風洞實驗室有哪些種類?
- 發表時間:2022-12-01
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風洞實驗室的種類很多,有不同的分類方法。按實驗段氣流速度大小來區分,可以分為(wei) 低速、高速和高超聲速風洞。
風洞即風洞實驗室,它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具之一。
低速風洞
在低速風洞中,常用能量比Er衡量風洞運行的經濟性。式中v0和A0分別為(wei) 實驗段氣流速度和截麵積;ρ為(wei) 空氣密度;η和N分別為(wei) 驅動裝置係統效率和電機的輸入功率。對於(yu) 閉口實驗段風洞Er為(wei) 3~6。
雷諾數Re是低速風洞實驗的主要模擬參數,但由於(yu) 實驗對象和項目不同,有時尚需模擬另一些參數,在重力起作用的一些場合下(如尾旋、投放和動力模型實驗等)還需模擬弗勞德數Fr,在直升機實驗中尚需模擬飛行馬赫數和旋翼翼尖馬赫數等。
高速風洞
實驗段內(nei) 氣流馬赫數為(wei) 0.4~4.5的風洞。按馬赫數範圍劃分,高速風洞可分為(wei) 亞(ya) 聲速風洞、跨聲速風洞和超聲速風洞。
亞(ya) 聲速風洞
風洞的馬赫數為(wei) 0.4~0.7。結構形式和工作原理同低速風洞相仿,隻是運轉所需的功率比低速風洞大一些。
跨聲速風洞
風洞的馬赫數為(wei) 0.5~1.3。diyi座跨聲速風洞是美國航空谘詢委員會(hui) (NACA)在1947年建成的。它是一座開閉比為(wei) 12.5%、實驗段直徑為(wei) 308.4毫米的開縫壁風洞。此後跨聲速風洞發展很快,到50年代就已建設了一大批實驗段口徑大於(yu) 1米的模型實驗風洞。
超聲速風洞
洞內(nei) 氣流馬赫數為(wei) 1.5~4.5的風洞。風洞中氣流在進入實驗段前經過一個(ge) 拉瓦爾管而達到超聲速。隻要噴管前後壓力比足夠大,實驗段內(nei) 氣流的速度隻取決(jue) 於(yu) 實驗段截麵積對噴管喉道截麵積之比。*座超聲速風洞是普朗特於(yu) 1905年在德國格丁根建造的,實驗馬數可達到1.5。
高超聲速風洞
馬赫數大於(yu) 5的超聲速風洞。主要用於(yu) 、人造衛星、航天飛機的模型實驗。實驗項目通常有氣動力、壓力、傳(chuan) 熱測量和流場顯示,還有動穩定性、低熔點模型燒蝕、質量引射和粒子侵蝕測量等
。高超聲速風洞主要有常規高超聲速風洞、低密度風洞、激波風洞、熱衝(chong) 風洞等形式。
常規高超聲速風洞
它是在超聲速風洞的基礎上發展起來的。常規高超聲速風洞的運行原理與(yu) 超聲速風洞相似,主要差別在於(yu) 前者須給氣體(ti) 加熱。常規高超聲速風洞的典型氣動性能以實驗馬赫數和單位雷諾數來表征。以空氣作實驗氣體(ti) 的典型風洞的實驗馬赫數為(wei) 5~14,每米雷諾數的量級為(wei) 3×106。
低密度風洞
形成稀薄(低密度)氣體(ti) 流動的高超聲速風洞。它為(wei) 研製航天器提供高空飛行的氣動環境,也是研究稀薄氣體(ti) 動力學的實驗工具。低密度風洞主要進行滑移流態和過渡流態下的實驗,主要模擬克努曾數、馬赫數、物麵平均溫度和滯止溫度(氣體(ti) 速度變成零時的溫度)之比(約為(wei) 0.06~1)等參數,以及高溫低壓下的真實氣體(ti) 效應。
利用激波壓縮實驗氣體(ti) ,再用定常膨脹方法產(chan) 生高超聲速實驗氣流的風洞。它由一個(ge) 激波管和連接在它後麵的噴管等風洞主要部件組成。在激波管和噴管之間用膜片(第二膜片)隔開,噴管後麵被抽成真空。
熱衝(chong) 風洞
利用電弧脈衝(chong) 放電定容地加熱和壓縮實驗氣體(ti) ,產(chan) 生高超聲速氣流的風洞。熱衝(chong) 風洞的實驗氣流是準定常流動(見非定常流動),實驗時間約20~200毫秒;實驗過程中弧室氣體(ti) 壓力和溫度取決(jue) 於(yu) 實驗條件和時間,與(yu) 高超聲速風洞和激波風洞相比大約要低10~50%。
所以要瞬時、同步地測量實驗過程中實驗段的氣流參量和模型上的氣動力特性,並采用一套專(zhuan) 門的數據處理技術。熱衝(chong) 風洞的研製開始於(yu) 20世紀50年代初,略後於(yu) 激波風洞。
專(zhuan) 用風洞
為(wei) 了滿足各種特殊實驗的需要,還可采用各種專(zhuan) 用風洞,冰風洞供研究飛機穿過雲(yun) 霧飛行時飛機表麵局部結冰現象。
尾旋風洞供研究飛機尾旋飛行特性之用。這種風洞的實驗段垂直放置,氣流上吹呈碟形速度分布,而且風速可以迅速改變,能托住尾旋模型使其不致下墜。
汽車風洞
汽車風洞有模型風洞、實車風洞和氣候風洞等,模型風洞較實車風洞小很多,其投資及使用成本也相對小些。
在模型風洞中隻能對縮小比例的模型進行試驗,其試驗精度也相對低些。實車風洞則很大,建設費用及使用費用極高。
目前世界上的實車風洞還不多,主要集中在日、美、德、法、意等國的大汽車公司。
氣候風洞主要是模擬氣候環境,用來測定汽車的一般性能(如空洞性能等)的風洞。
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