航空航天地面測(cè)試行業(yè)對(duì)溫度控制的極端性、精準(zhǔn)性和可靠性有著嚴(yán)苛到近乎苛刻的要求，從發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的高溫冷卻，到航天器熱真空試驗(yàn)的深低溫模擬，再到航電設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試，每一個(gè)環(huán)節(jié)的溫度管理都直接影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、設(shè)備安全性和型號(hào)研制進(jìn)度。冷水機(jī)作為關(guān)鍵溫控設(shè)備，需在 - 196℃至 300℃的超寬溫域內(nèi)提供 ±0.5℃的精準(zhǔn)控溫能力，同時(shí)具備抗振動(dòng)沖擊、低電磁干擾和快速響應(yīng)的特性。航空航天測(cè)試用冷水機(jī)的選型與運(yùn)行，是平衡測(cè)試精度、設(shè)備保護(hù)與試驗(yàn)成本的核心環(huán)節(jié)，更是保障航空航天裝備研制質(zhì)量的重要支撐。

一、航空航天地面測(cè)試行業(yè)對(duì)冷水機(jī)的核心要求

（一）超寬溫域控制與極速溫變能力

極端環(huán)境模擬對(duì)溫度范圍提出極致要求：

? 發(fā)動(dòng)機(jī)高空模擬試驗(yàn)需實(shí)現(xiàn) - 55℃至 120℃的環(huán)境溫度控制，降溫速率≥5℃/min，溫度波動(dòng)超過(guò) ±1℃會(huì)導(dǎo)致推力測(cè)試偏差（≥2%）；

? 航天器熱平衡試驗(yàn)的冷板需維持 - 196℃至 80℃，控溫精度 ±0.5℃，溫差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熱流密度測(cè)量誤差（≥5W/m2）；

? 航電設(shè)備高低溫沖擊測(cè)試需在 - 65℃與 150℃間快速切換（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤5 分鐘），溫變速率不足會(huì)導(dǎo)致材料應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)失真。

某航天測(cè)試中心因冷水機(jī)溫變速率不足（僅 2℃/min），導(dǎo)致某型號(hào)衛(wèi)星熱控測(cè)試周期延長(zhǎng) 15 天，影響發(fā)射計(jì)劃。

（二）抗強(qiáng)振動(dòng)與低電磁干擾

復(fù)雜測(cè)試環(huán)境對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：

? 發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)冷卻系統(tǒng)需耐受 10g 的振動(dòng)沖擊（10-2000Hz），關(guān)鍵部件連接需采用防松自鎖設(shè)計(jì)（如施必牢螺紋 + 點(diǎn)焊固定）；

? 微波暗室測(cè)試用冷水機(jī)電磁輻射需≤0.1μT（30MHz-1GHz），避免干擾雷達(dá)、通信設(shè)備的測(cè)試信號(hào)；

? 設(shè)備運(yùn)行噪音需≤60dB（A），防止聲學(xué)測(cè)試環(huán)境受到干擾（尤其針對(duì)聲疲勞試驗(yàn)）。

某航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)因冷卻管路振動(dòng)疲勞斷裂，導(dǎo)致試車中斷，直接損失超 800 萬(wàn)元。

（三）高可靠性與試驗(yàn)安全保障

型號(hào)試驗(yàn)的特殊性要求設(shè)備零故障運(yùn)行：

? 冷水機(jī)組平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）需≥20000 小時(shí)，關(guān)鍵系統(tǒng)采用 2N 冗余設(shè)計(jì)，單點(diǎn)故障不影響試驗(yàn)進(jìn)程；

? 具備完善的安全聯(lián)鎖功能（超溫、超壓、斷流保護(hù)），響應(yīng)時(shí)間≤1 秒，確保試驗(yàn)件和人員安全；

? 支持遠(yuǎn)程監(jiān)控與應(yīng)急操作，在放射性、有毒氣體等危險(xiǎn)測(cè)試環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)行。

二、不同航空航天測(cè)試場(chǎng)景的定制化冷卻方案

（一）發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試：高溫與高壓冷卻

1. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)冷卻系統(tǒng)

某航空測(cè)試基地采用該方案后，發(fā)動(dòng)機(jī)試車?yán)鋮s系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行 1000 小時(shí)無(wú)故障，推力測(cè)試偏差≤0.5%。

