风洞和风洞试验
风洞实验应用的是什么原理
风洞实验应用的是什么原理1. 引言风洞实验是一种非常重要的实验手段，广泛应用于航空、汽车工程、建筑等领域。
通过模拟真实环境，在实验室中进行气流的模拟，可以帮助工程师们研究空气动力学问题，并优化设计，提高产品性能。
在进行风洞实验时，我们需要了解风洞实验应用的基本原理。
2. 风洞的基本原理风洞实验的基本原理就是通过空气流动来模拟实际的气流场。
风洞是一个由细长的结构组成的容器，内部建造有与外部环境接触的入口和出口。
通过控制入口处的风速和流量，可以模拟各种不同的实际气流条件。
3. 风速控制原理风洞中的风速控制是风洞实验中最重要的一部分。
通过调整入口处的风速，可以模拟不同的空气风速条件，以满足不同的实验要求。
主要的风速控制原理包括下面几种：•风扇控制原理：通过调整风扇的转速，控制空气流动的速度。
可以通过调整电机的电流或电压来改变风扇的转速，从而控制风速。
•蜗轮蜗杆控制原理：通过调整蜗轮蜗杆传动的速度比例，来控制空气流动的速度。
•变频器控制原理：通过调节变频器的输出频率，控制驱动风机的电机转速，从而控制风速。
4. 流场模拟原理风洞实验不仅要求模拟空气的流速，还需要模拟真实的气流场。
通过合理的设计和布置风洞内部的结构，可以使空气在风洞内产生平稳的流动，并尽可能地接近实际气流场。
以下是常用的流场模拟原理：•入流条件仿真：通过设置合适的进口边界条件，使得入流的速度和流场分布与实际情况相符。
•出流条件仿真：通过设置合适的出口边界条件，使得出流的条件与实际情况相符。
•增加障碍物：在风洞内部设置相应的障碍物，以模拟实际场景中的建筑、车辆等物体对空气流动的影响。
5. 实验数据采集原理风洞实验的另一个重要方面是实验数据的采集与记录。
在风洞实验中，我们需要采集各种参数，如气流速度、压力分布、升力和阻力等相关数据。
以下是常用的实验数据采集原理：•压力传感器：用于测量风洞壁面的压力分布。
通过将压力传感器安装在风洞内部的壁面上，可以测量不同位置的压力值。
风洞试验技术介绍及应用
二、风洞测试技术
风速测试技术 风压测试技术
风力测试技术
风速测量技术
皮托静压管（Pitot-static tube）
对于低速（即风速不超过0.3倍音速， 约100m/s）、不可压缩的流动，沿某一流 线作稳定流动的不可压缩无粘性气流应满 足下述伯努力方程：
1 U 2 C 2
p
ZD-1风洞典型工程测振试验
同塔四回路输电铁塔
ZD-1风洞典型工程测振试验
1800t柔性腿吊机
ZD-1风洞典型工程测振试验
复合屋面板单元测振试验
参考教材
黄本才,汪丛军.结构抗风分析原理及应用(第 二版)[M].上海： 同济大学出版社, 2008. [日]风洞实验指南研究委员会.建筑风洞实验 指南[M].孙瑛,武岳，曹正罡译.北京：中国建 筑工业出版社，2011. 埃米尔.希缪,罗伯特.H.斯坎伦. 风对结构的作 用—风工程导论[M].刘尚培，项海帆，谢霁 明译.上海：同济大学出版社,1992.
