風洞特種試驗技術

前言

近年來，隨著航空航天科學技術的不斷發(fā)展，風洞試驗，特別是風洞特種試驗為航空航天飛行器的研制和空氣動力學的發(fā)展做出了重要貢獻，廣大從事氣動研究的工作者為此付出了辛勤的勞動和不懈的努力。為了及時、系統(tǒng)地總結這些研究成果，促進風洞特種試驗技術水平的進一步提高，更好地滿足飛行器研制和培養(yǎng)風洞試驗人員的需求，2006年由中國航空工業(yè)空氣動力研究院和中國航天空氣動力技術研究院等單位倡議，組織編寫《風洞特種試驗技術》。這一建議得到了國內各有關單位的積極響應和上級主管部門的同意，并于2006年6月召開了國內各有關單位專家參加的第一次編寫工作會議，正式開始了編寫工作。在參加編寫工作的單位和專家們的共同努力下，歷時4年，《風洞特種試驗技術》一書終于和讀者見面了。風洞特種試驗技術是相對常規(guī)試驗而言的，并在不斷地發(fā)展和變化著。本書所述的風洞特種試驗是指飛行器在低、跨、超聲速范圍內的除飛行器（或模型）定常測力和表面壓力分布試驗以外的風洞試驗項目，但不包括高超聲速流動的氣動力、氣動熱和氣動物理試驗，以及工業(yè)空氣動力學試驗。風洞特種試驗項目種類繁多，是風洞試驗的精華，標志著風洞試驗的技術水平和發(fā)展方向，是研究解決飛行器空氣動力學問題不可缺少的試驗內容。本書所述的試驗項目是應用最廣泛、技術上最具代表性的部分，全書共分17部分（章），內容主要包括：動力模擬試驗、多體干擾與分離試驗、氣動彈性試驗、動導數試驗、大迎角非定常試驗、風洞尾旋試驗、風洞模型自由飛試驗、馬格努斯效應試驗、鉸鏈力矩試驗、非定常壓力測量、直升機試驗、彈射救生裝置試驗、降落傘試驗、結冰試驗、航空聲學試驗、風洞虛擬飛行試驗和PSP和PIV光學測量技術。本書給出了大量的試驗數據、圖表和曲線，內容力求做到實用、嚴謹，盡可能體現目前風洞特種試驗技術的能力和最新發(fā)展。各部分（章節(jié)）的基本內容都是一個專門的試驗項目，涉及范圍廣泛。但由于專業(yè)范圍的限制，有些專題未能涵蓋。本書可作為風洞試驗人員，從事飛行器設計和其他空氣動力研究工作者，以及大專院校有關專業(yè)師生的參考書；并為型號設計單位了解風洞特種試驗技術能力，協調和安排風洞試驗任務提供基本技術參考。

內容概要

本書根據近年來風洞特種試驗技術的發(fā)展，結合我國實際情況對現有的多種特種試驗技術做了系統(tǒng)、簡明的介紹，內容包括：動力模擬試驗、多體干擾與分離試驗、氣動彈性試驗、大迎角非定常試驗、風洞尾旋試驗、風洞模型自由飛試驗、鉸鏈力矩試驗、非定常壓力試驗，彈射救生裝置試驗、結冰試驗、航空聲學試驗、風洞虛擬飛行試驗，以及先進實用的光學測量技術等。本書含有大量的試驗數據、圖表和曲線等，圖文并茂。全書內容力求做到實用、嚴謹，盡可能體現當前風洞特種試驗技術的最新發(fā)展。    本書可作為風洞試驗人員，從事飛行器設計和其他空氣動力研究工作者，以及大專院校有關專業(yè)師生的參考書；并為型號設計單位了解風洞特種試驗技術能力，協調和安排風洞試驗任務提供基本技術參考。