? 核心挑戰(zhàn)：航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)（推力 50-500kN），燃燒室排氣溫度達(dá) 1500-2000℃，需冷卻噴油嘴、尾噴管等部件，冷卻水溫需控制在 50±2℃。

? 定制方案：

? 采用高壓離心式冷水機(jī)（工作壓力 2.5MPa），制冷量 500-2000kW，為試車臺(tái)水套和換熱器供水，流量穩(wěn)定性 ±1%；

? 冷卻水路采用雙壁不銹鋼管（內(nèi)層 316L，外層 304），配備爆破片（起跳壓力 3.0MPa）和泄漏檢測(cè)裝置；

? 與試車控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（0-100% 額定轉(zhuǎn)速）自動(dòng)調(diào)整冷卻水量，試車前預(yù)冷 30 分鐘。

1. 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車?yán)鋮s系統(tǒng)

? 核心挑戰(zhàn)：液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車（推力 100-10000kN）時(shí)，噴管延伸段溫度達(dá) 800-1200℃，需強(qiáng)制冷卻防止燒蝕，冷卻水流速需≥10m/s。

? 定制方案：

? 采用超高壓冷水機(jī)組（工作壓力 4.0MPa），制冷量 1000-5000kW，為噴管水冷通道供水，水溫控制在 40±1℃；

? 冷卻介質(zhì)為去離子水（電阻率≥15MΩ?cm），添加航天級(jí)緩蝕劑（如肼類化合物），防止高溫腐蝕；

? 系統(tǒng)配備應(yīng)急儲(chǔ)水罐（容量≥10 分鐘用水量）和柴油發(fā)電機(jī)，確保斷電時(shí)核心冷卻不中斷。

（二）航天器測(cè)試：深低溫與熱模擬冷卻

1. 熱真空試驗(yàn)箱冷卻系統(tǒng)

? 需求：航天器熱真空試驗(yàn)（真空度≤1×10??Pa）需模擬太空高低溫環(huán)境（-196℃至 150℃），冷板溫度控制精度 ±0.5℃。

? 方案：

? 采用復(fù)疊式深低溫冷水機(jī)（一級(jí) R404A + 二級(jí) R23），制冷量 200-1000kW，最低溫度達(dá) - 196℃，控溫精度 ±0.3℃；

? 冷板采用紫銅微通道設(shè)計(jì)（換熱面積≥10m2），通過(guò)液氮輔助制冷實(shí)現(xiàn)極速降溫（速率≥10℃/min）；

? 與真空系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，真空度達(dá)標(biāo)后啟動(dòng)溫度循環(huán)，實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)件溫度響應(yīng)曲線（采樣率 10Hz）。

1. 太陽(yáng)模擬器冷卻系統(tǒng)

? 需求：太陽(yáng)模擬器（輻照度 1367W/m2）的氙燈和光學(xué)系統(tǒng)需冷卻，燈體溫度需控制在 80±5℃，高溫會(huì)導(dǎo)致光譜漂移（偏差≥2%）。

? 方案：

? 采用精密水冷冷水機(jī)（制冷量 50-300kW），為氙燈冷卻套和反射鏡供水，水溫控制在 25±1℃；

? 冷卻水路采用低導(dǎo)熱率管路（減少冷量損失），配備流量傳感器（精度 ±0.5%），確保冷卻均勻；

? 與模擬器聯(lián)鎖，點(diǎn)燈前先通冷卻水，關(guān)燈后延時(shí) 30 分鐘關(guān)閉，避免余熱損壞光學(xué)元件。

（三）航電設(shè)備測(cè)試：環(huán)境與可靠性冷卻

1. 電子設(shè)備高低溫測(cè)試?yán)鋮s系統(tǒng)

某航電測(cè)試中心采用該方案后，設(shè)備可靠性測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性提升至 98%，通過(guò)軍方計(jì)量認(rèn)證。

? 核心挑戰(zhàn)：航電設(shè)備（雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)）高低溫循環(huán)測(cè)試需 - 65℃至 150℃溫變，循環(huán)次數(shù)≥1000 次，溫度偏差會(huì)導(dǎo)致可靠性評(píng)估失真。

? 定制方案：

? 采用多溫區(qū)冷熱一體機(jī)（制冷量 100-500kW），復(fù)疊制冷 + 電加熱實(shí)現(xiàn)寬溫域控制，控溫精度 ±0.5℃；

? 測(cè)試箱內(nèi)采用風(fēng)道 + 均熱板設(shè)計(jì)，溫度均勻性≤±1℃，滿足 GJB 150.3A 環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；

