[发明专利]一种基于动量原理的风洞试验方法

摘要

本发明公开了一种基于动量原理的风洞试验方法。本发明基于动量原理求取风洞内气流中试验模型所受空气动力和力矩及其空气动力和力矩系数，在模型前后增加两个测量控制面，测量控制面和风洞洞壁构成完整的固定控制体。测量出该两个控制面上的流体密度、速度矢量和静压力及风洞壁上的静压力，按照动量原理和动量矩原理计算风洞内模型所受的力和力矩以及相应的力系数和力矩系数，而不必在支撑的末端安装气动力和气动力矩测量仪器。本发明提高了升力和阻力的动量法风洞试验测量精度，实现模型所受力矩测量和开展动量法三维风洞试验。

主权项

1.一种基于动量原理的风洞试验方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，确定风洞洞壁上的测压点；所述测压点分布在试验上壁和试验下壁的中心线上；在所述的试验上壁和试验下壁的中心线过翼型模型段上的测压点之间的间距为翼型模型弦长的3～8％，所述的试验上壁和试验下壁的中心线在过翼型模型段以外区域的测压点之间的间距为翼型模型弦长的8～13％；步骤2，确定风洞试验段入口测量点和出口测量点；所述风洞试验段入口测量点和出口测量点分别位于该风洞试验段入口中心线和出口中心线上，并且所述风洞试验段入口测量点和出口测量点分别位于由所述试验上壁的中心线和试验下壁的中心线构成的垂直平面的两端，使得分别位于风洞试验段的试验上壁中心线、试验下壁中心线的测压点，与分别位于风洞试验段的入口中心线和风洞试验段出口中心线的测量点构成矩形的控制体的边线；所述位于风洞试验段入口的测量点和风洞试验段出口的测量点等间距分布；步骤3，将各测压点和测量点分别通过管路与测量仪器联通；步骤4，测试初始风速时不同迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；具体过程是：a.设置风洞的初始风速；风洞风速根据试验雷诺数确定；风洞风速的范围为10～90m/s，风洞的初始风速为10m/s；b.设置初始迎角；通过转盘将模型迎角调整至试验要求的初始值；启动风洞达到试验要求的风速，通过测量仪器测试设定风速下初始迎角时的各测压点的压力和测量各测量点的压力与速度；c.数据处理；通过下列公式对得到的初始迎角下各测压点的压力和各测量点的压力与速度进行处理，分别得到风洞风速V₁时该初始迎角下升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；cy=∫x1x2(cpl-cpu)dxc+2U∞2∫y1y2(u1v1-u2v2)dyc---(4)]]>cx=∫y1y2[2u2U∞(u1U∞-u2U∞)+(cp1-cp2)]dyc---(5)]]>cmz=∫x1x2(cpl-cpu)xcdxc-∫y1y2(cp1-cp2)ycdyc]]>(6)]]>-2U∞2∫y1y2(u12-u22)ycdyc+2U∞2∫y1y2(u1v1x1-u2v2x2)1cdyc]]>式中，c_y,c_x,c_mz分别为翼型的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数；c_p表示压力系数，所述其中p是各测压点和测量点的压力,p_∞是来流的静压，U_∞是来流的速度，所述来流为沿x正方向的气流；c为翼型模型的弦长；x为风洞轴线方向，顺气流为正；y是当迎角为0°时翼型模型的法向；u，v为所述x方向与y方向的速度分量；所述u=Ucosθ,所述v=-Usinθ，并且θ为控制面上各点的二维合成速度与x轴的夹角，当气流向下翼面偏斜时θ为正；U是风洞试验段的入口中心线和风洞试验段出口中心线上各点的二维合成速度，所述其中，p₀，ρ是风洞试验段的入口中心线和风洞试验段出口中心线上各点的总压和流体的密度；下标u，l分别是翼型风洞试验上壁和试验下壁的流动参数；下标1是风洞试验段入口截面中心线处的气流参数；下标2是风洞试验段出口截面中心线处的气流参数；x₁是翼型风洞试验上壁和翼型风洞试验下壁的x坐标的起点；x₂是翼型风洞试验上壁和翼型风洞试验下壁x坐标的终点；y₁是风洞试验段入口和出口截面中心线y坐标的起点；y₂是风洞试验段入口和出口截面中心线y坐标的终点；d.测量风洞风速V₁时各迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；具体是：通过转盘将模型的迎角调整至新的角度；当模型迎角确定后，重复本步骤中的b和c，得到迎角为-2°时的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；再次调整转盘将模型的迎角调整至新的角度，直至最大迎角为30°，并重复本步骤中的b和c，得到各迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；步骤5，测试其它风洞风速时不同迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；具体测试过程是：a.设置风洞风速V₂；b.设置初始迎角；将模型迎角调整至试验要求的初始值；测试初始迎角时的各测压点的压力和测量各测量点的压力与速度，得到各测压点的压力和测量各测量点的压力与速度；c.数据处理；通过公式（4）～公式（6）对得到的初始迎角下各测压点的压力和测量各测量点的压力与速度进行处理，分别得到风洞风速V₂时该初始迎角下升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；d.测量风洞风速V₂时各迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；具体是：通过转盘将模型的迎角调整至新的角度，直至最大迎角为30°；当模型迎角确定后，重复本步骤中的b和c，得到各新迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz；e.设置不同的风洞风速；不同风洞风速的增量为10m/s；直至风洞风速达到90m/s，并测试不同风洞风速时不同迎角下各测压点的压力和测量各测量点的压力与速度，重复本步骤中的a～d，得到不同风洞风速时各迎角下的升力系数c_y、阻力系数c_x和俯仰力矩系数c_mz。