现代试验设计方法在高速风洞试验中的应用

为了验证现代试验设计(MDOE)方法在高速风洞试验中应用的可行性,进一步提高风洞试验效率,采用区组化的回归组合设计进行了某运输类飞机亚声速基本纵向常规测力风洞试验,通过少量关键控制点数据建立了气动力参数随马赫数和迎角变化的二阶响应面模型,并进行了方差分析及显著性检验。同时,通过额外增加的试验点检验响应面模型的精准度。试验及分析结果表明:通过回归组合设计少量试验点建立的纵向气动力系数响应面模型预测误差满足高速风洞飞机模型测力试验精度指标要求,方差分析(ANOVA)及显著性检验结果正确反映了迎角、马赫数对飞行器基本气动特性的影响规律,突显出MDOE方法应用于风洞试验方案设计及数据分析的显著优势。     

亚跨超风洞现代试验设计方法研究

开展了基于现代试验设计方法(MDOE)的亚跨超风洞试验研究,以八号标模尾翼为试验对象研究其气动特性,采用同时改变攻角-侧滑角的多变量方法,而不是传统的单变量(OFAT)方法进行试验。对自变量攻角和侧滑角进行试验设计(DOE),应用响应面法建模,用IV-最优方法对测量点分布进行设计。在FD-12亚跨超风洞完成了试验,并和传统的OFAT方法结果进行比较分析。结果表明:MDOE方法获得的数据和传统的OFAT方法的数据吻合很好;MDOE采集样点数减少了46%,吹风的时间比OFAT减少30%左右,提高了风洞试验效率,缩短了试验周期;MDOE试验方法可以给出设计空间内任意给定自变量对应的响应值及其置信区间。     

基于现代试验设计的风洞天平校准方法

风洞天平的校准精度直接决定了风洞试验的气动载荷测量精度,为了提升天平校准的质量和效率,以BCS-100天平校准系统为研究对象,基于现代试验设计方法（modern design of experiments,MDOE）开展了风洞天平校准研究。针对单因子变量法（one factor at a time,OFAT）天平校准中存在系统误差与响应量耦合的问题,采用MDOE的随机、重复和分块策略控制校准的系统误差,并选定响应面理论的中心复合设计方法生成校准矩阵。校准矩阵共计86个样本点,包括64个分级因子点、12个轴向因子点和10个中心因子点,其中所有样本点的加载顺序做随机化处理,并作为一个样本块在短时间内集中完成加载,中心因子点则用于满足重复原则。最后开展了OFAT和MDOE的对比校准,拟合载荷的残差正态概率分布显示MDOE校准中横侧向分量的样本点独立性更强,样本点残差最高可降低84%;检验载荷显示MDOE和OFAT两种方法中天平所有分量的综合加载重复性持平,MDOE校准中横侧向分量的综合加载误差最高可降低54%。研究表明MDOE能够有效降低校准的系统误差,提升横侧向小量的预测能力。     

美国AIAA风洞试验管理标准浅析

国外大型风洞的运营已呈现出企业化发展模式.风洞试验管理直接关系到试验周期、质量和成本,影响研制型号的性能和竞争力.本文归纳了风洞试验发展的历史背景,简述了美国AIAA风洞试验管理标准制定的过程和内容,重点阐述了标准中的风洞试验理念和管理做法,分析了标准中映射出的美国风洞试验技术的先进点,为国内大型风洞生产性试验的科学管理和创新发展提供参考.     

跨声速风洞现代试验设计方法应用研究

针对单变量风洞试验方法存在试验结果表达不直观、试验效率低、忽略变量间交互作用等缺点,在2.4m×2.4m跨声速风洞开展了现代试验设计方法应用研究。分析了试验区间划分、数据量确定、数据点分布等试验设计重要环节,开展风洞试验获取了各试验点的气动系数,建立了试验数据的响应面模型,并通过查看额外试验点是否落入模型95%置信区间的方式评价了所建立模型的拟合精度。结果表明,本文提出的MDOE风洞试验方法仅需传统方法20%的数据量,吹风时间仅占传统方法的50%,同时在试验结果表达、更多响应值的提供、交互作用体现等方面更有优势。     

复杂建筑物对近场扩散影响的数值与风洞模拟的比较分析

采用CFD数值模拟技术与风洞试验相结合的手段模拟了复杂建筑物群对周围流动与污染物扩散的影响。CFD技术采用k-ε（RNG）湍流模型模拟了建筑物群对流动与扩散的影响,风洞试验通过采用多种探测手段,分析建筑物群周围的流动和弥散,并将统计学方法应用于风洞试验结果,验证了CFD数值模拟结果的合理性。研究结果表明,CFD技术能较好地模拟建筑物群对污染物弥散的影响,并与风洞试验吻合,有、无建筑物B的情况下,吻合因子FAC2与FAC5均大于50％,归一化均方误差（NMSE）均小于4,部分偏差（｜FB｜）均小于0．3;建筑物对污染物弥散的影响非常复杂,建筑物尾流对污染物浓度分布影响较为显著,建筑物后方空腔区污染物的数值模拟结果略高于风洞试验结果。综合分析表明,风洞试验与数值模拟相结合的方法是研究这类微小尺度湍流扩散问题的有效手段。     

