试验装置SHFD风洞
实验流体力学(4)
第一节 风洞试验装置
图6 单自由度的闭环磁悬挂系统
第一节 风洞试验装置
校准问题： 天平校准分为静校和动校两种。 利用校正装置对天平进行静态标定称为天平静
校。天平静校的目的是：证明天平能够受多大载荷； 测定每个分量的校准系数、灵敏度；测定天平的干 扰和变形；校验载荷数据的重复性，从而确定天平 使用公式和天平的精度、刚度和强度。
最早的水洞是英国C.A.帕森斯于1896年建造的。
第二节 水动力学试验装置
水洞有压力调节系统。水洞上游顶部的密闭箱中有自由水 面，水面上有空气，与真空泵连接。抽出空气时，可以降低试 验段中的压强，也可以增加试验段中的压强。水洞有去气系统， 以减少水中的空气含量；水通过管路进入去气塔，去气后回到 水洞。水洞的控制系统调控水流速度和压力，并且调控测试系 统和数据处理系统等。
➢ 除上述实验外，还有一些专门的测力实验，如铰链力矩测量 、摩阻测量、进气道阻力测量、马格纳斯力和力矩测量等， 这些都要有专门设计的天平。
第一节 风洞试验装置
(2) 测压实验 ➢ 风洞洞壁、模型表面上各点和气流中各点的当地压力参数测
量。 ➢ 风洞中最常见的测压实验是模型表面压力分布测量。模型表
面上直接开有测压孔。通过实验，可以了解局部流动特性并 积分出总的气动特性。常见的有飞行器测压、汽车测压和建 筑物测压等。
第一节 风洞试验装置
➢ 操纵面嗡鸣实验。操纵面嗡鸣是飞行器作跨声速飞行时由于 翼面上的激波、波后的边界层分离和操纵面偏转的相互作用 而产生的单自由度不稳定运动。操纵面嗡鸣对马赫数很敏感 。发生嗡鸣会降低操纵效率甚至使操纵失效，严重时将导致 结构的疲劳破坏。
➢ 非定常压力测量。这种测量是研究非定常气动力的基本手段 。测量方法有两种：
SHFD低速风洞全机测力实验报告报告
飞行器设计与工程专业综合实验SHFD低速风洞全机模型气动力和力矩测量试验报告院系：专业：飞行器设计与工程班级：学号：姓名：风洞试验任务书姓名：班级：2 学号：指导教师：完成日期：2015年9月20日实验小组：第二组组长：（学号：）小组成员：姓名学号试验任务表实验风洞：SHFD 时间：2014.8.31~2015.9.20试验类型试验状态备注DSBM-01 标模测力试验纵向试验β=00：α=-40~120 ; ∆α=20β=00：α=120~320;∆α=40试验风速V=27m/s 横向实验α=40：β=-160~160；∆β=40α=80：β=-160~160；∆β=40摘要本次试验采用SHFD低速闭口回流风洞对DBM-01标准模型在不同迎角及侧滑角下受升力，阻力，侧力，俯仰力矩，滚转力矩，偏航力矩变化情况进行了测量，对SHFD低速风洞进行了详细的介绍，包括风洞的动力系统、控制和数据采集系统等。
最后根据模型所受各力随迎角变化情况应用tecplot 软件绘制出Cy-α，Cy-Cx，Mz-Cy，Cz-β，Mx-β，My-β曲线。
关键词 DBM-01标模测力实验 SHED风洞 tecplot目录第一章实验名称与要求 (1)1.1 实验名称 (1)1.2 实验要求 (1)第二章实验设备 (1)2.1风洞主要几何参数 (1)2.2流场主要技术指标 (2)2.3 控制与数据采集系统 (2)2.4 风洞动力系统 (2)2.5 DBM-01标准模型 (2)第三章风洞实验原理 (4)3.1相对性原理和相似准则 (4)3.2主要测量过程 (4)第四章实验方法及步骤 (6)4.1 了解风洞组成及开车程序 (6)4.2 制定试验计划 (6)4.3 模型及天平准备 (6)4.4实验步骤 (8)第五章实验数据处理与分析 (9)5.1干扰修正计算 (9)5.2实验结果分析 (11)结论 (21)参考文献 (22)第一章实验名称与要求1.1 实验名称全机模型气动力和力矩测量1.2 实验要求通过低速风洞常规测力试验，深化对空气动力学理论的理解，初步掌握空气动力低速风洞试验技术：常规测力实验设备的使用，了解使用工业控制机对风洞风速和模型姿态角控制和信号采集及处理的基本方法。
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。
02
01
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。
04
03
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
01
02
03
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。
