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主图风洞指标

发布时间:2021-06-04 23:02:55

⑴ 风洞实验的范围有哪些

不知道这个符不符合你的要求,你可以到这个词条里细看,我没有全部都复制过来。

风洞是进行空气动力学实验的一种主要设备,几乎绝大多数的空气动力学实验都在各种类型的风洞中进行。风洞的原理是使用动力装置在一个专门设计的管道内驱动一股可控气流,使其流过安置在实验段的静止模型,模拟实物在静止空气中的运动。测量作用在模型上的空气动力,观测模型表面及周围的流动现象。根据相似理论将实验结果整理成可用于实物的相似准数。实验段是风洞的中心部件,实验段流场应模拟真实流场,其气流品质如均匀度、稳定度(指参数随时间变化的情况)、湍流度等,应达到一定指标。风洞主要按实验段速度范围分类,速度范围不同,其工作原理、型式、结构及典型尺寸也各异。低速风洞:实验段速度范围为 0~100 米/秒或马赫数Ma=0~0.3左右 ;亚声速风洞:Ma=0.3~0.8左右;跨声速风洞:Ma=0.8 ~1.4(或1.2)左右;超声速风洞:Ma=1.5~5.0左右;高超声速风洞Ma=5.0~10(或12);高焓高超声速风洞Ma>10(或12)。风洞实验的主要优点是:①实验条件(包括气流状态和模型状态两方面)易于控制。②流动参数可各自独立变化。③模型静止,测量方便而且容易准确。④一般不受大气环境变化的影响 。⑤ 与其他空气动力学实验手段相比,价廉、可靠等。缺点是难以满足全部相似准数相等,存在洞壁和模型支架干扰等,但可通过数据修正方法部分或大部克服。
风洞实验的主要项目有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。测力和测压实验是测定作用于模型或模型部件(如飞行器模型中的一个机翼等)的气动力及表面压强分布,多用于为飞行器设计提供气动特性数据。传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。动态模型实验包括颤振、抖振和动稳定性实验等,要求模型除满足几何相似外还能模拟实物的结构刚度、质量分布和变形。流态观测实验广泛用于研究流动的基本现象和机理。计算机在风洞实验中的应用极大地提高了实验的自动化、高效率和高精度的水平。

⑵ 什么是SAE汽车风洞技术标准

美国汽车工程师协会(SAE)编制了汽车风洞及空气动力学实验技术标准:
(1) 风洞流场品质要符合SAE指标。SAE给定流场指标是:在模型区速度不均匀度≤0.25%,速度脉动均方根≤0.5%,气流偏角≤0.5°,湍流度≤0.5%,纵向静压梯度≤1%。
(2) 洞壁干扰要符合SAE试验规范。汽车正投影面积与风洞试验段横截面积之比≤5%,以轴距为参考长度的试验雷诺数≥1×106。
(3) 能满足各类汽车不同轮、轴距的四轮支撑方式。四轮支撑具有模拟真实且无支架干扰的优点。
(4) 地面板附面层位移厚度δ*与汽车模型底部距地间隙E的比值应在8.5%以内,此值过大,需进行附面层控制。
(5) 配置合适量程的汽车专用天平和满足车身表面压力分布测量的扫描阀压力传感器组件。
(6) 具备测量汽车尾流参数和显示汽车周围流场的能力。

⑶ 什么是风洞试验

什么是风洞

风洞一般称之为风洞试验。简单地讲,就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中各种复杂的飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。简单的说,风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处,那是历史原因造成的。

发达国家如何发展空气动力学

空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视,不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。

美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程——“星球大战”计划中,就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。的确,如果不先在空气动力学上获得重大突破,这个将耗资1万亿美元的超级工程,很多关键技术将无法解决。紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中,也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。

前苏联在“十月革命”胜利后的第二年,列宁就下令组建了国家空气动力研究机构——中央流体动力研究院,并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基担任院长,这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。二次大战之前,斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。与美国相比,前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色,甚至在许多方面都领先于美国,它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。

英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家,然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截,于是两国重振旗鼓、奋起直追。在战后第二年,法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起,组建了国家空气动力研究机构,并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心,堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。曾经发明了世界上第一座风洞的英国人更是不甘落后,除了政府加强对空气动力学的领导规划之外,充分利用大学进行基础学科的研究。据有关资料透露,在英国的46所大学里,至少有30个以上高水平的空气动力研究试验室。

