1、大型低溫跨聲速風(fēng)洞,各種類型的風(fēng)洞,各種類型的風(fēng)洞,流體力學(xué)實(shí) 驗(yàn)?zāi)M設(shè)備,水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)設(shè)備,空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)設(shè)備,其它實(shí)驗(yàn)設(shè)備,水洞、水槽、水池,火箭撬、彈道靶,1 風(fēng)洞概述,1.1 風(fēng)洞的概念,風(fēng)洞是利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，通過(guò)人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動(dòng)，并可量度氣流對(duì)物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是進(jìn)行空氣動(dòng)力地面實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的設(shè)備。,實(shí)際飛行的狀態(tài),風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的狀態(tài),氣流靜止，飛行器運(yùn)動(dòng),氣流運(yùn)動(dòng)，飛行器靜止,1.2 風(fēng)洞模擬的飛行環(huán)境,飛行環(huán)境：飛行器飛行時(shí)所處的環(huán)境條件。,航空飛行器飛行環(huán)境 Ma: 03 高度: 20km 溫度: 700K 低

2、溫、稠密大氣,航天運(yùn)載器飛行環(huán)境 Ma : 325 高度: 20-100km 溫度: 1500K（航天飛機(jī)）、 7000K（運(yùn)載飛船） 高溫、稀薄氣體,1 風(fēng)洞概述,1.3 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn),風(fēng)洞中的氣流參數(shù)（如速度、壓力、密度溫度等）能夠比較準(zhǔn)確地控制，并且隨時(shí)可以改變； 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)一般不易受大氣環(huán)境（如季節(jié)、晝夜、風(fēng)雨、氣溫等）變化的影響； 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)測(cè)量方便、準(zhǔn)確，安全性高； 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)費(fèi)用比較低廉； 風(fēng)洞不僅可以進(jìn)行整機(jī)實(shí)驗(yàn)，還可以進(jìn)行各部件（如機(jī)翼、機(jī)身等）和組合體的實(shí)驗(yàn)研究；,1 風(fēng)洞概述,按實(shí)驗(yàn)段馬赫數(shù)范圍劃分 按風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)劃分 按風(fēng)洞的運(yùn)行方式劃分 按風(fēng)洞的用途劃分,1.4

3、 風(fēng)洞的分類,最常用的是按馬赫數(shù)范圍分類,1 風(fēng)洞概述,風(fēng)洞按實(shí)驗(yàn)段氣流馬赫數(shù)分為： 低速風(fēng)洞 Ma 0.4 亞聲速風(fēng)洞 0.4 Ma 0.8 跨聲速風(fēng)洞 0.8 Ma 1.4 超聲速風(fēng)洞 1.4 Ma 5 高超聲速風(fēng)洞 Ma5,1.4 風(fēng)洞的分類,1 風(fēng)洞概述,1.5 風(fēng)洞的地位和作用,風(fēng)洞的種類和規(guī)?？梢院饬恳粋€(gè)國(guó)家的航空航天事業(yè)的水平。,風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是飛行器研制工作中的一個(gè)不可缺少的組成部分。,美國(guó)：風(fēng)洞是國(guó)家的重要戰(zhàn)略資源。 把包含風(fēng)洞技術(shù)在內(nèi)的空氣動(dòng)力技術(shù)作為僅次于核技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)其他國(guó)家采取限制和封鎖。,1 風(fēng)洞概述,1 風(fēng)洞概述,我國(guó)已經(jīng)建立這么多氣動(dòng)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)和設(shè)備，能力是不是已

4、經(jīng)完全滿足試驗(yàn)要求?,思考,一則新聞 一則舊聞,2017年5月5日國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919首飛成功,民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究 2012年第1期 C919高雷諾數(shù)試驗(yàn),聲障,飛行器跨聲速飛行時(shí)，流動(dòng)現(xiàn)象非常復(fù)雜，出現(xiàn)了亞、跨、超混合流場(chǎng)，并且在翼面上產(chǎn)生了激波。激波位置隨擾動(dòng)變化而變化，導(dǎo)致非定常脈動(dòng)。 跨聲速流動(dòng)的計(jì)算很難準(zhǔn)確模擬，實(shí)驗(yàn)顯得特別重要； 風(fēng)洞中建立跨聲速流場(chǎng)存在壅塞、壁面反射干擾和洞壁干擾等困難需克服；,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.1 跨聲速風(fēng)洞概況,實(shí)驗(yàn)段氣流速度：0.8Ma1.4 動(dòng)力裝置：多級(jí)軸流式風(fēng)扇、引射 結(jié)構(gòu)類似亞聲速風(fēng)洞 實(shí)驗(yàn)段壁為通氣壁，通氣壁外為駐室，駐室壓力可調(diào),2 低溫跨聲

