端板对二维矩形风洞试验模型气动特性的影响

在节段模型风洞试验中,两端设置端板可以有效减小端部效应对风压分布的影响,从而保证气流在模型周围的二维流动,其中端板尺寸是影响端板效果的主要参数。为了明确不同尺寸端板对矩形断面气动特性的影响,以桥梁节段模型中最常见的3种宽高比（B/H分别为1、5和10）的二维矩形断面为研究对象,通过刚性模型测压试验,研究了端板尺寸对各模型的气动力、风压分布和斯托罗哈数St的影响。研究结果表明:模型的端部效应不仅仅对端部附近的风压有影响,对中间位置处风压的影响也不容忽视,设置端板是获得准确试验结果的重要保证;随着断面宽高比（B/H）逐渐增大,端部效应影响的程度和范围逐渐减小;随着端板尺寸的增大,模型背风面风压绝对值逐渐增大并趋向一稳定值;抑制端部效应的最小端板尺寸与结构的风迎角有关,风迎角增大,所需的端板也相应增大;有无端板对斯托罗哈数St也有明显影响。     

端部状态对斜置圆柱气动力分布的影响

在有限长度圆柱气动力测试风洞试验中,端部状态的变化对气动力有很大影响。在雷诺数为6.43×104时,通过刚性模型风洞测压试验对3种端部状态下的斜置圆柱气动力特性进行研究,基于平均风压系数沿斜置圆柱的轴向和周向分布规律,分析端部状态对斜置圆柱气动力测试结果的影响。结果表明:斜置圆柱表面风压沿轴向可分为近上游端部区、中间区和近下游端部区;由于马蹄涡的存在,在近上游端部区的背风面,风压沿轴向有一个突变,端部状态对马蹄涡强度有很大影响;在中间区,背风面风压沿轴向出现交替变化,可能是由于在近上游端部区形成的旋涡受到轴向流作用向中间区流动导致的,端部状态对交替风压变化的幅度和阻力系数有很大影响;当下游端部封闭时,近下游端部区的迎风面和背风面风压都会出现突变,且迎风面的突变幅度更大,下游端板对近下游端部区迎风面的风压分布影响更大。     

主动来流条件类平板断面气动力荷载效应分析

利用日本宫崎大学11×9多风扇主动控制来流风洞和高精度动态天平测力设备,测量了类平板断面在正弦风波来流条件三分量气动力荷载,比较了不同来流平均风速、波动幅值、脉动频率和积分尺度等参数条件下类平板断面荷载效应.报导并证实了大气边界层物理风洞固定壁面边界反射效应所产生的倍频放大效应;在获得并验证正弦风波加载离散频率荷载效应可线性迭加的有效频段区间内,初步比较了来流积分尺度和风速湍流度效应对于气动荷载效应的影响,阐明典型节段模型风洞试验结果与传统随机抖振气动力理论的差异.     

高速列车模型编组长度和风挡结构对气动阻力的影响

采用风洞试验的方法,分别对高速列车试验模型2~6车编组状态下的各节车厢气动阻力的分布规律,以及2种不同结构外形的风挡对3车编组列车模型各节车厢气动阻力的影响进行了研究.结果表明:当编组长度大于3车,头车、尾车的阻力系数随编组长度的增加变化较小,中间车的阻力系数约为0.1.1节头车+N节中间车+1节尾车的全车气动阻力系数,可用3车编组模型试验的头车阻力系数+0.1×N+尾车阻力系数之和进行估算.高速列车风洞试验模型分别采用风挡1和风挡2两种风挡,只是使得气动阻力在各节车厢之间形成不同的分配,对由各节车厢相加形成的全车气动阻力的试验结果影响很小.     