日本在战后受到限制的情况下,航空工业曾有过长达8年的空白。但在此期间,其基础研究——空气动力学则进展神速。仅60年代,就先后仿制出11种飞机,自行设计8种飞机。

⑷ 风洞试验,超级计算机。这两个都非常耗电吗

屏幕亮度过高过亮的屏幕会加快耗电量,不妨将屏幕调暗一些,手机功能允许的话可将屏幕亮度设置为自动,或者设为护眼模式。能随周围环境自动增亮或变暗。屏幕过亮对视力会有影响,大家需要细心对待。二、手机WiFi长期开启WIFI长期开启,手机会不断搜索WIFI信号,而这会消耗大量电量。如果在路上或者陌生地方,请将WIFI连接关闭,不仅省电也更安全。三、手机通知长期开启手机每天不停地被通知、消息轰炸也会加速耗电,所以一些无关紧要的通知请在“设置-通知中心”中关掉,确保只开启真正需要的应用程序通知。这样不仅省电,还能避免被打扰。四、应用程序在后台运行暂时用不到的程序,最好关闭后台运行。在手机“设置”里找到“应用程序”,点击应用图标打开设置页面,点击“强行停止”即可。遇到手机电量不足的紧急情况时,不妨试试这样操作。五、App数据自动同步很多应用都默认启用数据自动同步,例如自动备份照片或同步应用程序。不妨关闭自动同步,只在需要的时候手动同步应用里的数据。手机续航能力通俗地讲就是手机在正常工作时的待机时间。它与手机本身的耗电量和所配电池容量的大小有关。在电池容量相同的情况下,耗电量越小,则续航能力越强;在耗电量相同的情况下,电池容量越大,待机时间越长。狭义的续航手机续航时间是手机充满电后等待接收指令直至电量耗尽的时间,续航时间等于待机时间。现在我们说的智能手机续航时间是指手机在单一维度功能使用时间,如连续视频时间、连续通话时间、连续音乐播放时间、连续无线上网时间等多项指标来衡量智能手机续航能力的时间,不能等同于待机时间。

⑸ 什么是风洞,有什么作用

风洞指的是风洞实验室,是以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况,并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。

风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,随着工业空气动力学的发展,在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。这种实验方法,流动条件容易控制。实验时,常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风,通过测控仪器和设备取得实验数据。

风洞实验中,需要用支架把模型支撑在气流中。支架的存在,产生对模型流场的干扰,称为支架干扰。虽然可以通过试验方法修正支架的影响,但很难修正干净。近来,正发展起一种称为"磁悬模型"的技术。在试验段内产生一可控的磁场,通过磁力使模型悬浮在气流中。

(5)主图风洞指标扩展阅读

实验原理

风洞一般称之为风洞试验。简单地说,就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中各种复杂的飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。简单的说,风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处,那是历史原因造成的。

风洞试验中,天平测量得到的模型气动力在转换到气流坐标系上时会因为模型迎角测量的误差引入模型气动力系数误差,而此误差在一些条件下可以占到总的气动力系数误差的25%。因此,准确的迎角测量技术是获得高精度气动特性试验数据的基础。风洞试验数据精确度的先进指标要求模型的阻力系数误差在马赫数Ma位于0.4~0.9的范围内时不超过0.0001,这就要求模型迎角的测量误差不能超过0.01°。

⑹ 风洞的介绍

风洞
风洞,简单地说,就是根据运动的相对性原理,用以模拟各种飞行器在空中飞行的庞大试验设备。风洞是我国航空航天飞行器的“摇篮”,所有的飞机、火箭、卫星、导弹、飞船都是被风洞“吹”上天空的。

阳春3月,记者走进我国自主设计建造的亚洲最大的立式风洞,领略风洞里独特的风景。

置身人造“天空”

秦岭之巅还残雪点点,山脚之下已是桃花吐艳。汽车驶过一段蜿蜒的山路,眼前景象豁然开朗:翠绿的山林间,一座5层高的建筑拔地而起。

“我们到了,这就是亚洲最大的立式风洞。”听到陪同人员介绍,记者感到有些失望,因为眼前的景象与想象中完全不一样。新建成的立式风洞不算高大,也不显得很威武,甚至不如城市里常见的摩天大楼。

从外表看,与普通房屋唯一不同的是,该建筑身上“背”着一根粗大的铁管。技术人员对记者介绍:“可不能小瞧这铁家伙,它是产生气流的主要通道。”

其实,风洞普通的外表下有着神奇的“心脏”。步入其中,记者发现这片人造“天空”完全是用高科技的成果堆砌而成。

风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题,囊括了包括气动力学、材料学、声学等20余个专业领域。整个立式风洞从破土动工到首次通气试验仅用了2年半,创造了中国风洞建设史上的奇迹。

大厅里,螺旋上升的旋梯簇拥着两节巨大的管道,好不壮观!与其说它是试验设备,不如说是风格前卫的建筑艺术品。

一路参观,记者发现该风洞“亮点”多多:实现了两个摄像头同时采集试验图像,计算机自动判读处理;率先将世界最先进的中压变频调速技术用于风洞主传动系统控制,电机转速精度提高50%……

负责人介绍说,立式风洞是我国庞大风洞家族中最引人瞩目的一颗新星,目前只有极少数发达国家拥有这种风洞。

感受“风”之神韵

风,来无影去无踪,自由之极。可在基地科研人员的手中,无影无踪无所不在的风被梳理成循规蹈矩、各种强度、各种“形状”的气流。

记者赶得巧,某飞行器模型自由尾旋改进试验正在立式风洞进行。

何谓尾旋?它是指飞机在持续的失速状态下,一面旋转一面急剧下降的现象。在人们尚未彻底了解它之前,尾旋的后果只有一个:机毁人亡。资料显示,1966年至1973年,美国因尾旋事故就损失了上百架F-4飞机。

控制中心里,值班员轻启电钮,巨大的电机开始转动。记者不由自主地用双手捂住耳朵,以抵挡将要到来的“惊雷般的怒吼”。可没想到,想象中的巨响没有到来,只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒……风速已到极至,记者站在隔音良好的试验段旁,却没有领略到“大风起兮”的意境。