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
青岛绿城深蓝广场
浦江体育场
ZD-1风洞典型工程测压试验
宁波中国港口博物馆
绍兴东方山水图
刚性模型测力试验
目的：获得建筑、桥梁等整体和局部风荷载和动态气动力 方法：利用测力天平测出作用在整体结构上的气动合力（系数）或者作用 在结构不同节段上的气动力（系数） 对象：刚性不变形的全模型或节段模型
2014年创新实验指南
项目一：高层建筑风荷载干扰效应的测压试验研究（工程型）
1. 背景资料：
<<建筑结构荷载规范（GB 20009-2012）>>8.3.2规定:
风洞试验方案
风洞试验方案一、引言风洞试验是航空航天、汽车工程、建筑等领域中必不可少的研究手段之一。
通过在风洞中对模型进行气动力测试，可以获取与实际情况相似的数据，从而评估设计方案的可行性和优化设计。
本文将介绍一种风洞试验方案，以期为相关研究提供参考。
二、目标本次风洞试验的主要目标是研究某型飞机机翼在不同飞行速度和攻角下的气动力性能。
通过测量机翼的升力、阻力、升力系数和阻力系数等参数，评估机翼的气动性能，并为后续的飞行器设计提供参考数据。
三、试验设备1. 风洞：采用水平流向风洞，具备可调节风速和风向的功能，以满足不同试验要求。
2. 模型：选择适用于飞机机翼的缩比模型，考虑到兼容性和可重复性，模型尺寸与实际情况保持一定比例。
模型制作材料要求具备良好的刚度和表面光滑度，以保证试验数据的准确性。
3. 数据采集系统：采用高精度的传感器和数据采集设备，能够实时记录模型在不同试验条件下的气动力数据。
同时，确保数据采集系统的准确性和稳定性，以避免数据误差对试验结果的影响。
四、试验步骤1. 模型准备：在试验开始前，对模型进行必要的准备工作，包括清洁模型表面、确认模型的尺寸和重量等，以确保试验的可靠性和重复性。
2. 试验条件设定：根据试验目标，设定不同的飞行速度和攻角组合。
在设定试验条件时，需要考虑模型受风洞流场影响的因素，如风洞尺寸、风洞流场均匀性等。
3. 实施试验：将模型放置在风洞中心位置，根据设定的试验条件进行试验。
在每组试验中，要确保模型的姿态稳定和位置准确，以保证试验数据的准确性。
4. 数据采集：在试验过程中，通过数据采集系统实时记录模型的气动力参数。
同时，应确保数据采集设备的稳定性和准确性，以保证试验数据的可靠性。
5. 数据分析：对采集到的试验数据进行处理和分析，计算升力系数、阻力系数等气动力参数，并绘制相关曲线和图表。
通过对数据的分析，评估模型在不同试验条件下的气动性能。
六、试验安全与注意事项1. 设备安全：确保风洞设备的稳定运行，避免发生故障或安全事故。
风洞试验
2011.10.21
7
风洞试验在现实生活中的应用
3.幕墙抗风设计的风洞试验
幕墙是建筑外围护结构或装饰性结构，由于建筑幕墙直接暴露在大 气环境中，受外部风荷载作用影响明显，所以，幕墙面板本身必须 具有足够的承载能力，避免在风荷载作用下破碎。幕墙的风洞试验 可以分为三种类型的模型： ①整体模型风压试验 ②遮阳系统的局部模型试验 ③双层幕墙试验 通过风洞试验，合理进行风荷载分区，可优化幕墙设计风荷载取值， 保证设计的安全、合理，避免产生材料浪费或安全隐患。
2011.10.21 10
•
配色方案修改： 配色方案在【格式】-->【幻灯片设计】-->【配色方案】-->【编辑配色方案】下调整。 LOGO的添加： Logo添加修改在【视图】-->【母版】-->【幻灯片母版】下调整。直接选择logo图片删除或修改。 字体格式的设置： 标题和文本格式的设置在【视图】-->【母版】-->【幻灯片母版】下调整。 默认设置： 首页主标题44号（中文微软雅黑英文Arial）加粗加阴影；副标题20号（中文微软雅黑英文Arial） 加粗 内页标题40号（中文微软雅黑英文Arial）加粗加阴影；内页内容文字32号（中文微软雅黑）
风洞试验的 发展及应用
应用气象学院 朱凯
2011.10.21
风洞的概念
