半模型試驗是指在風洞中使用被對稱平面所平分的半個模型進行的試驗。其特點是沒有支架干擾，又可增大試驗雷諾數。常用於測壓、進氣道和縱向測力計算。
半模型試驗可以在不增加模型加工及試驗成本的基礎上增加雷諾數，可以較全模模擬更加細節的部位，無支架干擾;但缺點是半模的機身對稱面流動和實際不符，半模機身及內側機翼與風洞洞壁的干擾較全模大
基本介紹
- 中文名：半模型試驗
- 外文名：half-model test
- 套用學科：流體力學與飛行力學
- 實驗類型：風洞試驗的一種
- 特點：沒有支架干擾，可增大試驗雷諾數
- 作用：測壓、進氣道和縱向測力計算
風洞試驗,研究背景,簡介,研究現狀,優缺點,
風洞試驗
風洞實驗的基本原理是相對性原理和相似性原理。根據相對性原理，飛機在靜止空氣中飛行所受到的空氣動力，與飛機靜止不動、空氣以同樣的速度反方向吹來，兩者的作用是一樣的。但飛機迎風面積比較大，如機翼翼展小的幾米、十幾米，大的幾十米(波音747是60米)，使迎風面積如此大的氣流以相當于飛行的速度吹過來，其動力消耗將是驚人的。根據相似性原理，可以將飛機做成幾何相似的小尺度模型，氣流速度在一定範圍內也可以低于飛行速度，其試驗結果可以推算出其實飛行時作用於飛機的空氣動力。
為研究各部件的貢獻和干擾,除採用全模和部件組拆實驗外,更精確的方法是在模型內安裝多台天平，同時測量全機和部件的氣動力。對於有對稱面的飛行器，在繞流對稱的條件下，可以洞壁或反射平板為對稱面，取模型的一半做實驗。這種實驗稱為半模型試驗。
研究背景
根據飛行器流動左右對稱的原理，可通過半模型實驗來研究全模型某些氣動特性。半模型實驗與全模型實驗相比較，具有模型大(在相同的試驗段尺寸下)，實驗雷諾數高，模型加工容易，無尾支幹擾，模型接近洞壁有利於測壓線路的鋪設，有利於特種實驗裝置的安裝等特點，目前已廣泛套用於測力、壓力分布、鉸鏈力矩、噴流、外掛、顫振、抖振、動導等實驗。因此，近年來半模型實驗的自適應壁風洞技術極受重視，英、法、德、美競相研究並發展了相應的洞壁調整方案，但是這些方案都需獲取風洞上、下壁及側壁上詳細的壁壓信息，要求有大量的壁壓測量點，計算程式複雜，計算工作量大，洞壁自適應過程需多步調整。此外，洞壁上流動參數擾動在某些區域很小，測量結果相對誤差較大，所以對實驗設備容量和精度要求很高，並妨礙生產率的提高。
簡介
在風洞中使用被對稱平面所平分的半個模型進行的試驗。其特點是沒有支架干擾，又可增大試驗雷諾數。常用於測壓、進氣道和縱向測力計算。
半模型試驗通常採用附面層墊板使得模型遠離風洞壁面來減小洞壁對模型的干擾，有研究表明墊板厚度約在2b（b為空風洞核心段附面層位移厚度）模擬效果較好，且升力係數隨著墊板厚度的增加而增加。NASA亦有研究表明墊板厚度在模型半展長的3%模擬效果較好。從各墊板高度下機翼各剖面的壓力分布和全模對比來看，墊板高度的增加使得整個上翼面流速增加，從而升力係數增加。
因此半模型試驗應著重選擇合適的墊板高度，因為較高或較低的墊板高度會使得墊板影響較大或機身進入附面層影響區從而帶來模擬的差異。同時儘可能模擬對稱面及內側機翼的流動，消除或減弱機頭前方馬蹄渦對下游區的影響。
研究現狀
半模試驗模擬主要包括減弱邊界層對模型的影響如反射板研究，半模墊板高度研究、半模墊板前緣外形研究及減小模對稱面處洞壁邊界層厚度如邊界層吹吸(主動控制)研究。國外對半模試驗模擬較系統的研究報導可追溯到九十年代初，國內研究報導稍晚，研究內容和萬法和國外類似。MILHOLENIIWE等的研究結果表明墊板厚度從b至15b變化過程中，升力係數單調增加且在墊板厚度2b處與全模數據吻合較好。分析其原因為墊板厚度增加使得整個上翼面流速增加，從而上翼面吸力增加，而墊板厚度小於2b時，上翼面流速降低相應吸力減小。ELIASSON P認為機翼展向交叉流是半模數據不模擬的一個重要因素。對稱面機身壓力分布也是半模模擬的一項參考因素，墊板高度會使得機身對稱面上表面加速，吸力增加;對於沿流向剖面採用機身對稱面外形的墊板，其和洞壁邊界層相互干擾使得在墊板前緣上游處形成馬蹄渦，對於全模則不會有，有研究表明對墊板機頭處向內側倒圓角可以減弱或消除馬蹄渦的不利影響，從而使得半模和全模數據吻合較好。但也有學者通過選擇合適的2D墊板高度可以獲得和較好的模擬結果。前述減弱邊界層與機身干擾的方法是增加高度使得機身遠離洞壁，另外一種方法是在上游吹除下游吸附以減弱邊界的影響，結果表明升力係數及俯仰力矩係數都有不同程度的增加，尤其是俯仰力矩係數增加較為明顯。
優缺點
半模型試驗可以在不增加模型加工及試驗成本的基礎上增加雷諾數，可以較全模模擬更加細節的部位，無支架干擾;但缺點是半模的機身對稱面流動和實際不符，半模機身及內側機翼與風洞洞壁的干擾較全模大，因此如何使得半模對稱面、機身及內側機翼的流動更加接近實際情況是國內外研究的核心內容。
