跨音速动态风洞
实验流体力学-4.风洞
在实验室内进行模型试验，必须创 造一个可调节的均匀气流场。而风洞就 是产生这个均匀气流场的气动设备。实 质上是一个特殊设计的管道。 本章主要介绍低速风洞、超音速风 洞、跨音速风洞的基本工作原理和气流 特点。
主要内容
风洞的发展 风洞试验模拟的不足及其修正 风洞类别 低速风洞 超音速风洞 跨音速风洞 风洞发展动向
30/ 2小时 ≤150 50/ 0.5小时 ≤20 ≤ 0 0 250 280/ 1小时 170/ 1小时 0 外 127 内117/外 97 内125/外 103 内125外 /100
（3） 低速风洞型式
按型式分:直流式和回流式风洞 直流式：一般闭口（电机位于实验段后，避免空气 从开口实验段处直接流入）
（2）支架干扰
风洞试验中，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
风洞试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:
（4） 低速风洞模拟参数
Re数 低湍流度 湍流度对层流到湍流的转捩，边界层内部结构及 其分离，大迎角分离流，旋涡的稳定性研究，非定常 的气动力测量以及战斗机气动特性的风洞试验结果等 均产生明显影响。
风洞试验技术介绍及应用课件
风洞管道
用于产生和控制气流，通常由坚固、轻质且 耐腐蚀的材料制成。
风扇和压缩机
模型台
用于放置和固定试验模型，具备高精度和高 稳定性。
提供风洞所需的气流，具有大推力和高效率 的特点。
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控制系统
调节气流参数，如速度、方向等，保证试验 的准确性和可重复性。
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风洞设备的性能参数
最大气流速度
决定了风洞能模拟的最 高风速，是衡量风洞性 能的重要指标。
环境监测与评估
通过风洞试验技术监测环境质量，评估环境对人类和 生态的影响。
建筑领域应用
建筑风工程
通过风洞试验技术模拟建筑在风力作用下的动态响应和稳定性， 优化建筑设计。
建筑环境模拟
模拟建筑内部的环境条件，评估建筑环境的舒适度和能效。
古建筑保护
通过风洞试验技术评估古建筑在风力作用下的安全性，为古建筑 的保护提供依据。
评估汽车的空气动力学性能、行驶稳定性等参数， 提高汽车的安全性和舒适性。
汽车研发与改进
通过风洞试验技术对汽车进行性能测试和优化， 加速新车型的研发和改进。
环境模拟领域应用
气候模拟
模拟气候变化对环境的影响，研究气候变化的规律和 趋势。
自然灾害模拟
模拟自然灾害如风、雨、雪等对环境的影响，研究灾 害的预防和应对措施。
风洞工作原理
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风洞结构
风洞由收缩段、实验段、 风扇和控制系统等组成， 能够产生稳定的气流供试 验使用。
气流控制
通过调节风扇转速和控制 系统，实现对气流速度、 方向和压力等参数的控制。
模型安装与测量
试验模型安装在风洞实验 段，通过测量仪器测量气 流对模型的作用力、压力 和温度等参数。
哈尔滨空气动力研究所及风洞简介
哈尔滨空气动力研究所:中国航空工业空气动力研究院隶属于中国航空工业第一集团公司，于2000年7月由哈尔滨空气动力研究所（627所）和沈阳空气动力研究所（626所）合并组建，注册地为哈尔滨市，地址在原哈尔滨军事工程学院院内。
气动院现有职工713人，专业技术人员488人，其中，高级技术职务140人，中级技术职务204人，研究生38人，大学本科283人，享受国家政府特贴专家22人。
气动院是国家第一批授予流体力学硕士研究生招生培养权单位，2002年10月国家人事部和全国博士后管委会批准设立博士后科研工作站。
自改革开放以来，先后有118人次出国培训、技术合作和技术考察。
获得国家级科技奖17项，部级科技奖100项。
气动院拥有先进的科研设备，现有低速风洞两座，亚跨音速风洞三座。
经国防科工委批复，填补国内空白的低速增压风洞2002年开始建设。
气动院充分利用自己的技术实力，在非军品科研生产方面取得了长足发展。
以传感器技术、计算机应用和工业自动控制等为主，在油田、烟草、制药、制革、橡胶、铁路和煤炭等行业均取得较好经济效益和社会效益。
1. 风洞设备2.风洞试验技术3.气动力设计与理论研究风洞风洞（wind tunnel），是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
简介风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。