你知道50米/秒风速是什么概念?胜过飓风!值班员告诉记者,如果把人放在试验段中,可以让你体验被风吹起、乘风飞翔的感觉。

我国首座立式风洞已形成强大的试验能力。负责人告诉记者:该型风洞除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目,还能完成飞机尾旋性能评估、返回式卫星及载人飞船回收过程中空气动力稳定性测试等。

资料链接

世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。美国的莱特兄弟于1901年建造了风速12米/秒的风洞,从而发明了世界上第一架飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。到目前为止,我国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。
群山连绵,植被茂密。从外表看,很难想象山里有洞,洞里卧虎藏龙。这些人工开凿的巨大山洞绵延数公里,横贯几座山,构成了目前中国也是亚洲最大的风洞群,包括低速风洞群、高速风洞群和超高速风洞群,分别应用于不同的研究试验范围。

2.4米×2.4米的大型风洞,是亚洲最大的跨声速风洞。走进这个世界级的大风洞,只见一枚国产新型导弹模型正在接受严格的气动试验。站在现代化的测试大厅,聆听着滚滚风雷的咆哮,看着试验数据在大屏幕上不断跳动,记者的血液一下子沸腾起来。

风洞试验,简单讲就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中的各种复杂飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等武器研制、定型的“必由之路”。

在高速风洞研究所的陈列室里,一排排“长征”系列运载火箭,各种新型作战飞机,各种战略、战术导弹的模型,看得人眼花缭乱。研究所负责人告诉记者,空气动力学是航空、航天工业的基础学科。风洞试验作为它的主要研究手段,其水平高低与一个国家的尖端科技、尤其是国防军事实力的强弱紧密相关。

因此,世界发达国家都非常重视发展空气动力试验研究机构。据了解,德国在1907年就成立了“哥廷根空气动力试验院”,并在此后不惜巨资修建了一批低速、高速、超高速和特种风洞,在世界上率先研制出喷气式飞机、弹道导弹;美国于1915年就成立了国家空气动力研究机构。

新中国从零开始发展航空航天事业时,风洞成为制约技术发展的“瓶颈”。当发达国家拥有了高性能的飞机、导弹时,中国自己研制的飞机、设计的导弹只有花大量外汇,拿到别国的风洞去做试验,还要看别人的脸色行事。而今天,任何先进的导弹、飞机,都可以在中国自己的风洞里拿到出厂的“通行证”。仅去年,中心的高速风洞研究所就先后试验解决了数百个技术问题,吹风试验5次打破历史最高纪录。

风洞人告诉记者,这些先进装备都是从这里的风洞“吹”出去的。他们说,那还只是“当年勇”,此刻我们所在的2.4米×2.4米风洞,是1997年12月首次通气试验宣告建成的。在这座大型风洞里,任何导弹、战机的模拟状态都更加接近实际飞行,可获得更为准确的试验数据。目前,我军的新型导弹、战机,都将首先从这里起飞,去精确命中目标、去自由翱翔蓝天。

太空飞船首先在这里遨游“苍穹”

大大小小的“神舟”飞船返回舱模型在记者面前摆了一大片,数一数,足足有100多个。那边还放着今年5月刚刚发射升空的“海洋”一号和“风云”一号卫星模型。

这是在中心的超高速风洞研究所。在宽敞明亮的试验大厅里,该所负责人告诉记者,航天技术是大国地位和国防实力的展示,而所有的航天飞行器,包括“ 神舟”飞船及其逃逸塔、返回舱等,都先要在风洞里“遨游太空”。尤其是飞船返回舱,在返回地球的过程中要穿越大气层,受到摩擦产生的高温及风、雨、雷、电影响,因而不仅其外型设计要经过“吹风”,其防热材料的选择也需经过多次风洞试验。

记者看到,经过加工制作的“神舟”返回舱模型,被科研人员送进电弧风洞,进行“热环境烧蚀”模拟试验。洞内高达几千摄氏度的高温气流,将模型外壳的防热材料烧成了明显的“蜂窝”状。技术人员介绍说,返回舱外壳的防热材料不仅要耐高温,而且对其烧蚀后的形状、均匀度等都有苛刻的要求。为选择最佳材料,这里已反复进行了上千次的试验。

矗立在另一边的激波风洞和1.2米×1.2米风洞,也是完成飞船返回舱试验的 “功勋风洞”。激波风洞是国内最大的、可在短时间运行的脉冲型超高速气动力、气动热试验设备,能模拟6~16倍音速的高速飞行器飞行环境,为飞行器在太空中飞行的空气动力特性研究提供准确数据。在1.2米×1.2米风洞中,“神舟”飞船、返回舱、逃逸塔等大量模型经历了数千次的气动试验、获取了数万个技术参数。通过反复提取试验数据、多次修改设计方案,才迎来中华“神舟”飞天的辉煌一刻。

4月1日,记者曾在“神舟”飞船着陆场目击“神舟”三号返回舱着陆,亲眼看到悬挂返回舱的90多根伞绳依次排列,没有一点缠绕。现场的专家称,不仅返回舱外壳材料的烧蚀达到最佳状态,着陆姿态也达到了最佳状态,说明飞船的空气动力试验达到了很高水平。

