[科普中国]-低湍流度风洞

简介

低湍流度风洞 ( Low turbulencewind tunnel，LTWT 风洞) 是实验验证层流稳定性理论和发展低阻翼型等的必需手段之一，洞体前部的稳定段、收缩段和实验段等在设计加工中充分考虑了减噪、降湍流度、消除附面层影响等措施，LTWT 风洞可承担包括层流翼型流动机理、层流控制和微小型无人机全机气动特性测量等在内的实验工作，在湍流的发生 /发展与衰变、流动稳定性、边界层流动结构等方面的研究对航空、工业、物理等领域具有重要意义1。

系统组成LTWT 风洞的动力段系统组成包括: 大功率电机、转速编码器、电机支撑、旋转叶轮、动力段洞体( 洞壁) 、洞体支撑、支撑基础减震带和电源控制模块等。动力段改造前的风洞二元实验段有效风速范围为 5 m/s ～ 75 m/s，改造后将使该段的高、低速有效边界均有所扩大，并可显著提高三元实验段风速，为此，必须大幅度提高电动机功率，由此会带来振动、噪声等一系列问题。由于风洞湍流强度对流动的转捩过程起决定性影响，而动力段电机与叶轮运转时的振动及其对洞体结构传递直接诱发实验段洞壁振动，进而对实验测试区域的流场湍流度起主要作用。因此，必须在 LTWT 风洞改造升级阶段就对单独动力段的部件振动情况进行测试，并通过对振动传递路径的分析提出相应的电机安装、洞体支撑、壳间减震等改进建议，以使得改造后的 LTWT风洞动力段振动与传递达到可接受的低振幅和振动频率带宽。

发展史自上世纪30年代末至今,国内外已建造约30座低湍流度风洞,虽各有特点,但皆以湍流度E不高于0.05%并力争达到0.02%(或更低)为首要目标。其中,有11座湍流度E不高于0.03%;不大于0.02%者为数很少。1981和1984年,南京航空学院和北京大学先后建成了我国首批低湍流度风洞,E低达0.08%~0.06%。此后约20年来,在国内已先后建成并投入使用的4座低(变)湍流度风洞皆具有优良的流场品质(各项指标合格,且绝大多数指标达国军标先进指标或较先进指标)，其先进的(和较先进的)低湍流和变湍流性能已先后在教学和科研工作中发挥了不可替代的独特优势2。