振幅对流线型箱梁自激气动力的影响

研究了强迫振动振幅对流线型箱梁断面自激气动力的影响。采用1:70的刚性节段模型开展了测压试验,获得了不同迎角的模型断面在不同振幅下的气动压力和分布,探讨了气动力特性。试验中的扭转振幅范围为2°~16°,竖向振幅范围为5~23mm,来流迎角分别为0°和±5°。测试结果表明,在迎角α=0°条件下,当扭转振幅A_t ≤8°,或竖向约化振幅A_v/D≤0.46时,自激气动力的线性谐波占整体气动力的比例在95%以上,没有明显的高次谐波分量。当扭转振幅A_t > 8°,来流迎角为+5°时,自激气动力的线性谐波比例可降低到75%,高次谐波的比例可达到25%。扭转振幅对颤振导数A₂*、A₃*、H₂*均存在显著的影响,但竖向振幅仅对H₄*存在一定的影响。由此得出,尽管颤振导数随振幅的改变是非线性的,但在一定条件下（如8°扭转角以内）,气动力本身不含有明显的高次谐波分量。     

用直接测力方法进行软质翼型的气动特性研究

在西北工业大学NF-3低速风洞运用翼型气动力直接测量的方法对软质翼型进行风洞试验研究,对比了软、硬质翼型模型的试验结果.结果表明:软质翼型模型与硬质翼型模型在相同风速下具有不同的气动力特性.在一定风速下,软质翼型模型的表面会发生变化,从而影响了气动力.由于该影响非常复杂,因此在研究软质翼型模型的气动特性时进行风洞试验是必要的.     

大展弦比机翼模型设计对翼型流场气动特性的影响

采用SST两方程湍流模型,通过求解非定常Navier-Stokes方程,模拟了大展弦比机翼风洞模型振动条件下的翼型流场,总结了翼型不同振动状况下的流场和气动力特点,分析了模型设计中的不同振动情况对风洞试验结果的影响.研究结果表明:在大展弦比机翼风洞模型的设计中,将翼型的重心设计在机翼的弹性轴之后,对风洞试验的精度较为有利.此结论对大展弦比机翼的风洞实验模型设计有指导意义.     

汽车风洞支撑干扰扣除方法研究

借鉴航空风洞镜像法原理,提出一种针对汽车风洞支撑气动干扰扣除的方法.在汽车风洞中完成汽车模型和天平支撑连接或分离的两次风洞试验,得到了汽车模型的气动力和支撑对汽车模型的干扰力之和.为了扣除模型支撑对汽车模型气动力测量的影响,在进行风洞试验的同时,应用CFD软件进行工况完全一致的数值仿真,计算模型支撑对不同车型气动阻力的影响.最后,通过归纳的修正公式将数值仿真获得的影响数值转化为汽车风洞试验的影响数值,获得汽车风洞试验的最终阻力系数结果.结合风洞试验和数值仿真的研究结果表明两种方法互相验证,互相补充,可以解决汽车风洞试验时支撑干扰扣除的实际工程问题.     

基于等离子体合成射流的飞翼布局模型主动流动控制风洞实验研究

为探究等离子体合成射流对三维模型的流动控制效果和机理,在中等展弦比飞翼布局模型前缘布置等离子体合成射流激励器开展低速风洞实验研究。通过六分量天平测力,考察沿弦向、展向不同分布位置的等离子体合成射流对飞翼模型气动力和气动力矩的作用;采用PIV（Particle Image Velocimetry,粒子图像测速）测量模型表面流场分布,研究等离子体合成射流流动控制机理。结果表明:在飞翼模型单侧布置等离子体合成射流,能够有效改善其气动特性,并能产生附加的滚转力矩,滚转力矩系数变化量最高达到0.009;在飞翼模型左右弦布置等离子体合成射流,能显著增强飞翼模型横向稳定性,滚转力矩系数波动范围减小66.7%。沿弦向,等离子体合成射流位置离前缘越近,控制效果越好,距前缘0mm的激励器控制效果最好;沿展向,布置的等离子体合成射流越多,对模型的升力特性改善作用越明显,布置方式以均布为优。在失速迎角前后,等离子体合成射流的流动控制机理不同:在小迎角下,等离子体合成射流在前缘起到了使转捩提前的作用;在失速迎角附近,则加速了分离区的流动、减小了分离区厚度。     