SHFD低速风洞全机测力实验报告解析
飞行器设计与工程专业综合实验SHFD低速风洞全机模型气动力和力矩测量试验报告院系：专业：飞行器设计与工程班级：学号：姓名：风洞试验任务书姓名：班级：2 学号：指导教师：完成日期：2015年9月20日实验小组：第二组组长：（学号：）小组成员：摘要本次试验采用SHFD低速闭口回流风洞对DBM-01标准模型在不同迎角及侧滑角下受升力，阻力，侧力，俯仰力矩，滚转力矩，偏航力矩变化情况进行了测量，对SHFD低速风洞进行了详细的介绍，包括风洞的动力系统、控制和数据采集系统等。
最后根据模型所受各力随迎角变化情况应用tecplot 软件绘制出Cy-α，Cy-Cx，Mz-Cy，Cz-β，Mx-β，My-β曲线。
关键词 DBM-01标模测力实验 SHED风洞 tecplot目录第一章实验名称与要求 (1)1.1 实验名称 (1)1.2 实验要求 (1)第二章实验设备 (1)2.1风洞主要几何参数 (1)2.2流场主要技术指标 (2)2.3 控制与数据采集系统 (2)2.4 风洞动力系统 (2)2.5 DBM-01标准模型 (2)第三章风洞实验原理 (4)3.1相对性原理和相似准则 (4)3.2主要测量过程 (4)第四章实验方法及步骤 (6)4.1 了解风洞组成及开车程序 (6)4.2 制定试验计划 (6)4.3 模型及天平准备 (6)4.4实验步骤 (8)第五章实验数据处理与分析 (9)5.1干扰修正计算 (9)5.2实验结果分析 (11)结论 (21)参考文献 (22)第一章实验名称与要求1.1 实验名称全机模型气动力和力矩测量1.2 实验要求通过低速风洞常规测力试验，深化对空气动力学理论的理解，初步掌握空气动力低速风洞试验技术：常规测力实验设备的使用，了解使用工业控制机对风洞风速和模型姿态角控制和信号采集及处理的基本方法。
了解风洞试验数据的修正和处理方法，熟悉低速风洞标模的气动力特性规律和分析方法，初步掌握实验数据曲线的绘制软件的应用，为飞行器设计和空气动力学深入研究奠定。
SHFD低速风洞旋转体机身测压实验报告
SHFD低速风洞旋成体机身模型测压试验数据处理报告院系：专业：飞行器设计与工程班级：学号：姓名：风洞试验任务书姓名：班级：学号：2 指导教师：完成日期：2015年9月20日实验小组：第二组组长：（学号：）小组成员：摘要本次的试验就是测量旋成体机身表面的压强分布，绘制压力曲线，采用SHFD低速风洞对旋转体机身进行吹风试验。
分别完成其纵向实验和横向实验，通过压力扫描系统可以在计算机中得到旋转体机身表面各截面上测压口的压力。
通过计算可以得到其压力系数，最后通过tecplot软件即可画出各个截面的压力分布情况以及上下子午线的压力分布情况。
关键词旋成体机身风洞试验纵向试验横向实验tecplot目录第一章实验名称及要求 (1)第二章实验设备 (2)2.1 风洞主要几何参数 (2)2.2 风洞动力系统 (2)2.3 控制和数据采集系统 (2)2.4 压力扫描系统 (3)2.5风洞流场的主要技术指标 (4)2.6 试验模型 (4)第三章实验原理 (8)3.1风洞实验原理 (8)3.1.1 相对性原理和相似准则 (8)3.1.2 主要测量过程 (8)3.2测压实验原理 (9)第四章实验方法及步骤 (11)4.1 实验准备 (11)4.2计算雷偌数 (11)4.3分配任务 (12)4.4 实验过程 (12)第五章实验数据处理 (13)5.1 实验数据修正计算 (13)5.2 纵向和横向实验曲线图及分析 (14)结论 (21)参考文献 (22)附录 (23)第一章实验名称及要求1.1 实验名称旋成体机身测压试验1.2 实验要求通过试验深化对空气动力学的理论的理解，初步掌握空气动力低速风洞试验技术：常规测力实验设备的使用，了解使用工业控制机对风洞风速和模型姿态角控制和信号采集及处理的基本方法。
熟悉低速风洞标模试验的气动力变化规律，初步掌握风洞试验数据的修正、处理和分析的方法，掌握科学计算、试验曲线绘图软件的应用。
第二章 实验设备本次试验采用沈阳航空工业学院SHFD 低速闭口回流风洞（如图2.1）2.1 风洞主要几何参数风洞试验段：闭口宽×高×长 = 1.2m ×1.0m ×3m ，四角切角。
全机测力风洞试验指导书
一、试验名称：低速风洞全机模型气动力和力矩测量试验二、试验目的及要求通过试验，深化对空气动力学理论的理解，初步掌握空气动力低速风洞试验技术：常规测力试验设备的使用，了解使用工业控制机对风洞风速和模型姿态角控制和信号采集及处理的基本方法。
