[材料科学]高速风洞.ppt

二、 高速风洞原理：一维定常等熵流、正激波关系。 高速风洞 跨声速风洞 0.8 M 1.3 超声速风洞 1.4 M 5 常规高超声速风洞 M 5 复习：一维、无粘、定常连续流（等熵关系） 复习：一维、无粘、定常连续流（等熵关系） 复习：一维、无粘、定常连续流（等熵关系） 复习：一维、无粘、定常连续流（等熵关系） 复习：一维、无粘、定常连续流（等熵关系） 复习：一维定常间断流（正激波关系） 复习：一维定常间断流（正激波关系） 复习：一维定常间断流（正激波关系） 1. 超声速风洞（Supersonic Wind Tunnel）的特点 超声速风洞特点之三： 需要一个倒置的Lavel喷管，作为扩张段。 超声速风洞特点之四： 超声速风洞起动过程一定会产生起动激波。 2. 超声速风洞主要部件 3. 超声速风洞的起动和运行过程 （1）喷管内的起动过程 问题： 1. 为什么一个管道中会出现二个不同的喉道？ 2. 当起动激波在试验段内时，如果减小第二喉道面积，使A2A2 min , 会发生什么现象？ 3.当起动激波在试验段内时，如果减小第二喉道面积，使A2A2 min , 提高总压，会发生什么现象？ 5 超声速风洞运行参数计算 A. 试验段内参数计算 认为风洞已经起动完毕，从稳定段到试验段为等熵流动。稳定段内速度很低，稳定段内压力、温度、密度近似等于总压、总温、总密度。试验段内参数为： B. 风洞运行时间 风洞有两种运行方式：等动压运行和等流量运行。 等流量运行： 吹气式等流量运行时间计算： 储气罐内压力从Pi 到 Pf, 稳定段内总压P0, 总温T0不变。 储气罐内气体质量 吹气式风洞等动量运行时间计算： 吸气式风洞运行时间计算： 吸气式风洞总是等流量运行。运行时间由真空罐终止压力确定。 储气罐充气时间计算： 真空罐抽气时间计算： 超声速风洞的要点 M数由喷管面积比确定----满足面积关系 启动过程的启动激波----满足压力匹配条件 第二喉道的功能-----满足流量匹配条件 空气的凝结和干燥 第三章 实验 装置 研究跨声速流动的重要性 之所以把跨声速风洞单独列出来研究，是因为在声速附近流动十分复杂，出现了许多特有的现象，是空气动力学研究中的一个重要课题。 在理论研究中，跨声速流动方程属于“混合型”方程，本身固有的非线形增加了求解跨声速流动方程的困难。 在实验研究中，由于激波边界层干扰等现象的出现，使跨声速流动图象十分复杂。跨声速实验数据对M数十分敏感，和雷诺数关系也很大。跨声速实验中既要模拟M数，又要模拟较高的雷诺数。 B. 困难二：高亚声速时洞壁干扰C. 困难三：低超声速时反射波影响严重 一个合格的跨声速风洞需要具备： 气流能连续地从高亚声速变化到低超声速，不发生堵塞。 高亚声速时能减轻或消除洞壁干扰。 低超声速时能消除或减小反射波的影响。 消耗最低的功率，达到上述效果。 跨声速风洞的结构特点 特点：声速喷管 + 通气壁 高亚声速时堵塞的消除 高亚声速时堵塞的消除 在高亚声速时发生堵塞是因为在模型和壁面之间形成了声速截面。一旦发生堵塞，声速截面上流量达到极限，因而限制了上游M数提高。 采用通气壁以后，多余的流量可以从驻室排走，从而防止了堵塞发生。防止堵塞所应排走的流量，与很多因素有关，比较复杂，一般只能通过实验来确定。 亚跨音速风洞 亚跨音速风洞是一座连续式风洞。 试验段截面为0.76m×0.53m, 马赫数范围:0.3-1.15。 流场均匀，紊流度小，噪声低。主要进行飞行器模型测压，测力、抖振、颤振、动导、机弹干扰，铰链力矩，通气模型试验等。 亚跨音速风洞 亚跨超音速风洞是一座半回流暂冲式风洞。 马赫数从0.4-4.5，试验段横截面为0.6m×0.6m的正方形，长1.575m。流场品质全部符合标准，性能稳定，实现了以计算机为中心的测控处一体化。 主要试验: ·全模型、半模型测压、测力试验；·通气模型试验； ·喷流干扰试验; ·级间分离和多体干扰试验; ·马格努斯效应试验; ·全模型、半模型铰链力矩试验; ·飞行器动态和非定常气动特性试验;·颤振与抖振试验; ·模型自由飞试验; ·流态及涡迹显示试验。 第三章 实验 装置 7 常规加热高超声速风洞（Hypersonic Wind Tunnel） 常规加热高超声速风洞（Hypersonic Wind Tunnel） 高超声速流一般指气流M数大于5的流动。在飞行M数大于5以后，气动加热已经十分显著，表现出和一般超声速流不同的现象。因此把马赫数大于5的流动划为高超声速流。 在实验设备方面，高超