利用均匀抽吸地板进行高速列车模型地板边界层影响的试验研究

在KD－03低速风洞中研制了一种边界层可人为控制的均匀抽吸地板。研究了在各种来流速度下均匀抽吸地板上边界层与抽吸系数的关系。在该地板上对高速列车模型气动力与地板边界层的关系进行了实验研究。对实验的几种模型状态，边界层吸除使列车模型所受阻力、负向升力和低头力矩均有明显增加，其增量与模型底部形状有关；在有侧滑角时，边界层吸除对模型气动力的六个分量均有影响。在没有边界层控制的固定地板上进行高速列车模型风洞实验，会使实验结果固边界层的影响而产生较大偏差。利用均匀抽吸地板可有效地消除边界层的影响，从而较准确地模拟地面效应的影响，提高高速列车模型风洞实验气动载荷的实验精度。而且，它的实验结果可为没有地板边界层控制装置的风洞中同类模型实验的边界层修正提供参考依据。     

风洞地板边界层控制研究的现状和发展趋势

本文就现处于初步应用阶段的国内外风洞地板边界层控制研究的现状作了介绍,包括联邦德国航天研究院哥廷根气动力研究所3米×3米低速风洞的均匀吸气地板、美国洛克希德-佐治亚公司30英寸×42英寸(0.6米×1.07米)低速风洞的切向吹气地板,美国艾姆斯研究中心40英尺×80英尺(12米×24米)低速风洞的地板边界层控制吹气装置和“有感地板”,以及中国空气动力研究与发展中心1.4米×1.4米低速风洞的切向吹气地板。作者对地板边界层控制的两种方法——均匀吸气法和切向吹气法,作了分析和比较,指出了它们的应用范围和特点,提出了地板边界层控制研究发展趋势的看法。随着空气动力学的发展,边界层控制吹气地板,特别是“有感地板”的研究,将得到充分的发展。     

低速风洞固定地板附面层控制实验研究

在飞机起降和车辆的风洞试验中，通常采用固定地板来模拟地面，但固定地板附面层的存在对试验数据产生了不可忽略的影响。因此，需要采取一定措施控制地板表面上的附面层影响。采用附面层吸除方法对于中国空气动力研究与发展中心8m×6m低速风洞的大面积地板来说效果较好、可行性高。研制了含有可单独控制的48个吸气单元共192个吸气孔的地板，集成了以水环真空泵组为基础的真空吸气和控制系统。在70m/s的风速下，通过试验获得了10种地板分布式吸气控制方案对地板附面层厚度的影响规律，得到了将附面层厚度控制在30mm的最佳吸气控制方案。在最佳控制方案下，测量得到风洞流场气流偏角为-0.14°，验证了附面层厚度不受地板在风洞中安装高度的影响。最后，采用C919飞机模型完成了吸气地板和不吸气地板的对比试验，得出在迎角8°以上，吸气地板使C919飞机试验获得的升力系数减小，阻力系数增加，俯仰力矩增加。     

φ3.2m风洞活动地板系统研制

目前在风洞中通常采用固定地板和活动地板两种模拟方法开展飞行器地面效应研究,确定地面效应影响量大小.采用固定地板模拟地面时,由于存在地板边界层,不能真实模拟飞机近地飞行状况.采用活动地板模拟地面时,由于活动带运行速度和方向与来流一致,在活动地板表面不存在边界层,可以真实模拟飞机近地飞行状况,提高地面效应试验数据的精准度.介绍了φ3.2m风洞活动地板系统的研制情况,对活动地板系统的组成、结构形式、主要技术指标等作了简要介绍.YF-16模型试验结果表明:φ3.2m风洞活动地板试验系统的性能指标达到了设计要求,活动带最大运行速度为60m/s;活动地板和固定地板两种模拟方法获得的地面效应试验结果存在较大差别,差别大小随地板高度和飞机姿态角变化而变化.     

活动地板关键技术研究

目前对地面效应的研究以及地面效应大小的确定.在风洞中通常用两种方法模拟地面:固定地板、活动地板.用固定地板模拟地面时,由于存在地板边界层,不能真实模拟飞机近地飞行状况.采用活动地板模拟地面时,由于活动带的运行速度和方向与来流一致,在活动地板的表面上不产生边界层,可以真实模拟飞机近地飞行状况,提高地面效应试验数据的精准度.活动地板装置研制涉及很多关键技术,包括活动地板的结构形式选取、活动带材料的选择、活动带的张力控制技术、活动带工作面跳动抑制技术、活动带摩擦发热问题的消除等.介绍了开展活动地板关键技术研究所采用的试验装置、主要研究内容和研究结果,确定了开口风洞活动地板的结构形式和活动带材料,掌握了活动带跳动控制、活动带侧偏控制以及温度监控的控制方式和控制规律.     