可以预见,在不久的将来,从这洞中飞出的“神舟”四号、“神舟”五号… …也将在茫茫太空写下神奇的篇章。

跻身国民经济主战场

漫步大大小小的风洞群,记者的目光被一座8米×6米、长达237米的庞然大物所吸引———这就是亚洲尺寸最大的低速风洞。这条盘踞在大山沟里的“巨龙” ,曾荣登国家科技进步奖的金榜。我国的东方明珠电视塔、西安仿古塔、成都万人体育馆等著名高层建筑,就是从这里获得“准生证”的。

低速风洞研究所的负责人告诉记者,利用空气动力学研究手段,对高层建筑、复杂外形建筑及桥梁等的风载风振现象进行风洞模拟试验,可以为抗风、抗振设计提供可靠的依据。

据说,对建筑物的第一次“风动”警告来自30多年前的美国。1971年,由美国著名桥梁专家设计建造的第一座斜拉索桥在强台风中扭曲折断。

1979年,中心承接了对红水河铁路桥模型的风洞试验,揭开了我国民用建筑抗风研究第一页,风洞的应用范围自此由单一的军工产品,拓展到广阔的国民经济主战场。

在这里的试验大厅里,摆放着上海东方明珠电视塔、北京新首都机场候机楼、厦门海沧大桥等许多精巧漂亮的建筑模型。技术人员说,东方明珠塔在设计之初,就在低速风洞中进行了上千次模型吹风试验,并修改了设计。1994年8月,一场强台风袭击我国东南沿海地区,许多高层建筑在风中倒塌,而东方明珠塔却安然无恙。北京新首都机场楼经风洞试验后发现,大楼一侧出现负压,修改设计后才破土动工。厦门海沧大桥是厦门市有史以来建设的最大一座桥,中心对该桥的模型进行了全面气动试验,对设计提出明确修改意见,确保深受台风灾害之苦的厦门人民用上放心桥。

磁悬浮高速列车、新一代中型载货汽车也是从这里启程的。我国的解放牌和东风牌中型载货汽车,造型曾几十年不变,其气动阻力系数比国外同类汽车要高出20%,燃料消耗要多出10%。“八五”期间,东风汽车技术中心与空气动力研究中心合作攻关,经4年努力设计出了新车型,其气动阻力和耗油量指数分别接近和达到国际先进水平。

亚洲雄风笑迎新挑战

前些年,对于中国的空气动力研究成就,曾闹过一场颇具戏剧性的“国际误会”———当国际上确认中国已拥有相当水平的空气动力研究设施时,美国人一口咬定是苏联帮着干的,而俄罗斯人则坚信是美国暗中帮的忙。若干年后,他们才不得不承认,这是中国人自力更生创造的奇迹。

20世纪60年代,一群来自北京、沈阳、哈尔滨的知识精英,来到这片深山沟,开始了艰苦的创业。如今,这里已建起亚洲最大的风洞群,拥有低速、高速和超高速等各类风洞,具备各种飞机、导弹、卫星、运载火箭及太空飞船等航空航天飞行器的空气动力研究试验能力。世界著名空气动力学家、法国宇航院院长奥里维尔博士来此参观后感叹:“我确信,这是一项能使中国走向巨大成功的世界性成就!”

然而,中国风洞人丝毫没有自满。在空气动力中心的几天里,记者发现所有 “风洞人”都在紧张忙碌着。科研一线的技术人员介绍说,随着现代军事科技的飞速发展,各种新式武器装备迅速出台亮相,我们的风洞群已难以完全适应新装备发展的需要。因此,一场大规模的技术改造正在这里展开。

记者看到,某新型导弹在经过改进的风洞环境中,正进行新一轮的试验。它要经过风、雨、雷、电、火、沙等各种条件下的严格考验。

一座座风洞,一座座丰碑。近年来,空气动力研究中心靠人才建洞,在建洞中育人,培养出一大批年轻的高素质人才。在这里,记者时时能感受到拼搏者的自豪、奉献者的胸怀和开拓者的蓬勃朝气。