書籍目錄

緒論  0.1 風洞試驗在飛行器設計中的作用  0.2 風洞特種試驗的主要目的和內容  0.3 風洞特種試驗的特點  0.4 風洞試驗（包括風洞特種試驗）的展望第1章 動力模擬試驗  1.1 螺旋槳飛機的動力模擬試驗  1.2 噴氣動力飛機的進氣道試驗  1.3 噴氣動力飛機的噴流試驗  1.4 推力轉向試驗  1.5 進、排氣組合動力模擬試驗第2章 多體干擾與分離試驗  2.0 符號說明  2.1 概述  2.2 外掛物測力試驗  2.3 外掛物投放試驗  2.4 捕獲軌跡試驗  2.5 關于內埋武器艙的特性格  2.6 多體分離拋撒初條件與分離特征參數  2.7 機載多用途布撒器與風洞試驗第3章 氣動彈性試驗  3.1 靜彈性試驗  3.2 抖振試驗  3.3 顫振試驗  3.4 嗡鳴試驗第4章 動導數試驗  4.1 概述  4.2 動導數試驗方法  4.3 試驗裝置  4.4 試驗裝置調試和標模試驗  4.5 風洞試驗  4.6 大迎角試驗的特殊問題  4.7 高超聲速試驗的特殊問題  4.8 動導數試驗技術的發(fā)展趨勢第5章 大迎角非定常試驗  5.1 概述  5.2 大迎角非定常氣動力試驗  5.3 單、雙自由度大幅拉升運動試驗  5.4 自由振蕩試驗  5.5 旋轉流場下大幅振蕩試驗第6章尾旋試驗  6.0 符號說明  6.1 概述  6.2 立式風洞模型自由飛試驗  6.3 旋轉天平試驗第7章 風洞模型自由飛試驗  7.0 符號說明  7.1 概述  7.2 動態(tài)縮比準則  7.3 風洞自由飛試驗  7.4 低速風洞帶動力自由飛試驗第8章 馬格努斯效應試驗  8.1 概述  8.2 試驗原理  8.3 試驗技術  8.4 試驗結果第9章 鉸鏈力矩試驗  9.0 符號說明  9.1 概述  9.2 鉸鏈力矩測量方法  9.3 鉸鏈力矩試驗方法  9.4 鉸鏈力矩試驗結果數據處理  9.5 試驗結果與飛行數據的比較  9.6 高速風洞舵面鉸鏈力矩試驗技術研究  9.7 大長細比飛行器操縱面鉸鏈力矩的測量方法  9.8 大型飛機鉸鏈力矩試驗技術  9.9 自動偏轉模型操縱面的鉸鏈力矩測量技術  9.10 高超聲速風洞鉸鏈力矩測量第10章 非定常壓力測量  10.1 概述  10.2 風洞和模型  10.3 測量系統(tǒng)  10.4 試驗方法  10.5 數據處理  10.6 測量結果及其與飛行數據的比較  10.7 風洞氣動噪聲對試驗結果的影響第11章 直升機試驗  11.1 概述  11.2 相似參數  11.3 試驗模型  11.4 直升機旋巽／機身模型組合試驗臺  11.5 試驗方法和試驗程序  11.6 試驗結果及其與飛行數據的比較第12章 彈射救生裝置試驗  12.1 概述  12.2 試驗方法  12.3 模型及支撐  12.4 數據處理及試驗結果  12.5 彈射救生裝置火箭滑車氣動力試驗第13章 降落傘試驗  13.1 概述  13.2 相似參數  13.3 試驗設備  13.4 試驗方法  13.5 試驗結果及其修正第14章 結冰試驗  14.1 概述  14.2 結冰對飛機氣動特性的影響  14.3 結冰風洞  14.4 結冰風洞的特殊裝置  14.5 結冰風洞試驗模擬  14.6 試驗結果第15章 航空聲學試驗  15.1 概述  15.2 航空聲學試驗的必要性  15.3 相似參數  15.4 航空聲學風洞  15.5 噪聲的麥克風陣列測量  15.6 測量儀器  15.7 幾個典型的航空聲學試驗第16章 風洞虛擬飛行試驗  16.1 概述  16.2 風洞虛擬飛行試驗裝置與安裝  16.3 風洞虛擬飛行試驗  16.4 風洞試驗數據處理與分析第17章 PSP和PIV光學測量技術  17.1 概述  17.2 壓敏涂料光學測壓技術  17.3 粒子圖像測速技術參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：壓力罐里適當位置設有放置被測涂料樣片的托架，托架可將放置其上的樣片固定住，當壓力罐內的壓力或溫度改變時保持樣片的位置不會發(fā)生變化。