它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起NF-3低速风洞翼型实验着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。
用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。
实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。
这种方法，流动条件容易控制，可重复地、经济地取得实验数据。
为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。
航空器设计中的风洞试验技术研究
航空器设计中的风洞试验技术研究在航空领域，航空器的设计是一个复杂而精细的过程，其中风洞试验技术扮演着至关重要的角色。
风洞试验能够模拟真实飞行环境中的气流情况，为航空器的设计提供关键的数据支持和性能评估。
风洞，简单来说，就是一个用于产生可控气流的装置。
它的工作原理是通过风扇或其他动力设备驱动空气流动，经过精心设计的管道和测试段，以模拟不同速度、高度和姿态下的气流条件。
在风洞试验中，航空器模型被放置在测试段内，通过各种测量设备和传感器，获取关于气动力、力矩、压力分布等重要参数。
风洞试验技术的应用范围非常广泛。
在航空器的初步设计阶段，风洞试验可以帮助设计师确定基本的外形和气动布局。
通过对不同外形方案的测试和比较，筛选出具有较好气动性能的设计概念。
在详细设计阶段，风洞试验则用于优化机翼、机身、尾翼等部件的形状和尺寸，以提高航空器的升力、减小阻力、增强稳定性和操纵性。
风洞试验的类型多种多样。
低速风洞主要用于模拟航空器在起飞、着陆和低速飞行时的气流情况；高速风洞则能够模拟超音速和高超音速飞行条件；而跨音速风洞则专门用于研究航空器在跨音速区域（约08 至 12 倍音速）的复杂气动现象。
此外，还有低温风洞、高温风洞等特殊类型的风洞，以满足不同环境条件下的试验需求。
在进行风洞试验时，模型的制作是一个关键环节。
模型通常需要按照一定的比例缩小，并且要保证与真实航空器在外形、结构和表面粗糙度等方面具有相似性。
模型的材料选择也很重要，既要具有足够的强度和刚度，又要尽量减轻重量，以减少对试验结果的影响。
为了准确测量气动力和力矩，模型上会安装各种传感器，如压力传感器、应变片和天平系统等。
风洞试验中的测量技术也在不断发展和创新。
传统的测量方法包括压力测量、力和力矩测量等。
随着技术的进步，先进的测量手段如激光测速技术、粒子图像测速技术（PIV）和流动显示技术等得到了广泛应用。
这些技术能够提供更加详细和准确的流场信息，帮助研究人员深入了解航空器周围的气流特性。
国内0.6m跨音速风洞信息
您当前位置：首页 → 风洞信息浏览 → 0.6米×0.6米跨超声速风洞（直流暂冲）0.6米×0.6米跨超声速风洞（直流暂冲）详细信息中文名0.6米×0.6米跨超声速风洞（直流暂冲）英文名风洞内部代号风洞概况图1 风洞示意图风洞运转方式0.6米×0.6米跨超声速风洞是一座直流暂冲式跨超声速风洞；试验段截面尺寸为0.6m×0.6m。
有常压、增压和降速压三类运行方式。
投入使用时间1974-1-1风洞主要性能试验段尺寸：0.6米（宽）×0.6米（高）×1.9米（长）M数范围：0.4～4.5总温范围：273～（273+32）KRe数范围：（1.4～4.3）×106/m总压范围：（1.04～7.35）×105Pa动压范围：（0.62～8.50）×104Pa运行状态：2班/天、8000次/年马赫数分布标准差σMFL-23风洞流场品质轴向马赫数梯度dM/dx (1/m)：洞壁边界层：40～60毫米噪声：脉动压力系数≤153db风洞运行参数迎角范围：-10°～+50°侧滑角范围：-7°～+7°总压控制精度：△P0≤3‰马赫数控制精度：△M≤0.003一次吹风时间：≤40秒动力：风洞气源的容积V =10700m3、压力19.6×105Pa；气流压缩机功率4200千瓦；风洞测试设备天平：拥有系列化、量程配套各类天平，可以满足M=0.3～3.5范围试验要求压力传感器：量程（0-20）×105Pa 、测量精度（0.03）%电子扫描阀：量程（0-3）×105Pa、测量精度（0.05）%采集系统：测量通道64、采样频率10万次/秒、系统精度0.03%风洞收费标准面议风洞当前状况正常风洞所在地址四川绵阳211信箱，621000主要试验项目纵横向测力测压试验喷流、通气和铰链力矩试验抖振、颤振、动导数、表面脉动压力、噪声和湍流度测量级间分离试验马赫数0.6～0.9范围的自修正试验大攻角试验投放试验油流、激光蒸汽屏流动显示、PIV您当前位置：首页 → 风洞信息浏览 → 0.6米×0.6米跨超声速风洞（半回流暂冲）0.6米×0.6米跨超声速风洞（半回流暂冲）详细信息中文名0.6米×0.6米跨超声速风洞（半回流暂冲）英文名风洞内部代号风洞概况图1 风洞回路示意图风洞运转方式0.6米×0.6米跨超声速风洞是一座半回流暂冲式跨超声速风洞；增量吸入引射，可在较低气源压力和较小耗气量下运行;亚跨声速试验段可变开孔率；亚跨声速上下壁开孔，开孔率4.24%（0～8%可调），上下壁可在－10～10 范围内调节。