? 系統(tǒng)支持測(cè)試曲線編程（升溫和降溫速率 0.1-10℃/min 可調(diào)），自動(dòng)記錄每循環(huán)的溫度數(shù)據(jù)。

1. 振動(dòng) - 溫度復(fù)合試驗(yàn)冷卻系統(tǒng)

? 需求：航空航天部件振動(dòng) - 溫度復(fù)合試驗(yàn)（振動(dòng) 10-2000Hz，溫度 - 55℃至 120℃）需同步控溫，避免振動(dòng)影響溫度穩(wěn)定性。

? 方案：

? 采用抗振動(dòng)型冷水機(jī)（振動(dòng)傳遞率≤5%），制冷量 50-200kW，為振動(dòng)臺(tái)夾具水冷套供水；

? 冷卻管路采用金屬波紋管（補(bǔ)償量≥50mm）和柔性接頭，減少振動(dòng)傳遞至冷水機(jī)；

? 與復(fù)合試驗(yàn)控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，振動(dòng)量級(jí)和溫度參數(shù)同步調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)分析。

三、運(yùn)行管理與試驗(yàn)保障

（一）極端溫域控制與校準(zhǔn)

1. 溫度校準(zhǔn)體系

? 日常校準(zhǔn)：每月用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)（精度 ±0.01℃）校準(zhǔn)設(shè)備傳感器，低溫區(qū)（-196℃至 0℃）采用銠鐵電阻校準(zhǔn)；

? 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證：每季度進(jìn)行溫變速率測(cè)試，在全溫域內(nèi)選取 5 個(gè)典型溫度點(diǎn)，確保實(shí)際速率與設(shè)定值偏差≤5%；

? 計(jì)量溯源：每年送國(guó)防計(jì)量站校準(zhǔn)，獲得 CNAS 認(rèn)可證書(shū)，確保測(cè)試數(shù)據(jù)可追溯至國(guó)家基準(zhǔn)。

1. 低溫運(yùn)行保障

? 制冷劑管理：深低溫系統(tǒng)采用高純度制冷劑（純度≥99.9%），定期檢測(cè)含水量（≤10ppm），避免冰堵；

? 防凍保護(hù)：冷卻水系統(tǒng)添加航天級(jí)防凍液（冰點(diǎn)≤-65℃），低溫啟動(dòng)前預(yù)熱管路（≥5℃）；

? 真空絕熱：低溫管路采用多層真空絕熱（蒸發(fā)損失≤0.5%/ 天），法蘭連接采用低溫密封墊（如銅包覆石棉）。

某航天測(cè)試中心通過(guò)精準(zhǔn)校準(zhǔn)，熱流密度測(cè)試偏差從 3% 降至 0.5%，滿足型號(hào)鑒定要求。

（二）抗振動(dòng)與電磁兼容管理

1. 振動(dòng)防護(hù)設(shè)計(jì)

? 設(shè)備安裝：冷水機(jī)采用空氣彈簧減震器（阻尼比 0.04）+ 花崗巖基座，與試驗(yàn)臺(tái)保持≥5 米距離或設(shè)置減振溝；

? 管路固定：采用防振支架（間距≤1m），彎頭處安裝彈性支撐，關(guān)鍵部位設(shè)置振動(dòng)傳感器（報(bào)警值 5g）；

? 部件強(qiáng)化：壓縮機(jī)、水泵等旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試（殘余不平衡量≤0.5g?mm），避免共振。

