起动性能是衡量核心机总体性能设计水平的重要指标［1-2］。影响起动性能的因素较多，针对起动供油规律、几何可调部件控制规律、压缩部件裕度、温度限制等均已开展过相应研究，但是缺少进气压力损失对核心机起动性能影响的研究，尤其是试验研究。鉴于此，有必要开展试验研究，总结进气压力损失对核心机起动性能的影响规律。
现有的文献表明尚未有采取试验手段探讨进气压力损失对核心机起动性能影响的研究。因此，本文以某核心机为研究平台，借助于台架试车研究进气压力损失对核心机起动性能的影响，采取在核心机进气道前安装稳压系统的方式模拟进气压力损失的产生。除此之外，稳压系统的另一主要功能是通过提高核心机进口气流品质，改善进口的温度和压力畸变［3-5］。有利于提高压缩系统稳定性［6-8］，降低压气机发生失速或喘振的概率［9-11］。本文仅通过试验手段开展稳压系统对进气压力损失和核心机起动性能的影响研究。
试验分不安装稳压系统和安装稳压系统两步进行。安装稳压系统表示存在进气损失，不安装稳压系统表示不存在进气损失。两次试验在相同大气条件下开展，并分别录取核心机起动性能。试验结束后，分析进气压力损失对核心机性能参数的影响，并对进气压力损失产生的原因进行分析。
1 稳压系统组成
稳压系统主要由扩压段、稳压段、蜂窝器、整流网、转接段、滑动支撑、固定支撑等组成，如图1所示。稳压系统前端与进气管道相连，后端与工艺进气道相连，气流通过进气管道进入稳压系统，依次通过扩压段、稳压段、蜂窝器、整流网和转接段，最后进入发动机工艺进气道。
扩压段的设计目的是使气流减速，使动能转变为压力能，降低气流流速可以减小气流能量损失。但扩压段本质上为渐扩管道，气流存在分离，同时还包括摩擦损失。
稳压段横截面积不变，气流流速较低，设计目的在于使来自上游的紊乱气流稳定下来，使旋涡衰减，速度大小和方向分布更加均匀。
转接段的作用是加速气流，使其达到试验所需的速度。转接段的收缩比设计在合理的范围内，保证壁面收缩不太剧烈，不会出现流场分离的现象，同时保证出口气流的均匀性。
2 试验系统
3 试验方案
本次试验采取对比验证的方式，具体试验步骤如下：
首先，在不安装稳压系统的条件下，开展起动性能调试试验，通过调整起动机气源参数、起动供油规律、可调部件几何控制规律（压气机导叶、喷口喉道面积），使核心机能够正常起动，并录取核心机起动性能参数。
其次，安装稳压系统，在保持起动机气源参数、起动供油规律、可调部件几何控制规律、外界进气条件不变的前提下，开展起动性能录取试验，重新录取核心机起动性能参数。
4 试验结果与分析
根据试验方案，录取不安装稳压系统和安装稳压系统下两次起动试车的性能，为消除冷热态对起动性能的影响，两次起动均为当天第一次起动（冷起），且两次起动时的起动机气源参数、起动加速供油规律（按油气比控制）、可调部件几何控制规律、外界进气条件一致，排除了其他因素的干扰。
4.1 进气损失的变化
但是两次起动过程中核心机进气压力P 25表现出不同的变化规律。不安装稳压箱时，因工艺进气道总压损失，核心机进气压力仅有小幅下降（约0.5%）。但安装稳压箱后，进气压力随着核心机转速的增加下降明显，下降幅度约为5%（约5kPa），说明进气压力损失增大。从图7中明显看出，随着转速的增加，两次试车进气压力之间的差异越来越明显。
核心机进气压力的损失直接导致涡轮剩余功率降低，不利于转速的上升。同时，进气压力损失的增加导致压气机裕度降低，不利于加速供油的调整。
4.2 进气损失对核心机转速的影响
