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.     

三维平壁进气道的特性研究

介绍三维进气道和超声速燃烧冲压式喷气发动机 (SCRAMJET)模型一项实验研究的结果。Scramjet模型由进气道和燃烧室组成 ,此模型组件的设计是为了研究流动结构以获得进气道的特性 ,以及研究燃烧室和进气道、燃料 (氢及碳氢燃料 )点火和燃烧的相互影响。这些试验是在下吹式风洞(M =2 ～ 6,Reunit=( 8～ 54) × 1 0 6)和热射式风洞 (M =6及 7 2 ,Reunit =( 1 0 ～ 32 )× 1 0 6,Tt =1 50 0 ～ 2 50 0K)中进行的。     

基于回流多风扇主动控制引导风洞的风场模拟试验

为了深入开展复杂建筑物及输配电线路的台风风荷载研究,提升复杂建筑物及输配电线路抗台风灾害的能力,拟研制一种回流多风扇主动控制风洞。为了突破回流多风扇主动控制风洞结构设计的关键技术,验证全尺寸风洞能否达到预期指标,研制了回流单动力段主动控制引导风洞。文中主要介绍了该引导风洞的结构设计和主动来流(均匀流场和湍流流场)模拟试验。试验结果表明:该引导风洞的最大风速达到18.2 m/s;正弦脉动流场风速为15.1 m/s(平均速度)±3.8 m/s(振幅)时,最大频率为7 Hz;正弦脉动风场模拟相似度高达94.3%。     

低速风洞的消声降噪改造设计研究

对搬迁改造中的西北工业大学低(变)湍流度风洞进行了降噪设计研究.根据低速风洞噪声的机理及频率特性和该风洞的结构形式及风扇转速,采用两种降噪方法--主动降噪和被动降噪,对风洞进行降噪设计.主动降噪设计方法包括风扇动力段的气动、结构及振动的声学优化设计,被动降噪设计则采用在风洞洞体上安装微穿孔板,利用共振吸声技术进行降噪.结果表明:结合上述措施,55m/s风速下,相同测点和相同运行条件下,风洞噪声值下降约30%;76m/s最大设计风速下,风洞环境噪声被控制在78dB以下.     

低速风洞快速变速装置实验研究

通过实验研究证明了用主流阻尼器快速调节半开口直流式低速风洞的实验风速的可行性。实验还考察了驻室容积、风扇转速等因素对调速加速度的影响,为稳态扫描环境模拟试验装置快速变速系统提供了必要的设计参数。     

0.8m 风洞风扇系统的设计和运转

为提高低速风洞的最大风速,根本的措施是设计高转速大功率的风扇系统。风扇系统的设计首先在于有一个良好的设计方法,选择高升阻比的风扇翼型,根据需要恰当地确定设计工况点,合理选择桨叶和反扭导流片的各个参数,如桨毂比、实度、升力系数和圆弧角等。设计中针对已经设计的外形,进行性能计算,可以迅速鉴别设计的优劣,检查是否能满足设计要求,节约研制成本和缩短周期。     

0.6m连续式跨声速风洞总体性能

中国空气动力研究与发展中心（CARDC）0.6m连续式跨声速风洞是一座采用干燥空气作为试验介质的变密度回流式风洞,设计方案采用了宽工况压缩机及其与风洞一体化设计、半柔壁喷管、低噪声跨声速试验段、指片再入调节片式主流引射缝、高性能换热器和三段调节片加可调中心体式二喉道等新型技术。通过风洞总体性能调试,获取了风洞安全运行边界及总体性能,得到了风洞各关键部段性能参数。调试结果表明,风洞总体和各部段性能均达到预期设计技术要求;压缩机、换热器和各辅助系统设备运行性能良好;实现稳定段总压运行范围15~250kPa,总压控制精度优于0.2%;实现试验段Ma运行范围为0.144~1.640,马赫数控制精度优于0.002;轴向马赫数分布均方根偏差优于设计指标（Ma ≤ 1.0时,σ_Ma < 0.002,1.0 < Ma ≤ 1.6时,σ_Ma < 0.008）的要求;当试验Ma ≥ 0.5时,试验段核心气流脉动压力系数ΔC_p < 0.8%。调试结果验证了0.6m连续式跨声速风洞设计方案的可行性,为我国大型连续式跨声速风洞研制提供参考。     

