1 前言

  目前，发动机／机体一体化优化设计和飞行器性能评估主要依靠带涡轮风扇模拟器（Turbine Powered Simulator，简称TPS）动力模拟风洞试验，精确模拟涡扇发动机推进系统的气动力效应并精确测量气动力(图1为空客A380 TPS风洞试验）。在TPS动力模拟风洞试验中，TPS的涡轮高压驱动气体需由外部引入，而测量装置希望测得的仅仅是模型外部的气动力与TPS短舱推力的合力，因此如何减小并扣除高压供气系统对模型天平测力结果的干扰，是一个急待解决的关键技术问题，解决这一关键问题的技术途径是在高压供气管路上安装空气桥。由于我国过去没有开展TPS高速风洞试验技术研究，空气桥研制没有经验和技术储备，对空气桥结构、功能和机理也仅有有限的感性认识。

图1 空客A380TPS风洞试验

图2 TPS空气桥、半模天平与模型

  空气桥和半模天平为TPS高速风洞试验的测量、支撑和动力供给装置，更是TPS风洞试验测量系统的核心，其刚度直接影响试验模型气动力和TPS推力测量的精度和准度，TPS空气桥、半模天平与风洞模型的安装位置如图2所示。空气桥一端与天平固定端（风洞洞体）固结，另一端与天平浮动端（风洞模型）固结，因此，模型的气动载荷和TPS短舱推力同时通过天平（高精度多分量力测量传感器）和空气桥传递到风洞洞体半模转窗。为了准确测量模型的气动载荷和TPS短舱推力，理想情况的空气桥是一个非常柔性、弹性、稳定性极高的管路系统，不传递任何载荷。考虑到空气桥承载压力为6MPa，气流温度为80℃，其需要足够的强度和刚度，不可能设计成 “完全柔性”的管路系统。为了保证测量的精确度，空气桥对半模天平测值影响量需小于3‰。

  因此，在进行TPS空气桥和半模天平设计时，一方面在保证天平各分量测量灵敏度的情况下应尽可能提高天平的刚度；另一方面应在保证强度与稳定性的情况下尽可能降低空气桥的刚度。故刚度匹配是空气桥与半模天平设计的重点和难点，过去主要通过试验来优化空气桥与天平的结构，周期较长，成本很高，优化结果通常不是很理想，很难达到空气桥对半模天平测值影响小于3‰的目标。为此，本项目提出空气桥与半模天平组合一体化设计方法，建立虚拟样机模型，应用ANSYS对空气桥与半模天平进行完整、详尽的强度、刚度、振动模态与屈曲分析，成功地完成了空气桥和半模天平设计，大大缩短了研制周期，降低了成本，取得了良好的经济效益和社会效益。