国商用航发研究院的实验室之中
此刻只见一个和青云一号飞机外形相同的缩小的模型,正在进行着风洞实验
风洞实验的理论依据是运动相对性原理和流动相似性原理
根据相对性原理,飞机在静止空气中飞行所受到的空气动力,与飞机静止不动、空气以同样的速度反方向吹来,两者的作用是一样的
但飞机迎风面积比较大,如机翼翼展小的几米、十几米,大的几十米,使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来,其动力消耗将是惊人的
根据相似性原理,可以将飞机做成几何相似的小尺度模型,只要保持某些相似参数一致,试验的气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度,并可以根据试验结果推算出真实飞行时作用于飞机的空气动力
风洞实验尽管有局限性,但有如下四个优点:
第一,能比较准确地控制实验条件,如气流的速度、压力、温度等;
第二,实验在室内进行,受气候条件和时间的影响小,模型和测试仪器的安装、操作、使用比较方便;
第三,实验项目和内容多种多样,实验结果的精确度较高;
第四,实验比较安全,而且效率高、成本低
因此,风洞实验在空气动力学的研究、各种飞行器的研制方面,以及在工业空气动力学和其他同气流或风有关的领域中,都有广泛应用
风洞实验的理论依据是流动相似原理
由于风洞尺寸、结构、材料、模型、实验气体等方面的限制,风洞实验要作到与真实条件完全相似是不可能的
通常的风洞实验,只是一种部分相似的模拟实验
因此,在实验前应根据实际内容确定模拟参数和实验方案,并选用合适的风洞和模型
模型的设计和制造是风洞实验的一个关键
模型应满足如下要求:形状同实物几何相似或符合所研究问题的需要(如内部流动的模拟等);大小能保证在模型周围获得所需的气流条件;表面状态(如光洁或粗糙程度、温度、人工边界层过渡措施等)与所研究的问题相适应;有足够的强度和刚度,支撑模型的方式对实验结果的影响可忽略或可作修正;能满足使用测试仪器的要求;便于组装和拆卸
此外,某些实验还对刚度、质量分布有特殊要求模型的材料在低速风洞中一般是高强度木材或增强塑料,在高速和高超声速风洞中常用碳钢、合金钢或高强度铝合金
有些实验根据需要还采用其他材料
模型通常都是缩尺的,也有全尺寸的,有时还可以按一定要求局部放大
对于几何对称的实物,还可以利用其对称性做成模拟半个实物的模型
对风洞实验结果通常须进行处理和分析
其主要内容是:将测量值换算成所需的空气动力学特性数据;分析综合各个实