CARDC旋转天平风洞试验系统

旋转天平风洞试验系统主要用于风洞中测定飞机模型在不同姿态角时绕风轴以不同旋转速率作等速旋转状态下的气动特性，为飞机尾旋特性的分析和预测提供必要的气动系数。本文简要介绍了中国空气动力研究与发展中心低速所的旋转天平风洞试验系统的总体方案、试验能力和性能。文中给出了校验模型试验的主要结果，对试验数据的精准度进行了简单的讨论。校验模型试验结果表明，本试验系统给出的旋转状态气动力系数的精准度达到了较高的水平，具备了应用于型号试验和有关气动力研究的基本条件。     

矩形断面非线性驰振自激力测量及间接验证中若干重要问题的讨论

采用专门研制的小型动态测力天平,通过弹簧悬挂节段模型内置天平同步测力测振风洞试验,对3:2矩形断面的非线性驰振自激力进行了测量。比较了基于实测自激力重构的节段模型位移响应时程与试验结果,从而对自激力测量精度进行了间接的验证;讨论了在进行这种验证时考虑节段模型系统等效阻尼和刚度参数非线性特性的重要性、非风致附加自激力和风致自激力在动态力中的占比、忽略非风致附加气动阻尼力和惯性力的非线性特性对自激力测量精度的影响等若干重要问题。结果显示:对于3:2矩形断面,非风致附加自激力在测得的总动态力中的占比超过了风致自激力的占比,因此从测得的总动态力中提取自激力时必须扣除非风致附加自激力;非风致附加气动阻尼力和惯性力的非线性对驰振自激力测量精度有一定影响,值得考虑;节段模型系统等效阻尼和刚度参数的非线性对节段模型驰振位移响应的重构精度有明显影响,在验证自激力测量精度时必须加以考虑。     

大展弦比无人机高速风洞测力试验技术研究

本文针对大展弦比无人机布局特点,开展了2.4m风洞测力试验技术研究,主要包括专用高精度大载荷天平研制、支撑系统的优化设计、支撑干扰的有效扣除等,利用CFD手段和ANSYS分析软件,有效地建立了大展弦比无人机高速风洞测力试验技术,并成功投入应用,获得了满意的试验结果.     

高宽比为5的悬臂正方形棱柱气动力特性

通过风洞实验研究了一端固定于壁面、另一端为自由端的三维正方形棱柱气动力特性。实验中模型宽度 d =200mm,高宽比为5,来流风速为U ∞=13m/s。基于U ∞与 d 的雷诺数Re d =1.73×105。研究发现,三维方形棱柱时均阻力系数(CD )与升力系数根方差值(C′L )都明显小于二维方柱的对应值,且三维方形棱柱的涡脱落频率也相对较低。三维方柱绕流与气动力存在2种典型状态:一种是类似卡门涡街的展向涡交替脱离状态,此时柱体阻力较大,且升力出现大幅周期性波动;另一种是展向涡呈准对称状态脱落,此时阻力较小,而升力无明显周期性波动。第一种状态所对应的 C′L 明显大于第二种状态的对应值,在柱体下半部分前者 C′L 为后者2倍左右,2者差异随着向自由端的靠近而逐渐减小。此外,当第一种状态发生时,有限长棱柱气动力的展向相关性也明显强于第二种状态。上述2种典型状态交替随机出现,使有限长棱柱气动力具有明显的非平稳特性。     

小展弦比飞翼布局高速标模测力天平研制

小展弦比飞翼布局的纵横向气动特性差异大,对天平测量与校准提出了较大挑战。专用天平针对其气动载荷特点和气动力试验需求,通过对常规片梁和柱梁组合的组合测量元件进行改进,提高了横向载荷的测量灵敏度,使得组合元件满足天平除轴向力外的5个分量的灵敏度测量需要。天平选用横Π型梁作为轴向力的测量梁,降低了其他分量对轴向力的干扰。在天平校准时通过施加纵向冲击振动的工程方法完成天平加载头的安全拆卸并应用于模型的拆卸。研制的天平已完成了相关风洞测力试验。     

