备要在环境试验室试验以检查其功能；航天器还要进行空间环境试验（图2 ），如热真空试验、磁环境试验等；飞行器的一些系统和部件有时还需要进行火箭滑车试验。飞行器所遇到的环境中，有一些是难以在地面同时模拟的，如作用于再入大气层的洲际导dd头的环境条件，既有几千到上万摄氏度的高温和近十万千瓦每平方米(几万千卡每秒平方米)的热流密度，又有大于20倍音速的高速气流冲刷，近十兆帕（上百个大气压）的局部外压，几十倍于自重的过载和气流引起的强烈振动，还可能遇到云、雨、雪、核辐射、电磁脉冲和冲击波等。这些环境的考验只能通过飞行试验和核试验来进行。

可靠性与寿命试验

飞行器的可靠性试验占整个试验的比例较大，耗资也较多。由成千上万的元器件、组件组成并在严酷环境下工作的飞行器，一个元件的失效就可能造成整个飞行器的故障。提高可靠性，特别是提高载人飞行器的可靠性非常重要。除了在设计上采取措施提高可靠性，在制造过程中进行严格的质量控制以外，还需要进行可靠性摸底试验，以便暴露出在设计、制造和原材料方面尚存在的问题并加以解决。对飞行器上使用的元器件、电子仪器和设备一般都要进行可靠性筛选试验，规定筛选后的产品应达到的失效率水平。试验时用外加载荷（如高温、热冲击、温度循环、机械振动和冲击、高压电等，或者几种条件结合起来）将潜在的早期失效产品或质量较差的产品淘汰。外加载荷的项目和大小根据具体设备的主要失效模式和机理结合工艺、材料和生产质量控制的情况来确定，同时还考虑可靠性等级要求和使用条件，如飞行中不能维修、更换的航天器和火箭的设备需进行甲级筛选试验，航空电子设备一般按乙级筛选。为了对系统和整机作出可靠性评定，还需要对经过筛选已确定装入飞行器的仪器设备、分系统和整个飞行器做可靠性鉴定和验收试验。为了节省费用，通常将这种试验与工作寿命试验、贮存寿命试验和环境试验以及其他试验结合起来进行。

各种飞行器的寿命要求差别很大。飞机要求多次和长时间使用；火箭是长期贮存一次使用；除航天飞机外其他航天器是一次发射、长时间工作。因此它们的寿命试验内容和方法都不相同。

地面试车

带有动力的飞行器，其发动机都要在试车台上进行地面条件和模拟高空条件的试车（见航空发动机试验、火箭发动机试验），经过逐步修改使发动机性能达到设计指标。然后将整个飞行器的推进系统（或动力装置）组合在一起试车。飞机发动机还须进行各种工作状态的试车和滑跑试验。航天器装在运载火箭上进行全系统的火箭地面试车，可以用额定推力或加大发动机推力试验。经过各种地面试验和反复改进以后，飞行器的缺陷和影响飞行试验的不安全因素方能减少到最小限度。

飞行试验

飞行器都要通过飞行试验最终证明是否能完成预定的飞行任务，以此作为定型的依据。飞机飞行试验、火箭（导d）飞行试验一般都是先试验总体方案，再鉴定性能，最后进行使用性能的考核。载人或不载人、一次或多次使用的飞行器，试飞差别很大，飞行试验的阶段划分和试验方法各异。

试验方法

在预定的条件下使飞行器处于试验状态，同时测量和记录表示其特征的各种物理现象、环境参数和工作参数。为了使飞行器处于试验状态，需要两类设备：一类是提供试验保障的各种专用设备、通用设备和保障设施，如火箭地面设备、机场的塔台、机场地面保障设备、火箭试车台、航天器发射场等；另一类是提供试验环境条件的设备，如振动台、空间环境模拟器、飞机环境试验室等。为了测量、记录和处理试验的各种数据，需要采用各种数据采集和处理设备。飞行器试验一般都用高速摄影机和录像机记录飞行时的状态。飞行器上的各种参数多用传感器进行测量，飞机还用一些直接测量显示的仪表（图3 ）。对于这些参数还须用摄影记录器、示波器、磁记录系统和遥测系统(见遥测技术)等在机上或地面进行记录，用光学和无线电跟踪测量系统进行飞行器的轨道跟踪和参数遥测。用时间统一系统把试验的指挥、控制、跟踪、测量等各个台站的时间统一起来，使所有测量的数据都成为统一时间的函数。