第十讲 风洞试验技术
飞行器的风洞试验技术研究
飞行器的风洞试验技术研究一、引言风洞试验是飞行器设计研发的重要手段之一。
风洞试验技术可以模拟不同气流条件下的飞行状态，为飞行器的设计、改进、验证和性能分析等提供可靠的数据支持。
本文将重点研究飞行器的风洞试验技术，探讨其在飞行器设计中的应用与发展。
二、风洞试验的作用风洞试验是一种通过模拟大气环境，对飞行器进行气动性能测试的方法。
在风洞内设定不同的气体流速、密度、温度等条件，通过控制不同参数的变化，模拟飞行器在真实环境下的飞行状态。
同时，通过测量飞行器在不同飞行状态下的气动力学、热力学和流体力学性能，以及观察气流环境对飞行器的影响，为飞行器的设计和改进提供数据支持。
风洞试验可以对飞行器的气动性能进行全面、精确的测试和评估，包括升力、阻力、推力、稳定性、控制性、湍流、热防护等方面。
同时，风洞试验还可以对飞行器进行模型可靠性验证和优化，为飞行器的研发提供重要支持。
在飞行器设计中，风洞试验是必不可少的技术手段之一，尤其对于新飞机的研发和性能提升具有重要的意义。
三、风洞试验的类型风洞试验的基本类型主要分为静态试验和动态试验。
静态试验是对飞行器在某个静态状态下的气动性能进行测试，主要研究飞行器在不同攻角、侧滑角、俯仰角等状态下的升力、阻力、气动性等性能。
动态试验是对飞行器在各种飞行运动状态下的气动性能进行测试，主要包括纵向运动、横向运动、滚转运动等不同运动状态下的气动性能。
另外，还有其他类型的风洞试验，如模态试验、风内流试验、热试验、湍流试验等，主要针对飞行器在特定环境下的气动性能进行测试，对提高飞行器的设计及性能起到重要支持作用。
四、风洞试验的应用在飞行器的研发中，风洞试验是一个非常重要的环节。
通过风洞试验可以获取大量的实验数据，加深对飞行器气动性能的认识，优化飞行器设计，提高飞行器性能，从而提高飞行器的竞争力。
风洞试验对于民用飞机的设计、改进和优化非常重要，可以帮助设计师选择合适的设备、优化机翼形状、改善飞机空气动力学性能、增加飞机的稳定性和控制性能。
第十讲 风洞试验技术
1.2 试验模型
z(1) 精确的结构物模型 z(2) 简化的周边环境模型 z(3) 概略的上游地表模型
1.3 风洞试验分类
风环境风洞试验 风洞试验 建筑结构风洞试验
桥梁结构风洞试验
1.3 风洞试验分类(续)
风环境
地面或行人风环境(Pedestrian level) 建筑物周边风环境 (Topography model) 环境空气动力学试验(Environmental aerodynamics)
U
动力：CW (dTw / dt ) = W − H
τ = CW /[(∂H / ∂Tw ) − (∂W / ∂Tw )]
图2. 热线风速仪
2.4 平均风速指标
z(1) 不同高度平均风速 z(2) 风剖面指数α z(3) 梯度风高度
2.5 脉动风速指标
z(1) 紊流强度： I = σ u , I = σ v , I = σ w
P static
Pt
=
Ps
+ Pd
=
P0
+
1 2
ρaU 2
P total
Pd
=
Pt
− Ps
=
1 2
ρaU 2
=
ρ w gΔh
U=
P dyn
2g
ρw ρa
Δh
ρ w
图1. 皮托管测压
2.3 试验设备
z(2) 热线风速仪——脉动风速
静力：W = H
( ) W = I 2Rw, H = A1 + B1 U (Tw − Te )
H
¾ 4. 表面测压试验
4.1 模型要求 z(1) 刚性——外型无变形 z(2) 不漏气——压力为常数 z(3) 外形相似
风洞试验技术介绍及应用课件
风洞管道
用于产生和控制气流，通常由坚固、轻质且 耐腐蚀的材料制成。
风扇和压缩机
模型台
用于放置和固定试验模型，具备高精度和高 稳定性。
提供风洞所需的气流，具有大推力和高效率 的特点。
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控制系统
调节气流参数，如速度、方向等，保证试验 的准确性和可重复性。
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风洞设备的性能参数
最大气流速度
决定了风洞能模拟的最 高风速，是衡量风洞性 能的重要指标。
环境监测与评估
通过风洞试验技术监测环境质量，评估环境对人类和 生态的影响。
建筑领域应用
建筑风工程
通过风洞试验技术模拟建筑在风力作用下的动态响应和稳定性， 优化建筑设计。
建筑环境模拟
模拟建筑内部的环境条件，评估建筑环境的舒适度和能效。
古建筑保护
通过风洞试验技术评估古建筑在风力作用下的安全性，为古建筑 的保护提供依据。
评估汽车的空气动力学性能、行驶稳定性等参数， 提高汽车的安全性和舒适性。
汽车研发与改进
通过风洞试验技术对汽车进行性能测试和优化， 加速新车型的研发和改进。
环境模拟领域应用
气候模拟
模拟气候变化对环境的影响，研究气候变化的规律和 趋势。
自然灾害模拟
模拟自然灾害如风、雨、雪等对环境的影响，研究灾 害的预防和应对措施。
风洞工作原理
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风洞结构
风洞由收缩段、实验段、 风扇和控制系统等组成， 能够产生稳定的气流供试 验使用。
气流控制
通过调节风扇转速和控制 系统，实现对气流速度、 方向和压力等参数的控制。
模型安装与测量
试验模型安装在风洞实验 段，通过测量仪器测量气 流对模型的作用力、压力 和温度等参数。
风洞的实验原理