在世界航空航天领域,中国“风洞人”将闯出一片更加广阔的发展空间。

⑺ 风洞的结构

风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成,各部分的形式因风洞类型而不同。 驱动系统共有两类。
一类是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。改变风扇的转速或叶片安装角,或改变对气流的阻尼,可调节气流的速度。直流电动机可由交直流电机组或可控硅整流设备供电。它的运转时间长,运转费用较低,多在低速风洞中使用。使用这类驱动系统的风洞称连续式风洞,但随着气流速度增高所需的驱动功率急剧加大,例如产生跨声速气流每平方米实验段面积所需功率约为4000千瓦,产生超声速气流则约为16000~40000千瓦。
另一类是用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中,或用真空泵把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空,实验时快速开启阀门,使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体,因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式。使用这种驱动系统的风洞称为暂冲式风洞。暂冲式风洞建造周期短,投资少,一般[[雷诺数]]较高,它的工作时间可由几秒到几十秒,多用于跨声速、超声速和高超声速风洞。对于实验时间小于 1秒的脉冲风洞还可通过电弧加热器或激波来提高实验气体的温度,这样能量消耗少,模拟参数高。 许多国家相继建造了不少较大尺寸的低速风洞。基本上有两种形式,一种是法国人A.-G.埃菲尔设计的直流式风洞;另一种是德国人L.普朗特设计的回流式风洞,图1是这两种风洞结构示意图。现在世界上最大的低速风洞是美国国家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米全尺寸低速风洞。这个风洞建成后又增加了一个24.4米× 36.6米的新实验段,风扇电机功率也由原来25兆瓦提高到100兆瓦。
低速风洞实验段有开口和闭口两种形式,截面形状有矩形、圆形、八角形和椭圆形等,长度视风洞类别和实验对象而定。60年代以来,还发展出双实验段风洞,甚至三实验段风洞。
风洞就是用来产生人造气流(人造风)的管道。在这种管道中能造成一段气流均匀流动的区域,汽车风洞试验就在这段风洞中进行。
在低速风洞中,常用能量比Er衡量风洞运行的经济性。式中v0和A0分别为实验段气流速度和截面积;ρ为空气密度;η和N 分别为驱动装置系统效率和电机的输入功率。对于闭口实验段风洞Er为3~6。雷诺数Re是低速风洞实验的主要模拟参数,但由于实验对象和项目不同,有时尚需模拟另一些参数,在重力起作用的一些场合下(如尾旋、投放和动力模型实验等)还需模拟弗劳德数Fr,在直升机实验中尚需模拟飞行马赫数和旋翼翼尖马赫数等。
低速风洞的种类很多,除一般风洞外,有专门研究飞机防冰和除冰的冰风洞,研究飞机螺旋形成和改出方法的立式风洞,研究接近飞行条件下真实飞机气动力性能的全尺寸风洞,研究垂直短距起落飞机(V/STOL)和直升机气动特性的V/STOL风洞,还有高雷诺数增压风洞等。为了研究发动机外部噪声,进行动态模型实验,一些风洞作了改建以适应声学实验和动态实验要求。为了开展工业空气动力学研究,除了对航空风洞进行改造和增加辅助设备外,各国还建造了一批专用风洞,如模拟大气流动的速度剖面、湍流结构和温度层结的长实验段和最小风速约为0.2米/秒的大气边界层风洞,研究全尺寸汽车性能、模拟气候条件的汽车风洞,研究沙粒运动影响的沙风洞等。
直流式闭口实验段低速风洞是典型的低速风洞。在这种风洞中,风扇向右端鼓风而使空气从左端外界进入风洞的稳定段。稳定段的蜂窝器和阻尼网使气流得到梳理与和匀,然后由收缩段使气流得到加速而在实验段中形成流动方向一致、速度均匀的稳定气流。在实验段中可进行飞机模型的吹风实验,以取得作用在模型上的空气动力实验数据。这种风洞的气流速度是靠风扇的转速来控制的。中国气动力研究和发展中心已建成一座开路式闭口串列双试段大型低速风洞,第一实验段尺寸为12×16×25米3,最大风速为25米/秒,第二实验段尺寸为8×6×25米3,最大风速为100米/秒。
回流式风洞实际上是将直流式风洞首尾相接,形成封闭回路。气流在风洞中循环回流,既节省能量又不受外界的干扰。风洞也可以采用别的特殊气体或流体来代替空气,用压缩空气代替常压空气的是变密度风洞,用水代替空气的称为水洞(见水槽和水洞)。 风洞的马赫数为0.5~1.3。当风洞中气流在实验段内最小截面处达到声速之后,即使再增大驱动功率或压力,实验段气流的速度也不再增加,这种现象称为壅塞。因此,早期的跨声速实验只能将模型装在飞机机翼上表面或风洞底壁的凸形曲面上,利用上表面曲率产生的跨声速区进行实验。这样不仅模型不能太大,而且气流也不均匀。后来研究发现,实验段采用开孔或顺气流方向开缝的透气壁,使实验段内的部分气流通过孔或缝流出,可以消除风洞的壅塞,产生低超声速流动。这种有透气壁的实验段还能减小洞壁干扰,减弱或消除低超声速时的洞壁反射波系。因模型产生的激波,在实壁上反射为激波,而在自由边界上反射为膨胀波,若透气壁具有合适的自由边界,则可极大地减弱或消除洞壁反射波系。
为了在各种实验情况下有效地减弱反射波,发展出可变开闭比(开孔或开缝占实验段壁面面积的比例)和能改变开闭比沿气流方向分布的透气壁。第一座跨声速风洞是美国航空咨询委员会(NACA)在1947年建成的。它是一座开闭比为12.5%、实验段直径为 308.4毫米的开缝壁风洞。此后跨声速风洞发展很快,到50年代就已建设了一大批实验段口径大于1米的模型实验风洞。 洞内气流马赫数为1.5~4.5的风洞。风洞中气流在进入实验段前经过一个拉瓦尔管而达到超声速。只要喷管前后压力比足够大,实验段内气流的速度只取决于实验段截面积对喷管喉道截面积之比。通常采用由两个平面侧壁和两个型面组成的二维喷管。
喷管的构造型式有多种,例如:两侧壁和两个型面装配成一个刚性半永久性组合件并直接与洞体连接的固定喷管;由可更换的型面块和喷管箱侧壁组成喷管,并将喷管箱与洞体连接而成的固块喷管;由两块柔性板构成喷管型面,且柔性板的型面可进行调节的柔壁喷管(图3)。实验段下游的超声速扩压器由收缩段、第二喉道和扩散段组成(图4),通过喉道面积变化使超声速流动经过较弱的激波系变为亚声速流动,以减小流动的总压损失。第一座超声速风洞是普朗特于1905年在德国格丁根建造的,实验马数可达到1.5。
1920年A.布泽曼改进了喷管设计,得到了均匀超声速流场。1945年德国已拥有实验段直径约 1米的超声速风洞。50年代,世界上出现了一批供飞行器模型实验的超声速风洞,其中最大的是美国的4.88米×4.88米的超声速风洞。
建设的许多风洞,往往突破了上述亚声速、跨声速和超声速单一速度的范围,可以在一个风洞内进行亚声速、跨声速和超声速实验。这种风洞称为三声速风洞。中国气动力研究与发展中心的1.2米×1.2米跨声速、超声速风洞(图5)是一座三声速风洞。