大型低速翼型风洞侧壁边界层控制系统研制

介绍了NF-3大型低速翼型风洞多喷嘴级联吹气侧壁边界层控制系统的结构和原理.为验证本系统的功能和性能,采用侧壁吹气方案并使用增量式PID控制算法进行气源压力的控制,对具有增升装置的GAW-1翼型进行了侧壁边界层吹除试验研究.试验结果表明:(1)使用侧壁吹气系统后翼型模型中间截面最大升力系数由2.79增加到2.84,增加幅度1.8%,且模型端面截面的升力系数与中间截面的升力系数基本上相等;(2)利用增量式PID控制算法对气源压力的精确控制较好地完成了风洞侧壁吹气功能,改善了翼型表面流动,减小了侧壁边界层对翼型试验结果的影响.     

2.4m跨声速风洞槽壁试验段调试及流场校测

介绍了新研制的2.4m跨声速风洞槽壁试验段调试情况及流场校测结果.结果表明:该试验段边界层厚度、消波特性等满足使用需求,具有较大的流场均匀区,在M数为0.30~1.00范围内的核心流场M数分布均方根偏差满足GJB1179-91高速风洞与低速风洞流场品质规范合格指标要求,部分马赫数的均方根偏差达到或接近先进指标要求,可投入型号试验.槽壁试验段的成功研制提高了2.4m跨声速风洞承担大型飞机试验任务的能力,在中国大型飞机工程气动设计中将发挥重要的平台作用.     

气流紊流度对碟形抛物面气动力特性影响的实验研究

本文介绍了关于气流紊流度对碟形抛物面模型气动力特性影响的风洞实验研究结果。实验是在1.2m×0.8m开口低速风洞中进行的。用更换格栅的方法改变气流的紊流度,通过应变式五分量天平测量了作用在模型上不同俯仰角和偏转角时的阻力、横侧力、俯仰力矩、偏转力矩和倾侧力矩。实验结果表明:气流的紊流度增大会使模型上的气动力和力矩增大,特别是在高紊流度时(ε>10％)尤为显著。     

噪声对边界层转捩的影响

风洞流场的噪声和湍流度是影响层流边界层转捩实验结果的两个重要因素。本文通过实验初步研究噪声对转捩的影响,实验包括:输入声影响和风洞流场的噪声。本文的结果表明:声频和声压在数值上都存在敏感区,风洞噪声是宽带噪声,以低频为主(至少低速风洞是如此),这对层流边界层转捩有重要作用,风洞噪声会随风速加大而增高;在稳定段用栅格改变湍流度时,实验流场的噪声会随湍流度升高而增加。     

噪声对边界层转捩的影响

风洞流场的噪声和湍流度是影响层流边界层转捩实验结果的两个重要因素。本文通过实验初步研究了噪声对转捩的影响，实验包括：输入声影响和风洞流场的噪声。结果表明：声频和声压在数值上都存在敏感区，风洞噪声是宽带噪声，以低频为主（至少低速风洞是如此），这对层流边界层转捩有重要作用；风洞噪声会随风速加大而增高；在稳定段用栅格改变湍流度时，实验流场的噪声会随湍流度升高而增加。     

高速柔壁自适应壁风洞中半模型试验技术研究

为了克服自适应壁风洞在模型支撑方面的困难和加大试验模型，提高试验雷诺数，西北工业大学在高速二元柔壁自适应壁风洞中开展了半模型试验技术的研究。采用基于平均流线概念的二元计算方法和以消除模型轴线洞壁干扰为目的的三元计算方法，两种方法均以沿上下柔壁中线所实测的洞壁压力分布为计算依据。试验采用有对比试验数据的AEDCWIM1T洞壁干扰测压模型，堵塞比为3．38％。在所作的试验状态下其试验结果与AEDC4T风洞的实验结果比较吻合，表明在高速二元柔壁自适应壁风洞中采用半模型试验是可行的。     

汕头大学大气边界层风洞的设计和研制

介绍了汕头大学大气边界层风洞和其配制的测控系统及流场校测结果。汕大风洞主要做建筑物的抗风实验和风环境实验。为模拟大气边界层，实验段较长，实验模型放在实验段后部。为减小轴向静压梯度顶板高度分段可调。风速比航空凤洞低。配置了建筑物测压和测力实验所需的电子压力扫描测量系统和高频底座天平。流场校测表明，该风洞的气动性能已达合同规定的指标。     

CAARC高层建筑标模动态测力研究

CAARC高层建筑标模的动态测力试验在南京航空航天大学NH－2低速风洞中进行，在均匀流场中以及模拟大气边界层中分别测量了模型的动态气动力和力矩的平均值，均方根值，峰值，试验目的是为检测NH－2风洞的大气层边界模拟技术，动态天平，测试仪器以及动态数据采集和处理系统，试验结果表明，CAARC标模的所有动态气动特性在NH－2中的测量值与国外部报导的结果符合得较好，因此，NH－2风洞的大气边界层模拟技术，动态天平，测试仪器以及动态数据采集与处理系统可以承担高层建筑方面动态测力试验任务。     

