风洞是人工产生和控制气流,以模拟飞行棋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,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
风洞可以产生各种速度的气流、并可测量流速和实验物体受力情况。有开放式风洞(一端为气流入口、另一端为气流出口,中间为实验段);有封闭式风洞(环形,气流循环使用,中间为实验段)。按气流速度分,又分为超音速风洞、亚音速风洞(或称高度风洞、低速风洞)。利用气体介质产生工况的称风洞,利用水介质产生工况的称水洞。水洞主要用于潜艇、船舶、舰船用的螺旋桨的实验。凡在空气中飞的、路上跑的、水上水中行的产品,在设计研制中都要进行风洞(或水洞)实验。最主要的是优化外形设计,使其在保证功能的前提下阻力最小。其次是考验产品前段、弹性设计。
上海交大直流(开放式)风洞(效果图)- 普朗特(天津)工程技术有限公司设计
实验水洞实物图 - 普朗特(天津)工程技术有限公司设计安装
风洞实验室飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,随着工业空气动力学的发展,在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛地应用。
用风洞做实验的依据是运动的相对性原理。实验时,常将模型或实物固定在风洞内,使气体流过模型。这种方法,流动条件容易控制,可重复地、经济地取得实验数据。为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制,在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的,通常是按所要研究的课题,选择一些=影响最大的参数进行模拟。此外,风洞实验段的流场品质,如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声等级等必须符合一定的标准,并定期进行检查测定。
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风洞是飞行器研制中必不可少的设备,风洞的规模和完善往往反映航空航天科学技术的发展水平。风洞主要应用于航空航天领域,比如飞行器、航天器、航空发动机、各种导弹、返回式卫星及载人飞船、降落伞等,另外还有用于汽车设计的汽车风洞。实验1:1的风洞,多为低俗风洞实验。一般多为缩比模型实验。要将实验设计无量纲或,试验后将缩比模型实验结果还原到被试实物的情况。
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