5、速風(fēng)洞,2.1 跨聲速風(fēng)洞概況,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.2 相似準(zhǔn)則,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.2 相似準(zhǔn)則,雷諾數(shù)是流體力學(xué)中表征粘性影響的相似準(zhǔn)則； 雷諾數(shù)物理上表示慣性力和粘性力量級(jí)的比。 在慣性力和粘性力起重要作用的流動(dòng)中，欲使二幾何相似的流動(dòng)，滿足動(dòng)力相似條件，必須保證模型和實(shí)物的雷諾數(shù)相等；,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.3 雷諾數(shù),u,L,增大運(yùn)行總壓,提高運(yùn)行速度,增大試驗(yàn)段尺寸,降低粘性系數(shù),L,增大試驗(yàn)段尺寸,法國(guó)S1MA跨聲速風(fēng)洞,試驗(yàn)段直徑：8m,驅(qū)動(dòng)功率：88MW,總壓：最高100個(gè)大氣壓，洞體采用70mm厚鋼板,增大運(yùn)行總壓,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,德荷聯(lián)合

6、風(fēng)洞DNW的HDG風(fēng)洞,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.4 我國(guó)跨聲速風(fēng)洞的水平,2.4 我國(guó)跨聲速風(fēng)洞的水平,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,綿陽(yáng)FL-26跨聲速風(fēng)洞,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,現(xiàn)有常規(guī)跨聲速風(fēng)洞,2 低溫跨聲速風(fēng)洞,降低粘性系數(shù),2.5 降低總溫來(lái)提高雷諾數(shù),2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.5 降低總溫來(lái)提高雷諾數(shù),2 低溫跨聲速風(fēng)洞,2.5 降低總溫來(lái)提高雷諾數(shù),提高了實(shí)驗(yàn) Re 數(shù) ，擴(kuò)大了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,并在獲得高Re 數(shù)的同時(shí) ,動(dòng)壓和驅(qū)動(dòng)功率可以接受 。 降低了動(dòng)壓和驅(qū)動(dòng)功率 ,節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用； 低溫風(fēng)洞可以獨(dú)立地控制溫度、壓力、馬赫數(shù) ，具有唯一獨(dú)立確定各參數(shù)對(duì)模型氣動(dòng)特性 影響的能力。,3 大

7、型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,大型低溫跨聲速風(fēng)洞,NTF（National Transonic Facility）,ETW（European Transonic Windtunnel）,KKK（Kryo Kanal Kln）,美國(guó)Langley研究中心，最低總溫78K 最大總壓9atm，建成于1982年,德英法荷四國(guó)合建，位于德國(guó)科隆 最低總溫110K，最大總壓4.5atm 建成于1993年,德國(guó)DLR，最低總溫100K 最大馬赫數(shù)0.4,3 大型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,美國(guó)Langley研究中心NTF低溫跨聲速風(fēng)洞,3.1 美國(guó)NTF風(fēng)洞,馬赫數(shù)：0.21.2 試驗(yàn)段尺寸：2.5m2.5m 總溫

8、：340K78K,總壓：19大氣壓 流體介質(zhì)：低溫氮?dú)?雷諾數(shù)：1.3e+7/m4.8e+8/m,3 大型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,3 大型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,ETW低溫跨聲速風(fēng)洞,3.2 歐洲ETW風(fēng)洞,ETW風(fēng)洞主要參數(shù) 尺寸： 2.0m（高）x 2.4m（寬） 馬赫數(shù)：0.131.3 總壓范圍： 115kPa450kPa 溫度范圍：110K313K,3 大型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,3.2 歐洲ETW風(fēng)洞,3 大型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,3.2 歐洲ETW風(fēng)洞,ETW低溫風(fēng)洞結(jié)構(gòu)示意圖,3 大型低溫跨聲速風(fēng)洞發(fā)展現(xiàn)狀,3.1歐洲ETW風(fēng)洞,ETW低溫風(fēng)洞液氮噴注裝置和液氮儲(chǔ)罐,4 大型低

9、溫跨聲速風(fēng)洞主要技術(shù)難點(diǎn),（1）溫度控制，包括液氮注入系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、氣態(tài)氮排出，一方面要精確的控制溫度達(dá)到設(shè)定值，另一方面還要保證溫度在試驗(yàn)段空間變化??；,（2）系統(tǒng)綜合運(yùn)行，低溫風(fēng)洞系統(tǒng)復(fù)雜，可以控制的環(huán)節(jié)多，簡(jiǎn)單列一下，風(fēng)洞總壓、試驗(yàn)段抽吸、第二喉道、液氮注入流量、噴注噴嘴控制、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、氣態(tài)氮排出，需要各系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行；,（4）大型連續(xù)跨聲速風(fēng)洞的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理，軸流壓氣機(jī)、防喘振等;,（3）流場(chǎng)品質(zhì)，其實(shí)第一點(diǎn)溫度控制也是流場(chǎng)品質(zhì)重要的一方面，這里的品質(zhì)還包括湍流度、馬赫數(shù)空間分布、壓力脈動(dòng)（涉及到液氮注入和氣態(tài)氮排出）、噪聲水平等;,4 大型低溫跨聲速風(fēng)洞主要技術(shù)難點(diǎn),（5）洞體結(jié)構(gòu)和材料、軸流壓氣機(jī)、天平、壓力溫度傳感器等，各個(gè)組件和測(cè)試系統(tǒng)在極低溫條件下的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行（約100K）；,楊衛(wèi)主任在講話中指出：