自由射流試驗

所謂射流指的是流體自孔口或噴嘴射入相同或者另外一種流體的流動。如果流體射入與其特性相同的無限大空間中，就稱作淹沒自由射流。

世界上很多具有代表性的飛機動力裝置、進氣道等都是通過航空發動機高空模擬自由射流試驗進行測試。在自由射流試驗中，具有代表性的首推F-15、F-16 戰鬥機 ^[1]  。

欠膨脹自由射流是指當自由射流流出噴管出口時，其射流本身的靜壓高於周圍環境介質的靜壓（環境背壓）。這種情況下射流一旦流出噴管出口就將在周圍環境中發生膨脹，相對於其在噴管內的狀態來説，就稱之謂欠膨脹自由射流。而低度欠膨脹顧名思義就是指自由射流流出噴管出口時，其本身靜壓雖然大於周圍環境介質壓強，但又大得不太多。

過膨脹自由射流是指出口射流的靜壓低於周圍介質的靜壓的射流。而低度過膨脹的射流是指0.85< n<1的射流。

在設計工況下，周圍介質靜壓（噴管背壓）應與噴管出口射流的靜壓一致，此時，噴管出口射流既不發生膨脹作用也不發生壓縮作用，於是射流核心區內無波系存在，所以會有明顯的射流核心區存在。

勢流核心區（potential core region）：簡稱 PC 區，它起始於射流與周圍介質的動量交換邊界但還未發展至整個流場，在此區域內，其速度等於軸線速度且其速度特徵保持與噴管出口時一致。

隨着噴氣式航空發動機的問世，航空發動機試驗裝置的發展也在進行中。從 1928 年美國第一個老式風洞的問世，到 1993 年美國 AEDC（阿諾德工程發展中心）ASTF C-2自由射流裝置的投入使用，在半個多世紀的發展歷程中，航空發動機高空模擬試驗裝置出現了“推進風洞”、“直接連接式”和“自由射流”試驗方法。隨着對飛行器性能要求的提高和試驗成本的考慮， “推進風洞試驗”和“直接連接式試驗”雖然在西方一些航空大國曾經引以為傲，但如今也已經黯然失色，取而代之的“自由射流高空模擬試驗”技術則佔據了航空發動機高空模擬試驗的主導地位，且其在國外航空大國的發動機研製中已經起到了至關重要的作用。時至今日美、英等國已經處於世界航空發動機研製技術的前沿，但儘管如此，他們仍不惜花費鉅額重金來新建或擴建航空發動機高空模擬試驗設備和裝置，可見高空模擬自由射流試驗技術水平已經成為一個國家自主研發航空發動機能力的重要標誌 ^[2]  。

全世界各航空工業發達國家如美、英、法、俄、日等國幾乎都有自己的高空模擬自由射流裝置，以用於國家自主研製先進的航空發動機，有些國家建造了數個甚至十數個試驗艙來保證航空發動機研發的先進性。在這些自由射流試驗艙中，有三個被公認處於世界領先水平，它們分別是英國國家燃氣輪機研究中心建造的全尺寸自由射流試驗艙 C-4，前蘇聯中央航空發動機研究院設計並建造的能夠進行自由射流測試的高空試驗枱ЦИ-4，還有美國阿諾德工程發展中心建造的能夠進行亞聲速和超聲速試驗的自由射流高空艙 C-2。