航天飞行器在ITAM的AT303高超声速风洞中的空气动力实验研究

俄罗斯科学院西伯利亚分院理论与应用力学研究所新研制的AT-303风洞于1999年开始投入使用.由于具有较高的驻点压力,AT-303能够模拟飞行器再入时的真实Reynolds数,其Mach数范围为8~20.在ITAM与ESTEC和EADS-ST协作的ISTC项目的框架下,在AT303风洞中对不同航天飞行器的空气动力特性进行了研究.通过对HB-2(AGARD)参考模型进行测力实验,并将实验结果与其它可用的实验和数值计算结果进行比较,AT-303风洞的流场品质和实验仪器的性能得到了检验.在与实际飞行条件相对应的Mach数和Reynolds数条件下对典型的高超声速航天飞行器进行了实验.测量了气动力和力矩,确定了这些飞行器的主要气动特性.给出了实验结果,对实验数据进行了分析并与理论结果进行了比较.从研究中得到了一些经验,并提出对下一步研究的建议.     

中央电视塔塔楼风作用风洞模拟实验

应用风洞实验方法,研究了中央电视塔塔楼表面风荷载与塔楼进排风口的风环境,后者考虑了进排风的模拟并且做了为改善进排风口的风环境对局部结构进行变动的实验研究。实验结果提供了塔楼表面的平均和脉动风压系数分布以及进排风的风环境特性,并对局部结构的改进提出了建议。     

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究.在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测.然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验.对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好.分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值.因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的.通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论.     

乌鲁木齐国际机场雷暴天气气象要素及风切变特征分析

利用乌鲁木齐国际机场跑道自动观测系统(简称AWOS)的实时观测资料, 分析、总结了不同天气形势下典型雷暴天气时跑道附近气象要素演变及风切交特征,希望能对雷暴天气的短时、临近预报和保障服务提供一定的依据和帮助.     

重庆大宁河特大桥成桥状态抖振响应分析

目前桥梁的抗风研究主要针对平原开阔地区,复杂山地风作用下桥梁的抗风问题研究很少.以重庆大宁河钢桁架特大拱桥为对象,通过现场实测,得到了该桥桥址处的风环境特性,包括平均风速沿高度的变化规律、湍流强度、脉动风功率谱密度函数以及湍流积分尺度等参数.根据风特性参数,计算出该桥在成桥状态下的抖振力和响应值,结果表明:即使在45m/s风速下,抖振位移响应也在公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)规定范围内.山区地貌中的平均风速沿高度的变化规律不符合公路桥梁抗风设计规范给出的指数变化率分布,湍流强度明显大于规范值.     

激波绕楔形物体的流场分析

使用数值计算方法和数值干涉技术并结合实验干涉图片,分析了激波过拐角绕楔形物体运动的流场.并采用数值彩色干涉技术,将数值计算结果转换为彩色条纹编码的数值干涉图,并与实验干涉图比较,可以辨识过激波发生跳跃后的干涉条纹的位移数,从而确定实验干涉照片的密度场.数值计算采用显式二阶迎风TVD格式.采用数值干涉技术将计算密度场转化成数值干涉图与实验干涉图进行了比较,检验了数值结果的可靠性.数值计算结果显示了包括激波、接触间断和旋涡在内的详细的流场结构,与实验相比,更为细致地刻画了流场演变过程的细节.通过数值计算结果观察到激波传播到旋涡中心附近并没有发生明显耗散,旋涡上半部的激波得到减速,下半部分的激波得到加速.     

基于日最大风速记录的建筑群风环境评估方法

提出将各风向的风速比与日最大风速概率分布相结合,进行风环境评估,并按照风速大小划定建筑功能区域的基本方法.首先利用地面风速探头在风洞中对建筑群周边区域的风场进行定量测量,得出不同风向下各测点的风速比.再根据多年日最大风速记录和广义极值分布函数族,得出不同风向的日最大风速概率分布参数.由此即可求出各测点日最大风速超过风速阈值的概率.参照风环境评估准则,可对各区域的舒适度进行定量评估,并对其进行功能分区.通过对某高层建筑群的实验研究,验证了该方法的有效性和简便性,研究结果对建筑设计有直接的指导意义.     

