风洞试验与数值模拟
基于风洞试验和数值模拟的超临界机翼雷诺数修正方法研究
基于风洞试验和数值模拟的超临界机翼雷诺数修正方法研究张彦军;段卓毅;魏剑龙;雷武涛;赵轲【摘要】结合风洞试验方法和数值模拟,对采用超临界机翼的大型飞机进行雷诺数影响规律研究.对比分析了不同雷诺数下的试验结果和数值模拟结果,在此基础上研究了基于数值模拟结果的雷诺数修正方法,将低雷诺数试验结果向高雷诺数进行修正.修正结果与相应雷诺数试验结果相比,阻力系数相差不超过0.0004,升阻比最大误差约为0.2.针对于力矩系数修正误差问题进行了修正方法改进,改进后的修正误差从0.01降为0.001,表明了修正结果在飞行雷诺数下的适用性.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2018(036)006【总页数】7页(P934-940)【关键词】超临界机翼;雷诺数影响;风洞试验;气动力修正;数值模拟【作者】张彦军;段卓毅;魏剑龙;雷武涛;赵轲【作者单位】航空工业第一飞机设计研究院,陕西西安 710089;航空工业第一飞机设计研究院,陕西西安 710089;航空工业第一飞机设计研究院,陕西西安 710089;航空工业第一飞机设计研究院,陕西西安 710089;航空工业第一飞机设计研究院,陕西西安 710089【正文语种】中文【中图分类】V2240 引言长期以来，由于风洞尺寸和试验条件的限制，风洞试验雷诺数远低于飞行雷诺数，对于大型飞机研制工作而言，试验雷诺数不足的问题更加突出。
雷诺数的不同将对边界层流动产生显著影响，同时改变激波位置，造成不同雷诺数下飞机气动特性的明显差异[1-3] 。
与常规翼型相比，超临界翼型的上翼面平坦、下翼面后部内凹，这也就决定了超临界翼型典型的压力分布对雷诺数的影响较为敏感。
雷诺数的差异对流动产生影响，导致风洞试验结果与飞行试验结果之间产生较大的差别[4] 。
因此，对风洞试验数据必须进行雷诺数影响的修正。
然而，与采用薄翼的战斗机仅需对风洞试验数据的阻力系数和最大升力系数进行修正不同，雷诺数变化对中等厚度和大厚度超临界机翼气动特性的影响十分复杂，影响阻力大小和最大升力系数的同时，也影响升力曲线斜率和俯仰力矩随迎角的变化规律[5] ，造成使用变雷诺数试验方法把试验数据外插到飞行值非常困难。
小型风洞实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验背景与目的随着现代工业和航空技术的发展，对空气动力学特性的研究日益重要。
风洞实验作为一种重要的空气动力学研究方法，能够有效地模拟真实飞行器或其他物体在空气中的运动状态。
本实验旨在通过小型风洞实验，研究特定模型在不同风速和攻角下的空气动力学特性，为后续设计优化提供数据支持。
二、实验原理与设备1. 实验原理：风洞实验基于流动相似原理，通过模拟实际飞行器或其他物体在空气中的运动状态，研究其空气动力学特性。
实验过程中，通过控制风速、攻角等参数，观察模型在不同工况下的运动状态，分析其空气动力学特性。
2. 实验设备：- 小型风洞：用于产生均匀气流，模拟实际飞行器或其他物体在空气中的运动状态。
- 模型：根据实验需求设计，用于模拟真实飞行器或其他物体。
- 数据采集系统：用于实时采集实验数据，包括风速、攻角、模型姿态等。
- 计算机软件：用于数据处理和分析。
三、实验过程1. 实验准备：根据实验需求，设计模型并加工制作。
安装数据采集系统，调试风洞设备。
2. 实验步骤：- 调整风洞风速，使模型处于预定攻角。
- 记录风速、攻角、模型姿态等数据。
- 改变攻角，重复上述步骤。
- 分析实验数据，得出结论。
3. 实验数据：实验过程中，记录了风速、攻角、模型姿态等数据，并对数据进行整理和分析。
四、实验结果与分析1. 实验结果：通过实验，得到了模型在不同风速和攻角下的空气动力学特性数据。
2. 数据分析：- 随着风速的增加，模型的升力系数和阻力系数逐渐增大。
- 随着攻角的增加，模型的升力系数逐渐增大，阻力系数逐渐减小。
- 在特定风速和攻角下，模型具有最佳空气动力学特性。
五、结论与讨论1. 结论：通过小型风洞实验，研究了特定模型在不同风速和攻角下的空气动力学特性，为后续设计优化提供了数据支持。
