簡介
流體力學方面的
風洞實驗指在風洞中安置飛行器或其他物體模型,研究氣體流動及其與模型的相互作用,以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學特性的一種
空氣動力實驗方法;而在昆蟲
化學生態學方面則是在一個有流通空氣的矩形空間中,觀察活體蟲子對氣味物質的行為反應的實驗。
飛機的研製與風洞試驗技術的關係越來越緊密。國外先進的飛機風洞試驗工作量也越來越大,試驗項目也顯著增多。對於不同飛機來講,其經濟性,安全性和舒適性以及很多飛機的設計技術,是通過風洞試驗來驗證的。
風洞是進行空氣動力學研究與飛行器研製的最基本的實驗設備。測力實驗是風洞實驗中最基本的實驗項目。測力試驗是指測量氣流作用在模型上的空氣動力的試驗。
風洞天平
風洞天平是測力實驗中最重要的測量裝置,用於測量作用在模型上的空氣動力載荷(力與力矩)的大小、方向與作用點。
風洞天平,是測量風洞中作用在模型上的空氣動力和力矩的設備。它能將空氣動力和力矩沿 3個相互垂直的坐標軸系分解並進行精確測量。風洞天平按測力的性質分為靜態測力天平和動態測力天平兩類,分別測量定常飛行和非定常飛行時模型所受到的空氣動力。靜態測力天平有內式和外式等多種形式,按結構和測量原理分為機械式、應變式、壓電式和磁懸掛等形式。機械式天平主要用於
低速風洞,常見有張線式和硬架式兩種。
民機低速風洞測力試驗技術
民機低速風洞測力試驗技術是一項測量精度高,系統控制準確,我國民機研製急需的試驗技術之一。針對民機試驗的特點,國外非常重視該項試驗技術研究。主要實驗方法如下:
模型設計技巧
(1)控制了模型重量。模型自重的大小直接影響天平各元的測量精度,針對民機對阻力側量精度要求高的特點,模型的自重應更輕。因此,模型的選材上在保證模型風洞試驗時
強度、
剛度與變形需求下,大量地選擇了鋁合金來製作各部件.模型在設計時也儘可能的採用了薄壁結構。
(2)導線引出巧妙。在模型內部分別安裝了迎角感測器和應變天平,各自的信號導線如何引到模型外部是需要解決的一個難點。因為張線支撐座和模型之間不能留太大間隙,以避免氣流串流發生,這些導線如果從支撐座和模型之間的間隙引出,則會由這些導線引起力的傳遞,使天平無法採集到飛機模型實際氣動特性。因此在實際設計時巧妙的在主吊點支座上引出了這些導線,提高試驗可靠性.
(3)安裝調整方便。張線支撐的模型安裝與調整不同於常規的尾部、腹部支撐。實際中採用了機身里內、外套筒的方法,裝配時可由內向外逐層組裝,使安裝天平時調整較為方便、精確。
天平特點
(1)天平設計採用了工程最佳化方法,各元最大輸出均分布在8~13mV之間,使天平工作於線性穩定區。
(2)天平阻力元件經最佳化,解決了輸出靈敏度與剛度的突出矛盾,即天平阻力元具有較高的輸出靈敏度,直接利用支撐元件測量阻力,以保證剛度也滿足設計要求。
(3)採用高準度靜校台進行天平校準,保證了天平的校準準精度。
數據處理
試驗結果的縱向三分力以風軸給出,橫向三分力以體軸給出。數據進行了如下修正:
(1)洞壁干擾修正;
(2)風洞場係數修正;
(3)天平彈性角修正。
模型迎角採用角度感測器進行實時採集.試驗採用單點試驗的測量方法,即進行正常尾翼布局縱向重複性試驗時,採用調準模型姿態角,重複開車七次的試驗方法:進行正常尾翼橫向和T型尾翼縱橫向試驗時,採用調準模型姿態角,連續採集七次的試驗方法。
風洞測力試驗誤差源
風洞測力試驗數據生產的流程如圖所示。
根據流程圖,風洞試驗誤差源主要包括:
(1)風洞設備和氣流條件方面的誤差。如風速、溫度、動壓、靜壓、風洞氣流偏角、壓力與溫度控制精度,以及邊界層轉挾與雷諾數R。影響,洞壁干擾等。
(2)測量裝置方面的誤差。如天平載荷校準誤差、天平設計載荷與實際測量載荷的相容性偏差、天平支桿彈性變形、尾支或側支形式及支桿(粗細、長度、偏轉角、軸向同心度)干擾、掃描閥或壓力感測器偏差、數據採集與處理誤差、天平校準架與靜校方法(體軸、地軸)載入偏差、攻角機構與控制精度等。
(3)模型設計和加工方面的誤差。如尺寸偏差、安裝角偏差、外形失真,表面台階與粗糙度、彈性變形、參考長度與面積實測、模型支撐位置、模型重量影響等。
(4)風洞操作上的誤差。如流場建立與穩定判斷、模型與天平的安裝質量、多自由度攻角機構的調整偏差、天平校心到模型質心的實測偏差等。
(5)數據處理方面的誤差。如數據處理中近似公式的誤差、數據修正的誤差、數據插值與曲線擬合的誤差、坐標系轉換誤差等。
一般而言,測量的基本參數愈多,誤差源也會愈多。要識別這些誤差源的相對重要性,以及它們對定量評估不確定度的貢獻,是解決問題的關鍵,也是難度和複雜程度都很大的工作。