论相似准则,风洞尺寸与数据精,准度与关系

本文从相似理论到风洞实验，用大量的论据和事实、说明了风洞实验数据的精度，并不取决于风洞尺寸的大小，而只取决于实验条件及模型尺寸满足Ｎ－Ｓ方程的解的近似程度。文中讨论了怎样大小尺寸的风洞，既满足了空气动力学的研究发展和型号试验，又适合我国国情的经济性要求这个人们普遍关心的问题。最后介绍了ＮＡＳＡ给出的一组能较好满足上述两方面要求，且具有某种唯一性条件的不同Ｍａｃｈ数范围下的风洞最好尺寸，供有关部门和人员参考     

喷管尺寸对电弧风洞流场和热环境的影响分析

为获得电弧风洞喷管尺寸对试验流场以及模型表面热流的影响规律,针对某特定模拟参数试验状态,采用高焓流动数值模拟方法对不同尺寸锥形喷管下的球柱校核模型试验流场进行了模拟和比较分析。研究发现,在模拟气流焓值和模型驻点热流的条件下,采用出口尺寸小的喷管所需电弧加热功率更低,同时单位流向截面上气流能量转化为模型驻点气动热的比例更低。不同喷管出口尺寸下,试验流场喷管出口区域热力学非平衡程度、波后氧原子质量分数、模型驻点区域压力以及表面传导热流和扩散热流占比都比较接近,但相较飞行状态存在明显差异;不同喷管出口尺寸下来流速度、激波脱体距离以及驻点线上平动温度之间的差异明显,喷管出口尺寸越大,其与飞行状态越接近。     

如何使用CFD来确定风洞实验模型的缩尺比例——风洞试验模型设计准则从感性到理性的飞跃

对上百年传统的风洞试验模型缩尺比例的确定方法,提出了疑问,并且从N-S方程出发,指出了这种“传统”方法不符合相似理论,具有很大的随意性和盲目性。因而按“传统”方法给出的模型尺寸所提供的风洞实验气动力数据是不准确的,不能满足当今世界现代战争精确打击的战术技术要求。因此,必须按文中提出的,满足N-S方程解的相似性要求去确定模型的尺寸,才是今后风洞实验模型设计的方向。从这一点出发,文中还提出了一些新的概念,并且扩展到如何应用CFD来作为风洞实验相似理论辅助研究的设想。     

一种研究电弧风洞等离子体密度的诊断方法

用微波探针法研究了等离子体密度变化。一般情况下，它除了不对等离子体产生干扰外，还可以对等离子体进行实时监测。本文利用这种方法对电弧风洞等离子体的形成以及不同状态下的密度变化作了观测，并同扫描朗谬探针在相同实验条件下的结果进行了比较。实验结果表明，微波探针是研究特殊环境下等离子体密度变化的一种好方法。     

低温风洞的回顾与发展

自从风洞问世以来,所有飞行器的研制都离不开风洞,风洞已成为飞行器发展最基本的工具。今天,世界各地的风洞研究人员正利用各自不同类型的风洞为航天航空事业提供新型飞行器。虽然风洞发展至今已有120多年的历史,而且也已达到较复杂的程度,却仍未能满足迅速发展的航天工业的需求。低温风洞就是为解决这一问题诞生并发展起来的。本文将对低温风洞的历史、原理特点、存在问题及发展趋势作一简要回顾。     

小不对称物体配平性能风洞实验研究

用阶跃响应法,在风洞中测量小不对称物体配平性能的实验原理、实验装置、数据处理及部分实验结果。 模型支承于空气静压轴承。在模型内部设有电磁机构,在一次吹风中,可以阶跃方式多次提供不对称量。由高精度、非接触的感应同步器数字测量模型俯仰角变化历程。用修正Newton-Raphson法处理数据,求出小不对称量引起的配平角δ_o、俯仰力矩C_mo和气动刚度C_ma、气动阻尼C_mq等参数。 对11°斜切锥,钝度比分别为0.06及0.16的模型进行了风洞实验。实验M数为33.5和4。实验结果表明,所采用的实验原理、设备及方法可提供较好的精度及分辨率。实验还求出了配平性能(δ_o,C_mo)以及C_ma,C_mq随M数的变化。     