2. 讨论：- 实验结果表明，模型在特定风速和攻角下具有最佳空气动力学特性，有利于提高飞行器的性能。
- 实验过程中，风速和攻角对模型的空气动力学特性有显著影响。
结构设计中的抗风性能评估
结构设计中的抗风性能评估在建筑和工程领域，结构设计的合理性和安全性至关重要。
其中，抗风性能评估是一个不可或缺的重要环节。
风，作为一种自然力量，可能对建筑物和结构造成巨大的破坏。
因此，在设计阶段就充分考虑并准确评估结构的抗风性能，对于保障结构的稳定性和安全性具有极其重要的意义。
风对结构的作用是复杂多样的。
首先，风会产生直接的压力和吸力，作用在结构的表面。
这种压力和吸力的大小和分布取决于风速、风向、结构的形状和尺寸等因素。
例如，高层建筑的迎风面通常会受到较大的正压力，而在背风面和侧面则可能出现负压力（吸力）。
其次，风还可能引起结构的振动。
当风速达到一定程度时，风的脉动特性会激发结构的共振，导致结构的振幅增大，从而加剧结构的疲劳和损伤。
此外，风还可能与结构周围的环境相互作用，产生漩涡脱落等现象，进一步增加了风对结构的影响。
为了评估结构的抗风性能，工程师们需要进行详细的风荷载计算。
风荷载的计算通常基于风洞试验或数值模拟的结果，并结合相关的规范和标准。
风洞试验是一种通过在风洞中模拟实际风场来测量结构风荷载的方法。
在风洞中，可以精确地控制风速、风向和湍流特性，从而获得较为准确的风荷载数据。
然而，风洞试验成本较高，且对于复杂的结构和环境，试验难度较大。
数值模拟则是利用计算机软件对风场和结构进行建模和计算。
随着计算技术的不断发展，数值模拟在风荷载计算中的应用越来越广泛。
但数值模拟的准确性往往取决于模型的合理性和参数的选取。
在结构设计中，合理的外形设计可以显著提高结构的抗风性能。
例如，流线型的外形可以减少风的阻力和漩涡脱落，从而降低风荷载。
对于高层建筑，采用逐渐收进的体型可以减小风对上部结构的作用。
此外，在结构的边缘和角落处进行倒角处理，也可以改善风的流动特性，减少局部的风压力。
结构的刚度和强度对于抗风性能也有着重要的影响。
足够的刚度可以保证结构在风荷载作用下的变形在允许范围内，避免过大的位移导致结构的损坏或使用功能的丧失。
风洞试验在建筑结构设计中的应用研究
风洞试验在建筑结构设计中的应用研究引言：随着现代建筑的日益发展和人们对建筑结构安全性要求的提高，风洞试验作为一种重要的工具得到了广泛的应用。
风洞试验可以模拟真实的风场环境，通过对建筑结构受风性能的研究，为建筑结构设计和工程实施提供了有力的支撑。
本文将探讨风洞试验在建筑结构设计中的应用研究。
一、风洞试验的概念与原理风洞试验是一种通过模拟风场环境的实验方法，用于评估建筑在风荷载作用下的受力性能。
风洞试验利用实验设备产生与真实环境相似的风场，通过对建筑模型进行放大或缩小，以及调整实验条件，获得建筑结构在不同风荷载下的受力情况。
风洞试验主要基于气动力学原理，包括风速、风压、风流等参数的测量。
二、风洞试验在建筑结构设计中的应用1. 控制结构稳定性在建筑结构设计过程中，结构的稳定性是至关重要的。
风洞试验可以通过测试风速在不同设计情况下对结构的稳定性影响，控制结构的风致动力稳定性。
通过分析风洞试验数据，可以确定结构的临界风速，调整结构的形状以及采取相应的增强措施，确保结构在风荷载下的安全性。
2. 评估风荷载风荷载是建筑结构设计的重要参数之一。
风洞试验可以通过模拟真实风场环境，准确测量风速、风荷载分布、风力矩等参数，提供评估建筑结构所受风荷载的准确数据。
这对于建筑的结构设计、构件尺寸的确定，以及建筑材料的选择至关重要。
3. 验证设计计算风洞试验可以用来验证建筑结构设计计算结果的准确性和可靠性。
通过与数值模拟结果进行对比，风洞试验可以验证设计计算方法的合理性。
这对于提高建筑结构设计的精确性和可靠性具有重要意义。
4. 优化设计风洞试验还可以用于优化建筑结构设计。
通过观察结构在风荷载下的响应，可以发现结构存在的问题并采取相应的优化措施。
例如，通过调整结构的形状和尺寸，可以减小结构对风荷载的响应，提高结构的安全性和抗风能力。
三、风洞试验的发展与挑战1. 技术发展随着科学技术的发展，风洞试验的设备和测量方法得到了不断改进。