所谓风洞, 所谓风洞, 是指在一个按一定要求设计的管道系统 使用动力装置驱动一股可控制的气流, 内,使用动力装置驱动一股可控制的气流, 根据运动的相 对性和相似性原理进行各种气动力试验的装置。 对性和相似性原理进行各种气动力试验的装置。简单的 风洞，就是在地面上人为的创造一个“天空” 说，风洞，就是在地面上人为的创造一个“天空”。 风洞是为了满足航空航天器研制需要而发展起来的 地面气动实验设备，同时， 地面气动实验设备，同时，航空航天器技术的发展需求 也决定了风洞建设的发展方向。 也决定了风洞建设的发展方向。风洞是保证一个国家航 空航天处于领先地位的基础研究设施。 空航天处于领先地位的基础研究设施。 风洞试验是指在风洞中飞行器或其它物体模型研究 气体流动及其与模型的相互作用， 气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或 其它物体的空气动力学特性的一种空气动力试验方法。 其它物体的空气动力学特性的一种空气动力试验方法。
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。
风洞试验方案
风洞试验方案一、背景介绍风洞试验是空气动力学领域中一种重要的试验手段，可以模拟真实的空气流动环境，对飞行器、汽车、建筑等物体的气动性能进行研究。
本文档将详细介绍风洞试验方案的设计和实施过程。
二、实验目的本次试验旨在评估某型飞行器的气动性能，具体目标如下： 1. 测量飞行器在不同风速和迎风角度下的升力和阻力； 2. 研究飞行器在不同风速和迎风角度下的气动特性； 3. 分析飞行器的稳定性和操纵性。
三、实验器材和设备1.风洞：采用自然通风式低速风洞，具备稳定的进风速度和压力控制功能。
2.测力传感器：用于测量飞行器的升力和阻力。
3.倾斜传感器：用于测量风洞中的迎风角度。
4.数据采集系统：用于采集和记录风洞试验数据。
四、实验方案1.确定实验参数：–风速范围：0~30 m/s–迎风角度范围：-10°~30°2.准备实验样品：–安装测力传感器和倾斜传感器于飞行器模型上；–保证飞行器模型的表面光滑，以减小气动阻力的影响。
3.实验准备：–打开风洞进风通道，调整通风系统使风洞内风速达到预定值；–使用校准装置校准测力传感器和倾斜传感器的零点。
4.进行实验：–设置风速和迎风角度的组合，记录传感器数据；–重复多次实验，取平均值减小误差。
5.数据分析：–绘制升力和阻力随风速和迎风角度变化的曲线；–分析飞行器的气动性能，研究其稳定性和操纵性。
五、安全注意事项1.在实验过程中，严禁将手指或其他物体伸入风洞中，以免发生意外；2.实验操作人员应佩戴防护眼镜和手套，确保人身安全；3.实验设备应进行定期检查和维护，确保其正常运行。
六、实验计划和预算1.实验计划：–设计实验方案：2天–准备实验样品：1天–进行实验：3天–数据分析与报告撰写：2天2.实验预算：–风洞试验器材和设备租赁费用：10000元–实验样品制作费用：5000元–数据采集系统购置费用：3000元–实验人员工资和杂费：15000元七、实验风险评估1.风洞试验设备可能存在故障的风险，需要定期检查和维护；2.实验样品制作可能会出现误差，影响实验结果的准确性；3.实验数据采集和分析过程中可能会出现误差，需要进行数据处理和校正。
风洞试验的基本原理
风洞试验的基本原理风洞是个啥玩意儿？嘿，你可别小瞧了它，这风洞啊，那可是航空航天、汽车制造等领域的大功臣呢！风洞试验，听起来是不是就很神秘？那它的基本原理到底是啥呢？咱就先从风洞的构造说起吧。
风洞就像是一个巨大的风的通道，里面有各种复杂的设备。
想象一下，它就像一个超级大的风箱，只不过这个风箱可不是普通的风箱哦。
它可以产生各种不同速度和方向的风，就像一个魔法盒子，能变出各种神奇的风。
风洞里面有个测试段，这可是关键部位。
测试段就像是一个舞台，各种被测试的物体就在这里登场。
比如说飞机模型、汽车模型啥的。
当风从风洞的一端吹过来，经过测试段的时候，就会对放在那里的模型产生作用。
这就好像一阵强风刮过一片草地，草会被风吹得弯下腰来。
那被测试的模型呢，也会在风的作用下产生各种反应。
风洞是怎么产生风的呢？这可就厉害了！它通常是通过大功率的风扇或者压缩机来实现的。
这些设备就像大力士一样，能把空气加速到很高的速度。
这就好比一个超级大的吹风机，只不过这个吹风机的风力可不是一般的大。
它可以产生每秒几十米甚至上百米的风速呢！在风洞试验中，科学家们会通过各种仪器来测量被测试物体所受到的力和力矩。
这些仪器就像一双双敏锐的眼睛，能准确地捕捉到每一个细微的变化。
比如说，当风刮过飞机模型的时候，仪器可以测量出飞机模型所受到的升力、阻力和力矩等。