模型表面温度对光电特性影响的实验研究

对在JF-10氢氧爆轰驱动高焙激波风洞中开展烧蚀材料模型表面温度对光电特性影响的实验方法进行了探索.风洞实验状态的驻室总压约为20MPa,驻室总温约为6000K,自由流速度约为4km/s.实验以锑化铟多单元红外成像系统与电离列阵测试装置为测量手段,用以烧蚀材料为头部的球头钝锥体模型,实验测量激波层中红外辐射的横向剖面分布和壁面附近电离密度的剖面分布,并在烧蚀材料加热和不加热两种情况下进行了对比实验.实验结果表明:烧蚀材料的加热加强了模型头部激波层中的红外辐射,同时也增大了模型表面的电子密度.     

飞行器大振幅运动实验与气动力建模

介绍了南京航空航天大学NH-2风洞中建立的大振幅运动动态实验台.某战斗机模型在该实验台进行大振幅运动动态实验,测量了模型作单独俯仰、偏航、滚转运动时的非定常空气动力.在非线性阶跃函数模型和小波分析理论的基础上,将小波应用于非线性阶跃函数模型,进行气动力建模.在建模过程中,以模型的大振幅运动实验结果为样本数据,并将建模结果与实验数据进行对比.为了提高可信度,建模采用了不同频率下的多组实验数据,因此该模型具有相对广泛的适用性.     

最大攻角达80°时尖拱柱模型亚音速实验结果的初步讨论

在ＦＤ－０８风洞中，为了解采用侧壁支撑机构进行大攻角实验的可能性，进行了头部长细比３．５尖拱柱模型的亚音速实验，最大攻角达８０°。本文通过与Ａｍｅｓ１２英尺风洞实验结果的比较，介绍了实验结果并对实验结果作了初步讨论。     

用Calspan式管测量显示亚声速流动

用上、下二根 Calspan 式管可满意地测量亚声速风洞通气壁附近的流动状态,从而可以用来进行洞壁干扰修正或自适应壁风洞迭代计算。从理论上分析,根据 Calspan 式管上、下孔测得的压力分布值,可计算出流向与法向的扰动速度分量。文章对 Calspan 式管的构造作了详细的介绍,并对试验装置及所使用的仪器和传感器作了说明。由于所测得的量值很小,介绍了试验的方法和采集数据的处理方法。     

疏透型防护林绕林流场的PIV实验研究

利用粒子图像测速仪(PIV),采用2帧 互相关的分析方法,对疏透型防护林流场的流动特征在风洞中进行实验研究,获得绕林流场的速度矢量图、速度等势线图和涡量场图。实验中选用的防护林疏透度分别为0%,30%,40%,60%。在各种疏透度下的防护林中,疏透度为0%的防护林近尾流区平均沿流速度衰减幅度大,但恢复也快,且有最高的平均垂直速度。疏透度为30%和40%的防护林绕林流场非常相似,其中疏透度为30%的林带,林后平均沿流速度恢复较慢,且气流扰动较小,具有良好的防风固沙作用。     

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.     

