風洞實驗方法(風洞實驗是如何進行的)

1.風洞實驗是如何進行的

風洞是進行空氣動力學實驗的一種主要設備，幾乎絕大多數(shù)的空氣動力學實驗都在各種類型的風洞中進行。風洞的原理是使用動力裝置在一個專門設計的管道內(nèi)驅(qū)動一股可控氣流，使其流過安置在實驗段的靜止模型，模擬實物在靜止空氣中的運動。測量作用在模型上的空氣動力，觀測模型表面及周圍的流動現(xiàn)象。根據(jù)相似理論將實驗結(jié)果整理成可用于實物的相似準數(shù)。實驗段是風洞的中心部件，實驗段流場應模擬真實流場，其氣流品質(zhì)如均勻度、穩(wěn)定度（指參數(shù)隨時間變化的情況）、湍流度等，應達到一定指標。風洞主要按實驗段速度范圍分類，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。低速風洞：實驗段速度范圍為0~100 米/秒或馬赫數(shù)Ma=0~0.3左右 ；亞聲速風洞：Ma=0.3~0.8左右；跨聲速風洞：Ma=0.8 ~1.4（或1.2）左右；超聲速風洞：Ma=1.5~5.0左右；高超聲速風洞Ma=5.0~10（或12）；高焓高超聲速風洞Ma>10（或12）。風洞實驗的主要優(yōu)點是：①實驗條件（包括氣流狀態(tài)和模型狀態(tài)兩方面）易于控制。②流動參數(shù)可各自獨立變化。③模型靜止，測量方便而且容易準確。④一般不受大氣環(huán)境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動力學實驗手段相比，價廉、可靠等。缺點是難以滿足全部相似準數(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。

風洞實驗的主要項目有測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態(tài)模型實驗和流態(tài)觀測實驗等。測力和測壓實驗是測定作用于模型或模型部件（如飛行器模型中的一個機翼等）的氣動力及表面壓強分布，多用于為飛行器設計提供氣動特性數(shù)據(jù)。傳熱實驗主要用于研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動加熱現(xiàn)象。動態(tài)模型實驗包括顫振、抖振和動穩(wěn)定性實驗等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實物的結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量分布和變形。流態(tài)觀測實驗廣泛用于研究流動的基本現(xiàn)象和機理。計算機在風洞實驗中的應用極大地提高了實驗的自動化、高效率和高精度的水平。

2.對大型客機進行風洞實驗,使用了什么方法

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

高雷諾數(shù)風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，使試驗雷諾數(shù)接近于飛機實際飛行雷諾數(shù)的風洞。 氣動彈性試驗的中心內(nèi)容是飛機顫振特性研究，因此這里重點介紹顫振飛行試驗。

擴展資料風洞實驗的理論依據(jù)是運動相對性原理和流動相似性原理。根據(jù)相對性原理，飛機在靜止空氣中飛行所受到的空氣動力，與飛機靜止不動、空氣以同樣的速度反方向吹來，兩者的作用是一樣的。

但飛機迎風面積比較大，如機翼翼展小的幾米、十幾米，大的幾十米（波音747是60米），使迎風面積如此大的氣流以相當于飛行的速度吹過來，其動力消耗將是驚人的。 根據(jù)相似性原理，可以將飛機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)試驗結(jié)果推算出真實飛行時作用于飛機的空氣動力。

參考資料來源：百度百科-風洞實驗。

3.風洞實驗的要求

風洞實驗的理論依據(jù)是流動相似原理。由于風洞尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、模型、實驗氣體等方面的限制，風洞實驗要作到與真實條件完全相似是不可能的。通常的風洞實驗，只是一種部分相似的模擬實驗。因此，在實驗前應根據(jù)實際內(nèi)容確定模擬參數(shù)和實驗方案，并選用合適的風洞和模型。模型的設計和制造是風洞實驗的一個關鍵。模型應滿足如下要求：形狀同實物幾何相似或符合所研究問題的需要（如內(nèi)部流動的模擬等）；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；有足夠的強度和剛度，支撐模型的方式對實驗結(jié)果的影響可忽略或可作修正；能滿足使用測試儀器的要求；便于組裝和拆卸。此外，某些實驗還對剛度、質(zhì)量分布有特殊要求。模型的材料在低速風洞中一般是高強度木材或增強塑料，在高速和高超聲速風洞中常用碳鋼、合金鋼或高強度鋁合金。有些實驗根據(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，有時還可以按一定要求局部放大。對于幾何對稱的實物，還可以利用其對稱性做成模擬半個實物的模型。

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