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0155 全尺寸風洞實驗

接下來技術人員開始進行飛機模型動態的效能測試了,這個對於整個飛機在執行過程中的影響非常的巨大。

如果不測量完全,就會對於後面整個飛機的動平衡有著極大的影響。

風洞實驗最重要的就是,第三點,動態模型實驗

確定模型對氣流的相對運動和模型上的氣動力隨時間變化的實驗,包括顫振實驗、抖振實驗、動穩定性實驗、操縱面嗡鳴實驗、非定常壓力測量等。

顫振實驗,顫振是飛行器在氣動力、結構彈性力和慣性力相互作用下從氣流中吸取能量而引起的自激振動。

它一旦發生,就很可能造成結構的破壞。進行風洞顫振試驗,旨在選擇對防顫振有利的結構方案(見顫振試驗)。

抖振實驗,抖振是氣流分離所激起的飛行器結構振動。

作低速大攻角飛行時,舉力面上氣流分離達一定程度後就會出現抖振,這類抖振稱為舉力型抖振。

作跨聲速飛行時由於激波的誘導作用,使抖振起始攻角明顯減小。

此外,還有由於氣流分離造成的非舉力型抖振。抖振影響飛機的結構強度和疲勞壽命,會使武器系統和電子儀器的工作不正常,使乘員不舒適。

抖振起始攻角所對應的舉力係數(見舉力)隨馬赫數的變化曲線,稱為抖振邊界。

抖振邊界越高,飛機的最小平飛速度越低,飛行中的機動性和安全性越好。

抖振實驗是要測定抖振邊界和抖振載荷。測定抖振邊界可採用方均根彎矩法和後緣靜壓發散法等。

抖振實驗對風洞噪聲級、湍流度以及模型表面的邊界層狀態都有較嚴格的要求。

動穩定性實驗測定動導數的實驗。動導數是氣動力和力矩對運動參量時間變化率的導數。

在風洞中測量動導數一般採用自由振動法或受迫振動法。

自由振動法是給模型以一定的初始位移後把它釋放出去,使它在氣流中作自由衰減振動,根據所記錄的模型位移時間歷程來確定動導數。

此法裝置簡單,但受風洞背景噪聲等外界干擾影響較大,準確度不高。

受迫振動法是對模型系統施加一定頻率的正弦激振力矩,在此過程中,透過測量儀器,測定它的激振力矩和模型振動角位移之間的相位差,從而確定動導數。

此外,還可以用風洞模型自由飛的方法測量動導數。

操縱面嗡鳴實驗,操縱面嗡鳴是飛行器作跨聲速飛行時由於翼面上的激波、波後的邊界層分離和操縱面偏轉的相互作用而產生的單自由度不穩定運動。

操縱面嗡鳴對馬赫數很敏感。

發生嗡鳴會降低操縱效率甚至使操縱失效,嚴重時將導致結構的疲勞破壞。

透過嗡鳴實驗,可以確定飛行器操縱面振動的性質,提供排除振動的方法和確定剛度指標。

嗡鳴實驗模型由剛性主翼和操縱面組成,可用彈黃片模擬操縱系統剛度。

操縱系統結構阻尼應大致和實物相當。

實驗時用應變測量系統測定振動波形,也可用方均根電平記錄儀測量振動強度。

非定常壓力測量,這種測量是研究非定常氣動力的基本手段。

測量方法有兩種:一種是用埋在模型裡的微型壓力傳感器同時測量許多點的非定常壓力;另一種是在模型裡安置許多壓力管,透過壓力管測量非定常壓力,而壓力管則透過掃描閥與傳感器相連。

採用後一種方法,必須作吹風狀態下管路動態傳遞特性的修正。

在動態實驗中,風洞背景噪聲對實驗結果的準確度有很大的影響,因此,除對風洞的噪聲級作出限制外,還必須在實驗技術上減小風洞噪聲的影響,如在數據處理中,採用相關濾波、總體平均等方法。

