風洞

　　風洞實驗是飛行器研制工作中的一個不可缺少的組成部分。它不僅在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起著重要作用，隨著工業(yè)空氣動力學的發(fā)展，在交通運輸、房屋建筑、風能利用等領(lǐng)域更是不可或缺的。這種實驗方法，流動條件容易控制。實驗時，常將模型或?qū)嵨锕潭ㄔ陲L洞中進行反復吹風，通過測控儀器和設(shè)備取得實驗數(shù)據(jù)。為使實驗結(jié)果準確，實驗時的流動必須與實際流動狀態(tài)相似，即必須滿足相似律的要求。但由于風洞尺寸和動力的限制，在一個風洞中同時模擬所有的相似參數(shù)是很困難的，通常是按所要研究的課題，選擇一些影響最大的相似參數(shù)進行模擬。此外，風洞實驗段的流場品質(zhì)，如氣流速度分布均勻度、平均氣流方向偏離風洞軸線的大小、沿風洞軸線方向的壓力梯度、截面溫度分布的均勻度、氣流的湍流度和噪聲級等必須符合一定的標準，并定期進行檢查測定。

　　結(jié)構(gòu)

　　風洞主要由洞體、驅(qū)動系統(tǒng)和測量控制系統(tǒng)組成，各部分的形式因風洞類型而不同。

　　洞體

　　它有一個能對模型進行必要測量和觀察的實驗段。實驗段上游有提高氣流勻直度、降低湍流度的穩(wěn)定段和使氣流加速到所需流速的收縮段或噴管。實驗段下游有降低流速、減少能量損失的擴壓段和將氣流引向風洞外的排出段或?qū)Щ氐斤L洞入口的回流段。有時為了降低風洞內(nèi)外的噪聲，在穩(wěn)定段和排氣口等處裝有消聲器。

　　驅(qū)動系統(tǒng)

　　驅(qū)動系統(tǒng)共有兩類。一類是由可控電機組和由它帶動的風扇或軸流式壓縮機組成。風扇旋轉(zhuǎn)或壓縮機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使氣流壓力增高來維持管道內(nèi)穩(wěn)定的流動。改變風扇的轉(zhuǎn)速或葉片安裝角，或改變對氣流的阻尼，可調(diào)節(jié)氣流的速度。直流電動機可由交直流電機組或可控硅整流設(shè)備供電。它的運轉(zhuǎn)時間長，運轉(zhuǎn)費用較低，多在低速風洞中使用。使用這類驅(qū)動系統(tǒng)的風洞稱連續(xù)式風洞，但隨著氣流速度增高所需的驅(qū)動功率急劇加大，例如產(chǎn)生跨聲速氣流每平方米實驗段面積所需功率約為4000千瓦，產(chǎn)生超聲速氣流則約為16000～40000千瓦。另一類是用小功率的壓氣機事先將空氣增壓貯存在貯氣罐中，或用真空泵把與風洞出口管道相連的真空罐抽真空，實驗時快速開啟閥門，使高壓空氣直接或通過引射器進入洞體或由真空罐將空氣吸入洞體，因而有吹氣、引射、吸氣以及它們相互組合的各種形式。使用這種驅(qū)動系統(tǒng)的風洞稱為暫沖式風洞。暫沖式風洞建造周期短，投資少，一般［［雷諾數(shù)］］較高，它的工作時間可由幾秒到幾十秒，多用于跨聲速、超聲速和高超聲速風洞。對于實驗時間小于 1秒的脈沖風洞還可通過電弧加熱器或激波來提高實驗氣體的溫度，這樣能量消耗少，模擬參數(shù)高。

　　測量控制系統(tǒng)

　　其作用是按預(yù)定的實驗程序，控制各種閥門、活動部件、模型狀態(tài)和儀器儀表，并通過天平、壓力和溫度等傳感器，測量氣流參量、模型狀態(tài)和有關(guān)的物理量。隨著電子技術(shù)和計算機的發(fā)展，20世紀40年代后期開始，風洞測控系統(tǒng)，由早期利用簡陋儀器，通過手動和人工記錄，發(fā)展到采用電子液壓的控制系統(tǒng)、實時采集和處理的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。