低速风洞阵风发生器实验研究与分析

阵风发生器是阵风响应风洞试验的关键设备。针对叶片式阵风发生器的运行特点,通过简化的定常涡升理论,推导出阵风发生器下游流场Y向风速的计算公式。以0.55 m×0.4 m低速风洞（声学引导风洞）为实验平台,系统地研究了阵风发生器的设计参数（叶片弦长、数目、间距）和运行参数（叶片摆幅和摆动频率、来流速度）对阵风流场风速极值的影响。研究表明:推导的简化公式能够解释阵风发生器各设计和运行参数变化后,其下游流场Y向风速的变化机制,可在阵风发生器设计时对其产生的阵风流场进行简单预估;从增大阵风发生器下游流场Y向速度极值的角度出发,增加叶片数目比增大叶片弦长更能增大Y向速度;在叶片失速前,增大叶片摆幅比增大叶片摆动频率更能增大Y向速度;采用多组叶片的阵风发生器,叶片间距不能太小,否则会导致等效升力系数下降,当叶片间距为1.2倍弦长时,能够获得最大的Y向速度极值。本文研究工作可为其他风洞的阵风发生器设计提供参考。     

声学风洞风扇段流场结构数值模拟

采用数值模拟方法对0.55m×0.4m低湍流度航空声学风洞风扇段的流场特性进行了研究,并将计算结果与试验数据进行了对比,可以看到,本文采用的方法能对风扇段性能进行较为准确的模拟;随后根据叶片的流动现象,分析了动叶和静叶的性能表现,了解了风扇段内部的工作性态。最后给出了不同动静叶间距、不同静叶后掠角、不同静叶倾斜角对风扇性能、流动性态的影响,并根据流场结构分析了降噪机理。数值结果表明,采用静叶后掠和倾斜,并适当增大动静叶间距,可以在不影响风扇性能的情况下有效抑制噪声。同时,静叶后掠和倾斜还能有效增加风扇段出口速度的均匀性,特别是切向速度。     

航空声学引导风洞收缩段边界层修正的数值模拟和实验研究

根据数值分析得到的低速风洞收缩段边界层位移厚度分布通用曲线，针对航空声学引导风洞收缩段，推导得出收缩段边界层位移厚度分布曲线，并对收缩段型面进行修正设计，给出了修正前后的型面坐标偏差，设计加工了试验件，并进行了收缩段修正前后流场的数值模拟和实验验证。数值模拟结果表明：尽管航空声学引导风洞收缩段的边界层很薄，最大位移厚度只相当于试验段水力直径的0．5％左右，但修正效果明显。对于开口和闭口试验段流场，在收缩段型面设计时考虑粘性影响，进行边界层修正，均可显著降低试验段的动压场系数；减小气流偏角，提高试验段流场品质，有利于风洞部段的精细化设计。收缩段型面出口由于逆压梯度的存在，壁面速度过冲，气流均匀性较差，但进入平直段后，动压不均匀度及气流偏角迅速下降，因此收缩段后16．7％长度的平直段对于改善试验段流场品质很关键。在航空声学引导风洞上，采用移测架、皮托管和热线风速仪进行了修正前后收缩段、试验段动压和速度值测量，测量结果也验证了边界层修正的效果，而且实测的边界层位移厚度与理论推导值吻合。根据测量的收缩段内和出口的边界层速度分布，计算边界层位移厚度、动量损失厚度和形状因子，并据此判定，航空声学引导风洞收缩段内的边界层流动保持层流状态，未发生层流到湍流的转捩。     

阵风发生装置流场测量与分析

以小型阵风发生装置为研究对象,采用二维热线风速仪,测量了不同工况下的阵风装置流场参数,给出了二维热线仪测量方案和在线角度修正方法,以及阵风幅值和波形稳定性计算方法。结果表明：采用风洞在线角度修正,可以提高二维热线的y向测量精度和测试效率;采用波形相位分析方法,可以满足阵风发生器产生的周期性波形的幅值和流场脉动量分析;阵风幅值与4～15Hz的叶栅摆动频率、8°～30°的叶栅摆动角度、50～100mm的叶栅弦长成正比关系;阵风波形的不稳定性（等相位速度脉动量）与叶栅摆动角度、来流速度有一定的线性关系,在本试验范围内随叶栅摆动角度、来流速度的增加而增加,同时,适当的叶栅摆动频率可以降低叶栅的波形不稳定性。研究结论对阵风发生装置研制及其流场测量具有一定的参考意义。     

声学引导风洞高效低噪声风扇设计

运用任意涡风扇设计方法,进行声学引导风洞高效低噪声风扇设计。在设计过程中,通过调整叶片径向旋转系数分布优化叶片出口速度分布,通过合理匹配转子、定子数目及定子后掠角度来改善动静叶的干涉噪声。气动及声学性能试验表明,高效低噪声风扇设计点气动效率达到83.9%,相比引导风洞原风扇效率的73%有了明显的提高;高效低噪声风扇入口及出口噪声分别比原风扇入口及出口噪声低3dB（A）和2dB（A）。试验结果成功验证了任意涡设计方法在风扇气动及声学性能上的优越性。