风洞的实验原理风洞是用于模拟大气流动的实验设备，它对于研究空气动力学特性、风力工程、建筑物抗风性能等领域具有重要的作用。
风洞通过模拟真实空气流动环境，提供各种空气速度、密度和压力条件，来观察物体在流场中的动力学效应和气动性能。
风洞实验的原理主要包括两个方面：流场模拟和测试测量。
首先，风洞要模拟真实的流场环境，使得空气流动的特性尽可能接近实际情况。
为了达到这个目标，首先需要考虑的是风洞的设计和建造。
通常风洞由进气道、扩散段、工作段和尾迹段等部分组成。
进气道的作用是将外界空气引入风洞，保证流场中流体的运动状态尽可能接近自由气流。
扩散段的作用是将进入风洞的流体加速，以满足各个工作段的实验要求。
工作段是进行实验的主要区域，主要有闭合式风洞和开放式风洞两种。
闭合式风洞的特点是流场封闭，气流在封闭环境中进行运动，适用于对较小的物体进行气动特性测试；开放式风洞则模拟了自由气流场，适用于大型模型的气动研究。
尾迹段的作用是消散来自工作段的干扰，减小后续实验的影响。
其次，风洞实验还需要进行测试和测量，以获取物体在流场中的动力学参数。
实验中常用的测试和测量手段包括风力测力、压力测量、风速测量和流场可视化等。
风力测力是通过在物体上安装力传感器，通过测量传感器受到的力来推导出物体所受到的气动力。
压力测量则是通过在物体表面或特定位置上安装压力传感器，获取物体表面的压力分布情况。
风速测量一般采用风速仪或热线风速仪等设备，用于测量流场中的风速。
流场可视化是将流场中的气流可视化，常用的方法包括烟雾法、激光光纤等，通过观察气流的形态和运动轨迹，了解流场中的流动情况。
在风洞实验中，为了保持实验的准确性和可重复性，还需要进行数据校正和误差分析。
数据校正主要是校正仪器的灵敏度和零点误差，并与标准数据进行对比和校验，确保实验数据的准确性。
误差分析是对于实验过程中产生的误差进行分析和控制，以确保实验结果的可靠性。
总之，风洞的实验原理包括流场模拟和测试测量两个方面。
流体力学中风洞实验的基本操作教程
流体力学中风洞实验的基本操作教程一、引言流体力学中的风洞实验是研究气体和液体流动行为的重要工具之一。
通过在实验室内部模拟大气环境中的气动流动，研究者可以观察和测量不同物体在流体中的受力和运动情况。
风洞实验在航空航天、汽车工程、建筑物设计等领域具有广泛的应用。
本文将为您介绍流体力学中风洞实验的基本操作步骤和注意事项。
二、风洞实验设备及组成部分1. 风洞：包括进风道、试验段和排风道。
2. 进风系统：用于提供实验所需的气流，包括获得高速气流所需的风机、引风道和加速器。
3. 试验段：用于安装和测量不同物体或模型的力学和流体力学性质。
4. 测量仪器：包括压力传感器、风速仪、雷诺数计等，用于记录和分析实验数据。
三、风洞实验的基本操作步骤1. 确定实验目标和设计实验方案在进行风洞实验之前，首先需要确定实验的目标和所需测试的参数。
然后，设计实验方案，包括选择适当的模型、确定实验条件（如流速、压力等），并考虑相关数据采集和分析方法。
2. 准备试验设备和工具检查风洞设备的状态，确保其正常运行。
清洁试验段，保证工作通道内无杂物和减小因堵塞而产生的气流扰动。
3. 安装模型并进行预实验根据实验方案，选择并安装相应的模型。
安装时要确保模型的稳定性，并注意避免模型表面的几何非均匀性对实验结果的影响。
进行预实验时，逐渐增加流速，观察模型的运动情况，并进行必要的调整，以确保后续实验的准确性。
4. 调整实验参数根据实验要求，调整实验参数，如流速、温度等。
通过风速仪、温度计等仪器对实验段内的流速和温度进行准确测量，并进行必要的校正。
5. 进行实验并记录数据在实验过程中，应严格按照实验方案要求进行操作。
记录数据时，可使用压力传感器、流速仪等测量仪器获取相应的气动力学参数和流体力学数据。
同时，为了提高实验结果的准确性，可进行多次实验，并取平均值进行分析。
6. 数据分析和结果验证根据实验获得的数据，进行数据处理和分析。
应注意排除异常数据和误差来源，并计算得出最终的实验结果。
风洞试验的基本原理
风洞试验的基本原理风洞是个啥玩意儿？嘿，你可别小瞧了它，这风洞啊，那可是航空航天、汽车制造等领域的大功臣呢！风洞试验，听起来是不是就很神秘？那它的基本原理到底是啥呢？咱就先从风洞的构造说起吧。
风洞就像是一个巨大的风的通道，里面有各种复杂的设备。
想象一下，它就像一个超级大的风箱，只不过这个风箱可不是普通的风箱哦。
它可以产生各种不同速度和方向的风，就像一个魔法盒子，能变出各种神奇的风。
风洞里面有个测试段，这可是关键部位。
测试段就像是一个舞台，各种被测试的物体就在这里登场。
比如说飞机模型、汽车模型啥的。
当风从风洞的一端吹过来，经过测试段的时候，就会对放在那里的模型产生作用。
这就好像一阵强风刮过一片草地，草会被风吹得弯下腰来。
那被测试的模型呢，也会在风的作用下产生各种反应。
风洞是怎么产生风的呢？这可就厉害了！它通常是通过大功率的风扇或者压缩机来实现的。
这些设备就像大力士一样，能把空气加速到很高的速度。
这就好比一个超级大的吹风机，只不过这个吹风机的风力可不是一般的大。
它可以产生每秒几十米甚至上百米的风速呢！在风洞试验中，科学家们会通过各种仪器来测量被测试物体所受到的力和力矩。
这些仪器就像一双双敏锐的眼睛，能准确地捕捉到每一个细微的变化。
比如说，当风刮过飞机模型的时候，仪器可以测量出飞机模型所受到的升力、阻力和力矩等。
这就好像一个细心的医生在给病人做检查，不放过任何一个小问题。
