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风洞其实巨复杂,完全不是给一个洞安一个风扇就行了

Discussion in '知乎日报' started by 漂亮的石头, 2015-11-06.

  1. 漂亮的石头

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    建造风洞有什么难度?进行风洞实验的投入有多大?

    [​IMG] 周国成,航空声学

    正好在一个风洞试验单位工作,就说两句了。建造风洞最难的地方在于实现指标和达到流场质量的要求。 1 指标实现。普通风洞的指标主要指的是风速,如低速风洞一般要求 80~100m/s 的样子,模拟起降,高速风洞则能达马赫数 2.0,模拟巡航。风洞越大,风速越高,所需气流也越多,对风扇系统或者气源系统的要求也就越高。而一些特殊风洞的指标还包括一些功能的实现,如超高速风洞要求风速达到 4~7 倍声速甚至更高,结冰风洞要求温度能到零下四十度甚至更低,增压风洞需要增压到数倍大气压,声学风洞则需要低背景噪声和无反射条件等。通常来说,普通的风洞其技术指标是较容易实现的,而特殊风洞的指标实现通常有较大的技术难度。国内前些年这些特殊风洞稀缺,近年来逐渐开始建设,也是受益于各方面技术的进步。 2 流场质量。风洞模拟飞机的来流状态,要求气流接近均匀来流,对气流的方向性、湍流度、压力分布等均有着严格要求和国家标准。流场质量不好,风洞试验的精度、准度以及可重复性都会有问题。风洞气流的驱动方式通常有两种,一种是靠风扇,常用于低速风洞和连续式高速风洞。一种是高压气罐中的压缩气体,常用于各类高速风洞,又称暂冲式风洞。不管是那种驱动方式,气流都是杂乱的,含有不同尺度的涡以及湍流等,气流的均匀性很差。为了得到均匀性好的气流,就需要采用各种手段来改善气流,通常有导流片、蜂窝器、阻尼网等。这类措施在改善气流的同时,也会增大阻力,增大风扇功率或气源需求。因此,如何提高风洞的流场质量是风洞建设的另一个难点。风洞的流场质量不达标,是不能通过验收的,更不能承接风洞试验。

    关于风洞试验投入,对于飞机的设计来说,前期设计阶段中的一笔大开销,就是风洞试验。不同类型的飞机,其风洞试验需求也不一样。比如说,小型单人或双人飞机,试验量不大,总共有几百个小时的风洞试验就够了。对于一些技术复杂的飞机,像 B-2、F-22 这种,试验量就非常大了。记得之前听人说过,F-22 的风洞试验时间达 1.2 万小时。至于费用,不同类型风洞试验的收费天差地别。有些特殊的试验通常一个试验状态也就一两分钟,但这一个状态的费用,嘿嘿,能吓大家一跳。细的不能多说,反正飞机的风洞试验费用是非常大的。

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