风洞试验的不足之处

柴柯夫斯基柯基咖 2024-05-16 06:13:00
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风洞实验既然是一种模拟实验,不可能完全准确。概括地说,风洞实验固有的模拟不足主要有以下三个方面。与此同时,相应也发展了许多克服这些不足或修正其影响的方法。
1.边界效应或边界干扰
真实飞行时,静止大气是无边界的。而在风洞中,气流是有边界的,边界的存在限制了边界
附近的流线弯曲,使风洞流场有别于真实飞行的流场。其影响统称为边界效应或边界干扰。克服的方法是尽量把风洞试验段做得大一些(风洞总尺寸也相应增大),并限制或缩小模型尺度,减小边界干扰的影响。但这将导致风洞造价和驱动功率的大幅度增加,而模型尺度太小会使雷诺数变小。近年来发展起一种称为自修正风洞的技术。风洞试验段壁面做成弹性和可调的。试验过程中,利用计算机,粗略而快速地计算相当于壁面处流线应有的真实形状,使试验段壁面与之逼近,从而基本上消除边界干扰。
2.支架干扰
风洞实验中,需要用支架把模型支撑在气流中。支架的存在,产生对模型流场的干扰,称为支架干扰。虽然可以通过试验方法修正支架的影响,但很难修正干净。近来,正发展起一种称为磁悬模型的技术。在试验段内产生一可控的磁场,通过磁力使模型悬浮在气流中。
3.相似准则不能满足的影响
风洞实验的理论基础是相似原理。相似原理要求风洞流场与真实飞行流场之间满足所有的相似准则,或两个流场对应的所有相似准则数相等。风洞试验很难完全满足。最常见的主要相似准则不满足是亚跨声速风洞的雷诺数不够。以波音737飞机为例,它在巡航高度(9000m)上,以巡航速度(927km/h)飞行,雷诺数为2.4×107,而在3米亚声速风洞中以风速100m/s试验,雷诺数仅约为1.4×106,两者相距甚远。提高风洞雷诺数的方法主要有:
(1)增大模型和风洞的尺度,其代价同样是风洞造价和风洞驱动功率都将大幅度增加。如上文所说**的全尺寸风洞。
(2)增大空气密度或压力。已出现很多压力型高雷诺数风洞,工作压力在几个至十几个大气压范围。我国也正在研制这种高雷诺数风洞。
(3)降低气体温度。如以90k(-1830c)的氮气为工作介质,在尺度和速度相同时,雷诺数是常温空气的9倍多。世界上已经建成好几个低温型高雷诺数风洞。我国也研制了低温风洞,但尺度还比较小。

20210311
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