那风洞试验有啥用呢？这用处可大了去了！比如说在航空航天领域，飞机在设计阶段就需要进行风洞试验。
通过风洞试验，科学家们可以了解飞机在不同飞行状态下所受到的空气动力，从而优化飞机的设计。
这就像一个雕塑家在不断地雕琢自己的作品，让它变得更加完美。
在汽车制造领域，风洞试验可以帮助汽车设计师降低汽车的风阻，提高汽车的性能和燃油经济性。
这就好比给汽车穿上了一件更加合身的衣服，让它跑得更快、更省油。
风洞试验可不是一件简单的事情哦！它需要科学家们具备高超的技术和丰富的经验。
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。
飞行器设计中的风洞试验
飞行器设计中的风洞试验作为飞行器设计的必要流程之一，风洞试验在设计过程中起着至关重要的作用。
风洞试验不仅能够模拟真实的空气流场，还能够通过实验手段对飞行器的设计进行优化和改进，从而提高飞行器性能和安全性。
一、什么是风洞试验？风洞试验是一种通过模拟真实流场环境，利用模型进行试验研究的技术方法。
在飞行器设计中，通过风洞实验可以模拟不同速度和空气密度下的气流流动，测量模型的阻力、升力、侧力等物理数据，同时也能够观察流场现象，从而为飞行器的设计提供科学依据。
二、风洞试验的优点1. 实验环境稳定：风洞试验可以模拟出多种不同气流环境，同时也能够稳定地控制气流速度、风向、风角等参数，从而保证实验数据的可靠性。
2. 实验数据丰富：通过风洞试验，可以获得模型在不同气流环境下的阻力、升力、侧力等物理数据，从而为设计者提供了大量的关键参数。
3. 可以优化设计：通过对实验数据的分析和比较，设计者可以更好地理解飞行器在不同条件下的性能特点，从而做出优化设计，提高飞行器的性能和安全性。
三、风洞试验的种类1. 静态风洞试验：静态风洞试验是一种通过固定模型并在其上方喷射气流进行试验的方法。
静态风洞试验可以测试模型的耐风性和风噪声等特性，同时也能够获得模型在不同风速下的阻力和升力等物理参数。
2. 动态风洞试验：动态风洞试验是在静态风洞试验的基础上，增加了机械和电子设备用于控制模型的运动和姿态。
动态风洞试验可以更加真实地模拟飞行场景，同时也可以模拟临界空速等特殊气流环境。
3. 水洞试验：水洞试验是一种利用水流进行模拟试验的方法。
在水洞试验中，设计者可以利用液体的高密度和低黏性，模拟高速气流下的飞行器状态，从而获得模型的阻力、升力、推力等物理数据。
四、风洞试验的挑战和技术难点1. 气动噪声问题：风洞试验中，高速气流会产生强烈的气动噪声，这会对模型产生影响，并对实验者造成危害。
2. 模型装配和校准：在风洞试验中，模型的装配和校准会直接影响实验数据的准确性。
航空航天工程师的航天器风洞试验技术
航空航天工程师的航天器风洞试验技术航空航天工程师在设计和发展航天器时扮演着至关重要的角色。
在航天器的设计过程中，进行风洞试验是一项不可或缺的技术手段。
本文将探讨航空航天工程师在进行航天器风洞试验时所需的技术。
一、引言航天器风洞试验是一种通过模拟真实大气环境测试航天器性能的技术。
通过研究空气流动行为，航空航天工程师可以获得有关气动力、飞行稳定性和控制性能等重要信息，以便优化设计并验证航天器的安全性。
二、风洞试验的原理风洞试验是利用空气流动来模拟航天器在大气中的运动情况。
在风洞中，航天器模型被放置在一个具有恒定空速的空气流中，通过测量模型受到的气动力、流场特性以及其他参数，从而得到航天器的性能数据。
三、风洞试验所需的设备1. 风洞设备：风洞试验需要使用特殊设计的风洞设备，包括风洞模型支架、气动力称量系统、流场可视化装置等。
这些设备能够模拟真实的飞行环境，提供准确的数据支持。
2. 传感器和测量设备：为了获取准确可靠的数据，航空航天工程师需要使用各种传感器和测量设备。
例如，气动力称量系统用于测量航天器所受到的气动力，激光雷达用于获取流场结构等等。
四、风洞试验的步骤1. 模型制备：在风洞试验之前，需要制备和加工航天器的模型。
模型材料应符合航天器的实际情况，并具有合适的物理特性。
2. 试验计划设计：根据航天器的设计要求，工程师需要制定详细的试验计划。
这包括选择适当的试验参数，如风速、攻角等，以及设计实验方案和数据采集方案等。
3. 进行试验：在试验过程中，航空航天工程师将航天器模型放置于风洞中，并根据试验计划进行相应的操作。
同时，需要记录和监测各种试验参数，确保试验的准确性和可靠性。
4. 数据分析和结果评估：进行试验后，航天工程师需要对试验数据进行仔细地分析和评估。
通过对数据的处理和比较，可以获得有关航天器性能和行为的重要信息，并评估设计的有效性。
五、风洞试验的挑战尽管风洞试验是一种非常有用的技术，但也存在一些挑战。
大气物理学中的风洞实验
大气物理学中的风洞实验随着科技的发展，航空、汽车、建筑等领域对空气动力学的研究越来越深入，风洞实验就成为了大气物理学中重要的研究手段之一。
一、风洞实验的基本原理风洞实验是通过模拟不同风速、气象条件下的空气流动，研究物体在空气中的运动学、动力学和热学特性。
其基本原理是利用风洞的空气流动模拟大气层中的空气流动，再通过传感器、计量系统对不同参数进行测量，以获取空气流动的物理特性。
不同种类、不同尺寸甚至不同用途的物体都需要进行风洞实验。
风洞的设计与制造需要考虑到流体力学、机械工程学、电子技术等众多学科的知识。
不同种类、尺寸、形状的试验模型在风洞内的气动特性影响甚大，因此，选择合适的试验模型并且对模型进行精确的测试和分析才能有效地得到数据。
二、不同种类的风洞按照不同的气流传输模式及工作特性不同，可将风洞分为不同的类型。