极低湍流度下翼型边界层及近场尾流的雷诺应力测量试验研究

在西北工业大学低湍流度风洞中，用热线风速仪在对称翼型边界层及近场尾流中，于２０多处剖面上移测速度型、湍流强度、雷诺正应力及切应力等湍流参量。着重讨论了各雷诺应力分量的分布。结果表明，在边界屋和尾流宽度方向及流动方向上均有明显的规律性，其有关特征值明显低于常规风洞湍流度下的结果。     

三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟

通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究。在风洞开口实验段,来流风速为8m/s,针对不同尖速比(λ=4,8)利用PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试。通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节。在8m/s来流风速下,当尖速比大于7.4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致。尖速比小于7.4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低。通过速度矢量分布可以看出,在λ=4时,PIV测得靠近叶根的两个截面S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区。在λ=9.8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离。尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值。     

海上采油平台锚泊状态和拖航状态海面上大气边界层模拟以及海面表层中海流模拟的风洞试验

在７０２所０２风洞中完成的流花１１－１海上采油平台锚泊状态和拖航状态的海面上大气边界层模拟和海面表层５０米内海流模拟的风洞试验，得到了上述三种状态模拟流场的数据。每种状态的模拟流场均有左、中、右、前、后五个风速和湍流度分布剖面。从相应每五个剖面的数据一致性来看，模拟流场的均匀性是好的。风速剖面与要求值之间的偏差一般不超过１０％，绝大部分在６％左右并符合指数律分布。湍流度剖面也基本达到了期望的数值范围和分布规律。因此试验数据是可信的，风洞模拟是成功的。可以进一步用上述模拟流场分别进行流花１１－１海上采油平台水上结构部分和水下结构部分的气动力试验研究。     

低雷诺数下Mini-TED对翼型流动分离特性的影响PIV实验研究

介绍了安装有后移式微型后缘装置(Rearward Mini-TED)的NACA23012翼型流场结构的低雷诺数风洞实验结果。实验采用PIV技术采集了不同迎角时翼型周围的速度分布,测量了后缘附近 Mini-TED周围的详细涡旋结构,并与NACA23012原型翼型周围流场进行比较分析,以研究该 Mini-TED对翼面流动分离特性造成的影响,本实验以弦长为特征量的雷诺数为Re≈1.3×105。实验结果显示,Mini-TED对上翼面的流动分离有明显的抑制作用,尤其在较大迎角时更为有效,并且上翼面流速均高于对应迎角时原型翼型的翼面速度;下翼面流动在Mini-TED前方形成局部的低速区,造成静压升高,同时 Mini-TED 上方观察到对涡结构,形成低压区,二者共同作用的结果将导致后缘产生附加升力,增加翼型的低头力矩。上下翼面间的速度差比原型翼型有所增加,使翼型获得更高的升力。     

傍山地区的强风场特性实测研究

介绍了某傍山地区的强风现场测量研究。采用较高频响的风速风向计与实时数据检测处理系统测得了该地区的风特性,并对一次冬季强风记录进行了分析研究,给出了反映强风脉动特性的两个重要参数-湍流度和阵风系数的关系,指出脉动风速的概率分布直接影响了二者比值大小。此外,通过实测结果与邻近气象站的同期记录比较,发现二者的相关性很差,在整个强风过程中,该地区的最大瞬时风速和平均风速都远远高于气象站的记录,表明傍山地区局部风场有很大的特殊性。     

电加热过程的冰脊形成实验研究

利用结冰风洞设备和电加热装置,采用实验的方法研究了不同来流速度、环境温度和加热功率对冰脊形成的影响.研究表明:随着来流速度、加热功率的增加,冰防护区长度增加,冰脊往下游推后,而随着环境温度的降低,冰防护区长度减小,冰脊往上游靠近.冰脊的生长规律是从冰防护区外下游某位置开始冻结,逐步往冰防护区发展,从而为电热除冰系统加热模式的选取和传热特性的优化提供了实验依据.     

椭球形舞台壳体风荷载风洞实验研究

通过风洞模拟试验研究了椭球形舞台壳体 ,及其三种开启状态时的风荷载特性。结果表明就整体风荷载而言椭球体的阻力系数不是很大 ,但由于气流的分离和再附 ,椭球体的局部会出现很大的负压 ,系数可达 2 .0以上。另外 ,周围建筑对椭球形舞台壳体的风荷载影响很大。