[科普中国]-尾旋风洞试验

简介

自30年代初建造尾旋风洞以来，尾旋风洞一直是尾旋研究的主要设施。

尾旋风洞试验主要包括两个技术环节:

A)试验员用手旋转动力相似的模型并投入到垂直上升的气流中，然后将处于失速大攻角状态下的模型之方向舵向欲进入尾旋的方向偏转，使之以某个速率转动，操纵人员通过控制上升气流的速度，把模型平衡在适当的高度上，使之处于稳定尾旋状态，通过对作尾旋运动的模型进行观测与数据处理，可获得飞机的稳态尾旋运动特性，通过对模型进行各种改出操纵(组合)可研究飞机的尾旋改出特性。

B)把动力相似模型装在旋转天平上，让模型以(与A相应的)某一尾旋姿态作稳态旋转运动，测出在此稳态尾旋运动状态下作用在模型上的气动力和力矩，通过数据处理获取飞机的相应气动特性1。

过程尾旋风洞运行的一般过程:

1)设置模型舵面状态;

2)风洞运行；

3)投放人员给模型一初始转速，使得模型在旋转的同时，上升到风洞中心区域;

4)开车人员调整风速，使得模型平衡在风洞中心;

5)当模型平衡于风洞中心区域时像，模型旋转约4圈后，发出舵面控制指令，记录风速;

6)不管模型成功改出或改出失败，应及时降低风速、停车，结束摄像，模型投放人员回收模型。

尾旋试验中，对每个状态都进行了3次以上的试验，根据飞机自由尾旋试验的特点，在所有试验条次中，只选取图像结果最好的状态为最终结果。尾旋风速由风洞控制人员提供，飞机尾旋时的姿态角由尾旋测量系统进行判读，尾旋改出特性由人工判读。尾旋改出的判读标准为:飞机旋转角速度很低或趋近于零;飞机迎角小于15°，均认为飞机改出尾旋2。

图像处理在试验前，需要进行摄像头及镜头校准，目的是通过校准获得摄像头和镜头的各种参数。模型上需要做一些标记点，通过图象处理获得标记点的空间坐标，从而获得模型的各种运动参数和姿态参数。试验时先高速同步记录两台摄象机的每一帧图象，试验完后再进行处理，获取模型的各种运动参数和姿态参数，最后进行曲线绘制。

缺点就尾旋问题而言，这种试验方法的主要缺点是:

1)无法模拟飞机的初始尾旋特性;

2)测定气动力和气动力矩时，以稳态尾旋运动姿态代替瞬态尾旋运动姿态，这种谁定常理论必然会引人试验误差；

3)用旋转天平测定气动力和气动力矩时，支架和洞壁对试验结果有很大的影响;

4)试验分两步进行，工作量大。