加速装置

风洞实验室在不同气流速度下的分类问题

发布时间:2023/12/16 18:20:54   

风洞实验室作为流场测量中的重要设备,可广泛地应用于航空航天、桥梁建筑、汽车工程等领域的气动性能测试。而其应用领域的广泛,也就要求了风洞实验室的种类有所不同,如从用途上可以划分为汽车风洞实验室、桥梁风洞实验室、建筑群风洞实验室、体育风洞实验室等。不过,更多情况下,风洞实验室是按照速度范围来分类的,这是因为,风洞的速度范围不同,决定了它的工作原理、型式、构造和尺寸等等也各不相同。另一方面,被测物体的气动特性在不同的速度范围也是不同的,相应的风洞只能提供相应速度范围的气流条件。

当风洞实验室内气流的马赫数低于0.4时,便是低速风洞。此时,气流基本可以看成是不可压缩的,由于流速比较低,维持其运转所需的功率也比较低。

当马赫数介于0.4至0.8之间时,是亚音速风洞实验室。亚音速风洞中,必须考虑气流压缩性的影响,一般尺度的模型可能会发生堵塞,气流的能量损失与速度的三次方成正比,为降低能量损失,扩压段的扩压效率往往会比较高。

当马赫数提升至0.8至1.4之间时,就是跨音速风洞实验室了,该风洞允许的模型尺寸相对比较小,所需驱动功率比较大。

当马赫数来到1.4到5.0之间时,便是超音速风洞实验室。超音速风洞中的空气必须干燥,以防止气流在加速膨胀中出现水蒸气凝结。但是在马赫数小于5.0时,伴随膨胀温度下降,一般还不至于引起空气本身的液化,因而不需要专门的加热装置。此外,为了避免超音速风洞运转所需要的大功率造成过载,因此常采用间歇式,即长时间积累能量把空气压缩到一定的高压状态,然后短时间内喷出,在试验段形成超音速气流。

温特纳超音速校准风洞实验室

当马赫数继续提高至5.0至12时,便是高超音速风洞实验室。在这种情况下,为了防止空气液化,必须加热空气,这是高超音速风洞相对于超音速风洞的一大特点。

当马赫数超过12时,便是高焓高超音速风洞实验室。此时,气流所要求的压强比变得非常大,空气需要加热程度远远高于防止液化的水平。高焓高超音速风洞需要用极高压高温的空气来工作。所以也就面临两个问题:风洞洞身在高温下的强度问题和防止喷管喉部熔化问题。高焓高超音速风洞一般只能维持很短的工作时间——以毫秒为单位。

可见,风洞实验室的建造是具有一定的技术难度的,且随着气体流速的提升,难度也越来越大,这也是为什么我国目前风洞实验室多建于科研院所及少部分大型企业内的原因,毕竟科研院所往往具有一定的技术实力,而大型企业则具有足够的经济实力。但是,想要推进风洞事业的发展,中小型民营企业的加入也是必要的。大连温特纳科技有限公司(下称温特纳)便是其中之一,作为初创型民营科技企业,其已经拥有了低速、亚音速和超音速风洞实验室,可以进行气动探针校准/标定、小型无人机试验、叶栅试验等多种气动性能测试,并有专业气动工程师与客户对接,提供专业指导与服务。

风洞实验室种类繁多,在不同的分类标准下也会互有交叉,因此,科研人员需要在选取前明确自身需求,以便提高试验成功率,必要时也可以向提供风洞试验服务的第三方专业技术机构寻求建议与指导。



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