空间发动机试验台，火箭发动机的“终极考场” 一文了解

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2024年5月，我国首个发动机垂直高空模拟试验台考台点火试验取得圆满成功。7月，新一代载人运载火箭三级液氢液氧发动机通过该试验台，完成了高空模拟环境长程试验，验证了我国最大喷管面积比液氢液氧发动机长程工作的可行性，试验取得圆满成功。

近日，亚洲最大空间发动机高空模拟试验台在陕西铜川建成投用，实现了空间发动机高空模拟试验能力的重大跨越，展示了我国在高空模拟试验技术领域的领先地位，标志着我国载人登月工程落月主减速发动机高空模拟试验关键技术取得重大突破，将有力保障和支撑载人月球探测工程的顺利开展。

空间发动机试验台是什么？有何作用？高空模拟试验台又有何特别之处？一文了解。

什么是空间发动机试验台？

在航天领域有这样一个共识：“发展航天，动力先行”。在太空探索中，空间发动机为运载火箭等航天器提供了飞向太空的动力。若将发动机看作火箭的“心脏”，那么空间发动机试验台就好比火箭“心脏”的监测仪，它是一种专门用于测试火箭发动机性能的地面试验设施，通常由试车间、承力墩、导流槽、测控中心、测控系统、试车架等部分组成，能够模拟发动机的工作环境，以验证和考核火箭发动机的性能、功能、强度、可靠性等方面，确保发动机在实际飞行中能够稳定可靠地工作。

为什么要建造空间发动机试验台？

空间发动机的研制工作是一项复杂且精细的工程，不仅需要深厚的理论基础和先进的计算模拟技术，更依赖于实际的点火测试来验证设计的准确性和可靠性。因而在发动机的研制过程中，理论与实际的结合是不可或缺的。发动机试验台上装备了各类高精度传感器，它们是发动机测试的“感官”，能够实时监测发动机在点火测试中的关键参数。通过这些精密的测量，科研人员可以直观地观察发动机在实际工作中的表现，从而对发动机的性能有一个全面深入的了解。这些试验参数不仅为科研人员提供了发动机工作状态的各项指标，也会作为评估发动机性能的重要依据，通过将测试结果与设计预期进行对比，科研人员可以发现设计中的不足，进而对发动机进行必要改进和优化。

为何不同的发动机需要“量身定制”的试验台？

从类型角度看，由于各类发动机都有其独特的设计和性能参数，决定了测试时所需的特定环境和条件，这就意味着一个试验台不能解决“一揽子”发动机试车工作，需根据不同类型的发动机建造不同类型的试验台，使试车环境和发动机的实际工作环境尽量一致。为此，试验台也可进行分类。例如：

按照试验台规模

根据试验台台体结构、推进剂储箱容量以及测量控制设备等方面的不同，可分为大型试验台和中小型试验台。

按照发动机的推进剂类型

可分为液氧液氢发动机试验台、液氧煤油发动机试验台和常温可储存发动机试验台。

按照发动机推力测试时间长短

可分为稳态测试和动态测试两种试验台。前者主要测试发动机稳态推力、压力性能指标，通过长时间稳定工作来验证发动机设计和制造的质量，后者则注重推力、压力上升段过渡过程和下降段后效冲量变化特性研究。

按照发动机试验时安装姿态

可分为水平试验台和垂直试验台。水平试验台用途广泛，工作过程中发动机质量变化对推力测量影响小，但同时这种试验台对侧向力敏感性较低。垂直试验台又分为正立式和倒立式两类。

从安全角度看，试验台必须确保在测试过程中的安全性，不同发动机在点火时产生的推力和热流会存在差异，因此需要特制的导流槽和冷却系统来应对。

从测量角度看，为了获得准确的测试数据，试验台上的传感器和测量设备需要与发动机的具体参数相匹配。例如，推力测量系统必须能够准确测量特定范围内的推力。

从模拟环境看，试验台的设计旨在模拟发动机在实际飞行中可能遇到的各种条件，包括高空模拟、振动环境等，不同发动机的飞行条件可能有所不同，因此需要特定的模拟环境。

从成本效率看，为不同的发动机设计和建造专用试验台可提高测试的效率和准确性，长期而言可节省时间和资源。

从技术发展看，空间发动机研制技术的进步将伴随新的测试需求，建造专用的试验台能够为新型发动机提供必要的测试支持。

高空模拟试验台为何成为发展趋势？

运载火箭上面级等航天器发动机在启动时处于80公里以上的高空低气压状态，其高空性能与地面表现大不相同。由于影响发动机结构强度的气动和热力负荷在地面静止状态下无法模拟，因此需要高空模拟试验台来创造高空条件，通常通过抽真空形成30~40公里的低气压环境，模拟高空飞行状态。高空模拟试验台主要用于考核发动机在低压和真空环境下的喷管结构和性能，确保高空工作可靠性。通过高空模拟热试车，可以提高试验安全性，及时发现和排除故障，为先进发动机的研制提供关键支持。

随着空间发动机试车台的不断建设完善，将为各类航天器发动机的研制与测试提供一个更为先进可靠的平台。