大型低温跨声速风洞ppt课件.pptx

大型低温跨声速风洞 各种类型的风洞各种类型的风洞 流体力学实 验模拟设备 水动力实验设备 空气动力实验设备 其它实验设备 水洞 水槽 水池 火箭撬 弹道靶 一 风洞概述 二 为什么要建低温跨声速风洞 三 低温跨声速风洞的发展现状 四 低温跨声速风洞的技术难点 1 风洞概述 1 1 风洞的概念 风洞是利用相对运动的原理 通过人工产生和控制气 流 以模拟飞行器或物体周围气体的流动 并可量度气流 对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备 是进行空气动力地面实验最常用 最有效的设备 实际飞行的状态 风洞实验的状态 气流静止 飞行器运动 气流运动 飞行器静止 1 2 风洞模拟的飞行环境 飞行环境 飞行器飞行时所处的环境条件 航空飞行器飞行环境 Ma 0 3 高度 20km 温度 700K 低温 稠密大气 航天运载器飞行环境 Ma 3 25 高度 20 100km 温度 1500K 航天飞机 7000K 运载 飞船 高温 稀薄气体 1 风洞概述 1 3 风洞实验的优点 风洞中的气流参数 如速度 压力 密度温度等 能够 比较准确地控制 并且随时可以改变 风洞实验一般不易受大气环境 如季节 昼夜 风雨 气温等 变化的影响 风洞实验时 数据测量方便 准确 安全性高 风洞实验费用比较低廉 风洞不仅可以进行整机实验 还可以进行各部件 如机 翼 机身等 和组合体的实验研究 1 风洞概述 按实验段马赫数范围划分 按风洞的结构特点划分 按风洞的运行方式划分 按风洞的用途划分 1 4 风洞的分类 最常用的是按马赫数范围分类 1 风洞概述 风洞按实验段气流马赫数分为 低速风洞 Ma 0 4 亚声速风洞 0 4 Ma 0 8 跨声速风洞 0 8 Ma 1 4 超声速风洞 1 4 Ma 5 高超声速风洞 Ma 5 1 4 风洞的分类 1 风洞概述 1 5 风洞的地位和作用 风洞的种类和规模可以衡量一个国家的航空航 天事业的水平 风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的 组成部分 美国 风洞是国家的重要战略资源 把包含风洞技术在内的空气动力技术作为仅次于核技术 的关键技术 对其他国家采取限制和封锁 1 风洞概述 1 风洞概述 一 风洞概述 二 为什么要建低温跨声速风洞 三 低温跨声速风洞的发展现状 四 低温跨声速风洞的技术难点 我国已经建立这么多气动试验机构和设备 能力是不是已经完全满足试验要求 思考思考 一则新闻 一则旧闻 2017年5月5日国产大飞机C919首飞成功 民用飞机设计与研究 2012年第1期 C919高雷诺数试验 声障 飞行器跨声速飞行时 流动现象非常复杂 出现了亚 跨 超混 合流场 并且在翼面上产生了激波 激波位置随扰动变化而变化 导 致非定常脉动 跨声速流动的计算很难准确模拟 实验显得特别重要 风洞中建立跨声速流场存在壅塞 壁面反射干扰和洞壁干扰等困难 需克服 2 低温跨声速风洞 2 1 跨声速风洞概况 实验段气流速度 0 8 Ma 1 4 动力装置 多级轴流式风扇 引射 结构类似亚声速风洞 实验段壁为通气壁 通气壁外为驻室 驻 室压力可调 2 低温跨声速风洞 2 1 跨声速风洞概况 2 低温跨声速风洞 2 低温跨声速风洞 2 2 相似准则 2 低温跨声速风洞 2 2 相似准则 雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则 雷诺数物理上表示惯性力和粘性力量级的比 在惯性力和粘性力起重要作用的流动中 欲使二几何相似的流动 满足动力相似条件 必须保证模型和实物的雷诺数相等 2 低温跨声速风洞 2 3 雷诺数 u L 增大运行总压 提高运行速度 增大试验段尺寸 