常见的风洞一般可分为按照气流传输模式来划分的自由式风洞和闭式风洞。
1. 自由式风洞自由式风洞通过产生流速在试验房间内任意方向的气流，达到模拟在自然大气中的流动的目的。
它适合于研究横截面较大的流体力学问题。
根据气流产生方式，自由式风洞可以分为伺服式风洞和振动板式风洞两种。
伺服式风洞主要是通过一个由风扇和压力系统控制的龙门架的运动，来调整风口所受到的气流流量、压力和方向，实现气流方向、绕风和攻角的调整。
振动板式风洞则是利用声振技术，模拟流体运动的变化，使试验模型能够接受各种复杂的流动条件下的作用。
2. 闭式风洞闭式风洞是一种在旋转的容器中产生气流，通过局部进气孔产生的压力差，推动气流进入马上运动的容器中，再沿着容器的弯曲的流道，最终流回局部进气孔的装置。
按照载气种类不同，闭式风洞还可以分为空气闭式风洞和气体密闭风洞。
前者主要关注气体流动，如空气、氮气等，后者则通常用于模拟在真空环境下的气体流动。
由于闭式风洞可以产生更高的速度，因此它的应用范围更加广泛，可以用于航空、航天和汽车等领域。
三、风洞实验的应用风洞实验以其加工简单、成本较低、准确度高等特点，已经成为了研究空气动力学的广泛应用。
风洞实验
确定模型对气流的相对运动和模型上的气动力随时间变化的实验，包括颤振实验、抖振实验、动稳定性实验、 操纵面嗡鸣实验、非定常压力测量等。
颤振实验颤振是飞行器在气动力、结构弹性力和惯性力相互作用下从气流中吸取能量而引起的自激振动。它 一旦发生，就很可能造成结构的破坏。进行风洞颤振试验，旨在选择对防颤振有利的结构方案（见颤振试验）。
在气流和模型作相对高速运动的条件下，测定气流沿模型绕流所引起的对模型表面气动加热的一种实验。当 飞行器飞行马赫数大于3时，必须考虑气动加热对飞行器外形、表面粗糙度和结构的影响。风洞传热实验的目的是 为飞行器防热设计提供可靠的热环境数据，实验项目包括：光滑和粗糙表面的热流实验，边界层过渡、质量注入 对热流影响的实验，台阶、缝隙、激波和边界层等分离流热流实验等。在风洞传热实验中一般略去热辐射，只考 虑对流加热，要模拟的是马赫数、雷诺数、壁温比、相对粗糙度（粗糙度与边界层位移厚度之比）、质量注入率、 自由湍流度等参数。在一般高超声速风洞、脉冲风洞、激波风洞、电弧加热器、低密度风洞和弹道靶中都能进行 传热实验，但都不能全面模拟上述参数。因此，必须对不同设备的实验数据进行综合分析。风洞传热实验的方法 有两类：一类是确定热流密度分布的热测绘技术，如在模型表面涂以相变材，通过记录等温线随时间的扩展过 程进行热测绘；又如在模型表面涂以漆和粉末磷光材料的混合物，通过记录磷光体的亮度分布转求热流密度分布 （后一方法响应快，灵敏度高）。热测绘技术可以提供丰富的气动加热资料，但精度较低。另一类是热测量技术， 利用量热计进行分散点的热测量，一般是在一维热传导的假定下通过测量温度随时间的变化率测量热流密度。在 一般高超声速风洞中常用的量热计有两种：①薄壁量热计，使用它时要求模型的壁做得很薄，以使模型在受热时， 内外表面的温度接近相等，在内表面安装温差电偶，用以测量温度随时间的变化来推算热流密度。②加登计，是R. 加登在1953年提出的，它是基于受热元件的中心和边缘之间的温度梯度和热流密度有一定的关系进行测量的。薄 壁量热计和加登计由于达到温度平衡需要较长的时间，不能用于脉冲风洞。在脉冲风洞中，可采用塞形量热计和 薄膜电阻温度计进行测量。塞形量热计是利用量热元件吸收传入其中的热量，然后测量元件的平均温度变化率再 计算表面热流密度。
风洞试验技术在飞行器设计中的应用
风洞试验技术在飞行器设计中的应用飞行器设计是航空工程中的核心环节，它不仅关乎飞行器的性能与安全，更影响到人类航空事业的进步。
在飞行器设计中，风洞试验技术被广泛运用，它是一种模拟真实飞行条件的测试方法，能够通过对飞行器模型进行试验，获得关键数据和性能参数，为设计人员提供重要参考。
本文将从风洞试验技术的原理、应用案例以及前景展望三个方面，探讨风洞试验技术在飞行器设计中的重要性及作用。
一. 风洞试验技术的原理风洞试验技术是将真实的飞行器模型置于封闭的空间中，通过仿真不同飞行速度、气动条件下的气流对其进行测试与分析的方法。
风洞试验可以获得模型在不同风速下的气动力、气动特性等数据，为实际飞行器设计提供有效的参考依据。
风洞试验技术的原理基于流体力学和气动力学的基础理论，通过对飞行器模型所受气流的测量与分析，进而推断出气动力的性质和特征。
传统风洞试验采用模型放置在风洞中，通过流场的可视化技术和量测系统，观察和测量飞行器模型所受到的阻力、升力、扰力等气动力参数。
随着科技的进步与发展，现代风洞试验技术涵盖了激波风洞、超音速风洞、低速风洞等多种类型，可模拟不同飞行速度下的气动特性，为飞行器设计提供多方面的数据支持。
二. 风洞试验技术在飞行器设计中的应用案例1. 飞行器空气动力性能评估风洞试验技术被广泛用于飞行器的空气动力性能评估。
在设计阶段，通过模型在风洞中的试验，可以测量和分析飞行器在不同飞行速度和推力下的阻力、升力、扰力等参数，进一步进行空气动力性能评估。
这些数据可以指导设计师调整飞行器的结构和气动外形，提升其飞行性能和稳定性。
2. 飞行器控制系统设计风洞试验技术对飞行器的控制系统设计起到重要作用。
通过风洞试验可以获取飞行器在不同状态下的系统动力学特性，如操纵负载、动力控制响应等，从而评估和改善飞行器的控制系统设计。
这些数据可以帮助设计师优化操纵系统的参数和结构，提高飞行器的操纵性和机动性。
3. 飞行器结构强度分析风洞试验技术在飞行器结构强度分析中扮演着重要角色。