这就好像一个细心的医生在给病人做检查，不放过任何一个小问题。
那风洞试验有啥用呢？这用处可大了去了！比如说在航空航天领域，飞机在设计阶段就需要进行风洞试验。
通过风洞试验，科学家们可以了解飞机在不同飞行状态下所受到的空气动力，从而优化飞机的设计。
这就像一个雕塑家在不断地雕琢自己的作品，让它变得更加完美。
在汽车制造领域，风洞试验可以帮助汽车设计师降低汽车的风阻，提高汽车的性能和燃油经济性。
这就好比给汽车穿上了一件更加合身的衣服，让它跑得更快、更省油。
风洞试验可不是一件简单的事情哦！它需要科学家们具备高超的技术和丰富的经验。
风洞实验报告
风洞实验报告引言：风洞实验作为现代科技研究的重要手段之一，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。
本报告将围绕风洞实验的原理、应用以及相关技术展开探讨，旨在加深对风洞实验的理解和应用。
一、风洞实验的原理风洞实验是通过利用风洞设备产生流速、温度和压力等环境条件，对模型进行真实环境仿真试验的一种方法。
其基本原理是利用气体流动力学的规律，使得实验模型暴露在所需风速的气流中，从而通过测量模型上的各种力和参数来分析其气动性能。
二、风洞实验的应用领域1.航空航天领域风洞实验在航空航天领域有着广泛的应用。
通过风洞实验，可以模拟不同飞行状态下的风载荷，评估飞机、火箭等载体的稳定性和安全性，在设计和改进新型飞行器时提供可靠的数据支撑。
2.汽车工程领域风洞实验在汽车工程领域同样具有重要意义。
通过对汽车模型在高速风场中的测试，可以优化车身外形设计，降低气动阻力，提高燃油效率。
此外，风洞实验还可用于汽车内部气流研究，如车内空调流场、风挡玻璃除雾等。
3.建筑工程领域在建筑工程领域，风洞实验可以帮助研究风荷载对建筑物结构产生的影响，以提高建筑物的抗风性能。
通过模拟真实的气流环境，可以评估建筑物在不同风速下的应力、应变分布情况，为工程设计和结构优化提供依据。
三、风洞实验技术1.气流控制技术气流控制技术是风洞实验中必备的关键技术之一。
通过对风洞内流场进行合理设计和调整，可以实现不同速度、湍流强度和均匀度的气流条件，以保证实验的准确性和可重复性。
2.试验模型制作技术试验模型制作技术对于风洞实验的结果具有重要影响。
模型的准确度和还原程度直接关系到实验数据的可靠性。
现如今，各类先进材料和加工技术的应用，使得模型制作更加精准和高效。
3.数据采集和分析技术风洞实验所得数据的采集和分析是判断实验成果的关键环节。
当前，数字化技术的快速发展为数据采集和分析提供了强有力的支持。
传感器、图像处理等先进技术的应用，使得实验数据获取更为精确和全面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
张线天平
五、风洞试验
百闻不如一见，怎样观察到空气的流动状态？
飞机升力系数随攻角的变化 前缘缝翼和后缘襟翼的影响
五、风洞试验
0度攻角
15度攻角
汽车流动显示
纹影观察火焰
五、风洞试验
我有一个梦想！
美国NASA Ames研究中心
俄罗斯中央流体动力研究院（TsAGI） 法国ONERA莫当研究中心
招 聘 公 告
一、风洞试验的理论
风洞的尺寸、风速、压力等无法实现真实飞行环境，怎么办？
载客量：大于500人 长度：73 米 翼展：79.8 米 高度：24.1 米
一、风洞试验的理论
风洞的尺寸、风速、压力等无法实现真实飞行环境，怎么办？
Ma>5 (高总温)
三、高低速风洞结构
从低速起飞！
舰载机和低速风洞结构
三、高低速风洞结构
三、高低速风洞结构
超声速风洞，主要模拟相似准则： 1.4< Ma<5 可否通过提高低速风洞风扇转速实现超声速？
怎样让试验段的气流达到超声速？
低速风洞运行方式：一级轴流式风扇驱动
三、高低速风洞结构
气体沿变截面管道的流动：
连续方程：
d dV dA 0 V A
动量方程:
1 V dV
dp
速度与Ma、截面积关系: dV 1 dA (A为某一截面的面积) V Ma2 1 A
是否先收缩后扩张的喷管都能产生超声速？
根据等熵关系式：
1 Fr 2
fx
1 Ma2
p x
1 Re
x
2
vx x
2 3
vx x
vy y
y
vx y
vy x
原型流场
相似模拟方法
不同风洞实验主要模拟的相似准则
. ..
.
.....
. .
. .
.