配備能進行快速傅立葉變換的動態分析裝置,可以明顯提高動態實驗的能力,實現實時分析。

流態觀察實驗,藉助物理和化學的手段使風洞中無色透明的氣流成為可見氣流的實驗方法。

利用這種技術能夠用肉眼或其他輔助手段直接觀察到氣體流動的物理影象,從而加深對氣體流動機理的瞭解並及時發現氣體流動中存在的問題。

還可以用觀察的結果驗證一些理論、假說並幫助建立複雜流動問題的數學模型。這種技術是空氣動力實驗的一種基該方法。

自然界中存在著許多能顯示流體流動的現象。

水面飄浮物體的運動往往表明水流方向;生火時產生的煙則顯示了熱空氣上升和擴散的圖形。

在實驗室內用流態顯示技術進行科學研究始於19世紀末。

1883年O.雷諾把一股染色水引入管流中,根據染色水是色彩清晰的規則流動還是紊亂流動來判別管中流動是層流還是湍流。

1893年,L.馬赫在風洞中用絲線和煙流觀察了氣流繞垂直安放的一塊平板流動的情況。

隨著風洞的發展和科學技術的進步,流態觀察方法也越來越多。

風洞中流態觀察方法大致為分兩類:第一類是示蹤方法;第二類是光學方法。

風洞實驗既然是一種模擬實驗,不可能完全準確。

概括地說,風洞實驗固有的模擬不足主要有以下三個方面。

與此同時,相應也發展了許多克服這些不足或修正其影響的方法。

邊界效應或邊界干擾。

真實飛行時,靜止大氣是無邊界的。而在風洞中,氣流是有邊界的,邊界的存在限制了邊界

附近的流線彎曲,使風洞流場有別於真實飛行的流場。

其影響統稱為邊界效應或邊界干擾。克服的方法是儘量把風洞試驗段做得大一些(風洞總尺寸也相應增大),並限制或縮小模型尺度,減小邊界干擾的影響。

但這將導致風洞造價和驅動功率的大幅度增加,而模型尺度太小會便雷諾數變小。

近年來發展起一種稱為“自修正風洞“的技術。

風洞試驗段壁面做成彈性和可調的。

試驗過程中,利用計算機,粗略而快速地計算相當於壁面處流線應有的真實形狀,使試驗段壁面與之逼近,從而基本上消除邊界干擾。

支架干擾。

風洞實驗中,需要用支架把模型支撐在氣流中。

支架的存在,產生對模型流場的干擾,稱為支架干擾。

雖然可以透過試驗方法修正支架的影響,但很難修正乾淨。

近來,正發展起一種稱為“磁懸模型“的技術。

在試驗段內產生一可控的磁場,透過磁力使模型懸浮在氣流中。

不能滿足的影響

風洞實驗的理論基礎是相似原理。相似原理要求風洞流場與真實飛行流場之間滿足所有的相似準則,或兩個流場對應的所有相似準則數相等。風洞試驗很難完全滿足。

最常見的主要相似準則不滿足是亞跨聲速風洞的雷諾數不夠。以天音737飛機為例,它在巡航高度(9000m)上,以巡航速度(927km/h)飛行,雷諾數為2.4×107,而在3米亞聲速風洞中以風速100m/s試驗,雷諾數僅約為1.4×106,兩者相距甚遠。

提高風洞雷諾數的方法主要有:

⑴增大模型和風洞的尺度,其代價同樣是風洞造價和風洞驅動功率都將大幅度增加。

如上文所說天星國的全尺寸風洞。

⑵增大空氣密度或壓力。

已出現很多壓力型高雷諾數風洞,工作壓力在幾個至十幾個大氣壓範圍。中國也正在研製這種高雷諾數風洞。

⑶降低氣體溫度。

如以90K(-1830C)的氮氣為工作介質,在尺度和速度相同時,雷諾數是常溫空氣的9倍多。世界上已經建成好幾個低溫型高雷諾數風洞。

現如今對於青雲一號飛機來說!