60年代以来,提高风洞的雷诺数 受到普遍重视。跨声速风洞的模型实验雷诺数通常小于1×109,大型飞行器研制需要建造雷诺数更高(例如大于4×109)的跨声速风洞,因而出现了增高驻点压力的路德维格管风洞,用喷注液氮降低实验气体温度、提高雷诺数的低温风洞等新型风洞。低温风洞具有独立改变马赫数、雷诺数和动压的能力,因此发展很快。 马赫数大于 5的超声速风洞。主要用于导弹、人造卫星、航天飞机的模型实验。实验项目通常有气动力、压力、传热测量和流场显示,还有动稳定性、低熔点模型烧蚀、质量引射和粒子侵蚀测量等。高超声速风洞主要有常规高超声速风洞、低密度风洞、激波风洞、热冲风洞等形式。
高超音速风洞 如要在风洞中获得更高 M数的气流(例如M≥5),一般来说单靠上游高压空气的吹冲作用还不能产生足够的压力差,这时在风洞下游出口处接上一只容积很大的真空容器,靠上冲下吸便可形成很大的压差,从而产生M≥5的高超音速气流。不过气流在经过喷管加速到高超音速的过程中会急剧膨胀,温度会随之急剧下降,从而引起气体的自身液化。为避免液化或模拟需要的温度,必须在高超音速风洞中相当于稳定段处装设加热装置。高超音速风洞依加热原理和用途的不同有多种型式。暂冲式常规高超音速风洞 较为典型,它很像常规的超音速风洞。其他型式的风洞有激波风洞、炮风洞、热冲风洞、长冲风洞、气体活塞式风洞、电弧风洞等(见超高速实验设备)。中国气动力研究和发展中心的高压-引射驱动的暂冲式常规高超音速风洞实验段直径为 0.5米。这个中心还建成一座实验段直径为2米的激波风洞。 它是在超声速风洞的基础上发展起来的。图6为高超声速风洞示意图。图7为一座实验段直径为0.5米的暂冲式高超声速风洞照片。
常规高超声速风洞的运行原理与超声速风洞相似,主要差别在于前者须给气体加热。因为在给定的稳定段温度下,实验段气流静温随马赫数增加而降低,以致实验段气流会出现液化。实际上,由于气流膨胀过程很快,在某些实验条件下,存在不同程度的过饱和度。
所以,实际使用的稳定段温度可比根据空气饱和曲线得到的温度低。根据不同的稳定段温度,对实验气体采用不同的加热方法。在通常情况下,气体燃烧加热器加热温度可达750开;镍铬电阻加热器可达1000开;铁铬铝电阻加热器可达1450开;氧化铝卵石床加热器可达1670开;氧化锆卵石床加热器可达2500开;以高纯度氮气为实验气体的钨电阻加热器可达2200开;石墨电阻加热器可达2800开。
早期常规高超声速风洞常采用二维喷管。在高马赫数条件下,喉道尺寸小,表面高热流引起的热变形使喉道尺寸不稳定,边界层分布也非常不均匀,都会影响气流均匀性。所以,后期大多数高超声速风洞安装了锥形或型面轴对称喷管。锥形喷管加工容易,但产生锥型流场,所以后来逐渐被型面喷管代替。在马赫数大于 7的情况下,对高温高压下工作的喷管喉道,一般用水冷却。
常规高超声速风洞的典型气动性能以实验马赫数和单位雷诺数来表征。以空气作实验气体的典型风洞的实验马赫数为5~14,每米雷诺数的量级为3×106。为进一步提高实验马赫数和雷诺数,采用凝结温度极低(4 开)的氦气作实验气体,在室温下马赫数可达到25;加热到1000开时马赫数可达到42。
世界上第一座常规高超声速风洞是德国在第二次世界大战时建造的。这是一座暂冲式风洞。马赫数上限为10,实验段尺寸为1米×1米。德国战败,风洞未能完全建成。战后,美国建造了多座尺寸在0.45米以上的常规高超声速风洞,少数为连续式,大多为暂冲式。 利用激波压缩实验气体,再用定常膨胀方法产生高超声速实验气流的风洞。它由一个激波管和连接在它后面的喷管等风洞主要部件组成。在激波管和喷管之间用膜片(第二膜片)隔开,喷管后面被抽成真空。图9为反射型激波风洞原理示意图。激波风洞的工作过程是:风洞启动时主膜片先破开,引起驱动气体的膨胀,产生向上游传播的膨胀波,并在实验气体中产生激波。当此激波向下游运动达到喷管入口处时,第二膜片被冲开,因而经过激波压缩达到高温高压的实验气体即进入喷管膨胀加速,流入实验段供实验使用。当实验条件由于波系反射或实验气体流完而遭到破坏时,实验就结束。
激波风洞的实验时间短,通常以毫秒计。激波风洞的名称是赫兹伯格于1951年提出的。它的发展与中、远程导弹和航天器的发展密切相关。50年代初至60年代中期,由于急需研究高超声速飞行中出现的高温真实气体效应,激波风洞主要用于模拟高温条件。60年代中期以后,由于需要战略弹头在低空作机动飞行,它即转向于模拟高雷诺数,并于1971年首先实现了这种模拟的运行。早期的激波风洞采用直通型(入射激波在喷管入口处不反射而直接通过喷管)运行,因而实验时间非常短(甚至短于1毫秒),难以应用,因此又发展出反射型激波风洞。这种风洞有不同的运行方法,如适当选择运行条件,通常可取得5~25毫秒的实验时间。激波风洞实验已确立为一种标准的高超声速实验技术,并已成为高超声速气动力数据的主要来源。
实验项目通常是传热、压力、气动力测量和流场显示,此外还有电子密度测量等特殊项目。现有激波风洞运行的最高参数是:驱动压力约为3400大气压(1大气压等于101325帕);可以模拟 6.7千米/秒的飞行速度;气流马赫数达24;雷诺数达108(当马赫数为8时)。 利用电弧脉冲放电定容地加热和压缩实验气体,产生高超声速气流的风洞。基本结构如图10所示。运行前储能装置储存电能,弧室充入一定压力的气体,膜片下游各部位被抽吸到真空状态(一般不低于105帕)。运行时,储存的电能以千分之一毫秒到几十毫秒的时间在弧室内通过电弧放电释放,以加热和压缩气体;当弧室中压力升高到某个预定值时,膜片被冲破;气体经过喷管膨胀加速,在实验段中形成高超声速气流;然后通过扩压器排入真空箱内。
与常规高超声速风洞和激波风洞不同,热冲风洞的实验气流是准定常流动(见非定常流动),实验时间约20~200毫秒;实验过程中弧室气体压力和温度取决于实验条件和时间,与高超声速风洞和激波风洞相比大约要低10~50%。所以要瞬时、同步地测量实验过程中实验段的气流参量和模型上的气动力特性,并采用一套专门的数据处理技术。热冲风洞的研制开始于20世纪50年代初,略后于激波风洞。原来是要利用火花放电得到一个高性能的激波管驱动段,后来就演变成热冲风洞。“热冲”这个词是 R.W.佩里于1958年提出来的。
热冲风洞的一个技术关键是将材料烧损和气体污染减少到可接受的程度。采取的措施有:以氮气代替空气作为实验气体;减小暴露在热气体中的弧室绝缘面积;合理设计析出材料烧损生成微粒的电极和喉道挡板结构;适当选取引弧用的熔断丝;限制风洞在弧室气体温度低于4000开下运行等。热冲风洞的储能装置有电容和电感两种方式。前者常用于储存10兆焦耳以下的能量,后者多用于储存5~100兆焦耳的能量。
还有一种方式是电网直接供电,其能量一般为10兆焦耳量级,不同的电能利用方式要求有相应的充电放电系统。热冲风洞的模拟范围一般可以达到:马赫数 8~22,每米雷诺数1×105~2×108。长达上百毫秒的实验时间,不仅使它一次运行能够完成模型的全部攻角的静态风洞实验,而且可以进行风洞的动态实验,测量动稳定性,以及采用空气作实验气体(温度一般在3000开以下)进行高超声速冲压发动机实验。
除上述风洞外,高超声速风洞还有氮气风洞、氦气风洞、炮风洞(轻活塞风洞)、长冲风洞(重活塞风洞)、气体活塞风洞、膨胀风洞和高超声速路德维格管风洞等。 自然风洞指的是大自然形成的天然山洞,洞口往外有风刮出,具体位置有湖南省新化县游家镇新塘村源头垅老屋上的风洞,秋冬季节和春季,风洞会停止刮风,只有夏天才会刮风,风温很低,只有几度,洞口寸草不生,人在洞口不能久留,否则会全身冰凉,一到晚上会听到呜呜的风鸣声,由于风声过于强大,老一辈们在五六十年代将洞口堵住,但风仍然吹开一个口子,不过风速明显减小,但风的温度不变。洞内生活一种类似猫的动物,全身花纹酷似斑马。对于风洞的形成还没有人解开谜底,在当地成为一种阴影,有不祥之征兆。