壓力罐要有足夠的強度能夠承受住大于特性曲線校準時需改變的壓力范圍。壓力罐上要裝有足夠大的光學玻璃窗供激勵光進入及熒光射出，當激勵光是紫外光時該玻璃窗的材質必須是石英玻璃的，這樣紫外光才能透過，當激勵光是可見光時該玻璃窗是普通光學玻璃就可以，不管是什么材質該玻璃窗也必須與壓力罐的其他部分一樣有足夠的強度能夠承受住大于特性曲線校準時需改變的壓力范圍。壓力罐與真空泵和壓力泵連接，用于改變壓力罐中的壓力。壓力罐的周圍或內部還布有加熱裝置和制冷系統(tǒng)，用于改變壓力罐內的溫度。此外壓力罐還裝有壓力傳感器和壓力表以及多個溫度傳感器。壓力控制系統(tǒng)用于改變或保持壓力罐中的壓力，其主要部件有真空泵、壓力泵、‘壓力傳感器、壓力表和由計算機參與的壓力控制與處理單元等。涂料特性曲線校準過程中壓力罐中的壓力按照預先設定的一組數值變化，這個工作由計算機發(fā)指令由壓力控制系統(tǒng)控制真空泵和壓力泵來執(zhí)行，由壓力傳感器實時測量罐內的壓力反饋給壓力控制與處理單元，壓力控制與處理單元根據預先設定的值和實時的測量值進行比較并決策，采用模糊控制和PID控制等方式控制真空泵和壓力泵的運轉狀態(tài)使罐內的壓力盡快逼近希望達到的設定值，與設定值的控制容限不必太苛刻，只要逼近到較接近的程度就可以了，因為壓力設定值問的步長都較寬，一般不小于0.1bar，更強調的是壓力穩(wěn)定性控制，因為在每一個壓力設定值處都要發(fā)出激勵光激發(fā)涂料發(fā)出熒光并采集與存儲涂料樣片的熒光圖像，同時也將壓力傳感器在采集圖像時的罐內壓力測量值一起存儲起來，這個過程中壓力越穩(wěn)定越好。當進行特性曲線計算時相應的壓力值使用當時的壓力傳感器測量值而不使用壓力設定值，這樣，既可以得到高精度的涂料特性曲線又可以降低對壓力控制系統(tǒng)的要求，既降低成本又提高了曲線校準的效率。溫度控制系統(tǒng)由置于壓力罐中的溫度傳感器、溫度控制單元、加熱器與制冷系統(tǒng)等組成。因為涂料的特性曲線與溫度有關，每一條特性曲線都是在某個特定的溫度下測試得到的才有其實用意義，因此在每一條特性曲線的測試過程中溫度穩(wěn)定在某一個預定值是十分重要的，這將直接影響特性曲線的準確度，也將直接影響壓敏涂料測壓試驗的準確度。由計算機給出預設的溫度值，由溫度控制單元驅動加熱器和制冷系統(tǒng)具體執(zhí)行，根據壓力罐內的溫度傳感器的實時測量值控制加熱器和制冷系統(tǒng)的運行狀態(tài)使罐內溫度盡快逼近并達到預設的溫度值，之后一直保持這一溫度直至一條涂料特性曲線測試完成。當計算機給出另一個預設的溫度值時溫度控制系統(tǒng)又根據新的溫度預設值重復上述的控制過程，就這樣一直進行下去直至整個試驗完成。激勵光源用于激勵樣片上的涂料發(fā)出熒光，激勵光的光譜成分應當與風洞試驗時用的激勵光完全一樣。如果風洞中的激勵光源的安裝和拆卸不是很麻煩，風洞吹風和涂料特性曲線校正最好使用同一個激勵光源，這樣有利于提高涂料特性曲線校準的準確性。

編輯推薦

《風洞特種實驗技術》是由航空工業(yè)出版社出版的。

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