風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法(風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是如何進(jìn)行的)

1.風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是如何進(jìn)行的

風(fēng)洞是進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種主要設(shè)備，幾乎絕大多數(shù)的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)都在各種類型的風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞的原理是使用動(dòng)力裝置在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)一股可控氣流，使其流過安置在實(shí)驗(yàn)段的靜止模型，模擬實(shí)物在靜止空氣中的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量作用在模型上的空氣動(dòng)力，觀測(cè)模型表面及周圍的流動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)相似理論將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成可用于實(shí)物的相似準(zhǔn)數(shù)。實(shí)驗(yàn)段是風(fēng)洞的中心部件，實(shí)驗(yàn)段流場(chǎng)應(yīng)模擬真實(shí)流場(chǎng)，其氣流品質(zhì)如均勻度、穩(wěn)定度（指參數(shù)隨時(shí)間變化的情況）、湍流度等，應(yīng)達(dá)到一定指標(biāo)。風(fēng)洞主要按實(shí)驗(yàn)段速度范圍分類，速度范圍不同，其工作原理、型式、結(jié)構(gòu)及典型尺寸也各異。低速風(fēng)洞：實(shí)驗(yàn)段速度范圍為0~100 米/秒或馬赫數(shù)Ma=0~0.3左右 ；亞聲速風(fēng)洞：Ma=0.3~0.8左右；跨聲速風(fēng)洞：Ma=0.8 ~1.4（或1.2）左右；超聲速風(fēng)洞：Ma=1.5~5.0左右；高超聲速風(fēng)洞Ma=5.0~10（或12）；高焓高超聲速風(fēng)洞Ma>10（或12）。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)點(diǎn)是：①實(shí)驗(yàn)條件（包括氣流狀態(tài)和模型狀態(tài)兩方面）易于控制。②流動(dòng)參數(shù)可各自獨(dú)立變化。③模型靜止，測(cè)量方便而且容易準(zhǔn)確。④一般不受大氣環(huán)境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)手段相比，價(jià)廉、可靠等。缺點(diǎn)是難以滿足全部相似準(zhǔn)數(shù)相等，存在洞壁和模型支架干擾等，但可通過數(shù)據(jù)修正方法部分或大部克服。

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要項(xiàng)目有測(cè)力實(shí)驗(yàn)、測(cè)壓實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)和流態(tài)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)等。測(cè)力和測(cè)壓實(shí)驗(yàn)是測(cè)定作用于模型或模型部件（如飛行器模型中的一個(gè)機(jī)翼等）的氣動(dòng)力及表面壓強(qiáng)分布，多用于為飛行器設(shè)計(jì)提供氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)。傳熱實(shí)驗(yàn)主要用于研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動(dòng)加熱現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)包括顫振、抖振和動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實(shí)物的結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量分布和變形。流態(tài)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)廣泛用于研究流動(dòng)的基本現(xiàn)象和機(jī)理。計(jì)算機(jī)在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用極大地提高了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化、高效率和高精度的水平。

2.對(duì)大型客機(jī)進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),使用了什么方法

使用了高雷諾數(shù)試驗(yàn)、空氣動(dòng)力試驗(yàn)、氣動(dòng)彈性風(fēng)洞試驗(yàn)等一系列用于數(shù)據(jù)修正的方法，建立起一套從“風(fēng)洞數(shù)據(jù)”到“真實(shí)數(shù)據(jù)”的修正模型，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

高雷諾數(shù)風(fēng)洞是用增加氣流總壓，降低氣流總溫或采用重氣體或增大模型尺寸等方法，使試驗(yàn)雷諾數(shù)接近于飛機(jī)實(shí)際飛行雷諾數(shù)的風(fēng)洞。 氣動(dòng)彈性試驗(yàn)的中心內(nèi)容是飛機(jī)顫振特性研究，因此這里重點(diǎn)介紹顫振飛行試驗(yàn)。

擴(kuò)展資料風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)是運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理和流動(dòng)相似性原理。根據(jù)相對(duì)性原理，飛機(jī)在靜止空氣中飛行所受到的空氣動(dòng)力，與飛機(jī)靜止不動(dòng)、空氣以同樣的速度反方向吹來，兩者的作用是一樣的。

但飛機(jī)迎風(fēng)面積比較大，如機(jī)翼翼展小的幾米、十幾米，大的幾十米（波音747是60米），使迎風(fēng)面積如此大的氣流以相當(dāng)于飛行的速度吹過來，其動(dòng)力消耗將是驚人的。 根據(jù)相似性原理，可以將飛機(jī)做成幾何相似的小尺度模型，只要保持某些相似參數(shù)一致，試驗(yàn)的氣流速度在一定范圍內(nèi)也可以低于飛行速度，并可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推算出真實(shí)飛行時(shí)作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力。

參考資料來源：百度百科-風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。

3.風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的要求

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)是流動(dòng)相似原理。由于風(fēng)洞尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、模型、實(shí)驗(yàn)氣體等方面的限制，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)要作到與真實(shí)條件完全相似是不可能的。通常的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，只是一種部分相似的模擬實(shí)驗(yàn)。因此，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)實(shí)際內(nèi)容確定模擬參數(shù)和實(shí)驗(yàn)方案，并選用合適的風(fēng)洞和模型。模型的設(shè)計(jì)和制造是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵。模型應(yīng)滿足如下要求：形狀同實(shí)物幾何相似或符合所研究問題的需要（如內(nèi)部流動(dòng)的模擬等）；大小能保證在模型周圍獲得所需的氣流條件；表面狀態(tài)（如光潔或粗糙程度、溫度、人工邊界層過渡措施等）與所研究的問題相適應(yīng)；有足夠的強(qiáng)度和剛度，支撐模型的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可忽略或可作修正；能滿足使用測(cè)試儀器的要求；便于組裝和拆卸。此外，某些實(shí)驗(yàn)還對(duì)剛度、質(zhì)量分布有特殊要求。模型的材料在低速風(fēng)洞中一般是高強(qiáng)度木材或增強(qiáng)塑料，在高速和高超聲速風(fēng)洞中常用碳鋼、合金鋼或高強(qiáng)度鋁合金。有些實(shí)驗(yàn)根據(jù)需要還采用其他材料。模型通常都是縮尺的，也有全尺寸的，有時(shí)還可以按一定要求局部放大。對(duì)于幾何對(duì)稱的實(shí)物，還可以利用其對(duì)稱性做成模擬半個(gè)實(shí)物的模型。

對(duì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常須進(jìn)行處理和分析。其主要內(nèi)容是：將測(cè)量值換算成所需的空氣動(dòng)力學(xué)特性數(shù)據(jù)；分析綜合各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可能引入的誤差；對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出物理解釋和數(shù)學(xué)說明；根據(jù)模型流動(dòng)和實(shí)物流動(dòng)的差別，修正實(shí)驗(yàn)結(jié)果。模型流動(dòng)和實(shí)物流動(dòng)的差別主要有：由風(fēng)洞和模型造成的模擬失真，如雷諾數(shù)的差別、進(jìn)氣和噴流的模擬失真等；其次是風(fēng)洞洞壁和模型支架的干擾影響；還有風(fēng)洞流場(chǎng)的非均勻性、湍流度和噪聲影響等。其中有些可以通過計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正，更重要的是要注意積累使用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)。