哈尔滨空气动力研究所及风洞简介
哈尔滨空气动力研究所:中国航空工业空气动力研究院隶属于中国航空工业第一集团公司，于2000年7月由哈尔滨空气动力研究所（627所）和沈阳空气动力研究所（626所）合并组建，注册地为哈尔滨市，地址在原哈尔滨军事工程学院院内。
气动院现有职工713人，专业技术人员488人，其中，高级技术职务140人，中级技术职务204人，研究生38人，大学本科283人，享受国家政府特贴专家22人。
气动院是国家第一批授予流体力学硕士研究生招生培养权单位，2002年10月国家人事部和全国博士后管委会批准设立博士后科研工作站。
自改革开放以来，先后有118人次出国培训、技术合作和技术考察。
获得国家级科技奖17项，部级科技奖100项。
气动院拥有先进的科研设备，现有低速风洞两座，亚跨音速风洞三座。
经国防科工委批复，填补国内空白的低速增压风洞2002年开始建设。
气动院充分利用自己的技术实力，在非军品科研生产方面取得了长足发展。
以传感器技术、计算机应用和工业自动控制等为主，在油田、烟草、制药、制革、橡胶、铁路和煤炭等行业均取得较好经济效益和社会效益。
1. 风洞设备2.风洞试验技术3.气动力设计与理论研究风洞风洞（wind tunnel），是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
简介风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。
它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起NF-3低速风洞翼型实验着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。
用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。
实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。
这种方法，流动条件容易控制，可重复地、经济地取得实验数据。
为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。
马赫数连续可变跨声速湿蒸汽风洞的研制
马赫数连续可变跨声速湿蒸汽风洞的研制黎石竹;蔡小舒;于剑锋;李殿玺;高阳;李俊峰;何乃波【摘要】The probe used for transonic flow measurement should be calibrated in a wind tun-nel with Mach number from subsonic to transonic.The Mach number at the outlet of the slotted nozzle is changeable due to the self-adaptive effect of the nozzle in different backpressure.There-fore,the wind tunnel equipped with the slotted nozzle may be operated from subsonic to ultrason-ic for calibrating the transonic probe.For studying the performance of the slotted nozzle with wet steam as the working medium and optimizing its structure,detail numerical simulation is carried out by solving 3-D N-S equations and the realizablek-εturbulence model.The numerical results show that converging curve、divergent section length and slot size may affect flow field character-istic of the