基于减小轴向力测量干扰的高精度测力天平研制

针对目前风洞试验技术的发展对风洞天平测量精度的更高需求，研制一台六分量杆式高精度轴向力测量天平，应用新型轴向力测量元件结构形式，并采用有限元方法对其进行了优化和改进。轴向力结构设计采用将测量元件置于天平轴线上的"设计中心位置"的方式，并通过在测量梁上设置铰链以及轴向力测量梁的非对称设计，最终使各气动载荷分量对轴向力的干扰应变输出近乎为零，彻底解决了杆式应变天平轴向力的测量干扰问题。同时，该设计还改善了天平各分量载荷作用在轴向力测量梁上交错复杂的应力分布状态，提高了天平的长期稳定性。天平校准和标模试验结果表明，该天平轴向分量具有较高的测量精、准度，可满足现代风洞试验的高精度轴向力测量需求。     

考虑模型抖振力跨向不完全相关性效应的气动导纳识别

首先通过考虑节段模型上抖振力跨向不完全相关性效应推导了节段模型风洞试验中作用在模型断面上的分布抖振力谱和由底支式天平测到的模型总抖振力谱之间的关系。然后,以准平板断面为例,进行了格栅湍流场节段模型的测力和同步测压试验,获得了模型总抖振力谱以及模型抖振力跨向相关性函数。接着,采用等效导纳法以及抖振力自谱和抖振力脉动风速交叉谱综合残量最小二乘法分别识别了准平板节段模型等效气动导纳和六分量气动导纳,讨论了模型抖振力跨向不完全相关性效应对气动导纳识别结果的影响,并把识别得到的准平板断面气动导纳与平板断面气动导纳的理论结果---Sears 函数进行了比较。结果表明:忽略抖振力跨向不完全相关性效应(即假设节段模型分布抖振力沿跨向完全相关)而直接采用平均抖振力作为断面上分布抖振力的传统方法会导致气动导纳识别结果偏小,并且,其偏小程度会随着频率的增加而增加;此外,相对于抖振升力和扭矩相关的气动导纳分量而言,由于抖振阻力的跨向相关性比抖振升力和扭矩的跨向相关性显得更弱,因此抖振力跨向不完全相关性效应对阻力相关气动导纳分量识别结果的影响更大;利用识别得到的六分量气动导纳反算的作用在模型上的分布抖振力谱与试验中实测结果非常接近,经抖振力跨向不完全相关性效应修正后的竖向脉动风速对应的升力和扭矩气动导纳分量的识别结果与Sears函数也比较接近,从而验证了用于六分量气动导纳识别的自谱-交叉谱综合最小二乘法的可靠性。     

强侧风下青藏线列车气动性能风洞试验研究

列车运行过程中可能遭遇来自不同方向的强风,为了充分了解和掌握列车在侧风作用下的气动性能,作者以青藏线为工程背景,通过风洞试验,对强侧风下青藏线客车、棚车、集装箱车在桥梁和平地上运行时气动性能进行了测量和分析.结果表明:列车上的侧向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随侧滑角的增加而迅速增大;当侧滑角达到一定值时,列车侧向力系数和倾覆力矩系数的绝对值达到最大值,此后,侧向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随侧滑角的增加而减小;在同样的运行速度和同样的大风风速下,列车在桥梁上运行比在平地上运行所受到的侧向力系数和倾覆力矩系数大,因而列车在桥上运行也相对较危险.     

吸气式飞行器高超声速风洞气动力试验技术研究进展

机体/推进一体化吸气式飞行器结构布局形式特殊,为精确获得其气动力特性风洞试验数据,必须发展可靠的风洞试验技术。针对一体化高超声速飞行器气动力风洞试验需求,在中国空气动力研究与发展中心的高超声速风洞上发展了吸气式飞行器通气模型测力试验技术、尾喷流模拟测力试验技术、铰链力矩测量试验技术、通气模型动导数测量试验技术和飞行器表面摩阻测量试验技术,为获得可靠的机体/推进一体化吸气式飞行器高超声速风洞气动力特性数据提供技术支撑。