了解风洞试验数据的修正和处理方法，初步掌握低速风洞测力的空气动力特性的规律和分析方法，试验数据曲线的绘制软件的应用。
三、试验设备本次试验采用沈阳航空工业学院SHDF低速闭口回流风洞（见图1）：1、风洞主要几何参数风洞试验段：闭口宽×高×长= 1.2m×1.0m×3m，四角切角。
风洞收缩段：收缩比n = 8，长1m。
风洞稳定段：圆形，截面尺寸直径4m，总长2m。
蜂窝器为正六角形孔，对边距20mm，深300mm。
阻尼网共6层，20目。
图1 SHDF低速风洞平面图2、风洞动力系统变频器驱动三项异步交流电机带动螺旋桨工作。
变频器功率75kW；电机为四极，功率75kW。
桨叶翼型为RAF-D, -E，共6叶。
3、控制和数据采集系统风洞的控制系统是由计工业控制计算机（研华610H）、风速传感器（DCXL-10D）和变频器（SPF-75）组成，用VB语言开发的控制程序，对风速进行闭环控制，风速的控制精度为±0.2m/s。
模型姿态控制由计算机、步进电机驱动器（BQH-300Y）和步进电机（110BF003）分别带动模型支撑系统（尾撑和腹撑）做垂直面内转动（称为迎角α）。
迎角α转动范围为-15°~+25°，侧滑角由转盘涡轮蜗杆手动控制，β转动范围为-180°~+180°。
由旋转编码器实施测量转动角度。
数据采集系统是通过数据采集处理程序驱动，将杆式应变天平受力（或力矩）变形感应到的电压变化信号和压力传感器输出的电压信号，通过信号调理器（XL 2102E）及高精度稳压电源（XL 2101）对信号进行滤波、放大后，送入12位数据采集卡（PCL－818L）变为数字量，进入计算机中央处理器处理。
雷诺数和侧风对S型垂直轴风力机气动特性的影响
Chinese Journal of Turbomachinery Vol.66，2024,No.1Effects of Reynolds Number and Crosswind on AerodynamicCharacteristics of S-type Vertical Axis Wind Turbine *Yang Zhu 1Hang Zuo 1Jian-yong Zhu 1，*Xiu-yong Zhao 2(1.College of Aero-engine,Shenyang Aerospace University；2.China Energy Science and Technology Research Institute Co.,Ltd.)Abstract：Compared with the large wind turbine working in wild wind field,the small wind turbine is easily affected by low wind speed,high turbulence and time-varying wind speed and direction in urban wind environment.The effects of Reynolds number and inflow angle on the aerodynamic performance of small S-type vertical axis wind turbine are numerically studied.The results show that the aerodynamic performance of S-type wind turbine is not sensitive to Reynolds number,the power coefficient of which almost does not change with Reynolds number.The crosswind leads to the deterioration of the aerodynamic performance,mainly reflected in the decrease of the static torque coefficient and the power coefficient,and the higher the crosswind inflow angle is,the worse aerodynamic performance is.The flow mechanism of crosswind on the aerodynamic performance is revealed mainly in two aspects.On