安装稳压箱前后，起动过程核心机转速及转速上升率出现明显差异。主要原因如下：在起动机脱开前，因起动机的带转能力较强，使得发动机两次起动转速及转速上升率差异较小；在起动机脱开后，发动机转速的变化完全依赖于自身剩余功率。因安装稳压箱导致进气压力出现损失，发动机自身剩余功率降低，导致转速上升曲线及转速上升率曲线出现明显分叉。较安装稳压箱前，安装稳压箱后的转速降低了约0.5%～4%，转速上升率低约2%/s~6%/s，转速上升率有明显下降，导致起动时间延长了7 s左右。
两次试车结果说明，进气压力损失对核心机起动性能有明显的影响。
4.3 进气损失对主燃烧室供油能力的影响
核心机进气压力降低不影响核心机共同工作线的位置，即相同换算转速下的核心机进口换算流量和压气机压比不变，由压气机压比 计算式（1） 可知，相同换算转速下压气机出口压力P 3降低（图10），并且转速越大P 3降低量越明显。
两次起动过程起动加速供油规律相同，加速供油规律是按照油气比进行控制，计算公式为
式中：f为油气比；W f为主燃烧室相对供油流量；P 3为压气机相对出口压力。
工程上常用供油压差（主燃油供油压力与压气机出口压力的差值）衡量主燃烧室供油能力，台架测量结果表明，安装稳压箱后供油压差降低，如图12所示。
核心机转速上升率降低的主要原因是主燃烧室供油量降低导致的涡轮剩余功率的降低，而最根本原因是核心机进气压力损失。
5 进气压力损失分析
5.1 扩压段损失分析
扩压段为一段渐扩管，对本次试验采用的稳压系统来说，扩压段面积比（扩压段出口面积与进口面积之比）是固定的。
式中： 为沿程摩擦损失系数，与流动状态、雷诺数和管壁粗糙度等因素有关，一般由试验确定； 为流体流动速度； 为流体密度； 为扩压段的扩散角；D 1、D 2分别为扩压段进、出口直径。
从式（3 ）、（4 ）可以看出，扩压段损失的大小与渐扩管的扩散角 有关。在面积比一定的情况下，扩散角越大，扩压损失越严重；扩散角越小，要达到一定的面积比所需要的管道也越长，因而摩擦损失也越大。扩压段产生的总损失为扩压损失和摩擦损失之和，即
将式（3） 和式（4） 代入式（5） ，得到
对式（6） 求导并令导数等于0，可求得使总损失最小的最佳扩散角，如式（7） 所示。
在工程中，最佳扩散角 一般取为5°～14°。
将式（7） 带入到式（6） ，可求得扩压段的最小损失为
至此，根据扩压段已知参数可计算扩压段的总压损失。
5.2 蜂窝器损失分析
蜂窝器的作用是降低气流旋涡尺度和气流紊流度。影响蜂窝器性能的主要参数是蜂窝长度l和当量直径 。长度l越大，当量直径 越小，整流效果越好，但损失也越大。
蜂窝器压力损失按式（9） ［18］所示。
式中： 为蜂窝器阻力系数； 为蜂窝器长度； 为蜂窝器当量直径； 为壁面平均粗糙度。
5.3 整流装置损失分析
5.4 转接段损失分析
为了减小管道截面积突然缩小的流动损失，转接段通常采用渐缩管，转接段位于稳压段和工艺进气道之间。
在渐缩管中，流线一般不会脱离壁面，流动阻力主要是沿程的摩擦损失［17］，计算方法与扩压段的摩擦损失计算方法相同。
6 结论
本次试验主要研究了进气压力损失对核心机起动性能的影响，得出以下结论：
（1）进气压力损失的产生，降低了起动过程转速上升率，不利于核心机起动。
（2）通过改善稳压系统中整流网和蜂窝器的粗糙度，可以改善进气压力损失。减小扩压段的壁面角度，能够减小涡流损失，但会导致扩压段长度增加进而引起摩擦损失的增加，在设计扩压段时需权衡涡流损失和摩擦损失之间的矛盾，给出合理的扩散角。
（3）本次试验研究是在常温常压进气条件下进行的，后续还将开展加温加压条件下的起动性能验证试验，进一步探索进气损失对起动性能的影响规律。