低速TPS试验内式流量控制技术研究

TPS试验技术是风洞中研究飞机/发动机一体化设计的最佳手段之一。作为发动机模拟器的TPS单元采用高压空气驱动,因此高压供气流量控制精度与试验精度直接相关。常用的外式流量控制方式由于风洞模型内部空间限制,无法对2台以上的TPS单元进行流量控制。针对外式流量控制方式的不足,设计了一种基于双喉道匹配设计的内式流量控制装置,集流量控制与测量功能于一体,可同时进行4台TPS单元的流量控制,满足4发运输机的动力模拟试验需求。为考核该装置的性能,进行了地面校核试验,试验结果表明该装置具有良好的流量线性控制能力,控制分辨率优于0.15 g/s,流量控制精度优于3 g/s;在8 m×6 m低速风洞进行了某型飞机全模TPS动力模拟试验,试验重复性精度满足国军标合格指标。     

2.4m跨声速风洞带TPS测力试验数据精度要求分析

成功建立带TPS风洞测力试验技术的一个关键问题是确保试验数据具有足够的精度,必须精细地分配误差。为获得满足工程需要的高精度测力试验数据,给出一种基于计算机符号运算的子程序,完成不确定度计算过程中公式自动推导、计算。最后通过对TPS风洞试验数据精度的敏度分析,给出了某运输机在2.4m跨声速风洞TPS试验中各环节的误差分配要求。     

ANSYS在风洞天平设计中的应用

用传统的材料力学方法设计应变天平时要作较大的简化。笔者应用有限元分析软件ANSYS对风洞天平进行结构计算,得到天平在各种载荷作用下的应变场和位移分布,从而计算得到天平各测量元件的应变值和刚度,最后将ANSYS计算的各载荷作用下的应变值与材料力学计算值作了比较。     

风洞实验应变天平元件优化设计

应用最优化理论对风洞实验应变天平元件结构尺寸优化设计的基本思想作了论述,提出了天平元件多变量优化设计新方法。该设计方法能够保证天平元件的灵敏度与刚度的匹配取得理想值,同时,克服了传统设计方法计算量大的缺点。对于初次从事天平元件设计的人员来说,只要对天平的工作原理和元件变形形式有所掌握,运用该设计方法即可用较快的速度获得最佳结构尺寸。一个实用的天平元件优化设计算法及实例对人们将有所带助。     

基于3D打印的风洞应变天平防护装置设计与应用

应变天平是风洞测力试验中的主要测量设备,对试验数据质量和运行效率具有重要影响。为了提高天平自身的防护性能,减少试验运行过程中的天平故障概率,提出了基于3D打印风洞应变天平防护装置的快速开发方法。分析了天平防护装置的需求,研究了3D打印天平防护装置的关键技术、设计因素与研制流程。开展了3D打印技术在设计优化验证和风洞试验天平防护装置研制2方面研究。分别设计了整体式水冷罩和组合式杆式天平防护装置。对于具有复杂内部结构的天平水冷罩,3D打印技术可以对设计优化结果进行验证评估。通过3D打印技术完成杆式天平防护装置研制,在风洞试验中对所使用的天平进行了防护应用。实际应用表明,防护装置可有效避免应变计及线路在校准、运输、模型装配和试验过程中损坏。相比传统机械加工,3D打印天平防护装置不仅能实现设计优化验证,而且可大幅降低加工周期和成本,促进了天平综合性能的提升。     

脉冲燃烧风洞测力天平研制与应用

介绍了一种用于脉冲燃烧风洞高超重载模型冷、热态测力试验的腹支内式六分量应变天平研制方案。燃烧脉冲风洞试验时间短、冲击载荷大,模型重量大,要求天平能够快速响应,设计方案兼顾了刚度和灵敏度,天平静校指标满足要求。试验结果表明,天平输出信号与燃烧室压力的跟随性良好,能够正确反映模型的受力状态,轴向力系数的重复性精度达到了1.6%,天平性能稳定,由模型/天平/支架构成的测力系统在轴向力、法向力和俯仰力矩3个分量上输出信号的主频均满足脉冲风洞的测力要求。该天平方案满足重载模型在脉冲燃烧风洞试验中的测力要求。     

FL-9低速增压风洞主体结构有限元分析与气压试验

FL-9低速增压风洞是"十五"国家批准建设的大型航空基础设施,笔者简要介绍了该风洞基于有限元方法的应力、变形和模态分析,并与风洞气压试验结果进行了对比.结果表明:有限元计算中所采用的单元类型、模型简化、边界约束等处理方法合理可行,应力计算值与实测值比较一致,最大薄膜应力为147.6MPa,低于许用值42.1%,风洞结构具有较大的安全裕度.风洞的前六阶模态分析为风洞安全运行提供了参考依据.     