风洞自由飞实验结果的精度、准度

风洞自由飞实验是一项特殊的地面风洞实验,用风洞自由飞实验研究了飞行 马赫数M0.6～6.0飞行海拔高度最高达45公里范围内多个飞行器的动态气动特性。因而首 先需回答风洞自由飞实验结果的精确度、可靠性。坚持用天（飞行）——地（地面风洞 自由飞实验）一致作为评定实验结果准度、可信度最重要最终的考核 标准 。〖JP〗     

NASA风洞实验室一览

风洞源自于英语“Windtunnel”。通过人工控制的气流,模拟测试物体在不同气动环境中的表现。最早的风洞专门用来研究飞机的气动性能。随着航天技术的发展,各种各样的飞行器开始出现。风洞实验室开始服务于航天领域,工程师们利用不同的风洞,测试航天器发射后各阶段的气动性能。     

大型风洞的磁悬和天平系统

NASA兰利研究中心正在研究把采用高速计算机,先进的传感器以及超导线圈等先进技术的大型磁悬和天平系统(MSBS)应用于风洞试验的可行性。 磁悬和天平系统可以代替普通风洞试验段内固定试验模型的支杆装置,实现无机械约束的三维模型试验,避免了机械支杆装置对周围气流的干扰,特别是在跨音速风洞内。 支杆装置的干扰问题对新一代跨音速风洞,如兰利中心的国家跨音速风洞,显得更为突出。国家跨音速风洞的工作气体压力需要高达9个大气压,以模拟实际飞行的雷诺数。而这么高的动压需要尺寸更大和更复杂的模型     

气相速度脉动对JP-10液滴破碎的影响

在不同时均气相速度、初始液滴尺寸和速度脉动频率条件下,研究了气相速度脉动对JP-10液滴破碎速率的影响。计算结果表明,低时均气相速度时,小尺寸液滴较难破碎;达到破碎条件的情况下,随着脉动强度的增大液滴破碎所用时间缩短,而气相速度脉动频率对JP-10液滴破碎的影响不明显。     

火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验技术

为获得火星探测器物伞系统动力学仿真中需要使用的降落伞轴向力、法向力、俯仰力矩系数,开展了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验技术研究,研制了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验装置,进行了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验,获得了火星探测降落伞模型在马赫数范围0.4～0.8、迎角范围0°～25°时的轴向力、法向力和俯仰力矩系数,并对支撑干扰及洞壁干扰影响进行了扣除修正。试验结果表明：火星探测降落伞模型的轴向力系数随迎角变化较小;常规透气伞的法向力系数随迎角增大而增大,在马赫数为0.4和0.6时,低透气伞的法向力系数在小迎角时随迎角增大而减小;在马赫数范围0.4～0.8时,常规透气伞静稳定,低透气伞的静稳定性较常规透气伞减小,在马赫数为0.4和0.6时,低透气伞在零迎角时静不稳定,出现了非零配平 迎角。     

火星盘缝带伞超声速风洞试验结果分析

为了研究盘缝带(DGB)伞在超声速条件下的阻力特性、摆动角以及伞绳载荷分布的不均匀性,在FD 12风洞中开展了盘缝带伞的阻力特性风洞试验,并通过安装柔性传感器测量了伞绳所受载荷。试验结果表明,在Ma1.50到Ma2.50来流条件下,盘缝带伞的阻力系数随着马赫数的增大先增加后减小,在Ma1.75时达到最大,为0.60,而最大摆动角则是先减小后增大,在Ma2.00时摆动角最小,为7.4°,传感器的安装对降落伞风洞试验结果影响很小。通过柔性传感器的标定和误差分析,获取了伞绳载荷数据,结果显示不同伞绳所受拉力的比值可达到1.98。且传感器数据与风洞天平的测量降落伞总载荷结果吻合,进一步验证了柔性传感器结果的正确性。     