民机风洞试验验证技术中的几点新发展

通过总结近年来与国内外风洞试验验证专业领域中的合作经验,提出了几点民机风洞试验验证技术中的新发展。它们有的已经广泛应用于工程实际,有的是在对外合作中刚刚获得的一些新经验,有的则是刚开始摸索并将要在后续的风洞试验验证中继续深入实施的措施等,一并提出,以期为后来者提供参考。     

基于符号处理的天平载荷计算方法研究

风洞试验需要使用大量的天平，而经常编写天平公式处理程序给试验处理软件的维护带来了较大的工作量，影响了数据处理的效率和准度。随着试验软件通用性的不断提高，需要研究一种通用的天平公式处理方法。基于符号处理的天平载荷计算方法是一种解决天平公式的自动化处理方法，它运用系统软件的编译原理，通过对公式符号的解释和执行来实现对公式的处理。该方法已运用在风洞试验的数据处理中，可以在风洞试验的数据处理中推广应用。     

风洞 MDOE 的形式实验设计方法研究

MDOE 风洞实验方法能够用相对于传统实验方法更少的吹风次数，获得更高精准度的数据。为了解决现有基于参数模型的 MDOE 方法获取较强非线性气动规律能力的不足，需要发展基于非参数模型的 MDOE 方法。本文对基于非参数模型的 MDOE 的形式实验设计方法进行研究。通过“虚拟”风洞实验的方法，对两种常用的“空间填充设计”———拉丁超立方设计和均匀设计应用于风洞实验的适用性进行对比，并在此基础上发展了几种对均匀设计的优化改进方法，可以进一步提高样本点设计质量，使其满足风洞实验的要求。研究表明：均匀设计较拉丁超立方设计更为稳健、均匀，更适合基于非参数模型的风洞 MDOE 方法；在均匀设计方法基础上，根据风洞实验的特点发展了优化方法，包括边界点补充、样本点密度调整和重复点设计，能够将已有的“先验信息”应用于实验设计中；所发展的形式实验设计方法所需的测量点要少于 OFAT 方法的测量点（如示例中所用的测量点数仅为 OFAT方法的66．7％），且能够充分和准确地对较剧烈的非线性变化规律进行采样。本文对风洞 MDOE 的形式实验设计方法的研究结果，为后续发展基于非参数模型的风洞 MDOE 方法奠定了基础。     

一种临近空间升浮一体飞行器气动布局设计研究

应用理论方法和数值模拟方法开展升浮一体太阳能无人机气动布局设计研究,通过优化选形设计获得高升阻比气动布局,对比两种方法的计算结果以及分析存在差别的原因;应用张线天平支撑风洞试验测试技术,对设计布局开展实验验证研究,建立大展弦比的双机身气动布局风洞试验测试方法,分析了不同雷诺数下实验模型的纵向和横向气动特性影响。研究结果表明:风洞试验结果与设计结果吻合良好,验证了设计结果的可靠性,获得了对总体设计具有指导意义的结论和试验数据结果。     

二维柔壁自适应壁风洞中三维模型近音速试验技术

根据跨音速面积律将翼-身组合体模型转变为等效旋成体模型 ;并将风洞的矩形截面转变为等面积圆截面 ;由此通过轴对称跨音速小扰动速势方程求解圆截面风洞洞壁调节量 ;进而得到矩形截面上、下洞壁调节量。以堵塞比为 2 .64%的模型在西北工业大学高速二维柔壁自适应壁风洞中进行了翼面测压试验,并以同一模型在德国宇航院 HKG风洞中 (堵塞比为0 .35 % )做了对比试验。在近音速情况下 ( Ma∞=0 .94,0 .994和 1 .0 0 8),α=0°,2°时两者结果符合良好     

大型亚声速风洞试验段设计的新概念

用一个亚声速引导性风洞的研究数据揭示了常规开口试验段设计中存在的问题及一些解决方法;介绍了国外亚声速风洞开口试验段设计的新概念,使风洞试验段允许的模型堵塞度从10%提高到20%,大幅度降低风洞的建造和运营成本,为国内未来大型亚声速风洞建设的创新设计提供参考.     