nozzle seriously.In a certain range of backpressure and inlet pressure ratio,there are optimal convergent curve,divergent length and slot size.According to the results of the numeri-cal simulation,a wind tunnel equipped with the slotted nozzle is developed.The Mach number of the tunnel with wet steam as the working medium may be continuously varied from zero to 1 .6 . The experimental results show that the flow at the outlet of the nozzle with such optimal struc-ture are uniform and stable in a wide range of Mach number from zero to supersonic.It is quali-fied to meet the requirements of transonic probe calibrating.%用于跨声速气动测量的探针须从亚声速到超声速范围进行标定。
飞行器设计中的风洞试验
飞行器设计中的风洞试验作为飞行器设计的必要流程之一，风洞试验在设计过程中起着至关重要的作用。
风洞试验不仅能够模拟真实的空气流场，还能够通过实验手段对飞行器的设计进行优化和改进，从而提高飞行器性能和安全性。
一、什么是风洞试验？风洞试验是一种通过模拟真实流场环境，利用模型进行试验研究的技术方法。
在飞行器设计中，通过风洞实验可以模拟不同速度和空气密度下的气流流动，测量模型的阻力、升力、侧力等物理数据，同时也能够观察流场现象，从而为飞行器的设计提供科学依据。
二、风洞试验的优点1. 实验环境稳定：风洞试验可以模拟出多种不同气流环境，同时也能够稳定地控制气流速度、风向、风角等参数，从而保证实验数据的可靠性。
2. 实验数据丰富：通过风洞试验，可以获得模型在不同气流环境下的阻力、升力、侧力等物理数据，从而为设计者提供了大量的关键参数。
3. 可以优化设计：通过对实验数据的分析和比较，设计者可以更好地理解飞行器在不同条件下的性能特点，从而做出优化设计，提高飞行器的性能和安全性。
三、风洞试验的种类1. 静态风洞试验：静态风洞试验是一种通过固定模型并在其上方喷射气流进行试验的方法。
静态风洞试验可以测试模型的耐风性和风噪声等特性，同时也能够获得模型在不同风速下的阻力和升力等物理参数。
2. 动态风洞试验：动态风洞试验是在静态风洞试验的基础上，增加了机械和电子设备用于控制模型的运动和姿态。
动态风洞试验可以更加真实地模拟飞行场景，同时也可以模拟临界空速等特殊气流环境。
3. 水洞试验：水洞试验是一种利用水流进行模拟试验的方法。
在水洞试验中，设计者可以利用液体的高密度和低黏性，模拟高速气流下的飞行器状态，从而获得模型的阻力、升力、推力等物理数据。
四、风洞试验的挑战和技术难点1. 气动噪声问题：风洞试验中，高速气流会产生强烈的气动噪声，这会对模型产生影响，并对实验者造成危害。
2. 模型装配和校准：在风洞试验中，模型的装配和校准会直接影响实验数据的准确性。
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解决方案-跨音速动态风洞
位于美国弗吉尼亚州汉普顿市美国宇航局（NASA）兰利研究中心的跨音速动态风洞是一座用于研究固定翼和旋转翼飞机的气动弹性力学的连续式跨音速风洞。
跨音速动态风洞的测试区域截面积约为1.5平方米，长约2.5米。
跨音速动态风洞被广泛运用于各种试验，包括推进系统测试、自由飞试验、颤振试验、抖振试验、空气声学试验，以及需要振颤抑制等实时主动控制的试验。
自1960年以来，几乎所有美国建造的运载工具、高性能军用飞机和商业运输飞机都在跨音速动态风洞进行了测试。
跨音速动态风洞的测试需要进行256个通道静态和动态信号的实时采集和显示，要求同步进行数据的采集、显示、存储、分析，并传输数据给实时控制系统进行模型控制。
该系统采用应变计、硅膜压力传感器、压阻式加速度计、热膜风速计等多种传感器来测量模型响应，并在需要时采用执行机构对模型进行控制。
传感器数据的时间相关性往往对研究模型动态响应至关重要，特别是在需要计算两个传感器数据相干特性的情况下。
即使在不同的程控增益下，测量系统也必须有出色的通道匹配性能，以避免在相干分析中引入误差。
