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1、风洞测力试验,一、风洞试验原理,1.相似理论 两个同一类物理现象，如果在对应点上对应瞬时所有表征现象的相应物理量都保持各自的固定的比例关系（如果是向量还包括方向相同）则两个现象相似。 （1）几何相似、运动相似和动力相似 （2）相似准则 a. 压缩性相似 ： 马赫数相等， Ma=V/C b. 粘性力相似： 雷诺数相等， Re=（VL）/ c. 热力相似： 普朗特数， Pr=（CP）/, 比热比, r=CP/Cv d. 重力相似： 弗劳德数， e. 周期性运动相似: 斯特鲁哈数 Sr=l/（vt）,一、风洞试验原理,2.风洞流场建立的理论 一维流动理论 （1）低速风洞的原理 （2）高速风洞的原理,
2、超音速风洞简图,低速开口式回流风洞,二、风洞测试设备,风洞 （1）南理工低速风洞（HG-1号风洞）,二、风洞测试设备,（2）南理工自由射流风洞 （HG-3号风洞）,二、风洞测试设备,（3）南理工亚跨超音速风洞（HG-4号风洞）,二、风洞测试设备,2.测力天平 （1）应变式天平和机械式天平,惠斯登电桥,机械式天平 应变式天平,二、风洞测试设备,（2） 应变式天平原理 通过测量敏感元件-电阻应变片的输出电压来测量模型空气动力的一种装置 （3）应变式天平的组成 弹性元件、电阻应变片、测量电路、稳压电源、信号调理放大器组成 （4）电阻应变片 是一种利用金属或半导体材料受拉伸或压缩变形后电阻值可以发生变
3、化的一种敏感元件。通常制成栅状,二、风洞测试设备,（5）应变天平的测量电桥 电桥处于平衡时： 当电桥阻值产生微小增量时：,二、风洞测试设备,电阻应变片存在的问题： 机械滞后：由于敏感栅、基底和粘合剂在承受机械应变以后滞留的残余变形引起的。 零漂：应变片内应力的变化，粘合剂和基底内部结构的变化引起的。 应变片的电阻值不稳定： 最大工作电流：电流比额定小很多时，不灵敏，电流太大会损坏。 温度效应：温度影响电阻值的大小，从而造成误差。,二、风洞测试设备,轴向力元件,柱粱式组合元件,轴向力元件： 作为轴向力的应变元件； 柱粱式组合元件： 通过组合用来作为法向力、 侧向力、俯仰力矩、侧向力 矩和滚转力矩
4、的应变元件 。,（6）应变式天平常见测量元件,二、风洞测试设备,外式天平,（7）应变式天平实物,二、风洞测试设备,内式天平,二、风洞测试设备,铰链力矩天平,二、风洞测试设备,半模天平,二、风洞测试设备,天平和支架装配在风洞中,三、风洞测力实验设计,风洞实验的目的与要求； 任何一项实验都必须十分明确该实验的目的和要求，这 是实验设计的最基本的依据。 2. 确定风洞实验所必须模拟的相似参数； 根据实验条件确定必须要模拟的相似参数，力求以最小的相似参数最大程度的反应出飞行器飞行中的流动现象。 确定风洞实验数据的精确度； 根据实验的目的和要求，正确的选择实验数据的精确度。 确定实验方案； 根据实验的目
5、的和要求确定实验所采用的方案和实验技术。,三、风洞测力实验设计,5. 选择模型实验的风洞； 要考虑：马赫数、雷诺数、模型姿态角、风洞流场品质、实验费、实验数据的精度等。 模型及其支架的设计与加工； 风洞实验模型的设计和加工关系到实验数据的质量。 制定实验大纲和实验计划； 实验大纲和计划的制定应能够满足实验的目的和要求，满足预定的实验精度，应该尽可能的节省，有实验中出现问题的防范措施。 实验数据的预估和分析 对于每项实验，必须预先知道数据的变化规律，大概的精度范围，这样才能掌控实验。,四、风洞实验模型的设计,风洞实验模型外形几何相似 （1）根据相似准则，模型必须与实物做到几何相似； （2）对于那
6、些不能简单模拟的部件，可以采用其它的一些办 法进行补救模拟。 模型的尺寸 为了能真实的模拟绕飞行器的流动不会因为其它的干扰而受到影响，模型在风洞中不能太大； 为了能真实的模拟飞行器的外形，使实验的雷诺数更加接近飞行的雷诺数，模型要尽可能的大。 要解决上述矛盾，必须对模型的尺寸做一些限制。,四、风洞实验模型的设计,（1）展向限制： 高速风洞：b/w0.6 低速风洞：b/w0.7 b 是机翼的展长，w是风洞实验段的宽度 （2）堵塞度限制： 低速风洞： 5%（含支撑） 亚跨声速风洞： 1%（不包括支架） 超音速风洞： =k1-q()/ k=0.250.4, 为超音速正激波总压恢复系数 为含模型的堵塞面积与风洞实验段面积之比,四、风洞实验模型的设计,（3）模型长度的限制 低、亚、跨声速：只要模型在风洞实验段的均匀区内，模 型长度不受限制； 超音速： 应保证模型头部的激波在实验段壁面 上反射后不能打在模型上。,