风洞特种实验技术

风洞特种实验技术综述

摘要：风洞特种实验技术主要包括：动力模拟试验、多体干扰与分离试验、风洞尾旋试验、风洞模型自由飞试验、铰链力矩试验、结冰试验等。本文对这些实验技术进行概念性综述。

关键词：风洞特种实验技术概念综述

一动力模拟试验[1]

1动力模拟试验的目的

对于航空喷气发动机,不论是涡喷式、涡扇式还是冲压式,其前部都配置进气道,而后部配置尾喷管.这样进气道前面的进气流和尾喷管后面的尾喷流,都会对飞行器的外部绕流产生干扰影响,从而改变飞行器的气动特性———即通常称为“发动机进排气动力影响”。

2动力模拟试验的实验技术的概念

发动机动力模拟风洞试验技术,就是要在风洞试验中,实现其发动机进气和排气流动效应的模拟,以便测定出发动机进排气流对飞行器的气动影响量 .随着目前大推力发动机被广泛采用,动力对飞行器性能的影响更显示出重要性.动力模拟试验已成为飞行器研制中必不可少的风洞试验项目.

二多体干扰与分离试验

1多体干扰与分离试验的重要性[2]

多体干扰与分离动力学是亚轨道飞行器、重复使用跨大气层飞行器和通用再入飞行器研制中的一个关键技术问题,关系到演示验证能否成功

2多体干扰与分离试验的实验技术[3]

试验模型是某典型构型的可重复使用航天飞行器,由助推器以及再入体两部分组成。利用风洞上下投放机构实现两模型间的相对运动,采用两台天平对模型的气动力进行测量,同时利用纹影仪记录模型分离过程中的激波干扰情况。结果结果表明:试验系统设计合理,能准确模拟物体间分离过程,并能精确测量多体干扰的气动力特性,激波干扰清晰可见。

三风洞模型自由飞试验[4]

1风洞模型自由飞试验的意义

它为新型气动布局飞机稳定性与操纵性研究、飞行控制律验证与优化、大迎角过失速机动能力实现、推力矢量以及垂直起降技术发展、主动流动控制技术的发展起到了重要的推进作用。

2水平风洞模型自由飞试验技术

水平风洞模型自由飞是通过远程控制实现飞机模型在风洞试验段无系留六自由度自由飞行的试验技术，可为缩比模型提供在风洞中模拟全尺寸真机飞行运动的仿真试验环境。

3 水平风洞模型自由飞试验平台的关键技术

关键技术包括：动力相似模型设计加工技术；动力模拟技术；舵机运动控制技术；模型姿态实时精确测量技术；飞行控制系统设计与集成技术。

四风洞尾旋试验[5]

1 立式风洞

立式风洞是一种具有垂直试验段的低速风洞。风扇垂直向上抽气,并使上升气流产生的浮力恰好平衡自由飞模型的重量。对于飞机的尾旋研究,大量的和基本的尾旋和改出尾旋特性的试验研究都在立式风洞中进行。

2 风洞尾旋试验的作用

试验的主要目的在于分析其尾旋特性,以确定最佳的尾旋改出方法和各种重要参数(例如各个部件、不同载荷配重、质心位置、外挂物构型以及外形变化等)对尾旋特性的影响。立式风洞用模型自由飞试验技术预测飞机在尾旋运动时的各运动参数随时间变化的规律;用旋转天平测力的试验技术,给飞机设计人员提供飞机在尾旋时的气动力和力矩特性,进行强度校核或修改设计,并加深对影响飞机尾旋特性的诸因素和改出原理的了解。

五结冰试验[6]

1 飞机结冰风洞试验的必要性

当飞机穿过云层飞行时,往往在飞机表面出现结冰现象。飞机表面结冰改变了飞机的外形,增加了表面的粗糙度,从而改变了飞机的气动特性和性能,或使发动机失效。同时,飞机结冰会使其纵向稳定性突然恶化,甚至会出现反操纵现象,因此极易造成飞机失事,严重地威胁着飞行安全。

2 结冰风洞试验方法

飞机的风洞结冰试验方法分为两类:一类是在结冰风洞中获取飞机在飞行条件下全尺寸飞机或部件及其模型结冰的冰型;另一类是在获取冰型的基础上在常规风洞中研究不同冰型对飞机或部件气动特性的影响。主要采用的相似准则为：(1)气动力相似(2)水滴运动轨迹相似(3)翼面积冰分布相似(4)热动力平衡相似。

参考文献：

[1] 郝卫东,邓学蓥等.高速风洞发动机进排气动力模拟试验技术.Vol.31 No.4. Apr 2005.

[2] 王元靖,吴继飞等.高超声速多体干扰与分离试验. 航空动力学报.. Apr. 2010

[3] 吴继飞,王元靖等.高超声速风洞多体干扰与分离试验技术. 实验流体力学Vol.24,No.3.Jun 2010.

[4] 孙海生，岑飞等.水平风洞模型自由飞试验技术研究现状及展望. 实验流体力学Vol.25 No.4 . Aug 2011.

[5] 李永富. 立式风洞尾旋试验技术. 流体力学实验与测量.Vol.13,No.1.Mar 1999

[6] 范洁川,于涛.飞机结冰风洞试验模拟研究. 实验流体力学.Vol.21,No.1. Mar 2007