[科普中國]-低密度風(fēng)洞

簡介

風(fēng)洞試驗段氣流的密度低,因而壓力也低。所以,在低密度風(fēng)洞中作氣動試驗面臨一系列與低密度流動有關(guān)的特殊問題。氣流品質(zhì)、支桿干擾、風(fēng)洞振動、環(huán)境溫度等多種因素的振動都會對測量結(jié)果帶來明顯的影響,甚至導(dǎo)致測量的失敗。所以,和常規(guī)風(fēng)洞相比,低密度風(fēng)洞測量技術(shù)相對要復(fù)雜一些1。

組成低密度風(fēng)洞由大功率石墨電阻加熱器、前室、噴管、試驗段、擴(kuò)壓器、冷卻器、主氣源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等構(gòu)成。此外還有水冷卻系統(tǒng)、風(fēng)洞操縱平臺以及給石墨電阻加熱器供電的直流電源系統(tǒng)。

石墨電阻加熱器用于加熱氣流,使前室氣流總溫達(dá)到防止試驗段氣流冷凝所需要的溫度。給石墨電阻加熱器供電的大功率直流電源系統(tǒng)由感應(yīng)調(diào)壓器、整流變壓器、硅整流器組成石該直流電源額定功率為360研,輸出直流電壓為0~60V,輸出直流電流為0一6000A。

擴(kuò)壓器的作用是使超聲速氣流通過它時減速,以減少對真空系統(tǒng)抽氣速率的要求。

主氣源系統(tǒng)由中壓氣罐及有關(guān)閥門管路組成。中壓氣罐工作壓力為6.4飾a。試驗時,先開送氣閥,后開球閥,調(diào)節(jié)調(diào)壓閥,使前室壓力達(dá)到需要值。真空系統(tǒng)主要由真空泵、真空罐和真空球組成。

特點從測量技術(shù)來看,由于所模擬的環(huán)境中氣流密度低,同時,為了盡量模擬高空環(huán)境,往往要求把試驗?zāi)Ｐ妥龅帽M童小一些。因此,無論是流場的環(huán)境參數(shù)或者模型表面的氣動參數(shù),低密度風(fēng)洞中通常要求試驗數(shù)據(jù)的精確度又較高。顯然,這種小的測量參數(shù)、高精度側(cè)量是一個棘手的難題。由于測量參數(shù)的數(shù)值小,各種因素的干擾影響相對也就大。這就給測量技術(shù)帶來了不少新問題。例如,在模型的測力試驗中,力的量級通常為克級,有的為毫克級。試驗中氣流品質(zhì)、支桿干擾、風(fēng)洞振動、環(huán)境溫度等多種因素的振動都會對測量結(jié)果帶來明顯的影響,甚至導(dǎo)致測量的失敗。所以,和常規(guī)風(fēng)洞相比,低密度風(fēng)洞測量技術(shù)相對要復(fù)雜一些。

難點1）多級葉片風(fēng)扇設(shè)計。由于低密度條件下風(fēng)扇效率會降低，采用多級葉片風(fēng)扇設(shè)計可以提高風(fēng)扇效率，進(jìn)而提高試驗段馬赫數(shù)。

2）風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)外置。驅(qū)動風(fēng)扇的電機(jī)不放在風(fēng)洞內(nèi)部，而設(shè)置于風(fēng)洞外，驅(qū)動電機(jī)通過一根長軸伸入到風(fēng)洞內(nèi)驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。這樣可以避免電機(jī)散熱對風(fēng)洞內(nèi)氣流溫度的影響；而且避免了電機(jī)冷卻裝置設(shè)置在風(fēng)洞內(nèi)的諸多不便，同時冷卻效率也可大大提高。

3）雙層試驗段設(shè)計。在試驗段的外部再包裹一層真空殼體，既便于快速進(jìn)行模型安裝，又便于攻角機(jī)構(gòu)等試驗裝置的安裝布置2。