他們直接花了整個一週的時間,對於青雲一號飛機模型的所有效能進行了整個的風洞實驗。

這已經是第二次的風洞實驗了,第一次的風洞實驗,整個飛機的機身沒有出現任何的問題。

第二次的實驗也是為了確保整個引數的穩定性,現如今第二次的風洞實驗也是已經全部完成了。

所以武光這個時候也是非常的放心開始後面零部件的生產了,整體零部件大概會在兩個月的時間內完成。

他們整個青雲一號研發項目組,這個時候都是在爭分奪秒的開始進行整個專案的研發,一定要在百靈戰鬥機完成之前將青雲一號飛機進行首飛,替百靈戰鬥機打頭陣。

此刻在林宇科研所之中,一個普通的小型的風洞實驗室之中,技術人員我在開始對百靈戰鬥機的模型進行整個風洞的實驗。

百靈戰鬥機風洞的實驗要比青雲飛機難得多,因為整個風洞需模擬最高時速十馬赫的速度。

這樣的速度的飛機,他們以前還是從來沒有做過,所以說這對於每一個人來說都是一個巨大的挑戰。

當整個風速加快之後,整個戰鬥機的機身所承受的壓力以及氣壓都是非常大的,而且優於整個風速的加快,百靈戰鬥機模型表面的溫度也是開始急劇的提升。

這樣對於整個飛機溫度傳導的實驗就會非常的關鍵,不過現如今隱身塗層和隔熱塗層的材料還沒有完全的研發完成,所以飛機模型整體的隔熱性能還不是非常的完美。

不過其他的一些實驗,整個飛機的表現非常的完美,整個飛機的流體設計,在空氣之中的推升設計可以說達到了完美的地步。

相比於之前設計的戰鬥機,整體的流體設計外形技術明顯的提高了一個檔次。

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所有的風洞實驗做完之後,楊巍的項目組對於整個飛機的效能也是有了初步的瞭解。

下面就是整個飛機開始進行零部件的生產了,而且最新的風洞實驗室已經在建造之中了,這個風洞實驗室是全尺寸的風洞實驗室。

這樣的技術只有天星國能夠做到,現如今有了林宇提供的技術他們也能夠進行全尺寸風洞實驗的建造了。

全尺寸風洞實驗室,對於戰鬥機整個效能的測試有著非常準確的作用。

全尺寸風洞實驗室又稱“巨型風洞”,一種可以達到飛機真實飛行雷諾數(又稱全尺寸雷諾數)的風洞。

可直接將真實飛機或部件放入試驗段吹風,可進行動力相似模型的自由飛試驗、真發動機裝置的運轉實驗等,也可用來比較飛行試驗或小風洞模型實驗的結果,驗證雷諾數的影響。

最早的全尺寸風洞1933年前即已建成,是天星國建立的。

至四十年代,全尺寸風洞試驗段截面尺寸已達24.4×12.2米2(寬X高),最大風速超過100米/秒,電機功率達36000馬力。

世界上全尺寸風洞還不多,也只有天星國和北熊國有這樣的研發能力,規劃中的全尺寸風洞,尺寸越來越大。

全尺寸風洞的優點是母庸置疑的,他能夠更加準確全面的反映出飛機在相應速度之下的各種效能,以及能夠遇到的各種突發的情況。

經過全尺寸的風洞實驗之後,整個飛機在首飛的時候基本上不會出現任何的問題。

可以完全保證飛機首飛的成功率,極大的節省了飛機的研發時間。

要知道如果飛機首飛之後,直接墜毀了,那對於整個飛機的研發週期將是致命性的。

所有的全部要來一套,而且要分析飛機墜毀之前的各種資料,然後找出設計之中的不足然後在加以改進。

但是有了全尺寸風洞實驗室之後,整個裝配完成的飛機就可以在風洞之中測量各種的引數,然後分析整個飛機的效能,在各種速度之下會不會出現問題。

而且在風洞實驗中發現了問題之後,還可以很好的進行解決掉,只要改變引數不停的在風洞之中進行實驗就能夠解決問題。

因為重新的在造出一臺新的飛機進行再一次的試飛,整個成本太大了!

所以說全尺寸風洞對於飛機的研發非常的重要,這也是林宇科研所這一次研發的重點,如果這個技術突破了整個夏國在飛機研發領域會有著更大的突破。

所以這個時候楊巍也是親自盯著這個全尺寸風洞的研發專案,這個風洞實驗室建成之後,那麼整個夏國在飛機研發領域將會節省很多的時間和成本。

這不僅僅是這一次百靈戰鬥機使用到的技術,更是之後整個夏國在飛機領域能夠用到的技術。