風(fēng)洞試驗模擬的不足及其修正 風(fēng)洞試驗既然是一種模擬試驗,不可能完全準確。概括地說(shuō),風(fēng)洞試驗固有的模擬不足主要有以下三個(gè)方面。與此同時(shí),相應也發(fā)展了許多克服這些不足或修正其影響的方法。
1、邊界效應或邊界干擾 真實(shí)飛行時(shí),靜止大氣是無(wú)邊界的。而在風(fēng)洞中,氣流是有邊界的,邊界的存在限制了邊界附近的流線(xiàn)彎曲,使風(fēng)洞流場(chǎng)有別于真實(shí)飛行的流場(chǎng)。其影響統稱(chēng)為邊界效應或邊界干擾?朔姆椒ㄊ潜M量把風(fēng)洞試驗段做得大一些(風(fēng)洞總尺寸也相應增大),并限制或縮小模型尺度,減小邊界干擾的影響。但這將導致風(fēng)洞造價(jià)和驅動(dòng)功率的大幅度增加,而模型尺度太小會(huì )便雷諾數變小。近年來(lái)發(fā)展起一種稱(chēng)為自修正風(fēng)洞的技術(shù)。風(fēng)洞試驗段壁面做成彈性和可調的。
測厚儀|
測速儀|
轉速表|
壓力表|
壓力計|
真空表|
硬度計|
探傷儀|
電子稱(chēng)|
熱像儀|
頻閃儀|
測高儀|
測距儀|
金屬探測器|
試驗機| 試驗過(guò)程中,利用計算機,粗略而快速地計算相當于壁面處流線(xiàn)應有的真實(shí)形狀,使試驗段壁面與之逼近,從而基本上消除邊界干擾。
2.支架干擾 風(fēng)洞試驗中,需要用支架把模型支撐在氣流中。支架的存在,產(chǎn)生對模型流場(chǎng)的干擾,稱(chēng)為支架干擾。雖然可以通過(guò)試驗方法修正支架的影響,但很難修正干凈。近來(lái),正發(fā)展起一種稱(chēng)為磁懸模型的技術(shù)。在試驗段內產(chǎn)生一可控的磁場(chǎng),通過(guò)磁力使模型懸浮在氣流中。
3.相似準則不能滿(mǎn)足的影響
風(fēng)洞試驗的理論基礎是相似原理。相似原理要求風(fēng)洞流場(chǎng)與真實(shí)飛行流場(chǎng)之間滿(mǎn)足所有的相似準則,或兩個(gè)流場(chǎng)對應的所有相似準則數相等。風(fēng)洞試驗很難完全滿(mǎn)足。最常見(jiàn)的主要相似準則不滿(mǎn)足是亞跨聲速風(fēng)洞的雷諾數不夠。以波音737飛機為例,它在巡航高度(9000m)上,廣州市駿凱電子科技有限公司以巡航速度(927km/h)飛行,雷諾數為2.4×107,而在3米亞聲速風(fēng)洞中以風(fēng)速100m/s試驗,雷諾數僅約為1.4×106,兩者相距甚遠。提高風(fēng)洞雷諾數的方法主要有:
(1)增大模型和風(fēng)洞的尺度,其代價(jià)同樣是風(fēng)洞造價(jià)和風(fēng)洞驅動(dòng)功率都將大幅度增加。如上文所說(shuō)美國的全尺寸風(fēng)洞。
(2)增大空氣密度或壓力。已出現很多壓力型高雷諾數風(fēng)洞,工作壓力在幾個(gè)至十幾個(gè)大氣壓范圍。我國也正在研制這種高雷諾數風(fēng)洞。
(3)降低氣體溫度。如以90K(-183℃)的氮氣為工作介質(zhì),在尺度和速度相同時(shí),雷諾數是常溫空氣的9倍多。世界上已經(jīng)建成好幾個(gè)低溫型高雷諾數風(fēng)洞。我國也研制了低溫風(fēng)洞,但尺度還比較小。