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低速风洞及其试验原理介绍

发布人:百林科技 发布时间:2023-08-08 点击数:178

1、空气动力学研究的基本手段有哪些,各有什么优缺点? 

答:理论研究、风洞试验和飞行试验

①理论研究:指人们根据对空气动力学现象的观察分析,对这些现象进行抽象和简化,描述 其本质的数学模型,建立相应的数学物理方程并根据相应的边界条件求解这些数学方程。主要指数值计算(CFD)技术。尽管 CFD 技术在近几十年有了突飞猛进的发展,工程应用日 趋成熟,但风洞试验仍是确定飞行器飞行性能的主要手段,CFD 尚不能代替风洞试验,而 只能作为飞行器设计手段与风洞试验相互补充,而且 CFD 的发展和可靠性也需风洞试验验 证。

②飞行试验:主要指模型的自由飞试验和样机的试飞试验。飞行试验方法可用来验证风洞试 验数据的可靠性,解决那些风洞试验难以解决的问题;飞行试验能克服风洞试验模拟方式上 的不真实因素,如流场模拟差异、飞行器尺寸差异(雷诺数和尺度效应)、流动不能完全相 似等。用真实飞行的测量数据来修正风洞试验数据,解决所谓风洞试验数据与飞行数据的相 关性问题。但是,由于飞行试验本身存在一系列误差,精度比风洞试验低得多;存在着费用 高、试验条件不稳定、测量方法复杂等缺陷。

③风洞试验:空气动力学的发展史表明,风洞试验是试验空气动力学这门学科发展的的基本 手段。空气动力学的基本现象和基本原理,人们都是通过试验逐步认识的。空气动力学研究 上的重大突破,都首先是试验上的突破,空气动力学的理论本身都是在试验研究的基础上发 现和发展起来的。理论计算只能解决流动的物理机理已经通过试验研究认识清楚的,不是过 于复杂的流动问题,但是流动机理方面的研究以及数值计算结果的验证,仍然要依靠试验。 用风洞试验方法来解决空气动力学问题,测量方便,试验参数如气流速度、试验状态易于控 制,不受外界条件的影响,且费用较低,而飞行试验的试验条件不容易控制,测量方法复杂。 

       风洞试验过去和现在一直是发现和确定流动现象、探索和揭示流动机理、寻求和了解流 动规律,以及为飞行器设计提供优良的气动布局和空气动力学特性数据的主要手段;在今后 的相当长的时期内,这种状况不会改变,并将与其他研究手段更好的相互结合、相互补充、 相互促进。

2、风洞试验中有哪些测量方法,各种方法发挥什么样的作用?

 答:天平测力法:使用气动力天平,测出作用在模型上的空气动力,是风洞试验中最常见的 测量方法,可以测量六个分量,也可以只测量一个或几个分量; 

       压力分布测量法:测出模表面的压力分布,可以得到飞机或部件强度计算所需的载荷数据; 流动显示法:利用物理或化学的方法将绕模型流动的状态形象地显示出来,可加深流动 状态的感性认识,对于分析风洞测力测压试验的结果、建立理论研究的简化模型、分析流动 机理以及研究飞机外形存在的气动问题等,有很大帮助; 

       流动测量法:包括流速、流向、压强、紊流度和温度等,对空风洞进行流场校测。有时 也要测量模型绕流流场中气流参数的分布情况,以便于深入研究空气动力特性的机理。 

3、风洞试验中有哪些重要(4 个)的相似准则,其物理意义和公式怎样描述?在风洞试验 中为模拟这些参数可采取哪些手段? 

答:雷诺数Re=pvl/μ,表征流体粘性对流动影响的相似准则,对低速的定常测力、测压试验只要求模拟 Re 数; 

       马赫数Ma=v/a,气体压缩性对流动影响的一个量度,对超声速试验主要模拟 Ma数,对跨声速定常试验,需要同时模拟Ma数和 Re数。

       弗劳德数Fr=v/(gl)1/2,重力作用对流动影响的一个量度,对外挂物投放、模型自由 飞及尾旋试验等,是主要的相似准则。 

       斯特劳哈尔数Sr=l/vt=lf/v,表征流体非定常性的相似准则,结构弹性振动、漩涡、 螺旋桨、旋翼、旋转天平、马格努斯力及航空声学等试验时,要求模拟该相似准则; 

       欧拉数Eu=∆P/Pv2,压力系数; 

       牛顿数 Ne=F/Pv2l2,空气动力学系数。

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