直流式低速風(fēng)洞試驗(yàn)平臺構(gòu)建及全流場氣動特性研究.pdf

1、風(fēng)洞（wind tunnel），是通過人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，研究氣流對物體的作用并觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動力試驗(yàn)最常用、最有效的工具。風(fēng)洞試驗(yàn)段的流場品質(zhì)會直接影響風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，所以在開展空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究工作之前對風(fēng)洞內(nèi)部流場品質(zhì)進(jìn)行檢測和驗(yàn)證是非常必要的。
　　風(fēng)洞主要包括試驗(yàn)段、穩(wěn)定段、收縮段、擴(kuò)散段、風(fēng)扇段等洞體部分以及蜂窩器、阻尼網(wǎng)、整流罩等內(nèi)部構(gòu)件

2、。本文針對試驗(yàn)段尺寸為500mm×300mm的直流式低速風(fēng)洞進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維全流場數(shù)值模擬仿真，重點(diǎn)圍繞對風(fēng)洞流動特性影響較大的收縮段和風(fēng)扇系統(tǒng)展開研究。直流式低速風(fēng)洞的氣動特性研究，主要是對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的模型進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，根據(jù)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析與比較，選擇性能最好的結(jié)構(gòu)。
　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分：收縮段曲線采用雙三次曲線和維氏公式兩種方法，獲得兩組收縮段結(jié)構(gòu)參數(shù)，并利用三維繪圖軟件Solidworks[1-2]分別建立收縮段模

3、型；風(fēng)扇葉片和止旋片葉片翼型分別選用Clark Y翼型和標(biāo)準(zhǔn)NACA0020翼型；設(shè)計(jì)出葉片數(shù)目分別為5、7、9，安裝角分別為35°、40°、45°的幾組不同風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，利用Solidworks軟件完成各結(jié)構(gòu)建模；根據(jù)整流罩氣動外形曲線公式，利用 Matlab編程法，獲得整流罩頭罩和尾罩曲線。在數(shù)值模擬計(jì)算部分：利用Gambit網(wǎng)格劃分和Fluent流體力學(xué)分析軟件，對風(fēng)洞各部分及整個實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行流場特性分析，獲得諸如湍流強(qiáng)度、速度、壓力

4、、流場跡線圖等流動特性參數(shù)。本文通過對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析和比較，最終確定：雙三次收縮段比維氏收縮段結(jié)構(gòu)流動特性好；風(fēng)扇葉片為5，安裝角為35°的風(fēng)扇系統(tǒng)流場特性最好。最后驗(yàn)證直流式低速風(fēng)洞試驗(yàn)平臺全流場特性，得到試驗(yàn)段湍流強(qiáng)度小于2％，平均風(fēng)速能夠達(dá)到22m/s，可以滿足試驗(yàn)段對湍流度和風(fēng)速的要求，從而設(shè)計(jì)出流場品質(zhì)符合要求的直流式低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺。
　　本文旨在研制出一座經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的低速小型風(fēng)洞實(shí)