在跨音速动态风洞进行的测试种类众多，涵盖从稳态流体测量到高速瞬态的颤振、抖振、空气声学测量模式。
测量系统的传递函数必须同时满足瞬态和稳态测试要求。
对于一套具有256个传感器的测试系统，在每次测试前，必须要能够自动验证测量系统的性能，最好还能检查传感器和电缆的健康状态。
长时间测试时，最好能连续监视传感器的激励电压或电流、传感器电阻来验证传感器的健康状态。
此外，全自动、可溯源的年度校准系统也是必不可少的。
解决方案：
为了比较各个信号调理系统供应商，美国宇航局购买了多套小型系统进行试用评估，并对硬件进行一系列严格的认证测试。
测试包括直流和交流增益精度、直流激励精度、直流稳定性、宽带和频谱噪声、全带宽/滤波频响、瞬态响应、通带平坦度、幅度、相位匹配。
美国宇航局最终选取了PFI28000信号调理系统对安装在测试模型上的256个传感器进行模拟信号调理。
此系统采用PFI28124四通道传感器调理插卡，共有256通道，安装在42英寸高的机柜中，28124插卡的输出连接到NI的PXI数据采集系统。
传感器和数据采集系统的连接布线通过28000的背板完成。
在不断开输出电缆的情况下，28124插卡可在28000机箱中灵活插拔。
28124插卡为美国宇航局使用的多种传感器的信号调理提供了高性能、高密度、完全程控的通用解决方案。
28124插卡为桥路式传感器提供恒压激励，为各种可变电阻传感器（如动应变计或RTD电阻温度计）提供PFI独创的2线/4线制（开尔文电桥）恒流激励。
每通道提供了三路独立带缓冲的输出：一路输出连接到PXI数据采集系统，另一路输出被工程师用来进行实时分析和模型控制，第三路输出连接到测试客户提供的数据采集系统，来记录重要的风洞参数和通道信息。
在驱动接地单端负载时，插卡支持以地为参考的输出，避免引入地回路现象。
输出可以独立程控加以滤波，也可旁路滤波器使用全带宽。
PFI平坦/脉冲(FLAT/PULSE) 滤波技术允许用户程控设置滤波器的频响特性。
在做瞬态测试或时域波形比较重要的测试，采用脉冲模式滤波。
脉冲模式具有出色线性相位响应特性，这是时域波形再现以及低过冲、低抖动的瞬态响应所必需的。
对于频域分析，采用平坦模式滤波将获得出色的传递函数平坦特性。
28124信号调理插卡的产品特色之一是：即使在各通道程控设置成不同增益的情况下也能拥有出色的幅度和相位匹配度。
滤波器在整个通带内具有0.1dB幅度和1°相位的匹配度，截止频率从1Hz到100kHz可编程。
由于风洞测试成本昂贵，而且有些实验不能重复，采集数据的机会往往只有一次，美国宇航局需要高性能、高可靠性设备确保有效地采集数据。
便捷的电缆、传感器健康状态监测功能使用户能够在第一时间发现问题，及时采取措施保全重要数据。
28000信号调理系统内置的测试硬件和软件允许用户轻松地进行一系列全自动的传感器和电缆健康状态检查。
系统采用PFI独创的动态分路校准技术来验证传感器电阻以及电缆电容产生的频响衰减。
所有的测试和测量系统都需要定期校准。
通常情况下，这意味着测试系统被拆解，插卡被拔出，并运到内部校准实验室或运回原厂。
这个过程需要30天的停机时间。
美国宇航局严格的测试进度不能允许每年1个月的停机时间，因此需要自动现场校准。
PFI系统内置的测试硬件和软件允许用户在现场执行NIST可溯源的校准测试，无需从机柜中移出系统。
为了满足更严格的校准要求，PFI的ACLASS认可的校准实验室可应客户需求为设备提供
ANSI/NCSL Z540-1-1994、ISO 17025:2005和ANSI/NCSL Z540.3-2006认证校准。
方案特点：
•针对风洞试验的256通道通用信号调理系统
•同一个放大器模块支持多种传感器信号
•提供对称恒压激励（零共模）或对称恒流激励
•全程控传感器桥路配置：1、2、4桥臂，120、350、1000欧姆桥
电阻：
•全程控恒流配置：2线/4线制（开尔文连接）
•无论增益如何设定，放大器都具有出色的幅度和相位匹配度
•程控低通滤波器，可选择平坦/脉冲（FLAT/PULSE）模式，适用于频域或时域分析
•程控低通滤波器截止频率范围：1Hz-100kHz
•程控交流/直流耦合
•每个通道具有三路缓冲输出，可独立程控设置滤波器；具有Ground Sense功能，驱动单端负载时，不会形成地回路
•高密度：256通道仅占用42英寸高的机柜空间
•传感器、电缆、信号调理器和数据采集器的自动验证
•独创AC Shunt Cal技术，用以评估包括传感器和电缆在内的系统交流响应
•全自动NIST可溯源的现场校准测试
•PFI的ACLASS认可校准实验室，可为所有设备提供ANSI/NCSL Z540-1-1994、ISO17025:2005和ANSI/NCSL Z540.3-2006认证校准。