1. 電磁干擾控制

? 屏蔽措施：電氣柜采用 3mm 厚鍍鋅鋼板全屏蔽，電纜選用雙層屏蔽線（銅網(wǎng) + 鋁箔），接地電阻≤0.5Ω；

? 布局優(yōu)化：將冷水機(jī)放置在測(cè)試區(qū)域外，通過(guò)長(zhǎng)管路連接（≤50 米），減少電磁輻射直接影響；

? 濾波設(shè)計(jì)：電源端安裝 EMI 濾波器（插入損耗≥60dB），控制回路采用光纖傳輸，避免信號(hào)干擾。

（三）可靠性保障與應(yīng)急處理

1. 預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃

? 日常檢查：每日記錄運(yùn)行參數(shù)（溫度、壓力、流量），檢查有無(wú)泄漏、異常噪音，過(guò)濾器壓差≤0.1MPa；

? 定期保養(yǎng)：每 500 小時(shí)更換過(guò)濾器濾芯和冷凍油，每 1000 小時(shí)清潔換熱器和校準(zhǔn)傳感器；

? 壽命管理：關(guān)鍵部件（壓縮機(jī)、閥門）按壽命周期更換（提前儲(chǔ)備備件），建立故障模式與影響分析（FMEA）庫(kù)。

1. 試驗(yàn)應(yīng)急預(yù)案

? 冷卻中斷：立即啟動(dòng)備用冷水機(jī)組（切換時(shí)間≤10 秒），試驗(yàn)件自動(dòng)切換至安全模式（如發(fā)動(dòng)機(jī)減速至怠速）；

? 超溫報(bào)警：?jiǎn)?dòng)應(yīng)急冷卻（如液氮噴淋），同時(shí)記錄超溫時(shí)間和幅度，評(píng)估對(duì)試驗(yàn)件的影響；

? 危險(xiǎn)環(huán)境：在有毒、放射性測(cè)試區(qū)域，配備遠(yuǎn)程操作機(jī)器人和自動(dòng)滅火系統(tǒng)，人員撤離至安全區(qū)監(jiān)控。

四、典型案例：航天綜合測(cè)試中心冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）項(xiàng)目背景

某航天綜合測(cè)試中心需建設(shè)高精度冷卻系統(tǒng)，服務(wù)于發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)、熱真空試驗(yàn)箱、航電測(cè)試間等 10 類測(cè)試設(shè)備，要求系統(tǒng)控溫范圍 - 196℃至 300℃，精度 ±0.5℃，年試驗(yàn)時(shí)間 5000 小時(shí)，滿足 GJB、HB 等軍工標(biāo)準(zhǔn)。

（二）系統(tǒng)配置

1. 測(cè)試?yán)鋮s架構(gòu)：

? 發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)：3 臺(tái) 2000kW 高壓冷水機(jī)（2 用 1 備），為試車臺(tái)供水，水溫控制 50±1℃，總循環(huán)水量 5000m3/h；

? 熱真空區(qū)：4 臺(tái) 500kW 深低溫冷水機(jī)，服務(wù)試驗(yàn)箱冷板，最低溫度 - 196℃，控溫精度 ±0.3℃；

? 航電區(qū)：6 臺(tái) 200kW 冷熱一體機(jī)，為高低溫測(cè)試箱供冷，溫變速率 0.1-10℃/min 可調(diào)。

1. 安全與精度設(shè)計(jì)：

? 全系統(tǒng)采用 2N 冗余設(shè)計(jì)，振動(dòng)傳遞率≤5%，電磁輻射≤0.1μT，滿足軍工電磁兼容要求；

? 配備航天級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集 1000 + 參數(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)≥10 年，支持與試驗(yàn)數(shù)據(jù)同步分析；

? 關(guān)鍵設(shè)備具備防核輻射能力（耐受劑量≥1×10?Gy），適應(yīng)特殊測(cè)試環(huán)境。

（三）運(yùn)行效果

? 測(cè)試精度：發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)試偏差≤0.5%，航天器熱流密度測(cè)量誤差≤2W/m2，航電可靠性數(shù)據(jù)重復(fù)性≥98%；

? 運(yùn)行可靠性：系統(tǒng)連續(xù) 3 年無(wú)重大故障，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá) 25000 小時(shí)，通過(guò)軍方驗(yàn)收；

? 型號(hào)支撐：成功保障 5 個(gè)航天器型號(hào)、3 型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲國(guó)防科工局認(rèn)可。

航空航天地面測(cè)試行業(yè)的冷水機(jī)應(yīng)用，是 “極端溫域控制”“抗惡劣環(huán)境” 與 “零故障運(yùn)行” 的高度統(tǒng)一，它不僅是保障測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的核心，更是推動(dòng)航空航天裝備研制進(jìn)程的重要支撐。隨著飛行器向高超聲速、長(zhǎng)壽命發(fā)展，冷水機(jī)將向 “更高溫變速率（≥20℃/min）、更深低溫（≤-270℃）、智能自適應(yīng)控制” 方向突破。選擇專業(yè)的航空航天測(cè)試?yán)渌畽C(jī)，是實(shí)現(xiàn)型號(hào)研制質(zhì)量與進(jìn)度雙重保障的關(guān)鍵舉措。