风洞试验技术及其在飞行器设计和气动性能改进中的应用
风洞试验技术及其在飞行器设计和气动性能改进中的应用飞行器设计和气动性能改进一直是航空航天领域的重要研究方向，而风洞试验作为一种重要的试验方法，在这一领域发挥着至关重要的作用。
本文将探讨风洞试验技术及其在飞行器设计和气动性能改进中的应用。
风洞试验是通过模拟飞行器在大气中的飞行环境，以得到其在不同飞行条件下的气动特性和性能参数的试验方法。
通过在封闭的试验环境中利用高速风机产生实验风场，可以使飞行器样品暴露在不同速度、压力和温度等条件下，从而模拟飞行过程中的各种气动状态。
在飞行器设计中，风洞试验可以提供详尽准确的气动数据和流场信息，从而能够对飞行器的气动特性进行全面的评估和优化。
风洞试验的主要技术包括模型制备、试验方案设计、实验设备搭建、传感器安装和信号采集等。
在模型制备方面，研究人员需要根据实际尺寸和比例，制造出与实际飞行器相似的模型。
试验方案的设计则需要考虑到所研究的气动特性和性能参数，以及采用的测试方法和测试装置。
实验设备的搭建包括风洞设备的选择和安装，以及风洞内部的流场平整度和湍流系数的控制。
传感器的安装必须确保测量数据的准确性和可靠性，同时不影响模型的气动特性。
信号采集则需要对测量数据进行即时的记录和处理，以得到准确有效的试验结果。
风洞试验在飞行器设计中的应用主要包括气动力和气动性能的评估，以及飞行器的结构设计和优化。
对于气动力的评估，风洞试验可以测量飞行器在不同风速和迎角下的气动载荷，包括升力、阻力、偏航力和滚转力等。
通过对气动载荷的检测和分析，可以评估飞行器的稳定性和操纵性，为飞行器设计提供重要的参考数据。
在气动性能改进方面，风洞试验可以通过改变模型的几何构型和某些关键参数，来优化飞行器的气动性能，如降低阻力、提高升力和降低气动噪声。
这些优化措施可以显著提高飞行器的运行效率和经济性，降低燃料消耗和环境污染。
此外，风洞试验还可以用于验证数值模拟方法的准确性和可靠性。
在飞行器设计过程中，数值模拟方法已经成为重要的工具，通过计算流体力学（CFD）仿真和数值优化方法，可以对飞行器的气动特性进行模拟和分析。
风洞实验技术的使用方法
风洞实验技术的使用方法风洞实验技术是现代工程领域中广泛应用的一种研究手段。
它通过模拟空气中的流动，以便对各种物体的气动性能进行实验研究。
本文将从实验室准备、测试对象设计、数据获取与分析等几个方面，探讨风洞实验技术的使用方法。
一、实验室准备在进行风洞实验之前，首先需要确保实验室的环境适宜。
实验室应具备稳定的温度和湿度条件，以确保实验结果的准确性。
此外，实验室内的风洞设备也需要进行定期的维护和校准，包括校准风速传感器、温湿度传感器等，以确保实验的可靠性和重复性。
二、测试对象设计在风洞实验中，测试对象的设计至关重要。
首先，根据具体研究的问题，选择合适的测试对象类型，可以是航空器、汽车、建筑物等。
其次，需要对测试对象进行精确的几何建模和尺寸设计，以确保在风洞中能够真实地模拟出流动场。
在进行几何建模时，通常采用计算机辅助设计（CAD）软件进行三维建模，以便更好地控制测试对象的形状和尺寸。
三、数据获取与分析风洞实验的数据获取与分析是整个实验过程中非常重要的一环。
在进行实验前，需要确定实验参数，例如风速、气压、温湿度等，以便记录和分析实验数据。
通常使用多种传感器来测量所需的参数，如压力传感器、风速传感器等。
获取到的数据可以使用数据采集系统进行实时记录，以方便后续的数据分析和对比。
在数据分析方面，常常采用计算机模拟和数值分析方法，以获得更深入的结果。
利用计算机模拟技术，可以将实验数据与数值模拟数据进行对比，以验证实验结果的准确性。
同时，还可以利用数值分析方法，如流体力学模拟（CFD）等，对风洞实验的结果进行进一步分析和优化。
四、实验结果应用经过风洞实验获取的数据和分析结果可以应用于多个领域。
在航空航天领域，风洞实验结果可以用于优化载具的气动外形和性能，提高飞行器的飞行效率和安全性。
在汽车工程领域，风洞实验可以用于改善汽车的空气动力学性能，减少车辆的阻力和油耗。
在建筑工程领域，风洞实验可以用于设计高层建筑的防风措施，确保建筑物在强风环境中的稳定性。
建筑工程中的风洞试验技术
建筑工程中的风洞试验技术风洞试验是建筑工程中常用的一种试验方法，用于评估建筑物在不同风速下的结构稳定性和风压性能。
本文将介绍建筑工程中的风洞试验技术及其在工程设计和施工中的应用。
一、风洞试验的基本原理风洞试验是通过仿真大气环境，模拟风场对建筑物的影响，从而评估建筑结构的稳定性和风压性能。
其基本原理如下：1. 模拟大气环境：风洞试验中通过对风速、风流方向、气温、湿度等参数进行调控，使得试验环境与实际大气环境尽量接近，以准确评估建筑物的响应。
2. 模型缩尺比例：由于实际建筑物尺寸较大，对风洞试验设备提出了较高的要求。
为了满足试验条件，常常采用模型缩尺比例进行试验，例如1:100或1:200。
通过在模型上施加风压载荷，得到与实际建筑物相似的响应。
3. 测量与分析：在风洞试验中，需要测量建筑物模型在不同风速下的响应，如位移、应力、振动等参数。
通过数据分析与计算，得出建筑物结构在不同工况下的性能指标。
二、风洞试验在建筑工程中的应用1. 结构优化设计：风洞试验可用于评估不同结构方案在风荷载下的稳定性和安全性，并进行优化设计。
试验结果可以为工程师提供依据，选择合适的结构形式、构件尺寸和材料等，从而提高建筑物的风固性能。
2. 动态特性分析：建筑物在风场作用下会出现动态响应，如振动和共振现象。