冲击射流的PLIF流动显示
五、风洞试验
PLIF技术的原理
射流
冲击射流的PLIF流动显示
底板
五、风洞试验
五、风洞试验
压敏漆技术的原理
飞机模型马赫0.8、10度攻角 PSP迎风面和背风面压力分布
CFD获得的压力分布
五、风洞试验
压敏漆技术的原理
压敏漆内发光体吸收一定频率光子后，从基态进入激发态； 激发态的分子通过辐射或无辐射过程回到基态，辐射过程称为荧光； 无辐射过程，激发态发光体与氧分子作用失活，称为氧猝灭。
p0 pe
1
1 2
Ma2
1
如何产生高超声速的流动呢？
T0 1 1 Ma2
Te
2
三、高低速风洞结构
四、特殊的“风洞”
四、特殊的“风洞”——弹道靶
弹道靶运行原理：
风洞基本原理为相对运动，而弹道靶是模型运动； 在靶室内维持一定压力即可模拟相应高度的飞行环境；
风洞和风洞试验
序
人类历史上第一架有动力、机身重于空气的飞机？
1903年12月17日，莱特兄弟首次试飞了完全受控、依靠自身动力、机身比 空气重、持续滞空不落地的飞机，也就是世界上第一架飞机“飞行者一号”。
序
1901年下半年莱特兄弟于制造了世界上第一个能对模型机翼进行准确 试验的风洞，设计了天平，用两个多月时间使用风洞进行了 200 多次各 种类型翼面试验，取得了一整套科学数据，并根据这些数据设计出飞机。
试验段：40.6cm×40.6cm，速度：40~56.3km/h
风洞是什么？？
风洞(Wind Tunnel)是利用相对运动的原理，通过人工 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，是进行空气动力地面实验最常用、最有效的设备。
vx y
fx
p x
x
2
vx x
2 3
vx x
vy y
y
vx y
vy x
Sr
vx t
vx
vx x
vy
vy y
（氧气分压越高，猝灭发光体越多，发光强度越弱）
光猝灭原理示意图 压敏漆原理示意图
美国Holloman火箭橇
四、特殊的“风洞”——火箭橇
火箭橇原理和应用：
五、风洞试验
气动力测量
气动力天平
压力测量
气流参数测量
速度测量 温度测量
其它参数
常规流场测试技术包括模型气动力测量、模型表面压力、温度、 热流等参数的测量，以及空间流场中速度的测量。气动力、压力和温 度热流的测量在空气动力试验研究中具有极其重要的意义。
五、风洞试验
PLIF技术的原理
应用片状光源照明，对被测对象发出的由该片状激发（诱 导）的荧光信号进行探测，研究流动相关参数的实验技术可称作 平面激光诱导荧光技术 (Planar Laser Induced Fluorescence, PLIF)。
含有荧光物质射流
导光臂，输出激光片光
..
. ..
速度约为0~51m/s； 试验段尺寸：80×120ft或40×80ft；
总压：大气压；
总温：环境温度；
主要试验：测压、测力、垂直/短距起飞飞机研究。
一、风洞试验的理论
如何进行风洞实验研究？
原型流场
风洞实验数据如何 应用到原型流场？
模型流场
一、风洞试验的理论
vx t
x
vx x
y
低速定常绕流实验
Re
超声速定常实验
Ma
跨声速定常实验
Ma，Re
外挂物投放
Fr
模型流场
二、风洞的分类
风洞按试验段气流马赫数分为：
低速风洞 亚声速风洞
Ma<0.4 0.4< Ma<0.8
跨声速风洞 超声速风洞 高超声速风洞
0.8< Ma<1.4 1.4< Ma<5 Ma>5
超高速风洞
（充入特定气体，可模拟其它星球的环境） 受限于设备尺寸，一般模型尺寸很小（最大200mm）； 弹道靶试验时模型要承受极高的过载。 目前弹道靶的应用主要包括飞行特性测量和撞击测试等。
四、特殊的“风洞”——弹道靶
NASA Ames研究中心 弹道靶
四、特殊的“风洞”——火箭橇
美国Holloman火箭橇，长度15480m，最大速度3km/s，隶属于AEDC。 主要开展实验：导弹单头毁伤实验、反装甲战斗部侵彻实验、引信性能实验、 放热材料实验、雨滴或微粒撞击实验、动态导航和定位实验。
风洞要干什么？？
风洞的初心？
我要飞，我要飞得更高、更快、更远，更安全、更便宜。
风洞能干什么？？
航天飞机进行风洞试验 重庆菜园坝长江大桥进行风洞试验
风洞能干什么？？
高铁列车进行风洞试验
当汽车速度达到180km/h时，空气阻力可占总阻力的1/3。进 行风洞试验，合理修形,可使气动阻力减小75%。
美国NASA Langley研究中心
五、风洞试验
风洞模型怎样测力？
气动力天平是测量风洞中作用于模型上的气动力和力矩的装置。 决定飞行器运动的六个关键量：
升力（ 重力）、阻力（推力）、侧向力 俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩
五、风洞试验
五、风洞试验
风洞模型怎样测不同姿态的力？
五、风洞试验
张线天平：多用于低速风洞开口试验段，是外式机械天平的一种。