繁忙中见真章，发动机热试车门道多_风闻

来源：中国航天报

近日，我国新一代载人飞船的主发动机通过了地面热试车和高空模拟热试车验证。试车全程，发动机工作稳定，火焰平稳，将进一步助力我国载人登月宏伟计划。那么航天器发动机的试验为什么称为“试车”？为何要进行试车？发动机热试车又有哪些注意事项和重要意义呢？

作用关键

因素众多

“试车”一词其实与中国现代运载工具的发展过程密切相关。火车和汽车发展更早，飞机和火箭则是“后起之秀”，由于两个阶段的间隔时间不算太长，技术人员在行业术语上继承了早年的“行话”习惯，早期火箭发动机地面测试一度被称作“开车”。

随着技术不断发展，火箭和航天器发动机地面测试已经形成了一套系统性流程，包括测试前的准备工作、测试过程中的数据采集和分析、测试后的结果评估和调整等，“试车”两字也成为航天行业针对火箭和航天器发动机地面试验的常用说法。

发动机热试车现场

当前，航天事业正在由单纯的宇宙空间探索逐步迈向空间资源开发利用的新阶段。航天技术在导航、通讯、气象预报、资源探索、科学实验等领域占据着日益重要的地位，更在政治、经济、军事和科技领域普遍发挥着巨大作用。

随着航天任务的复杂性不断加剧，各国对航天器的可靠性要求也不断提高。为此，越来越多的新概念、新技术被用于改造航天器及其推进系统。其中，发动机作为航天器动力装置的核心，往往需要适应复杂恶劣的工作环境，因此成为故障敏感多发之处。一旦在飞行途中出现问题，航天器将损失动力，轻则无法完成任务，重则酿成惨剧。因此，在任何一台航天器发动机正式投入使用之前，必须通过各种试验对其性能、功能、强度、可靠性等具备充分认识和了解，以便安全、有效、合理地使用。

如今，航天器发动机的研发已是综合性系统工程，涉及多学科知识领域，包括空气动力学、工程热物理、传热传质、机械、强度、传动、密封、电子和自动控制等。同时，发动机内部的气动、热力和结构材料特性非常复杂，至今还无法通过理论上的详尽准确描述来解决，只能通过不断试验来暴露问题、排查隐患。

总之，采用试验的方法，可以验证发动机设计的合理性，扩展已有的经验，还有可能推动科研人员对物理机理的进一步认识。此外，发动机设计能力的提高依赖于试验数据的不断增加和完备、对已有经验的扩展以及理论分析的进一步完善。

近百年来的国内外研制实践表明，新型发动机的诞生、改进和改型都离不开试验，发动机的发展史就是不断摸索和反复完善的过程，也就是设计、制造、试验、修改、再制造和再试验的反复循环。

方法多样

效果显著

无论是航空发动机还是航天发动机，均可分为部件试验和全台发动机的整机试验，一般也将后一种试验称为试车。

部件试验主要包括进气道试验、推力室试验、尾喷管试验、附件试验以及零组件的强度、振动试验等。整机试验则分为整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。

液氧甲烷火箭发动机进行试车

通俗地理解，我们可以将发动机的设计比喻为足球队的训练和培养：部件试验就相当于对每个队员的能力进行测试，其中，性能测试相当于测试队员的球技和基本功，强度、振动试验近似测试队员的体能；而发动机整机试验相当于全队模拟比赛。

正如球队严格训练才有希望取得优异成绩，发动机研制只有以大量试验为基础，才能保证各项指标满足设计要求，成为合格产品。因此，发动机的测试和试验是至关重要的环节，能够确保发动机在正式投入使用后表现出色，避免出现各种潜在问题。

从试验流程来看，发动机整机试验首先在地面试车台上进行。这种装置通常由承力装置、推进剂供应系统、配气系统、控制系统、摇摆测控系统、吊装系统、测量系统、监测系统、监视系统、通讯和消防系统组成。完整的试车程序包括任务下达、组织实施、试车报告和资料归档。

完成地面热试车后，发动机还需借助专门的高空试验设备——高空模拟试车台，开展高空模拟试验。这是由于发动机的高空性能与地面表现大不相同，影响发动机结构强度的最恶劣因素——气动、热力负荷点不会出现在地面静止状态条件下。

简单地说，高空模拟试验就是人工“制造”高空条件，模拟飞行状态，包括飞行高度、飞行马赫数及飞行姿态（比如攻角、侧滑角等），使安装在地面上的发动机能够像工作在高空一样，验证和考核其高空工作特性。

火箭发动机进行试车

毫无疑问，发动机高空模拟热试车具有重要意义。一方面，可以提高试验安全性，在试车过程中，一旦出现故障，能够及时发现和排除，避免对人员和设备造成损害。

另一方面，高空模拟试验显著提高了试验水平。在飞行试验中，由于空间和重量的限制，难以采集和测量大量试验参数。而在高空模拟试验中，根据试验要求，科研人员有机会尽可能多地获取数据，并利用先进的数据处理系统进行现场实时处理和分析。

此外，高空模拟试验有望缩短发动机研制周期，更少地受到地点、天气、时间等因素影响，从而降低研制成本，提高经济效益。

正是因为发动机热试车的重要性和不可替代性，航天科技水平较高的国家都十分重视试验装备的建设和试验技术的研究，为研制火箭和航天器发动机投入巨大，建成了众多试验基地。相信随着固体/液体燃料发动机试车台不断建设完善，更先进、更可靠的动力装置将驱动火箭和航天器取得更大的成就。