[科普中国]-流场校测试验

相关指标

随着飞行器研制和空气动力研究的发展，风洞试验的品种越来越多，对试验结果的精准度要求越来越高。流场品质是影响风洞试验数据精度和准度的主要因素。为了满足各种不同的试验要求，一方面要建造不同种类的流场品质较好的风洞，另一方面也要重视改造已建成的在用风洞，提高风洞流场品质，还要深入研究流场品质对试验结果的影响和修正方法。流场校测就是对风洞性能和流场品质进行测量，了解流场品质是否达到规定的要求，以保证风洞试验数据的质量。1991年颁布了国家军用标准《高速风洞与低速风洞流场品质规范》，适用于以航空航天飞行器试验为主要任务的通用风洞(常规风洞)，具有广泛的代表性，其他类型的风洞可以借鉴。由于有关高速风洞动态品质及其对试验数据的影响的研究尚不够充分，该标准对低速风洞只提出了湍流度的指标，未规定高速风洞动态指标，只是提出了应该进行湍流度和噪声测量的要求。随着航空、航天飞行器的发展，2011年对该标准进行了修订，增加了高速风洞流场压力梯度的指标，未对动态指标进行修订。1

试验内容根据不同试验研究对象的气动特性要求，我国建造了不同种类的低速风洞。有进行航空航天试验项目的常规通用风洞，也有进行特种试验的特种风洞，如低湍流风洞、汽车风洞、环保风洞、高层建筑风洞等工业用风洞。不同风洞的流场品质要求不同，校测项目、方法也有差别。根据国家军用标准的规定，低速风洞流场校测项目主要有如下一些内容。

(1)动压或风速

①动压或风速范围；

②参考点动压修正系数(落差系数)；

③动压稳定性；

④动压场。

(2)方向场

①局部气流偏角；

②平均气流偏角。

(3)轴向静压梯度

(4)气流温度

(5)湍流度

①模型区中心处湍流度；

②模型区湍流度分布。

(6)气流噪声

(7)风洞能量比

(8)风扇效率1

实验方法流场校测应在风洞各系统均运行正常的条件下，在确定的运行参数条件(主要是总温、总压)下开展。风洞流场校测试验的基本流程是：

(1)确定的风洞运行状态。

(2)完成校测试验装置与测量系统准备。

(3)将校测装置安装调整到待校测流场截面。

(4)风洞运行，测量并获得压力、温度等有效数据。

(5)风洞运行结束。

必要时，需要记录相关的环境条件参数，如大气环境压力、环境温度等。2

品质要求动压或风速①动压或风速范围

测出模型区中心最大、最小动压或风速，确定可用动压或风速范围。要求在全部可用风速范围内，能无级调节动压或风速。

②参考点动压修正系数

在风洞可用动压范围内，在试验段入口处测量参考点动压修正系数(落差系数)。绘制修正系数随试验段动压变化曲线。要求在相同动压下重复测量7次，动压修正系数的均方根偏差。

③动压稳定性

在常用动压下，给出模型区中心的动压随时间变化的曲线，要求动压稳定性系数α达到：合格指标为α≤0.005；先进指标为α≤0.002。

④动压场

测量试验段各截面的动压分布，测量截面不少于5个(在模型区内不少于3个)，截面上的测点间距不大于A1/2/15(A为试验段横截面积)，测点范围应超出模型区。对通过模型区中心的截面，要在常用动压、最大动压以及最小动压下进行测量；其他截面只在常用动压下进行测量。

模型区选取：闭口试验段取试验段高度、宽度和长度的75%；开口试验段取试验段高度、宽度和长度的70%。

方向场局部气流偏角:

测量截面、测点间距、动压范围均与动压场测量相同。

轴向静压梯度在试验段全长范围内，沿试验段中心线测量轴向静压梯度，测点间距应小于试验段长度的5%，若试验段入口和出口附近轴向静压梯度较大，测点需适当加密。1