关于风洞中用尖劈和粗糙元模拟大气边界层的讨论

尖劈和粗糙元广泛地应用于风洞试验中的大气边界层模拟,该技术成功模拟了不同地貌特征的平均风速和湍流度剖面。随着风工程研究的深入,了解尖劈和粗糙元模拟过程中的作用机理有助于准确地模拟各种大气边界层湍流功率谱和尺度特性。试验表明:尖劈利用其迎风平板的分离流产生湍流涡旋,迎风板的宽度决定了涡旋的大小和湍流脉动强度,同时迎风板阻塞比沿高度递减产生近似线性的风速剖面;粗糙元用于模拟实际地面的摩擦效应,调整平均风速和湍流度的剖面分布。遗憾的是,尖劈下宽上窄的结构特点决定了该技术模拟的湍流功率谱和积分尺度的高度变化律与实际大气边界层相反。基于对模拟机理的认识,异型尖劈上部形状有助于模拟大比例模型试验要求的湍流风场。     

风洞短试验段中基于被动技术的大气边界层模拟

针对西南交通大学XNJD-1风洞第一试验段的特点,采用被动模拟装置,通过多次流场校测、反复试凑,成功地在风洞中模拟了C类地表情况下的高湍流度大气边界层,实测平均风速剖面、湍流度剖面及风谱特性等与目标值较为吻合.此外,还对比讨论了平均风速和离地高度等因素对风场特性影响, 并计算了湍流积分尺度.研究表明边界层调试过程中应重点考查气流在对应结构卓越频段范围内的脉动情况,而仅将湍流度作为参考指标.     

水泥工厂窑尾塔架风荷载风洞试验研究

为获得窑尾塔架在实际风场下的真实风荷载,本文通过风洞实验对水泥厂窑尾塔架在大气边界层流场中的风荷载进行了研究,并详细介绍了风洞试验中的风场模拟、模型设计、测量方法和数据处理方法。试验结果合理可靠。本研究为实际窑尾塔架的结构设计提供了更真实的风载系数并为水泥厂窑尾塔架的优化设计,减少工程造价提供了详实的依据。     

基于柱状粗糙元的边界层人工转捩试验研究

为提高风洞试验模型边界层转捩模拟的准确性、可靠性和可操作性,逐步取代沿用多年的基于金刚砂粗糙带的转捩模拟方法,本文针对GBM-04A战斗机标模,确定了柱式转捩带的技术参数、制作方法和粗糙元配方,采用全模型测力和表面升华法对边界层转捩效果进行了试验研究.结果表明,对GBM-04A标模而言,粗糙元的最佳高度为h=0.09~0.11mm,在此范围选择粗糙元高度,不仅可以在模型上得到满意的人工转捩效果,而且不产生附加阻力;柱式转捩带具有传统金刚砂粗糙带不可比拟的显著优点,适合在高速风洞试验中推广应用.     

海上采油平台锚泊状态和拖航状态海面上大气边界层模拟以及海面表层中海流模拟的风洞试验

在７０２所０２风洞中完成的流花１１－１海上采油平台锚泊状态和拖航状态的海面上大气边界层模拟和海面表层５０米内海流模拟的风洞试验，得到了上述三种状态模拟流场的数据。每种状态的模拟流场均有左、中、右、前、后五个风速和湍流度分布剖面。从相应每五个剖面的数据一致性来看，模拟流场的均匀性是好的。风速剖面与要求值之间的偏差一般不超过１０％，绝大部分在６％左右并符合指数律分布。湍流度剖面也基本达到了期望的数值范围和分布规律。因此试验数据是可信的，风洞模拟是成功的。可以进一步用上述模拟流场分别进行流花１１－１海上采油平台水上结构部分和水下结构部分的气动力试验研究。     

二元风洞侧壁抽气孔板的实验研究

新研制的组合孔板造价低廉，夹层更换方便，用其作风洞壁画边界层控制，能消除风洞侧壁引起的翼面上边界层的分离，可有效地改善翼型绕流的二元性和半模的实验条件。     

壁压法在NH-2风洞中的应用

本文介绍了一种由Hackett在1981年提出的利用测量风洞壁面静压来进行大迎角、大堵塞洞壁干扰修正的方法,并用该方法编写了Fortran程序。对四个几何相似不同尺寸的模型,在NH-2风洞中进行了试验,试验和计算的结果表明,堵塞度从1.56％到16.7％的四个模型,其升力系数和阻力系数经洞壁干扰修正后非常接近。但必须指出,对于带平衡缝的闭口回流风洞,从壁面测量所得到的静压必须加以修正,才能成功地应用这种方法。