阳春3月,记者走进中国自主设计建造的亚洲最大的立式风洞,领略风洞里独特的风景。
置身人造“天空”
秦岭之巅还残雪点点,山脚之下已是桃花吐艳。汽车驶过一段蜿蜒的山路,眼前景象豁然开朗:翠绿的山林间,一座5层高的建筑拔地而起。
“我们到了,这就是亚洲最大的立式风洞。”听到陪同人员介绍,记者感到有些失望,因为眼前的景象与想象中完全不一样。新建成的立式风洞不算高大,也不显得很威武,甚至不如城市里常见的摩天大楼。
从外表看,与普通房屋唯一不同的是,该建筑身上“背”着一根粗大的铁管。技术人员对记者介绍:“可不能小瞧这铁家伙,它是产生气流的主要通道。”
其实,风洞普通的外表下有着神奇的“心脏”。步入其中,记者发现这片人造“天空”完全是用高科技的成果堆砌而成。
风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题,囊括了包括气动力学、材料学、声学等20余个专业领域。整个立式风洞从破土动工到首次通气试验仅用了2年半,创造了中国风洞建设史上的奇迹。
大厅里,螺旋上升的旋梯簇拥着两节巨大的管道,好不壮观!与其说它是试验设备,不如说是风格前卫的建筑艺术品。
一路参观,记者发现该风洞“亮点”多多:实现了两个摄像头同时采集试验图像,计算机自动判读处理;率先将世界最先进的中压变频调速技术用于风洞主传动系统控制,电机转速精度提高50%……
负责人介绍说,立式风洞是中国庞大风洞家族中最引人瞩目的一颗新星,只有极少数发达国家拥有这种风洞。
感受“风”之神韵
风,来无影去无踪,自由之极。可在基地科研人员的手中,无影无踪无所不在的风被梳理成循规蹈矩、各种强度、各种“形状”的气流。
记者赶得巧,某飞行器模型自由尾旋改进试验正在立式风洞进行。
何谓尾旋?它是指飞机在持续的失速状态下,一面旋转一面急剧下降的现象。在人们尚未彻底了解它之前,尾旋的后果只有一个:机毁人亡。资料显示,1966年至1973年,美国因尾旋事故就损失了上百架F-4飞机。
控制中心里,值班员轻启电钮,巨大的电机开始转动。记者不由自主地用双手捂住耳朵,以抵挡将要到来的“惊雷般的怒吼”。可没想到,想象中的巨响没有到来,只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒……风速已到极至,记者站在隔音良好的试验段旁,却没有领略到“大风起兮”的意境。
你知道50米/秒风速是什么概念?胜过飓风!值班员告诉记者,如果把人放在试验段中,可以让你体验被风吹起、乘风飞翔的感觉。
中国首座立式风洞已形成强大的试验能力。负责人告诉记者:该型风洞除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目,还能完成飞机尾旋性能评估、返回式卫星及载人飞船回收过程中空气动力稳定性测试等。