2m量级高速风洞强迫振动动导数试验技术研究

为满足大型运输机、先进战斗机、推进与机体一体化布局等现代高性能飞行器动导数风洞试验研究的需求,基于小振幅强迫振动动导数试验原理,在中国空气动力研究与发展中心2 m 量级高速风洞(FL-26和 FL-28)建立了一套俯仰、滚转及偏航的三通道动导数试验技术。在试验系统研制过程中,首先采用强度高、刚性好的航空轻质铝材和复合材料解决了亚跨超声速条件下大尺度试验模型研制问题;其次,结合动力学和运动学仿真分析手段,实现并优化了大载荷试验装置传动机构设计以及α、β耦合双转轴支撑结构设计的难题;最后,在测控系统研制部分,通过电机选取、电磁干扰屏蔽、滤波器设计等技术手段进一步提高了测试系统的精度。试验系统设计技术指标Ma=0.4~4.25,迎角α=-35°~35°,侧滑角β=-15°~15°,传动机构法向承载载荷≤10000 N。SDM 标模的验证试验结果表明,直接阻尼导数与文献值一致性较好,重复性试验数据误差基本控制在10%以内。目前,该项试验技术已经成功应用于某大型飞机模型的动导数风洞试验。     

壁压法在低速闭口回流式风洞中的应用

本文介绍了由Hackett提出的一种估算大攻角洞壁干扰修正的壁压信息法。并利用四个几何相似、尺寸不同的平板机翼和翼-身组合体模型在南航NH-2风洞中进行了试验。试验和计算结果表明,该方法使用方便,修正结果准确可靠。但必须指出,对于试验段下游带有平衡缝的闭口回流风洞,洞壁测压数据需经适当的修正才能获得满意的结果。     

Φ5m立式风洞直升机垂直升降试验台研制

中国空气动力研究与发展中心研制的Φ5m立式风洞直升机垂直升降试验台具有旋翼转速、旋翼轴倾角、旋翼总距、旋翼周期变距等远程实时控制功能,可开展直径2~3m量级旋翼模型的桨尖马赫数相似试验。获得的试验数据表明,试验台性能优良,已经形成了旋翼模型垂直升降试验能力,具备了承担直升机垂直升降性能试验及机理研究的能力。     

2.4m跨声速风洞试验质量影响因素分析及改进措施研究

影响风洞试验质量的因素很多,如流场品质、测量系统误差、支撑干扰以及洞壁干扰等。主要对模型姿态角、马赫数、模型支撑系统等影响因素进行了改进研究。通过改进使模型迎角测量精度达到0.03°、Ma数控制精度达到0.003,并有效降低了支撑干扰影响,提高了2.4m跨声速风洞的试验质量。     

汽车风洞试验段流场的试验研究

以上海地面交通工具风洞中心全尺寸气动声学风洞1：15模型风洞为研究对象,采用三维热线风速仪,测量了该模型风洞内不同工况下试验段内流场的分布情况。通过所测流场内平均速度的分析,了解该模型风洞试验段内气流的定常流动形态,对比典型射流结构进行分析,得到了该开口式低速汽车风洞试验段内喷口处射流剪切层所特有的结构形态;通过对风洞试验段内不同截面处流场内部湍流强度的分析比较,了解了喷口射流剪切层内以及收集口处的湍流强度大小与分布情况。     

U形渡槽槽体结构风载体形系数的风洞试验研究

本文对于U形渡槽槽体结构模型进行了风洞实验研究 ,得出了U形渡槽槽体结构的风压分布和风载体型系数。风洞试验结果表明U形渡槽槽体的风压分布和风载体形系数同槽体的高宽比和流场状况有关 ,在同一流场状况下槽体的风载体形系数随着槽体的高宽比变化。本文的试验结果为渡槽结构的抗风设计提供了参考依据。     

跨音速风洞实验段中气流的加速问题

 在跨音速实验段的加速段的设计中存在这样的矛盾,即若要流场均匀则加速段长;若希望加速段短,则会加速过快而出现过膨胀现象。目前,实验研究不能给出可供设计用的一般规律。通过分析,本文试图找出其规律。1.加速段开闭比的分布规律 喷管的扩张段和跨音速实验段的加速段均可将音速气流加速到超音速,两种加速方法从结构上看不同,但膨胀加速的机理是相同的。     

连续式跨声速风洞试验段降噪技术

利用中国空气动力研究与发展中心（CARDC） 0.6 m连续式跨声速风洞试验平台,分析了试验段噪声源产生及回路传播的机理,对压缩机尾罩和第四拐角段进行声学处理以降低来流噪声,并采用风洞二喉道节流状态运行抑制试验段下游噪声的前传,有效屏蔽了回路噪声对试验段的影响。据此开展了试验段不同通气壁型式、不同设计参数的主动降噪方案优化设计及其对比试验研究,获取了较优的试验段壁板设计方案,最终实现了风洞试验段气流压力脉动系数低于0.8%的噪声设计指标要求。