航空發動機高空模擬試驗
高空模擬試驗的重要作用
由於航空發動機技術的複雜性和研製的高風險性以及使用要求的高可靠性，特別是工作範圍的不斷擴大和設計指標的日益提高，使得航空發動機發展的每一個環節都離不開廣泛而深入的試驗研究與試驗，尤其是高空模擬試驗。據統計，一種新型發動機研製一般需要10萬小時左右的零部件試驗、4萬小時左右的材料試驗、1萬小時左右的整機地面臺試驗和2000小時以上的高空模擬試驗。如F119發動機的驗證機，從1985～1998年在高空臺上完成了3500小時的高空模擬試驗；在F404基礎上衍生改進的F414發動機，累計完成了2.05萬小時的臺架試車與飛行試驗，其中高空臺試驗約2000小時。
高空模擬試驗，就是在地面上能夠模擬航空發動機高空工作環境和使用工況條件並獲取其工作性能/特性的高空臺上進行的發動機試驗。因高空臺特有的發動機工作條件真、模擬範圍寬、測試能力強、試驗效率高、風險易控和重複性好等突出優勢，使得高空模擬試驗是自主研製先進航空發動機和推進系統不可或缺的最有效的試驗手段。事實上，高空臺和高空模擬試驗是唯一能夠在發動機研製過程中實現其全工作包線範圍內性能/特性摸索與考核的唯一手段，是發動機研製過程中最有效的性能調試和技術攻關手段；是先進航空發動部分關鍵部件研製的重要手段。
高空模擬試驗技術研究的主要內容
高空模擬試驗技術是提高試驗效率和準確獲知發動機空中工作性能/特性的核心和關鍵，試驗技術研究首先就要確保高空工作環境條件模擬的不失真、發動機工作信息和參數測試的準確性、發動機工作性能/特性確定與評估的正確度，同時還要研究新型動力高空模擬的關鍵試驗技術。
其中，航空發動機高空工作環境模擬技術研究，主要包括：發動機空中工作的進、排氣壓力與溫度環境模擬技術；發動機空中起動與地面特殊環境起動環境模擬技術；空中工作條件下的發動機進/發匹配特性模擬技術；智能化控制與虛擬試驗技術。
高空模擬試驗測試計量技術主要包括：推力/功率測量與校準技術；燃油流量測量與校準技術；空氣流量測量與校準技術；動溫/動壓測量與校準技術；特種測試與傳感技術。
航空發動機高空性能/特性的確定與評定技術主要包括：發動機高空性能/功能的試驗確定與評定技術；發動機高空強度與振動特性的試驗確定與評定技術；使用環境對發動機性能/特性的影響分析與評定技術；發動機地面臺-高空臺-飛行臺試驗結果相關性研究。
新型動力高空模擬的關鍵試驗技術研究主要包括：變循環發動機高空模擬的關鍵試驗技術；渦輪衝壓組合動力（TBCC）高空模擬的關鍵試驗技術；新型動力高空模擬試驗基礎保障條件建設與調試技術研究。
國內外高空模擬試驗技術的發展趨勢
1.國外發展趨勢
高空臺建設和高空模擬技術研究基本上可分為五個階段。
第一階段是誕生期，從上世紀40年代初到50年代中期。該階段主要因為渦噴發動機誕生並使飛機突破聲障後，噴氣發動機研製要求在模擬空中飛行條件下進行試驗，因此航空發動機高空模擬試驗設備應運而生。本階段高空模擬主要針對第一代噴氣發動機和發動機的空中（穩態）性能。
第二階段是成長期或迅發期，從50年代中期到60年代中期。該階段主要因為飛機飛行範圍迅速擴大和噴氣發動機快速發展，發動機研發要求試驗全包線範圍內的工作性能，因而高空模擬設施得到蓬勃發展。本階段高空模擬主要針對第二代噴氣發動機和發動機的空中性能/功能，如美、俄、英、法等國在該階段建設了大量的高空臺。其中美國建設了7個高空模擬試驗基地16個高空艙，英國建設了3個基地7個艙，俄羅斯（前蘇聯）建設了兩個基地5個艙。
