[科普中国]-模型风洞试验

简介

颤振模型风洞试验是通过动力学相似模型来获得飞机颤振特性的一种技术手段，包括低速颤振模型风洞试验和高速颤振模型风洞试验，其中低速颤振模型风洞试验用以掌握飞机全机或部件的亚音速颤振特性，以及敏感参数对颤振特性的影响规律，高速颤振模型风洞试验用以获得飞机的跨音速颤振特性1。

发展史模型风洞试验在直升机的研制过程中风洞试验具有不可替代的重要作用2。

国内低速模型颤振风洞试验在近年来取得了一些进步，主要体现在多个军机型号的设计定型。但对于现代民用飞机而言，国内气动弹性设计技术还存在一些不足，主要包括:

①由于国家不同阶段对军用和民用飞机产业的定位不同，致使国内低速模型颤振风洞试验技术主要针对军机( 尤其体现在战斗机方面) 开展，对运输类飞机，尤其民用运输类飞机的气动弹性设计技术缺乏系统的研究;

②在低速模型颤振风洞试验技术方面，开展了许多工作，有效的解决了许多工程问题，但在实际工作中，系统的按照适航规章开展工作的较少;

③民用飞机低速模型颤振风洞试验技术具有其自身的特点，国外在民用飞机设计方面已有多个规章对其进行了明确要求，国内民用飞机方面规章制度多来源国外成熟规章制度。但是，因规章制度的产生具有其科学性和严谨性，国内对其知之甚少，研究也不多，不能准确把握相关规章的来源与要害。

国外民机的低速模型颤振风洞试验技术以波音、空客为代表，他们通过型号的系列化发展，建立了具有各自特点的、完整的低速模型颤振风洞试验技术和适航取证体系，这个体系是他们在型号研制过程中逐步积累和完善起来的，这个过程是艰难、曲折的，花费了巨大的人力和物力，这些经验他们不会与我们共享，甚至花巨资我们也无法得到其核心内容。

主要技术指标主要技术指标:

①模型刚度特性与飞机相似;

②模型质量特性与飞机相似;

③模型气动外形与飞机相似;

④最终保证模型固有振动特性及颤振特性与飞机一致。

风洞试验方案①主翼面设计: 模型主翼面的外形结构采用木质框段成型，结构配重等施加于单梁或木质框段的相应位置上;

②基本翼面变刚度设计: 用十字型梁模拟翼面的刚度，机身设计为 100% 刚度的单梁模型，对于垂直尾翼和水平尾翼设计三组不同刚度情况的单梁模型，以模拟翼面在实际飞行中可能发生的刚度变化;

③操纵面结构、惯量设计: 方向舵和升降舵设计为沿其转轴的单梁结构，惯量设计为三种不同惯量的情况;

④舵面操纵系统设计: 操纵系统的刚度采用一组拉压弹簧模拟。在模型设计时，需设计一系列不同刚度的拉压

弹簧，以准确地反映舵面旋转频率随操纵系统刚度的变化规律;

⑤连接件变刚度设计: 设计一系列不同刚度和组合形式的弹簧片，以模拟部件间连接刚度的变化对模型固有特性和颤振特性的影响。主要考虑的有机身 － 垂尾连接、垂尾 － 平尾连接、发动机 － 吊挂连接等;

⑥平尾变上反角设计: 平尾的上反角设计为 + 3°、0°、－ 3°三种情况，以反映平尾上反角变化对模型固有特性和颤振特性的影响;

⑦变主翼面前缘配重设计: 用于模拟翼面结冰的情况。