風(fēng)洞實(shí)驗方法(風(fēng)洞實(shí)驗是如何進(jìn)行的)
1.風(fēng)洞實(shí)驗是如何進(jìn)行的
風(fēng)洞是進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗的一種主要設備，幾乎絕大多數的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗都在各種類(lèi)型的風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞的原理是使用動(dòng)力裝置在一個(gè)專(zhuān)門(mén)設計的管道內驅動(dòng)一股可控氣流，使其流過(guò)安置在實(shí)驗段的靜止模型，模擬實(shí)物在靜止空氣中的運動(dòng)。測量作用在模型上的空氣動(dòng)力，觀(guān)測模型表面及周?chē)牧鲃?dòng)現象。根據相似理論將實(shí)驗結果整理成可用于實(shí)物的相似準數。實(shí)驗段是風(fēng)洞的中心部件，實(shí)驗段流場(chǎng)應模擬真實(shí)流場(chǎng)，其氣流品質(zhì)如均勻度、穩定度（指參數隨時(shí)間變化的情況）、湍流度等，應達到一定指標。風(fēng)洞主要按實(shí)驗段速度范圍分類(lèi)，速度范圍不同，其工作原理、型式、結構及典型尺寸也各異。低速風(fēng)洞：實(shí)驗段速度范圍為0~100 米/秒或馬赫數Ma=0~0.3左右 ；亞聲速風(fēng)洞：Ma=0.3~0.8左右；跨聲速風(fēng)洞：Ma=0.8 ~1.4（或1.2）左右；超聲速風(fēng)洞：Ma=1.5~5.0左右；高超聲速風(fēng)洞Ma=5.0~10（或12）；高焓高超聲速風(fēng)洞Ma>10（或12）。風(fēng)洞實(shí)驗的主要優(yōu)點(diǎn)是：①實(shí)驗條件（包括氣流狀態(tài)和模型狀態(tài)兩方面）易于控制。②流動(dòng)參數可各自獨立變化。③模型靜止，測量方便而且容易準確。④一般不受大氣環(huán)境變化的影響 。⑤ 與其他空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗手段相比，價(jià)廉、可靠等。缺點(diǎn)是難以滿(mǎn)足全部相似準數相等，存在洞壁和模型支架干擾等，但可通過(guò)數據修正方法部分或大部克服。
風(fēng)洞實(shí)驗的主要項目有測力實(shí)驗、測壓實(shí)驗、傳熱實(shí)驗、動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗和流態(tài)觀(guān)測實(shí)驗等。測力和測壓實(shí)驗是測定作用于模型或模型部件（如飛行器模型中的一個(gè)機翼等）的氣動(dòng)力及表面壓強分布，多用于為飛行器設計提供氣動(dòng)特性數據。傳熱實(shí)驗主要用于研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動(dòng)加熱現象。動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗包括顫振、抖振和動(dòng)穩定性實(shí)驗等 ，要求模型除滿(mǎn)足幾何相似外還能模擬實(shí)物的結構剛度、質(zhì)量分布和變形。流態(tài)觀(guān)測實(shí)驗廣泛用于研究流動(dòng)的基本現象和機理。計算機在風(fēng)洞實(shí)驗中的應用極大地提高了實(shí)驗的自動(dòng)化、高效率和高精度的水平。
2.對大型客機進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗,使用了什么方法
使用了高雷諾數試驗、空氣動(dòng)力試驗、氣動(dòng)彈性風(fēng)洞試驗等一系列用于數據修正的方法，建立起一套從“風(fēng)洞數據”到“真實(shí)數據”的修正模型，保證試驗數據的有效性。
高雷諾數風(fēng)洞是用增加氣流總壓，降低氣流總溫或采用重氣體或增大模型尺寸等方法，使試驗雷諾數接近于飛機實(shí)際飛行雷諾數的風(fēng)洞。 氣動(dòng)彈性試驗的中心內容是飛機顫振特性研究，因此這里重點(diǎn)介紹顫振飛行試驗。
擴展資料風(fēng)洞實(shí)驗的理論依據是運動(dòng)相對性原理和流動(dòng)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(dòng)力，與飛機靜止不動(dòng)、空氣以同樣的速度反方向吹來(lái)，兩者的作用是一樣的。
但飛機迎風(fēng)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(fēng)面積如此大的氣流以相當于飛行的速度吹過(guò)來(lái)，其動(dòng)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，只要保持某些相似參數一致，試驗的氣流速度在一定范圍內也可以低于飛行速度，并可以根據試驗結果推算出真實(shí)飛行時(shí)作用于飛機的空氣動(dòng)力。
參考資料來(lái)源：百度百科-風(fēng)洞實(shí)驗。
3.風(fēng)洞實(shí)驗的要求
風(fēng)洞實(shí)驗的理論依據是流動(dòng)相似原理。由于風(fēng)洞尺寸、結構、材料、模型、實(shí)驗氣體等方面的限制，風(fēng)洞實(shí)驗要作到與真實(shí)條件完全相似是不可能的。通常的風(fēng)洞實(shí)驗，只是一種部分相似的模擬實(shí)驗。因此，在實(shí)驗前應根據實(shí)際內容確定模擬參數和實(shí)驗方案，并選用合適的風(fēng)洞和模型。模型的設計和制造是風(fēng)洞實(shí)驗的一個(gè)關(guān)鍵。模型應滿(mǎn)足如下要求：形狀同實(shí)物幾何相似或符合所研究問(wèn)題的需要（如內部流動(dòng)的模擬等）；大小能保證在模型周?chē)@得所需的氣流條件；表面狀態(tài)（如光潔或粗糙程度、溫度、人工邊界層過(guò)渡措施等）與所研究的問(wèn)題相適應；有足夠的強度和剛度，支撐模型的方式對實(shí)驗結果的影響可忽略或可作修正；能滿(mǎn)足使用測試儀器的要求；便于組裝和拆卸。此外，某些實(shí)驗還對剛度、質(zhì)量分布有特殊要求。模型的材料在低速風(fēng)洞中一般是高強度木材或增強塑料，在高速和高超聲速風(fēng)洞中常用碳鋼、合金鋼或高強度鋁合金。有些實(shí)驗根據需要還采用其他材料。模型通常都是縮尺的，也有全尺寸的，有時(shí)還可以按一定要求局部放大。對于幾何對稱(chēng)的實(shí)物，還可以利用其對稱(chēng)性做成模擬半個(gè)實(shí)物的模型。
對風(fēng)洞實(shí)驗結果通常須進(jìn)行處理和分析。其主要內容是：將測量值換算成所需的空氣動(dòng)力學(xué)特性數據；分析綜合各個(gè)實(shí)驗環(huán)節可能引入的誤差；對實(shí)驗結果作出物理解釋和數學(xué)說(shuō)明；根據模型流動(dòng)和實(shí)物流動(dòng)的差別，修正實(shí)驗結果。模型流動(dòng)和實(shí)物流動(dòng)的差別主要有：由風(fēng)洞和模型造成的模擬失真，如雷諾數的差別、進(jìn)氣和噴流的模擬失真等；其次是風(fēng)洞洞壁和模型支架的干擾影響；還有風(fēng)洞流場(chǎng)的非均勻性、湍流度和噪聲影響等。其中有些可以通過(guò)計算或者實(shí)驗進(jìn)行修正，更重要的是要注意積累使用風(fēng)洞實(shí)驗結果的經(jīng)驗。