风洞试验
2011.10.21
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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
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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。
用ANSYS实现二维翼型风洞试验数值模拟
２０ Ｓｉ Ｔｃ． ｎｎ． ０８ ｃ ｅｈＥ ｇｇ ．
航 空 航 天
用 Ａ Ｓ Ｓ实现二维翼型风 洞试验数值模拟 ＮＹ
张 鹏 马 玉清
（ 西北工业大学 国家翼型叶栅重点实验室 ， 西安 ７ ０ ７ ） １ ２ ０
摘
要
基 于有限元的 Ａ Ｓ Ｓ软件 ， 以分析二维翼型流场 ， ＮＹ 可 解决作用 于气动翼（ 型上 的升力和 阻力 ， 叶） 并可 以得 到流场 中
１ Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 数值模拟风洞试验
１ １ ＡＮＳ Ｓ软 件简 介 ． Ｙ
Ｉ １２ Ｄ ４ 单元 ， 可以进行传热或 绝热、 流或紊流、 层 压
缩或 不可 压 缩 等 问题 的研 究 。根 据 不 同 的 分 析 对 象选 择不 同 的分 析 的方法 。
Ａ Ｓ Ｓ公 司 由 Ｊｈ ｗ ｎｏ ＮＹ ｏｎＳ ａｓｎ博 士 创 立 于 １７ ９０
的 应用
和能量三个守恒性 质来计算 流体 的速度 分量 、 压 力 以及温度 ， 使得其结果更接 近风 洞试 验结果 。
Ａ Ｓ Ｓ中的计算 流体力 学分 析功 能 Ｆ Ｏ Ｒ Ｎ ＮＹ Ｌ ＴＡ
可以用于分析二维及三维流场问题 ， 使用 Ａ Ｓ Ｓ中 ＮＹ
用 于 计 算 流 体 动 力 学 分 析 的 Ｆ ＵＤ ４ Ｌ Ｉ １ １和 Ｆ Ｕ Ｌ—
的 可行 性 。
关键词
数值模拟
风 洞试验
翼型
中图法分类号
Ｖ １． ； ２ １４
文献标志码
Ｂ
随 着 计 算 机 技 术 的 进 步 和 基 于 有 限 元 的 计
地矿 、 水利 、 日用家 电等一般 工业及科学研究 。在
其 所有 的 产 品 系 列 和 工 作 平 台上 均 兼 容 。 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ
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。
混凝土结构构件抗风性能检测标准
混凝土结构构件抗风性能检测标准一、前言混凝土结构构件在受到风力作用时，可能会发生不同程度的破坏，因此需要进行抗风性能检测，以保证其安全可靠的使用。
本文将详细介绍混凝土结构构件抗风性能检测标准。
二、检测对象混凝土结构构件抗风性能检测的对象包括但不限于以下几种构件：1. 建筑外墙2. 钢筋混凝土框架结构3. 钢筋混凝土梁、柱等构件4. 预制混凝土构件等三、检测方法混凝土结构构件抗风性能检测的方法包括但不限于以下几种：1. 风洞试验2. 数值模拟3. 现场检测四、风洞试验风洞试验是混凝土结构构件抗风性能检测的一种重要方法。
其具体步骤如下：1. 确定试验目的和试验方案。
2. 制作模型。
模型应与实际构件相似，比例一般为1：50或1：100。
3. 进行风洞试验。
在风洞中对模型施加不同的风速和风向，观察模型在风力作用下的响应情况。
4. 分析数据。
根据试验数据分析模型的抗风性能。
五、数值模拟数值模拟是混凝土结构构件抗风性能检测的另一种重要方法。
其具体步骤如下：1. 确定模拟目的和模拟方案。
2. 建立数值模型。
数值模型应包括构件的几何形状、材料参数和加载条件等。
3. 进行数值模拟。
在数值模拟中，通过施加不同的风速和风向来模拟实际风力作用下的构件响应情况。
4. 分析模拟结果。
根据模拟结果分析构件的抗风性能。
六、现场检测现场检测是混凝土结构构件抗风性能检测的一种直接有效的方法。
其具体步骤如下：1. 确定检测目的和检测方案。
2. 对构件进行实测。
实测内容包括构件的几何形状、材料参数和加载条件等。