一种高灵敏度滚转力矩天平元件的综合设计法

本文针对半自由飞动导数实验对天平元件提出的升力、侧向力、俯仰力矩和偏航力矩大,而滚转力矩要很小,并要有较高灵敏度的特殊要求,应用目前出现的一些新的设计思想和设计方法,提出了一种高灵敏度天平元件综合设计新方法。该方法能够全面地分析和综合各因素对天平性能的影响,有效地提高天平元件设计质量并缩短设计周期,还能够有针对性地提高单向设计指标,以满足特殊实验要求。文中同时给出了矩形截面扭转系数拟合算法和滚转力矩天平元件优化设计算法。     

基于 iSIGHT 的风洞应变天平优化设计方法研究

天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于 iSIGHT 平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在 iSIGHT 中通过集成 UG、AN-SYS 和 EXCEL 等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用 iSIGHT 提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。     

低速闭口风洞模型张线支撑及内天平测量系统的研制

“张线支撑及内天平测量系统”已在ＦＬ－８ 闭口风洞中调试、使用。该系统使用了套管天平,套管内杆是天平与模型相连,与天平相连的套管是支撑体,张线的一端与套管的前后吊点相连,张线的另一端与风洞上转盘齿圈上的张紧机构和风洞下转盘下的配重相连。该系统的角度变化范围,模型侧吊时, α＝ ±３６０°,β＝ ±６５°,模型正吊时,α＝ ±６５°,β＝ ±３６０°实验表明：张线支撑与尾撑和腹撑相比,消除了由于支杆引起的模型振动,其支架干扰变小,试验数据质量有了进一步的提高     

引射器和TPS校准及试验研究

介绍了中国航空工业空气动力研究院(CARLA)飞行器动力模拟器校准箱系统的基本结构和组成、校准箱测控系统、试验方法和数据处理方法,给出了引射式动力模拟器和TPS在校准箱中首次试验的结果和讨论.结果表明,CARIA校准箱是先进的飞行器动力模拟器校准设备,可以满足对动力模拟器推力和质量流量的精确校准.     

大展弦比机翼低速静气动弹性模型的设计、制作和风洞试验

通过弹性相似模型的风洞试验研究大展弦比机翼在弹性变形下的气动特性是研究飞机静气动弹性特性的重要手段.发展了一种静气动弹性模型低速风洞试验技术,针对某大展弦比机翼,设计、制作了缩比弹性结构相似模型,在南京航空航天大学NH03风洞进行了低速静气动特性风洞试验.详细介绍了弹性模型的各项技术和风洞试验结果,结果表明该项技术适合大展弦比机翼静气动弹性特性的研究,试验结果可作为大展弦比机翼设计的重要参考.     

低速风洞推力矢量试验背撑干扰特性试验研究

背撑供气支撑形式是目前FL-8低速风洞进行大迎角推力矢量试验所采用的主要支撑形式之一,背撑系统对试验模型的气动干扰量的修正虽然不影响矢量喷流对飞机气动特性的影响量,但直接影响试验测量准度。试验研究采用两步法,在FL-8风洞中测定了背撑系统对两种军机模型气动力测量的影响,探讨了几种不同形式的假背支杆及背撑支架（弯刀和拖箱）对飞机气动力的干扰特性。     

CHN-T1标模大型低速风洞试验结果相关性分析

为满足型号研制的试验数据质量需求,进一步开展CFD验证与确认工作,中国空气动力研究与发展中心建立了大展弦比运输机高低速统一标模体系。为获得可靠风洞试验数据,使用设计加工的第一个运输机标模CHN-T1（1:6.4,翼展4.667m）在FL-13风洞和DNW-LLF风洞进行了试验。同一构型下,前者试验雷诺数为1.4×106~2.5×106,后者试验雷诺数为1.4×106~3.2×106。模型在FL-13风洞中通过TG1801A内式六分量天平与大迎角支撑机构相连,在DNW-LLF风洞中则通过W616天平与尾撑机构相连。两风洞均测量了模型力和力矩。风洞试验数据差异评估包括重复性、气动特性和雷诺数影响。结果对比表明:标模在不同风洞试验中的升力线斜率相差很小;设计升力点附近（Ma=0.78,C_L=0.5）阻力系数相差0.0004,试验数据一致性较好;雷诺数对标模气动特性影响符合预期。     