风洞试验可以通过测量建筑物模型的响应频率和振动幅值，分析结构的固有频率和振动特性，为工程设计和结构计算提供参考。
3. 风压分布研究：对于高层建筑、桥梁和大型结构等，风压分布的研究十分重要。
通过风洞试验，可以测量建筑物表面的风压分布情况，评估不同部位的风荷载大小，并确定结构的最大风荷载，保证建筑物在恶劣天气下的安全运行。
4. 空气动力性能评估：风洞试验可以评估建筑物的空气动力性能，如气动阻尼、风速增益等指标。
通过对建筑物不同部位的风洞试验，可以定量分析空气流动的规律和特性，并改进建筑物的气动设计。
三、风洞试验的优势与不足风洞试验作为一种建筑工程试验方法，具有以下优势：1. 可模拟多种复杂工况：风洞试验可以模拟不同风速、风向、气温和湿度等多种复杂工况，对建筑物结构的性能进行准确评估。
风洞试验技术介绍及应用课件
建筑领域
建筑风工程研究
风洞试验在建筑领域主要用于研究建筑物的风工程性能， 如风压、风载等。通过风洞试验，可以评估建筑物的抗风 能力，为建筑设计提供依据。
建筑结构优化
风洞试验可以帮助优化建筑物的结构设计，通过改进建筑 物的抗风性能，可以提高建筑物的稳定性和安全性。
城市规划与环境影响评估
风洞试验可以模拟建筑物和城市规划对周围环境的影响， 用于评估城市规划方案的环境影响和安全性。
动态相似
在风洞试验中，需要保证模型上的气流速度与真 实世界中的气流速度成比例关系，以便实现动态 相似。
雷诺数相似
雷诺数是一个描述流体流动状态的参数，风洞试 验中需要保证模型与真实物体在雷诺数上相似。
03 风洞试验技术分 类
低速风洞
主要用于模拟大气边界层内的流动现象。
低速风洞主要用于模拟大气边界层内的流动现象，如飞机、汽车等地面交通工具 的空气动力学性能测试。由于低速气流中不存在音障，因此低速风洞的试验速度 较低，通常在亚音速范围内。
环境工程领域
气象与气候研究
环境工程设计
灾害预警与防控
风洞试验在环境工程领域可用 于研究气象和气候变化对环境 的影响。通过模拟不同气候条 件下的气流运动，可以研究气 候变化对环境的影响和预测未 来气候变化趋势。
风洞试验可以为环境工程设计 提供依据，如风电场选址、环 保设施布局等。通过模拟气流 运动和环境因素，可以评估设 计方案的有效性和可行性。
现代发展
随着科技的不断进步，风洞试验技术也在不断改 进和完善，应用领域也更加广泛。
风洞试验技术的应用领域
航空航天
风洞试验技术在航空航天领域 的应用最为广泛，主要用于飞 行器的空气动力学性能测试。
汽车工业
混凝土结构风洞试验技术
混凝土结构风洞试验技术混凝土结构在建筑工程中扮演着至关重要的角色。
为了确保混凝土结构的安全可靠，风洞试验技术被广泛应用于建筑设计和结构分析领域。
本文将探讨混凝土结构风洞试验技术的原理、应用和发展前景。
一、原理混凝土结构风洞试验技术是通过模拟真实风场条件，对混凝土结构在风载荷作用下的响应进行研究和评估的一种实验方法。
其基本原理是利用风洞设备产生一定的风速和风压，对混凝土构件进行受力测试，从而获取其在风荷载作用下的性能数据。
二、应用混凝土结构风洞试验技术在建筑工程领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于混凝土建筑的结构优化设计。
通过不同的风洞试验方案，可以评估不同设计参数对结构响应的影响，从而找到最优的设计方案。
其次，混凝土结构风洞试验技术还可以用于结构的性能评估和安全性分析。
通过对不同工况下混凝土结构的受力响应进行试验研究，可以评估结构的安全性能，为工程实施提供可靠的依据。
此外，该技术还可以用于新材料和新结构的研究和开发，以及已有结构的维护和加固。
三、发展前景随着建筑工程对混凝土结构安全性和可持续性的要求越来越高，混凝土结构风洞试验技术的应用前景非常广阔。
首先，随着风洞试验设备的不断改进和先进传感器的应用，混凝土结构风洞试验技术将更加精确和可靠，为结构设计和分析提供更多数据支持。
其次，随着计算机模拟技术和人工智能的发展，将能够更好地将风洞试验结果与数值模拟相结合，进一步提高试验精度和效率。
此外，随着混凝土材料和结构技术的创新，混凝土结构风洞试验技术将不断应用于新型结构和复杂场景的研究，为建筑工程的安全性和可持续发展提供更加可靠的保障。
结论混凝土结构风洞试验技术以其独特的实验手段和可靠的结果，在混凝土结构设计和分析领域发挥着至关重要的作用。
其通过模拟真实风场条件，对混凝土结构在风荷载作用下的性能进行测试，为结构的优化设计、性能评估和安全性分析提供科学的依据。
随着技术的不断发展和创新，混凝土结构风洞试验技术将在未来发挥更加重要的作用，为建筑工程的发展做出更大的贡献。
分析装配式建筑施工中的风洞试验技术
分析装配式建筑施工中的风洞试验技术风洞试验是装配式建筑施工中的重要技术手段之一，它能够有效地评估和验证装配式建筑的风荷载性能。
本文将分析装配式建筑施工中的风洞试验技术，并探讨其在提高建筑质量和安全性方面的作用。
一、风洞试验简介1.1 风洞试验的定义和意义风洞试验是通过模拟大气环境中的风场，研究建筑结构在不同风速下的响应规律和力学行为的方法。
它通过对结构模型进行实际加载，并测量其受力情况，从而得到准确可靠的设计参数。
1.2 风洞试验在装配式建筑施工中的应用在装配式建筑施工中，由于模块化结构特点明显，在安装过程中需要考虑其抗风能力。
而传统基于经验公式计算受力情况存在不确定性，因此采用风洞试验来提升设计精度和施工质量变得尤为重要。
二、装配式建筑施工中的风洞试验技术2.1 风洞试验样板制作首先，需要制作装配式建筑的风洞试验样板。