第三階段是成熟期，從60年代中期到70年代末。該階段主要因為飛機戰技性能提高使發動機的進/發相容性問題突出，要求全包線範圍內發動機性能/功能試驗的同時，還要對發動機的進/發相容性進行驗證與評估，因而自由射流高空模擬設施得到較大發展，同時高空模擬在發動機研製中的重要地位也自然確立。該階段主要針對第三代噴氣發動機和發動機的空中性能、功能與適用性，如美、英分別建設了推進風洞、自由射流試驗艙，俄也在原有基礎上擴充了自由射流試驗功能。我國在該階段立項建設連續氣源航空發動機高空模擬試驗基地，處於建建停停的特殊歷史階段。
第四階段是完備期，從70年代末到90年代中期。該階段主要因為大涵道比渦扇發動機的發展和戰鬥機戰技指標的進一步提升，使已有高空模擬能力不能滿足發動機的高空試驗需要，同時充分認識到沒有功能完備的高空臺和先進的高空模擬技術，就不可能研製出先進的高性能航空發動機，因而出現了巨型高空臺。美國在高空模擬絕對佔優條件下，及時投巨資興建了直徑8.5米、氣源功率約450兆瓦的高空臺並開展了相應的高空模擬技術研究。本階段主要針對第四代噴氣發動機和大涵道比渦扇發動機的空中性能、功能與適用性、耐久性等，同時也廣泛開展了數位化技術研究。我國在該階段完成了高空模擬試驗基地建設，並投入使用。
第五階段是集成期或智能期，從90年代初期開始。一方面飛機戰技指標持續提升，另一方面新概念發動機與飛行器不斷湧現，使高空模擬試驗的成本和風險不斷攀升。因此，一個國家的高空模擬試驗基地呈現資源整合與優勢集成的發展勢頭，同時智能化高空模擬試驗技術研究也得到開展和應用，如美國基本上由阿諾德工程發展中心整合和集成他的航空發動機高空模擬資源。值得關注的是，本階段亞洲鄰國日本、韓國、印度也隨其經濟實力增長和發動機研製水平提升大力開展高空臺的建設和高空模擬技術研究。我國在該階段具備了渦軸發動機高空模擬的試驗能力。
2.國內發展趨勢
我國高空臺建設和高空模擬研究大致可分為三個階段。
第一階段是建設期，從1965年到1997年。該階段主要是高空臺的建設調試和渦噴發動機高空模擬試驗技術研究，其標誌是1995年高空臺竣工和1997年成立航空發動機高空模擬重點實驗室。本階段高空模擬主要針對渦噴發動機和發動機的空中性能/功能，建立了渦噴發動機高空模擬試驗規範，完成了測仿發動機的高空模擬任務。
第二階段是成長期，從1997年到2005年。該階段主要是高空臺能力適應性擴充和大流量渦扇發動機高空模擬試驗技術研究，其標誌是高空模擬試驗對象從渦噴拓展到渦扇並進一步拓展到渦軸、渦槳（不帶槳葉）發動機，試驗範圍涵蓋航空發動機研製中的技術攻關和設計定型高空模擬試驗，同時充分認識到高空模擬在自主研製航空發動機中的不可或缺性和重要性。本階段高空模擬主要針對渦噴、渦扇、渦軸、渦槳發動機的空中性能/功能，完成了型號發動機研製中空中性能摸索與設計定型的高空模擬任務。
第三階段是機遇期，從2005年開始至今。該階段高空模擬研究與發展的機遇，主要基於兩個方面，一是「5·12」汶川大地震後的航空發動機高空模擬試驗研究基地異地新建的國家戰略決策，二是當前航空發動機的歷史發展機遇，尤其是航空發動機與燃氣輪機重大科技發展專項的啟動和實施，對高空模擬設備能力與試驗技術需求呈井噴式增長。其標誌是綿陽新基地的建設和高空模擬技術向自動化、智能化研究方向發展。本階段高空模擬試驗仍然以發動機性能/功能試驗為主，但適應性與耐久性試驗以及自動化、智能化試驗技術研究也在如火如荼展開。
我國高空模擬試驗技術的發展對策
1.當前存在問題
技術創新能力和基礎技術研究水平與當前高空模擬需求不相適應，是當前我國高空模擬技術發展中的主要問題。首先，多年來我國發動機研發一直由測仿和引進主導，測仿與低水平引進對高空模擬試驗的需求相對不高。其次，多年來我國發動機研發重型號輕預研與經費投入不足，致使我國高空模擬技術創新和基礎技術研究的投入長期匱乏，甚至空白。再者，我國航空發動機在本世紀以來呈井噴式發展，對高空模擬的設備能力和試驗技術提出了新要求。從而，使得現有的基礎創新能力與技術基礎研究與當前發動機迅速發展態勢對高空模擬劇增的需求不相適應。