3. 施加风力作用。
在实际风力作用下，观察构件的响应情况。
4. 分析数据。
根据实测数据分析构件的抗风性能。
七、检测标准混凝土结构构件抗风性能检测的标准包括但不限于以下几种：1. GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》2. GB/T 50798-2012《风洞试验建筑物抗风性能检测规范》3. GB 50797-2012《建筑物抗风设计规范》八、结论混凝土结构构件抗风性能检测是保证建筑物安全可靠使用的重要环节。
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风洞试验与数值模拟
――北京大学在数值模拟方面的技术进展
一． 科学研究的方法：
人类在认识自然、认识科学的过程中，曾经创造出了两种方
法，即：理论研究和实验研究。理论研究得出的结论，要经过严
格的论证，这是十分必要的，但在工程实践中却难以应用。实验
研究，结论清晰、直观，也就是俗话说的“看得见，摸的着”，但
它的局限性太大，因而应用范围有限。
上世纪四十年代，电子计算机的横空出世，改变了人类的生
活和思想。随着近年来计算机软硬件技术的突飞猛进，以前大量
无法解决的工程实际问题，已经可以用新的计算方法来加以解决
了。因此，第三种科学研究的方法发展出来了，那就是计算科学
的方法（或称为数值模拟、数值计算）。它不仅具有理论研究的
严谨性，又具有实验研究的直观性，更加具备极其广泛的应用范
围。如今，计算科学在科学研究中所占的比重越来越大，并必将
成为今后科学技术发展的主流。
二． 什么是“风洞试验”：
风洞，从外观上看酷似一座洞，它是通过产生出可人工控
制的气流，对试验模型周围的气体的流动进行模拟，并可量度气
流对物体的作用，以及观察流动现象的一种管道状试验设备。
而风洞试验，是实验研究工程问题的一种方法。它是依据
运动的相对性原理，将试验原型同比缩小的模型固定在风洞中，
人为制造气流流过，获取各测试点的试验数据，并以此寻找出工
程问题的解决方案。
风洞试验主要针对相似模型进行测力试验、测压试验和布
局选型试验。
三． 风洞试验在“挡风抑尘墙”工程实践中的局限性：
“挡风抑尘墙”的作用就是降低露天堆场上方的风速，以达
到抑尘效果。这是属于流体力学范畴的一类问题。流体力学是物
理学的一个分支，是主要研究流体（包括气体和液体）与其中的
物体相互作用的一门科学。
研究流体力学的方法同样有理论研究和实验研究。
在理论研究中，以理论流体力学的基本控制方程组和基本定
律为出发点，采用适当的前提假设(如空气的不可压缩性假定)，
经过严格的数学推导，求解出方程中的未知量(如压力，速度等)。
鉴于理论流体动力学的基本控制方程组及其边界条件的强烈的非
线性特性，只能在几种简单的情况下得到方程组的解析解，在复
杂的情况下(如三维流场，复杂外形等)就无法获得解析解，这就
决定了理论研究方法在“挡风抑尘墙” 研究中具有很多的局限
性，工程实践中很难采用这种方法。
同理论研究一样，实验研究方法，即风洞试验，也存在着很
多的局限性。
首先,由于风洞的试验段不可能很大，导致挡风抑尘墙模型的
尺寸相对实际尺寸很小，根据流体力学的相似律理论可知，风洞
试验很难与实际情况具有相同的无量纲参数，这就意味着风洞实
验很难模拟真实的空气流场。
比如：在试验中，堆料场与挡风抑尘墙的模型都要同比缩小，
一个200米长的堆料场在模型中要缩小为2米，缩小100倍；而
挡风抑尘墙厚度只有2－3毫米，同样缩小100倍后，只有0.02
－0.03毫米，如此小的尺度，在试验中是无法实现的，如用原尺
度代替，则试验误差之大可想而知。
又如：对于孔隙率的研究也有局限性，几十毫米的开孔，缩
小100倍后，直径只有零点几毫米，在风洞试验中已经相当于没
有开孔了。
其次，风洞试验很难获得一些极为重要的局部流场的信息，
而且为获得这些流场信息而安装的诸如压力传感器等设备将干扰
真实的流场，导致测量的误差。
第三，风洞试验周期长，价格高。
四． 数值模拟和北京大学的优势：
计算流体力学和数值模拟技术是上世纪五十年代出现的一
个以理论流体力学和计算数学为基础，以大型计算机为工具，来