the one hand,the inflow angle obviously decreases the horizontal velocity component of the incoming flow.On the other hand,the vertical velocity component decreases the pressure difference of the advancing blades,while increases the pressure difference of the returning blades,thereby further decreasing the aerodynamic performance.Keywords：Wind Energy;S-type Vertical Axis Wind Turbine;Reynolds Number;Inflow Angle;Numerical Simulation摘要：相较于工作在郊外良好风场的大型风力机，小型风力机易受城市风环境如低风速、高湍流度以及时变风速风向的影响。
风洞试验技术介绍及应用课件
建筑领域
建筑风工程研究
风洞试验在建筑领域主要用于研究建筑物的风工程性能， 如风压、风载等。通过风洞试验，可以评估建筑物的抗风 能力，为建筑设计提供依据。
建筑结构优化
风洞试验可以帮助优化建筑物的结构设计，通过改进建筑 物的抗风性能，可以提高建筑物的稳定性和安全性。
城市规划与环境影响评估
风洞试验可以模拟建筑物和城市规划对周围环境的影响， 用于评估城市规划方案的环境影响和安全性。
动态相似
在风洞试验中，需要保证模型上的气流速度与真 实世界中的气流速度成比例关系，以便实现动态 相似。
雷诺数相似
雷诺数是一个描述流体流动状态的参数，风洞试 验中需要保证模型与真实物体在雷诺数上相似。
03 风洞试验技术分 类
低速风洞
主要用于模拟大气边界层内的流动现象。
低速风洞主要用于模拟大气边界层内的流动现象，如飞机、汽车等地面交通工具 的空气动力学性能测试。由于低速气流中不存在音障，因此低速风洞的试验速度 较低，通常在亚音速范围内。
环境工程领域
气象与气候研究
环境工程设计
灾害预警与防控
风洞试验在环境工程领域可用 于研究气象和气候变化对环境 的影响。通过模拟不同气候条 件下的气流运动，可以研究气 候变化对环境的影响和预测未 来气候变化趋势。
风洞试验可以为环境工程设计 提供依据，如风电场选址、环 保设施布局等。通过模拟气流 运动和环境因素，可以评估设 计方案的有效性和可行性。
现代发展
随着科技的不断进步，风洞试验技术也在不断改 进和完善，应用领域也更加广泛。
风洞试验技术的应用领域
航空航天
风洞试验技术在航空航天领域 的应用最为广泛，主要用于飞 行器的空气动力学性能测试。
汽车工业
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1
cN 0 (cpl cpu )d x
cA
yum ylm
(cpB
cpA )d
y
式中， x y yum ylm 表示翼型坐标 x y
和翼型上、下表面最大纵坐标相对于弦长c的无量纲量。把两个角度的法 向力系数和轴向力系数积分，求出轴向力和法向力。
3实验装置 (1)SHFD风洞
注意测量压力不能超出扫描阀测量点的量程。待风速稳定后记录存储各点压
力值 pi 、p
（习惯上这些值称为末读数）。
由上述存储数值，如果初读数各不相同或者是不为零时，则
Cp
( pi
pi0 ) ( p
1 2
v2
p0 )
其中，ξ为风洞速压修正系数。SHFD风洞该系数在常用风速区随风速变化
数据采集并存储。 数据采集处理和控制程序是用VB语言自行开发的。 ① 流场主要技术指标 表8.1风洞流场参数
处理的基本方法。
2 实验原理 二元翼型实验 (1) 翼型参数
NPU0417全铝模型，翼展长996mm，弦长300mm，翼型最 大厚度51mm，翼面积0.3m2，旋转中心位于弦长的25%处。可 以做测压和测力实验，见图8.2。
996 21
498
75 300
图8.2. 二元翼型示意图 NPU0417全铝模型，翼展长996mm，弦长300mm，翼型最大厚度51mm， 面积0.3m2，旋转中心位于弦长的25%处。可以做测压和测力实验，见图8.2。 表8.2二元翼型测压点距前缘距离（mm）
较小，在一般实验中可取为常数， 0.9775。
如果扫描阀系统当天经过压力标准校准，当实验风速为零时，初读数可以
忽略不计，则上式可以简化为：