過渡階段高空模擬硬體能力下降與任務需求增加的突出供需矛盾。高空臺設備從建成至投入使用已三四十年工作了，受基礎設備老化以及汶川大地震損壞的雙重影響，設備性能下降，隨著我國近代航空發動機科研技術的迅猛發展，高空模擬試驗的發動機數量增加，試驗內容和科目增加，因此在新的試驗基地建成投運前的過渡階段，高空模擬硬體能力下降與任務需求增加就成為當前存在的突出供需矛盾。
2.發展機遇
儘管高空模擬研究存在問題，但也有前所未有的發展機遇。首先，是國內航空業界普遍認識到並重視了高空模擬在發動機研製中不可或缺的重要作用。目前，不僅新研製發動機和重大改進改型發動機要在高空臺進行試驗與試驗研究，而且發動機性能調試與故障排除中主動要求進行高空模擬試驗，還有在發動機探索和概念研究階段也重視和積極尋求高空模擬試驗研究。其次，當前的國內航空發動機發展形勢為高空模擬帶來了嚴峻挑戰與發展動力。隨著國際軍事形勢越來越複雜，飛機尤其是軍用飛機的作用越來越重要，我國國防在軍用飛機的投入力度加大，國內飛機發動機的研製進度逐漸提上日程，航空發動機迎來前所未有機遇的同時，就對高空模擬能力尤其是為高空模擬技術研究和發展帶來了嚴峻挑戰與強勁發展動力。最後，「5·12」汶川地震後異地重建高空模擬基地為高空模擬跨越發展提供了新機遇。既然是異地建設，在設備規劃與研究平臺方面就不受現有基地條件的約束，可以充分利用多年高空模擬使用維護與技術研究的經驗成果，可以利用當前發動機高空模擬需求的信息資源，這就為我國高空模擬的跨越發展創造了新的機遇。
3.發展思考
（一）有的放矢，強化高空模擬關鍵技術研究
針對國內發動機研發對高空模擬能力與技術的需求和我國高空模擬技術與世界同類先進技術之間的差距，有的放矢，加大高空模擬關鍵技術和前瞻技術的研究。主要有：航空發動機工作過程動態模擬和實時模擬的飛行環境模擬技術研究；虛擬化、數位化試驗測試技術；網絡化與智能化試驗測試技術；實時與瞬態試驗測試技術；特種試驗測試技術研究；加速任務試驗測試技術；試驗測試資料庫技術加大。
（二）踐行技術創新理論與方法，提升基礎技術研究和技術創新能力
航空發動機高空模擬是國防科技領域的核心技術，美國等西方發達國家一直對我國進行嚴密的技術封鎖，就是先進的測試設備也一直未對我國高空模擬試驗領域開放。可見，高空模擬技術既換不來，也買不到，必須走自主創新的發展道路。
（三）做好總體策劃與風險管理，保證過渡階段的發動機高空模擬條件
21世紀初期以來，隨著現代航空科研技術的不斷發展，現代高性能的航空發動機研製都大量採用新概念、新技術、新材料和新工藝，為此，除必要的研究、設計工作外，必須進行大量的試驗進行驗證。因此，為充分發揮高空臺資源價值和儘可能保證當前的高空模擬任務，須將所有高空模擬試驗任務納入統一的大計劃中，做好總體策劃與風險管理，實施動態管理和調控。
（四）加強知識管理與人才培養，全面提升發動機高空模擬的綜合能力
當前是科技與信息的時代，同行業單位間的技術能力差距很大程度上取決於知識管理水平的差距，競爭優勢很大程度上取決於高素質人才優勢。在知識經濟時代，佔主導地位的資源和生產要素已不是資本和一般勞動力，而是知識和信息，是擁有知識和才能的知識勞動者。據統計，許多有實力的公司、企業，其有形資產和無形資產的比例都達到1∶2或者說1∶3。因此要提升我國發動機高空模擬的綜合實力，必須加強知識管理和人才培養工作，尤其是高素質和領軍高空模擬試驗人才的培養工作。