降低粘性系数 L 增大试验段尺寸 法国S1MA跨声速风洞 试验段直径 8m 驱动功率 88MW 总压 最高100个大气压 洞体采用70mm厚钢板 增大运行总压 2 低温跨声速风洞 德荷联合风洞DNW的HDG风洞 2 低温跨声速风洞 2 4 我国跨声速风洞的水平 2 4 我国跨声速风洞的水平 2 低温跨声速风洞 绵阳FL 26跨声速风洞 2 低温跨声速风洞 现有常规跨声速风洞 2 低温跨声速风洞 降低粘性系数 2 5 降低总温来提高雷诺数 2 低温跨声速风洞 2 5 降低总温来提高雷诺数 2 低温跨声速风洞 2 5 降低总温来提高雷诺数 提高了实验 Re 数 扩大了风洞实验能力 并在获得高Re 数 的同时 动压和驱动功率可以接受 降低了动压和驱动功率 节省了运行费用 低温风洞可以独立地控制温度 压力 马赫数 具有唯一独 立确定各参数对模型气动特性 影响的能力 一 风洞概述 二 为什么要建低温跨声速风洞 三 低温跨声速风洞的发展现状 四 低温跨声速风洞的技术难点 3 大型低温跨声速风洞发展现状 大型低温跨 声速风洞 NTF National Transonic Facility ETW European Transonic Windtunnel KKK Kryo Kanal K ln 美国Langley研究中心 最低总温78K 最大总压9atm 建成于1982年 德英法荷四国合建 位于德国科隆 最低总温110K 最大总压4 5atm 建成于1993年 德国DLR 最低总温100K 最大马赫数0 4 3 大型低温跨声速风洞发展现状 美国Langley研究中心NTF低温跨声速风洞 3 1 美国NTF风洞 马马赫数 0 2 1 2 试验试验 段尺寸 2 5m 2 5m 总总温 340K 78K 总压总压 1 9大气压压 流体介质质 低温氮气 雷诺诺数 1 3e 7 m 4 8e 8 m 3 大型低温跨声速风洞发展现状 3 大型低温跨声速风洞发展现状 ETW低温跨声速风洞 3 2 欧洲ETW风洞 ETW风洞主要参数 尺寸 2 0m 高 x 2 4m 宽 马赫数 0 13 1 3 总压范围 115kPa 450kPa 温度范围 110K 313K 3 大型低温跨声速风洞发展现状 3 2 欧洲ETW风洞 3 大型低温跨声速风洞发展现状 3 2 欧洲ETW风洞 ETW低温风洞结构示意图 3 大型低温跨声速风洞发展现状 3 1欧洲ETW风洞 ETW低温风洞液氮喷注装置和液氮储罐 一 风洞概述 二 为什么要建低温跨声速风洞 三 低温跨声速风洞的发展现状 四 低温跨声速风洞的技术难点 4 大型低温跨声速风洞主要技术难点 1 温度控制 包括液氮注入系统 保温系统 气态氮排出 一方面要精确的控制温度达到设定值 另一方面还要保证温度 在试验段空间变化小 2 系统综合运行 低温风洞系统复杂 可以控制的环节多 简单列一下 风洞总压 试验段抽吸 第二喉道 液氮注入流 量 喷注喷嘴控制 风扇转速 气态氮排出 需要各系统协同运 行 4 大型连续跨声速风洞的设计 运行 管理 轴流压气 机 防喘振等 3 流场品质 其实第一点温度控制也是流场品质重要的一 方面 这里的品质还包括湍流度 马赫数空间分布 压力脉动 涉及到液氮注入和气态氮排出 噪声水平等 4 大型低温跨声速风洞主要技术难点 5 洞体结构和材料 轴流压气机 天平 压力温度 传感器等 各个组件和测试系统在极低温条件下的长时间 稳定运行 约100K 杨卫主任在讲话中指出 国家决策在 十三五 期 间启动大型低温高雷诺数风洞 大型连续式跨声速风洞 大型低速风洞等一批世界顶尖风洞建设 全面提升我国航 空航天技术自主创新能力 深入开展新一代风洞建设与应用领域的基础问题研究 和关键技术研发 对我国国家战略意义十分重大 2017年8月2日基金委新闻 敬请各位老师批评指正 。