基于张线尾撑的进气道低速风洞试验技术研究

为了在φ3.2m风洞中开展战斗机大迎角进气道特性试验研究,结合该风洞开口试验段及支撑装置的特点,研制了能够模拟战斗机进气道流量的小型引射器装置,发展了基于引射器/张线尾撑一体化设计的战斗机大迎角进气道试验技术.为了验证该项试验技术,研制了进气道流量测量装置,以及基于数字阀的气源控制系统;进行了装置性能研究,并利用某战斗机模型开展了飞机鸭翼对进气道性能的影响试验研究.研究结果表明:引射器引射流量达1.34kg/s,引射器/张线尾撑一体化方案可完全满足我国已有战斗机在3m量级风洞开展进气道试验的流量模拟及开展大迎角试验研究的需求;鸭翼对战斗机进气道性能影响研究为进气道试验模型外形模拟提供了依据.     

低速增压风洞压力测量系统设计与误差分析

低速增压风洞的雷诺数能够达到8.5×106,但与常规的风洞相比它的内部压力可高达0.4MPa.为此,设计了一套满足增压状态下的高精度风洞压力测量系统.系统采用耐压的PSI8400设备进行压力测量.通过模拟压力工作环境和分析测量的数据,找到压力风洞压力测量误差的主要原因是温漂、时漂、零偏置和压力效应.据此,采取了5点校准、正负校准等方法,消除了它的影响.通过与压力标准PCU比对和验证,这套压力测晕系统的精度优于0.05%.因此这套压力测量系统可以在压力风洞中进行多种高精度的测量.这套测压系统已在增压风洞的轴向静压梯度测量中得到应用,解决了压力风洞中流场校测的测量问题.     

FL-8风洞旋转天平试验支架干扰研究

给出了FL-8风洞进行旋转天平试验支架干扰研究的情况,对试验方法、设备和试验结果进行了介绍.为了实现圆弧形滑轨与模型支杆的支撑和变角功能,特别设计了新型的变角支杆.试验结果表明:支架干扰对纵横向气动力的影响规律是不同的,对纵向结果的影响是与旋转方向无关的,而对横向结果的影响在正反旋转时是相反的.尾撑和背撑试验结果经过支架干扰修正后向相同的值靠近,说明支架干扰修正的结果是合理的,提高了试验结果的准度.     

战斗机推进系统模拟低速风洞试验技术研究

为了在低速风洞中研究推进系统进气和喷流对战斗机气动特性的影响,发展了采用模拟器进行战斗机模型试验的新技术,研制了能够模拟发动机进排气的引射式模拟器,并进行了模拟器的校准.为了验证该项试验技术,研制了简化的战斗机试验模型和模型支撑装置,在中国空气动力研究与发展中心φ3.2m低速风洞进行了测力试验,试验的迎角范围-5°~48°,侧滑角范围0°~15°,试验风速为70m/s.试验结果表明:试验能够较真实地模拟战斗机发动机的进气和喷流情况,进气流量可模拟到90%以上,喷流的最高落压比可达到2.95.该项试验技术为开展进气/喷流对战斗机的气动特性的影响研究提供了新的技术途径.     

红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术研究

发展红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术,旨在解决特殊气动布局外形及金属材料模型转捩位置测量问题.通过在模型表面产生热壁面、现场测试模型表面发射率、使用遮蔽板、在金属模型表面喷涂隔热氟碳漆等措施,解决了环境条件、发射率、辐射传递干扰、金属模型材料特性等阻碍红外成像技术应用的关键问题;通过数值计算及试验测试得到模型热壁面与环境温差在20℃范围内,热壁面背景温度对转捩位置基本没有影响,解决了热壁面对转捩位置影响问题;通过试验原理、试验方法、关键参数测试、转捩判据、准度考核等研究工作,构建了红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术;通过引导试验考核了试验系统.结果表明:该技术实用可靠,值得推广.