样板通常采用1:100或1:200比例的模型制作，保证结构细节和尺寸比例准确合理。
样板选材应符合实际施工材料特性，保持与实物建筑一致。
2.2 风洞试验参数设定风洞试验参数设置是保证试验结果准确可靠的关键。
包括风速、风向、气温、湿度等环境条件的控制。
同时，要根据实际使用环境确定试验所需的参数范围和目标值。
2.3 风洞试验数据获取与分析在风洞试验过程中，会通过各种传感器对模型进行力学行为和变形情况的监测，并将数据记录下来。
通过对这些数据进行分析和计算，可以得出结构在不同风速下的受力情况以及可能存在的问题。
三、装配式建筑施工中风洞试验技术的关键影响因素3.1 结构形态因素装配式建筑结构形态是进行风洞试验时需要考虑的重要因素之一。
例如墙体厚度、开窗设计以及楼层高度等因素会对结构的风荷载产生影响，需要进行合理控制和模拟。
3.2 组件连接方式装配式建筑施工中，组件的连接方式往往影响其整体抗风能力。
因此，在风洞试验中需考虑不同连接方式对结构整体性能的影响，并根据实际情况选择最佳连接方案。
四、装配式建筑施工中风洞试验技术的作用与优势4.1 提高设计精度和施工质量风洞试验可以为装配式建筑提供准确可靠的设计参数，从而提高设计精度。
建筑工程风洞试验
建筑工程风洞试验
建筑工程风洞试验是建筑设计和施工过程中的重要环节，通过模拟真实的大气环境条件，可以评估建筑物在不同风场下的稳定性和抗风性能，为设计和施工提供科学依据和参考。
风洞试验通常包括以下几个步骤。
首先，需要准备实验样品，即将要测试的建筑物的缩模模型。
缩模模型通常通过比例缩小来保持与真实建筑物的相似性，并采用轻质材料制作，以便在试验中更好地模拟不同的风场情况。
其次，进行试验前的准备工作，包括搭建风洞设备、调整风洞参数、安装测试设备等。
然后，进行试验过程，即将缩模模型放置在风洞内，并通过控制风洞的风速和风向，模拟不同风场情况下的风力作用。
试验过程中，可以通过测量缩模模型的位移、应力或应变等参数，来评估建筑物的稳定性和抗风能力。
最后，根据试验结果，分析建筑物在不同风场下的响应特性，提出相应的建议和改进措施。
建筑工程风洞试验的结果对于建筑设计的合理性、结构安全性和使用寿命等方面具有重要的参考价值。
通过风洞试验，可以评估建筑物的风荷载，以及建筑物在高风速条件下的动力性能，从而为设计和施工过程中的防风措施提供科学依据。
此外，风洞试验还可以为建筑物的结构优化和抗风能力改进提供可靠的数据支持。
在实际工程中，建筑工程风洞试验已经成为不可或缺的一项技术手段。
它不仅可以评估建筑物的结构性能，还可以为城市规划和建筑设计中的防风减灾工作提供重要参考依据。
通过综合
利用风洞试验的结果，可以减少建筑物在强风条件下的损失和破坏，提高建筑物的安全性和可靠性。
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U
动力：CW (dTw / dt ) = W − H
τ = CW /[(∂H / ∂Tw ) − (∂W / ∂Tw )]
图2. 热线风速仪
2.4 平均风速指标
z(1) 不同高度平均风速 z(2) 风剖面指数α z(3) 梯度风高度
2.5 脉动风速指标
z(1) 紊流强度： I = σ u , I = σ v , I = σ w
u
* j
=
uj
/v
,
t* = t ⋅v / L
p* = p /(ρv2 ), δT * = δt / T
b) 五种作用力
IF — Initial Force(惯性力)
CF — Coriolis Force(地球旋转力)
PF — Preasure Force(流体压力)
VF — Viscosity Force(粘性力)
F MP: Pitching moment
D MR: Rolling MY: Yawing
B
3.2 测力原理(续)
z(2) 竖向分量不要求 z(3) 要求: 高灵敏度、大刚度、稳定性、非耦合
3.3 测力过程
z(1) 平均值和 rms 值测量(一阶广义模态力) z(2) 力功率谱密度(紊流引起的非定常力) z(3) 模态修正: μ(z) = ( z )β (1 ≤ β ≤ 1.5)
H
¾ 4. 表面测压试验
4.1 模型要求 z(1) 刚性——外型无变形 z(2) 不漏气——压力为常数 z(3) 外形相似
4.2 测压原理 z(1) 测压位置多——要求非常高的采样频率 少测点：200~400 个 中测点：400~800 个 多测点：800 个以上
4.2 测压原理(续) z(2) 模型尺寸小—缩尺比 缩尺比：1:100~1:500 测压孔：1.1mm~1.6mm
6.3 模型基本组成 z(1) 模型结构刚度—模型骨架 z(2) 模型结构外型—模型外衣 z(3) 模型结构质量—模型配重
6.4 模型测量
z(1) 风速和风压测量 z(2) 结构振动测量
加速度传感器—接触式 速度传感器—接触式 位移传感器—接触和非接触式 z(3) 结构内力测量 动态应变计
C pˆ
=
C p
+
gC ~p
¾ 5. 节段模型试验
5.1 模型要求 z(1) 刚性——无挠曲变形 z(2) 振动相似——测振试验: 质量、刚度、频率 z(3) 外形相似
5.2 测力试验 z(1) 原理方法同天平测力 z(2) 不同风攻角下的三分力系数
5.3 测振试验 z(1) 涡激共振—风速与振幅 z(2) 颤振风速—直接法确定颤振临界风速 z(3) 气动导数—不同风攻角下的气动导数值 z(4) 实时响应—抖振试验结果