低密度高亚声速引射风洞设计及性能研究

研究以火星表面大气条件和火星飞行器飞行速度为基础，设计一个低密度高亚声速引射风洞，并运用ANSYS FLUENT 15.0对多喷嘴引射风洞的性能进行了数值计算分析。首先对计算进行了网格无关性验证，在保证计算精度和减少时间与计算资源的基础上，通过研究发现：多喷嘴引射器作为风洞动力系统可满足试验段马赫数达到0.77的高亚声速马赫数要求，并且对试验段上下壁面采用各1°的扩张角可有效降低试验段边界层对压力的影响，从而使试验段静压基本维持不变；提高引射膨胀比是提高试验段雷诺数的一个有效措施，但是会降低引射系数，同时会增加试验段的静压梯度，影响试验段的气流品质。因此低密度引射风洞设计过程中必须综合考虑试验段扩张角，引射膨胀比等因素。     

红外头罩电弧风洞试验状态的量化新判据

提出了一种红外空空弹红外头罩电弧风洞试验状态的量化新判据.研究表明:热应力是导弹高速飞行时头罩应力的最大影响因素,可用最大热应力作为电弧风洞试验状态的确定判据取代目前国内现有试验状态确定判据.通过准确的气动热应力计算,可保证红外头罩的电孤风洞试验状态与飞行环境的一致.     

高温风洞收集口喷水降温数值仿真研究

针对高温风洞中扩压器前段壁面防热问题,提出对高温气流外缘喷水降温的方法。通过在收集器入口与喷管出口间安装喷水环,利用液态水汽化吸热对高温气流进行降温,使扩压器壁面形成低温保护层。为了解该方法降温效果,本文利用DPM、组分输运等模型的耦合建立了超声速两相流CFD模型,对向超声速热气流喷水进行降温的过程进行了数值计算,计算结果表明,扩压器启动后有显著的降温保护效果。同时,为探索风洞排气背压和喷水量对风洞流场和壁面降温效果的影响,通过计算得出了变排气背压、变喷水量与降温效果之间的关系,为高温风洞收集口喷水降温装置的优化设计提供了参考。     

基于快速响应PSP技术的跨声速脉动压力实验研究

利用快速响应压敏涂料(PSP)技术对弹箭类飞行器跨声速段的脉动压力特性开展风洞实验研究,获得了Ma=0.8～1.2范围内弹箭类飞行器全表面1.2s实验时间段内的脉动压力特性,较全面地研究了马赫数、攻角(舵偏角)对脉动压力分布特性的影响。实验结果表明,快速响应PSP技术的脉动压力测量结果与高精度脉动压力传感器结果较为吻合,均方根脉动压力系数的测量误差小于15%,精度要求满足工程设计使用,且快速响应PSP测量方式能够获得弹箭类飞行器全表面的脉动压力分布,有利于捕获压力峰值和辨识跨声速非定常流场结构,更好地指导脉动压力载荷设计,在弹箭类飞行器设计中有较高的工程应用价值。     

不同风速下海洋粗糙面散射系数的计算

在考虑风速的条件下,计算了海洋粗糙面的散射特性。用矩量法(MOM)计算了一维介质海洋粗糙面在Durden-Vesecky功率谱下的散射系数,由此获得了一定风速时的双站散射系数。仿真结果表明,计算值与文献数据非常吻合。由计算的不同风速下双站散射系数可知,风速对海洋粗糙面散射特性的影响较大。在一定的海拔高度上,散射角相同(除后向散射方向外)时,风速越大,散射就越强。