風(fēng)洞是進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種主要設(shè)備,幾乎絕大多數(shù)的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)都在各種類型的風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞的原理是使用動(dòng)力裝置在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)一股可控氣流,使其流過(guò)安置在實(shí)驗(yàn)段的靜止模型,模擬實(shí)物在靜止空氣中的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量作用在模型上的空氣動(dòng)力,觀測(cè)模型表面及周圍的流動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)相似理論將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成可用于實(shí)物的相似準(zhǔn)數(shù)。實(shí)驗(yàn)段是風(fēng)洞的中心部件,實(shí)驗(yàn)段流場(chǎng)應(yīng)模擬真實(shí)流場(chǎng),其氣流品質(zhì)如均勻度、穩(wěn)定度(指參數(shù)隨時(shí)間變化的情況)、湍流度等,應(yīng)達(dá)到一定指標(biāo)。風(fēng)洞主要按實(shí)驗(yàn)段速度范圍分類,速度范圍不同,其工作原理、型式、結(jié)構(gòu)及典型尺寸也各異。低速風(fēng)洞:實(shí)驗(yàn)段速度范圍為0~100 米/秒或馬赫數(shù)Ma=0~0.3左右 ;亞聲速風(fēng)洞:Ma=0.3~0.8左右;跨聲速風(fēng)洞:Ma=0.8 ~1.4(或1.2)左右;超聲速風(fēng)洞:Ma=1.5~5.0左右;高超聲速風(fēng)洞Ma=5.0~10(或12);高焓高超聲速風(fēng)洞Ma>10(或12)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是:①實(shí)驗(yàn)條件(包括氣流狀態(tài)和模型狀態(tài)兩方面)易于控制。②流動(dòng)參數(shù)可各自獨(dú)立變化。③模型靜止,測(cè)量方便而且容易準(zhǔn)確。④一般不受大氣環(huán)境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)手段相比,價(jià)廉、可靠等。缺點(diǎn)是難以滿足全部相似準(zhǔn)數(shù)相等,存在洞壁和模型支架干擾等,但可通過(guò)數(shù)據(jù)修正方法部分或大部克服。
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要項(xiàng)目有測(cè)力實(shí)驗(yàn)、測(cè)壓實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)和流態(tài)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)等。測(cè)力和測(cè)壓實(shí)驗(yàn)是測(cè)定作用于模型或模型部件(如飛行器模型中的一個(gè)機(jī)翼等)的氣動(dòng)力及表面壓強(qiáng)分布,多用于為飛行器設(shè)計(jì)提供氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)。傳熱實(shí)驗(yàn)主要用于研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動(dòng)加熱現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)包括顫振、抖振和動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)等 ,要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實(shí)物的結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量分布和變形。流態(tài)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)廣泛用于研究流動(dòng)的基本現(xiàn)象和機(jī)理。計(jì)算機(jī)在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用極大地提高了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化、高效率和高精度的水平。
使用了高雷諾數(shù)試驗(yàn)、空氣動(dòng)力試驗(yàn)、氣動(dòng)彈性風(fēng)洞試驗(yàn)等一系列用于數(shù)據(jù)修正的方法,建立起一套從“風(fēng)洞數(shù)據(jù)”到“真實(shí)數(shù)據(jù)”的修正模型,保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。
高雷諾數(shù)風(fēng)洞是用增加氣流總壓,降低氣流總溫或采用重氣體或增大模型尺寸等方法,使試驗(yàn)雷諾數(shù)接近于飛機(jī)實(shí)際飛行雷諾數(shù)的風(fēng)洞。 氣動(dòng)彈性試驗(yàn)的中心內(nèi)容是飛機(jī)顫振特性研究,因此這里重點(diǎn)介紹顫振飛行試驗(yàn)。
擴(kuò)展資料風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)是運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理和流動(dòng)相似性原理。根據(jù)相對(duì)性原理,飛機(jī)在靜止空氣中飛行所受到的空氣動(dòng)力,與飛機(jī)靜止不動(dòng)、空氣以同樣的速度反方向吹來(lái),兩者的作用是一樣的。
但飛機(jī)迎風(fēng)面積比較大,如機(jī)翼翼展小的幾米、十幾米,大的幾十米(波音747是60米),使迎風(fēng)面積如此大的氣流以相當(dāng)于飛行的速度吹過(guò)來(lái),其動(dòng)力消耗將是驚人的。 根據(jù)相似性原理,可以將飛機(jī)做成幾何相似的小尺度模型,只要保持某些相似參數(shù)一致,試驗(yàn)的氣流速度在一定范圍內(nèi)也可以低于飛行速度,并可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推算出真實(shí)飛行時(shí)作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力。
參考資料來(lái)源:百度百科-風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)是流動(dòng)相似原理。由于風(fēng)洞尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、模型、實(shí)驗(yàn)氣體等方面的限制,風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)要作到與真實(shí)條件完全相似是不可能的。通常的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),只是一種部分相似的模擬實(shí)驗(yàn)。因此,在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)實(shí)際內(nèi)容確定模擬參數(shù)和實(shí)驗(yàn)方案,并選用合適的風(fēng)洞和模型。模型的設(shè)計(jì)和制造是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵。模型應(yīng)滿足如下要求:形狀同實(shí)物幾何相似或符合所研究問(wèn)題的需要(如內(nèi)部流動(dòng)的模擬等);大小能保證在模型周圍獲得所需的氣流條件;表面狀態(tài)(如光潔或粗糙程度、溫度、人工邊界層過(guò)渡措施等)與所研究的問(wèn)題相適應(yīng);有足夠的強(qiáng)度和剛度,支撐模型的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可忽略或可作修正;能滿足使用測(cè)試儀器的要求;便于組裝和拆卸。此外,某些實(shí)驗(yàn)還對(duì)剛度、質(zhì)量分布有特殊要求。模型的材料在低速風(fēng)洞中一般是高強(qiáng)度木材或增強(qiáng)塑料,在高速和高超聲速風(fēng)洞中常用碳鋼、合金鋼或高強(qiáng)度鋁合金。有些實(shí)驗(yàn)根據(jù)需要還采用其他材料。模型通常都是縮尺的,也有全尺寸的,有時(shí)還可以按一定要求局部放大。對(duì)于幾何對(duì)稱的實(shí)物,還可以利用其對(duì)稱性做成模擬半個(gè)實(shí)物的模型。
對(duì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常須進(jìn)行處理和分析。其主要內(nèi)容是:將測(cè)量值換算成所需的空氣動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù);分析綜合各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可能引入的誤差;對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出物理解釋和數(shù)學(xué)說(shuō)明;根據(jù)模型流動(dòng)和實(shí)物流動(dòng)的差別,修正實(shí)驗(yàn)結(jié)果。模型流動(dòng)和實(shí)物流動(dòng)的差別主要有:由風(fēng)洞和模型造成的模擬失真,如雷諾數(shù)的差別、進(jìn)氣和噴流的模擬失真等;其次是風(fēng)洞洞壁和模型支架的干擾影響;還有風(fēng)洞流場(chǎng)的非均勻性、湍流度和噪聲影響等。其中有些可以通過(guò)計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正,更重要的是要注意積累使用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)。
聲明:本網(wǎng)站尊重并保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán),根據(jù)《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》,如果我們轉(zhuǎn)載的作品侵犯了您的權(quán)利,請(qǐng)?jiān)谝粋€(gè)月內(nèi)通知我們,我們會(huì)及時(shí)刪除。
蜀ICP備2020033479號(hào)-4 Copyright ? 2016 學(xué)習(xí)鳥(niǎo). 頁(yè)面生成時(shí)間:2.852秒