5.4 气动导数试验方法 z(1) 自由振动测振法 z(2) 强迫振动测振法 z(3) 自由振动测压法 z(4) 强迫振动测压法
¾ 6. 气弹模型试验
6.1 相似要求 z(1) 基本方程 a) 6 个基本未知量 3 个速度分量 (u,v,w) 流体密度ρ、压力 p 和温度 T
b) 6 个基本方程 Navier — Stokes 公式三个分量 质量守恒方程 能量守恒方程 流体状态方程
建筑结构
天平测力试验(Force balance test) 表面测压试验(Cladding load test) 气弹模型试验 (Aeroelastic model test)
桥梁结构
节段模型试验(Sectional model test) 拉条模型试验(Taut strip model test) 气弹模型试验 (Aeroelastic model test)
ww 1 2
z(5) 积分尺度： x Lu , yLu , zLw
¾ 3. 天平测力试验
3.1 模型要求 z(1) 轻质—惯性力小，频率高
z(2) 刚性—无变形，频率高 FS
z(3) 外型相似
3.2 测力原理 z(1) 六分量天平
FL M
P
M Y MR
UL
图3. 天平
FL: Lift FD: Drag FS: Vertical
BF — Buoyancy Force(流体浮力)
z(2) 基本变量(续)
c) 边界条件
压力梯度： p(x, y, z)
来流特性：平均风速：U (y, z ≤ zg )
脉动风谱：S jj ( f , y, z) ( j = u, v, w) 相关函数：Rjj ( f , Δx, Δy, Δz) (i, j = u, v, w) 流体/固体几何形状
下周同一时间再见!Fra bibliotekP static
Pt
=
Ps
+ Pd
=
P0
+
1 2
ρaU 2
P total
Pd
=
Pt
− Ps
=
1 2
ρaU 2
=
ρ w gΔh
U=
P dyn
2g
ρw ρa
Δh
ρ w
图1. 皮托管测压
2.3 试验设备
z(2) 热线风速仪——脉动风速
静力：W = H
( ) W = I 2Rw, H = A1 + B1 U (Tw − Te )
uU vU wU
z(2)
阵风因子：Gu
=U
+ umax U
,
Gv
=
vmax U
,
Gw
=
wmax U
z(3) 功率谱密度： S ( f ), S ( f ), S ( f )
u
v
w
z(4) 相关函数： R (x , x ,t), R (x , x ,t), R (x , x ,t)
uu 1 2
vv 1 2
¾ 2.风环境试验
2.1 模拟范围 z(1) 上游地表粗糙类别模拟 z(2) 周边地形 500m至750m (或10 倍桥面高度) z(3) 缩尺比 1:500~1:2000 (小区)
2.2 模型要求
z(1) 刚性块体 z(2) 外形相似 z(3) 表面粗糙程度相似
2.3 试验设备
z(1)皮托管测压——平均风速
z(3) Scanvalve 扫描阀 最新型号：16 通道×64 测点=1024 点 采样频率：1000 Hz×1024 =1,012,000 个/秒 现有设备：4 通道×64 测点=256 点(4 个模块)
4.2
z(1)
测压过程
平均压力系数：Cp
=
1 T
T
∫ p(t)dt 0 q
z(2) rms压力系数：C~p =
1.2 试验模型
z(1) 精确的结构物模型 z(2) 简化的周边环境模型 z(3) 概略的上游地表模型
1.3 风洞试验分类
风环境风洞试验 风洞试验 建筑结构风洞试验
桥梁结构风洞试验
1.3 风洞试验分类(续)
风环境
地面或行人风环境(Pedestrian level) 建筑物周边风环境 (Topography model) 环境空气动力学试验(Environmental aerodynamics)
z(3) 相似变量
V — 特征风速
ρa —空气质量密度 υ — 粘性系数 ρs —结构质量密度
g —重力加速度 L — 特征长度
ξ —结构阻尼比
E —结构弹性模量
6.2 边界层模拟 z(1) 风速相似比 z(2) 平均风剖面 z(3) 紊流强度比 z(4) 功率谱密度
z(5) 紊流度剖面 z(6) 空间相关性 z(7) 积分尺度比 z(8) 来流风攻角
z(1) 基本方程(续) c) 六个基本假定 z流场是由理想气体组成的、是各向同性的 z流场中p 、ρ和T的均值保持不变 z空气不可压缩、ρ不随p变化
z动态粘性系数ν和热扩散系数κ为常数 z由粘性引起的温度变化忽略不计 z无源流动
z(1) 基本变量
a) 五个无量纲变量
x*j = x j / L ,
∫1 T [p(t) − p]2 dt
T0 q
z(3) 最大压力系数：C = pmax
pˆ
q
z(4) 最小压力系数：C = pmin
pˆ
q
z(5)
压力峰值因子：g p
=
( pmax
− pmin ) / 2
p
z(6) 两种不同方法
风洞试验直接测得的最大、最小值 按保证率推算的峰值因子换算到最大、最小值
桥梁及结构风振理论及其控制
——之第十讲
风洞试验技术
葛耀君 主讲教师：
博士．教授
1、风洞试验简介 2、风环境试验 3、天平测力试验 4、表面测压试验 5、节段模型试验 6、气弹模型试验
¾ 1.风洞试验简介
1.1 基本原理 z(1) 风速和风向模拟 •良态气候模式 •飓风气候模式
z(2) 结构风效应模拟 •刚性结构——无振动响应 •半刚性结构——仅有强迫振动 •柔性结构——气流与结构相互作用