⑻ 什么是汽车风洞

2009年9月19日,斥资4.9亿元建造的中国国内第一个“汽车风洞”——上海地面交通工具风洞中心在同济大学嘉定校区正式落成启用,填补了中国国内汽车研发设计领域多个空白。
由同济大学承建的这一总投资4.9亿元人民币的风洞中心项目,是上海市重大产业科技攻关项目。上海地面交通工具风洞包括国内首座汽车气动声学整车风洞、国内首座热环境整车风洞和一个集汽车造型、加工、设备维护、科研和管理于一体的多功能中心。它与上海嘉定国际汽车城先期建设完成的同济大学新能源汽车工程中心、上海汽车质量检测中心、汽车试验场共同组成国际一流、配套齐全的地面交通工具测试研究基地。被视为突破自主研发瓶颈的上海地面交通工具风洞中心,由两个风洞构成:一个是国内首座汽车气动声学整车风洞,另一个是国内首座热环境整车风洞。功能各不相同:一个用来测风、测阻力、测噪音;另一个用来测温度、测环境。
据悉,作为公共性汽车和轨道车辆的关键技术平台,“汽车风洞”将为中国汽车和轨道车辆工业,特别是为新能源汽车的自主研发提供重要的基础性服务,为中国汽车工业从“中国制造”迈向“中国创造”,营造了必要条件。
此次风洞的关键技术指标均达到世界领先水平,并拥有全部自主知识产权。除支持汽车企业外,新启用上海地面交通工具风洞中心还将为中国高速列车的自主研发和大飞机项目,提供不可缺少的关键技术支撑平台。

⑼ 我国制造的世界最强风洞JF22到底是拿来干什么的

上一秒我在柏林落大雨,下一秒你在曼谷天气晴。你知道吗?未来只要两个小时就能实现环球航行,中国研发的jf12激波风洞是世界最强最长的超级风洞,它能模拟40公里高空,九倍音速的飞行环境,一旦有飞行器,经受住她的终极考验,那将来从中国飞到美国西海岸。


JF12激波风洞里的‘风’,速度最高可达Ma 9,温度可达3000摄氏度左右,真可以说是个‘超级风洞’。Ma 9意味着,从北京到纽约的飞行时间,可以由现在的14小时缩短到2小时。值得一提的是2020年,中国将在jf22风洞中,对高超音速飞机进行测试,看来上一秒在东京,下一秒到巴黎的日子不远了。大家一起期待吧!

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