弹射座椅稳定伞高速风洞动态测力试验研究

为了测试弹射座椅稳定伞在高速气流中的动态特性,在1.2m×1.2m跨、超声速风洞(FL 24)进行了稳定伞高速风洞动态测力试验。笔者叙述了试验方法,并给出了典型试验结果,包括稳定伞在试验M=0.65±0.04时的气动特性、进入自转状态的时间t自转以及在试验M=1.14时的强度测试结果等。试验结果表明,稳定伞的材料、设计及工艺是可行的,试验方法是成功的。     

涵道风扇升力系统的升阻特性试验研究

近几年出现了许多构形新颖的垂直起降无人飞行器 ,都以涵道风扇作为升力系统。为了研究涵道风扇系统的气动特性 ,尤其是在复杂流场中涵道本身的升阻特性 ,在 3 .4m× 2 .4m开口风洞中对涵道风扇进行了吹风试验。试验模型由直径 1 .5 0 m的可变距风扇系统和外径 1 .8m的圆筒状涵道组成。试验状态变量包括涵道高度、吹风速度、涵道前倾角和风扇桨距。试验结果表明 :涵道在前飞状态比悬停状态产生更大的升力 ,但这一优势却被涵道的较大阻力所排斥 ,因而涵道风扇如果用作升力系统 ,仅适用于强调悬停和低速飞行的飞行器。     

新型空气低温跨声速原理性风洞研制

为解决常规风洞雷诺数模拟不足的问题,采用低温风洞已被证明是一条可行的途径。目前世界上几乎所有运转的低温风洞都是采用液氮气化吸热方法来降低和保持试验气体的温度。对于大型低温风洞,这种制冷方案存在着运转费用高昂和环境污染的缺点。为克服上述缺点,俞鸿儒院士提出了一种用空气作试验气体,藉热分离器制冷并回收排气冷量的新型低温风洞的概念。此原理性风洞的研制就是要从其基本原理、设计特点及实验结果等方面来验证和探讨这种新概念的可行性和应用前景。     

长实验时间对撞活塞压缩风洞原理研究

对撞活塞压缩风洞可获得长时间的高压高焓实验气流,是建造长时间运行高超声速风洞的新思路。采用简化分析和数值计算分析对撞活塞压缩风洞的工作原理,以验证对撞活塞压缩风洞的可行性。简化分析考虑定压比热随温度变化,基于流场均匀性假设,给出了实验时间以及实验气体状态参数随时间变化历程。采用商业软件 Fluent 对全尺寸风洞流场运行过程进行数值模拟,模拟结果表明:挤压式恒压装置可使风洞在较长时间内(约25ms)保持压强近似不变,与简化分析结果相符,但对撞活塞压缩会使管道内流场温度分布不均匀,导致温度出现波动(相差不超过180K),这是对撞活塞压缩风洞一个需要解决的问题。     

战斗机进气道非定常性能试验技术

在Φ3.2m风洞研制了基于双力矩电机同步驱动的机动进气道试验装置,模拟战斗机快速俯仰等机动过程和进气道不同工作条件,建立了战斗机进气道非定常性能试验方法。通过验证试验研究了战斗机模型快速俯仰机动过程中进气道性能变化的基本规律,获得了进气道动态周向畸变、紊流度等部分流场畸变参数的变化特性,验证了战斗机进气道低速风洞非定常性能试验技术的可行性。     

暂冲式高速风洞流场控制系统建模与仿真

为满足中国空气动力研究与发展中心的2.4m跨声速风洞流场品质改进的需要,有必要建立一个高效的风洞流场控制模型作为控制器设计的验证平台。由于难以建立精确的空气动力学模型,且2.4m 跨声速风洞长期运行积累了大量的试验运行数据的实际,数据建模成为建模方法的首选。在硬件上,建立了基于反射内存技术的流场控制仿真系统,以获取现场采集的数据。建模方法采用数据建模方式,主要是利用系统辨识理论,将整个系统看成是一个“黑箱”,利用现场采集的数据来确定系统的参数和输入输出间的映射关系。采用以非线性自回归滑动平均模型(Non-linear Auto-Regressive Moving Average Model with Exogenous Inputs,NARMAX)作为风洞系统的数据模型,应用互信息法、曲线拟合法和伪最近邻点法分别确定了模型中采样间隔、时间滞后以及阶次3个参数。对比了最小二乘线性回归、BP 神经网络以及最小二乘支持向量机(LSSVM)3种方法对模型的拟合效果,确立了最小二乘支持向量机作为最终的拟合方法。为了提高仿真的精度,根据风洞运行的特点,将其整个过程划分为冲压、启动和调节3个阶段,分别建立了各个阶段的子模型。由于风洞系统是一个多输入多输出系统,并且延迟和阶次较大,采用了基于信息熵的数据压缩方法,实现了简化子模型规模的目的。最后,采用多模型融合的方法将各个阶段的子模型通过加权的方法来完成融合,从而构建起整个风洞系统的模型。稳定段总压和驻室静压分别通过所建模型得到,最后通过马赫数的计算公式得到试验段马赫数值。仿真结果表明:所建模型在运行包络线范围内的试验工况下,总压预测精度达到0.1%、马赫数预测精度基本达到0.001,达到了研究的目的。该项工作的开展较为系统地建立了暂冲式风洞的流场控制模型,建立的模型将为下一阶段基于现代控制理论的控制器设计奠定基础。     