Cp pi p
1 2
v 2
最后，以测压点在翼弦上距前缘的相对距离（ xi 100%
b
，b为弦长，xi为距前缘距离）为横坐标，以Cp为纵坐标绘制翼型表面压力
18 9
20 9
22 9
24 9
26 9
注：其中测压孔编号从翼型上表面后缘开始
(2) 测压实验
在中间剖面上下翼面各开有15个测压孔，前缘开有1个测压孔。测出
的表面压力换算成压力系数
Cp
pi p
1 2
V2
其中，pi为测量的表面压力；p∞为远前方静压，取实验段入口处皮托管所
静压；V∞为来流速度；ρ为空气密度。V∞为来流速度，可以取为实验风速，即
本次实验采用沈阳航空工业学院动力与能源工程学院SHFD低速闭口回流 风洞。风洞始建于2002年，由航院师生自主研制而成。其气动轮廓图见图 8.1。
①风洞主要几何参数 实验段 闭口实验段：宽×高×长 = 1.2m×1.0m×3m，四角切角
收缩段 收缩比n = 8，长2.5m。
稳定段 圆形，截面尺寸直径3.57m，总长2m。蜂窝器为正六角形孔，对边距 20mm，深300mm。阻尼网共6层，20目。见图8.1。
V∞＝V实验
首先在启动风洞之前，当实验风速V = 0时测量存储各测压孔的压力及皮托
管的总静压 pi0 、p0
（习惯上这些值称为初读数）。如果扫描阀校准之后这些初读数数值基本为 零时，可以忽略初读数（一般扫描阀当天校准后，初读数基本都为零）。
然后启动风洞，当V = V实验时监视连接各测压孔的扫描阀各通道压力值；
实验项目设置一览表
序
实验名称
号
1
不可压缩流体恒定流能量方 程实验
2 管内流动沿程损失实验
3 附面层内速度分布测定实验
4 二元翼型绕流特性实验
5
不可压缩流体恒定流动量方 程实验
6 雷诺实验
7 局部阻力损失实验
8 文丘里流量计实验
实验学 实验性 开课模
时
质
式
1
验证 必做
1
验证 必做
1
验证 必做
2
验证 必做
图8.1 沈阳航空学院SHFD低速闭口回流式风洞气动轮廓图
风洞动力系统 变频器驱动三项异步交流电机带动螺旋桨工作。 变频器功率75kW；电机为四极，功率75kW。桨叶翼型为 RAF_D, -E，共6叶。 控制和数据采集系统 由计算机（研华610H工业控制计算机）、风速传感器 （DCXL-10D）和变频器（SPF-75）组成闭环控制系统对风速 进行控制。风速控制精度±0.2m/s。 模型姿态控制由计算机、步进电机驱动器（BQH-300Y）和 步进电机（110BF003）分别带动模型支撑系统（尾撑和腹撑） 做垂直面内转动（称为迎角α ）。迎角α 转动范围为-15°~+25°， 侧滑角由转盘涡轮蜗杆手动控制，β转动范围为-180°~+180°。 由旋转编码器实施测量转动角度。 数据采集系统：由天平和压力传感器输出信号，通过信号调 理器（XL 2102E）及高精度稳压电源（XL 2101）对信号进行 滤波、放大后，送入12位数据采集卡（PCL－818L）变为数字 量，进入计算机中央处理器处理。测压部分则由压力扫描阀进 行数
1
验证
1 1
验证 验证
选做1 项
1
验证
实验8 二元翼型绕流特性实验
1 实验目的 ⑴ 测量二元翼型的压力分布，绘制压力曲线，学习气动力计算； ⑵ 了解流体力学相似参数的生成和使用； ⑶ 了解物面压力分布的表示方法及通过压力分布分析流态的方法 ⑷ 了解使用工业控制机对风洞风速和模型姿态角控制和信号采集及
0 c
pl
dx
c
0 ( pl pu )dx
A
pdy dy
式中，c为翼型弦长，下标u和 l 分别表示翼型上、下表面，yum 和 ylm
分别表示翼型上、下表面最大纵坐标值，下标B和A分别表示翼型最大厚 度之前和最大厚度之后。如果将上两式写成法向力系数 cN 和轴向力系数 cA
分布曲线。如图8.3：（本实验可以 可以利用此法作图）
图8.3 坐标法翼型压力分布图
图8.4 矢量法翼型压力分布图
模型表面压力分布曲线除坐标法表示外还可以用矢量法图8.4。积分翼型 表面压力分布即可以得到作用在翼型上的总的法向力N和轴向力A，即
N
pdx
c 0
pudx
序 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1 6
距 离
26 9
24 7
22 5
20 3
17 9
15 5
13 1
10 7
83
63
47
34
23
15
8
3
序 号
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
距 离
0
10
22
36
54
77
10 0
12 3
14 6
16 9