跨声速风洞专用开孔壁试验段实验研究

为满足型号试验需求,2.4 m×2.4 m跨声速风洞需在不改变现有洞体结构和安装条件下新研制一个截面尺寸为3 m×1.92 m（宽×高）的专用开孔壁试验段。为了降低技术风险和投资风险,以0.24 m×0.20 m跨声速风洞（2.4 m×2.4 m跨声速风洞的引导风洞）为实验平台,采用变截面气动设计方案新设计、加工了一个专用开孔壁试验段实验件,并开展了预先性实验研究工作。通过实验研究验证了专用开孔壁试验段气动设计方案可行,且试验段模型区内流场达到设计指标要求。实验还考察了壁板扩开角、主流引射缝开度、开孔率分布等参数对流场均匀性的影响,研究结果表明:在扩开角0.3°、引射缝开度12 mm、加速区采用递增方式开孔时,专用开孔壁试验段的流场能够满足马赫数均方根偏差σ_M≤0.01（0.4≤Ma＜1.0）、σ_M≤0.02（1.0≤Ma≤1.2、1.4）设计指标要求,并且在Ma≤1.0时,σ_M达到了国军标合格指标要求。研究工作为2.4 m×2.4 m跨声速风洞专用开孔壁试验段设计提供了技术支持,也为该风洞下一阶段调试和流场校测提供了可供参考的调试参数。     

展望系统辨识方法在大攻角气动问题研究中的应用

在分析了目前进行飞行器大攻角气动特性研究所采用的尾旋风洞试验、常规风洞自由飞试验和遥控模型自由飞试验的优缺点之基础上指出:把系统辨识方法与这些试验方法结合起来,是一种行之有效的研究飞行器大攻角气动问题的技术途径,它可以简化这些试验方法的一些技术环节,提高试验精度。若气动数据来源于尾旋风洞,这种新方法只能研究飞机的发展尾旋和改出尾旋;若气动数据来源于常规风洞,这种新方法也只能研究飞行器的大攻角、偏离、过失速和失速性滚摆/滚转模态;只有通过模型自由飞获取气动数据,这种新方法才有可能研究包括尾旋全过程在内的各种大攻角飞行模态。     

2m超声速风洞流场变速压控制方法研究

颤振试验要求风洞必须具备变速压试验能力,为此在2 m超声速风洞开展了流场变速压控制方法研究。针对总压宽范围多阶梯运行时主调压阀调节能力不一致的问题,采用总压分组、误差分段的控制方法解决了这一难题。通过基于主调压阀阀门特性曲线的控制方法,实现了总压上升速率可调的目标,避免了复杂的控制参数整定过程,显著减少了调试车次。试验结果表明:采用该控制方法,一次试验可以完成多个总压阶梯的控制,并且总压稳定精度达0.3%,速压超调量小于0.5 kPa,总压上升速率可调。通过本文工作,2 m超声速风洞具备了变速压试验能力,并成功应用于型号试验。     

超临界自然层流翼型NPU-L72513的风洞试验研究

超临界自然层流翼型具有很好的应用前景。西北工业大学翼型研究中心设计的我国第一个超临界自然层流翼型 NPU-L72513在 CARDC 高速所的跨声速风洞进行了试验,证明超临界自然层流翼型 NPU-L72513具有优良气动特性,其设计是成功的。同时说明我国已初步具有自行设计超临界自然层流翼型和进行相应风洞试验的能力。