【JX332】小型低速直流式风洞的总体和结构设计[KT+RW+FY]【2A0】
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毕业设计 （论文）开题报告 题目： 小型低速直流式风洞的总体和结构 设计 专 业名称 机械设计及其自动化 班级学号 05031315 学生姓名 陈勇 指导教师 江善元 填表日期 2008 年 12 月 27 日 一、 选题依据及意义 风洞是能人工产生和控制 气流 ，以模拟 飞行器 或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。 随着科学技术的发展，航空航天飞行器诞生的摇篮 风 洞，已拥有越来越广泛的应用空间。不仅飞行器要“吹风”，如今汽车 、 建筑 、 桥梁，乃至运动员也要在风洞里进行实验。风洞实验技术已从航空航天领域拓展到各行各业。 加州大学戴维斯分校的砂 /尘风洞（ 的示意图如下： 示意 图 加州大学戴维斯分校的砂 /尘风洞（ 。 风洞 是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。 风洞实验技术正慢慢的改变我们的生活，对我们生活的影响也越来越大。小型低速直流式风洞就是应市场的要求而生，解决小型科研和小发明的需求。所以对风洞进一步的研究意义重大。 二、 国内外研究概况及发张趋势（含文献综述） 风洞在 气动力研究和飞行器气动设计中 一直起者非常重要的作用。空气动力学的许多重要的理论，如俄国科学家儒科夫斯基的空气螺旋桨理论，德国科学家普朗特的边界层理论。都是在风洞实验中经过大量观测后提出来的，并且它们的应用又得到了风洞试验的验证。在飞行器的研制和发展中，风洞的作用更为明显。从 1930 年世界上出现第一架飞机以来，所有飞行器的研制都离不开风洞。很多气动布局的新技术，都是在大量的风洞实验中取得的。例如从 1927 年到 1941年，飞机的最大飞行速度大约由 180km/h 提高到 600km/h 左右，增加接 3 倍多，如果单靠提高 发动机功率来取得速度增长，则需要把发动机功率提高到 27 倍以上，但实际发动机功率仅增加了 3 倍。 飞机速度的增加，主要是由于减小了飞机的废阻力，尤其是各部件之间的干扰阻力。当时这些减阻措施都是经过风洞试验后提出的。又如 1940年后的层流翼型， 1950 年后的后掠翼、三角翼布局 ,1960 年后的变后掠翼和超临界翼型 ,1970 年后的边条翼等 世界上第一座风洞是 869 1871 年在英国建造的。它是一个两端开口的木箱，截面 米 米， 长 。美国的 1900 年建造了一个风洞，截面 米 米 ,长 气流速度为 40 米小时。以后 ,许多国家相继建造了不少较大尺寸的低速风洞。基本上有两种形式 ,一种是法国人 一种是德国人 在世界上最大的低速风洞是美国国家航空和航天局 (姆斯(究中心的 全尺寸低速风洞。这个风洞建成后又增加了一个 的新实验段，风扇电机功率也由原来25 兆瓦提高到 100 兆瓦。 第一次世界大战以后，由于使用了金属结构材料，出现了单翼机，再加上翼剖面和机翼平面形状的改进，飞机速度有了很大提高。因而提出了一系列空气动力问题，例如如何提高螺旋桨的效率；在较高雷诺数下翼剖面及其他模型的特征；如何减小飞机的废阻力等等。为了解决这些问题，从 1925 年至 1933 年期间，低速风洞向大型和高速两个方向发展。一些 比较大型的风洞可以进行全尺寸的螺旋桨试验，用以改进螺旋桨的叶片几何形状及其与发动机 、飞机之间的相互位置等等。 1933 年美国建成 了第一个全尺寸风洞，可以在真实飞机或全尺寸模型上研究如何减小飞机各部件以及它们之间相互干扰所引起的废阻力。同时也出现了高速风洞，用以研究螺旋桨转速增高和直径加大所引起的尖部气流的压缩性影响的问题。1944年在美国阿姆斯研究中心建成 一座 全尺寸低速风洞 ， 1982 年为满足直升机和新型垂直短距起落飞行器的需要，又对该风洞作了重大改造，增加了一个 新试验段。 早在 1932 年，为了解决炮弹的气动力问题以及研究超声速流动的一般规律，阿克雷特教授在瑞士建造了一个连续式的超声速风洞 ，试验马赫数为 2。为了克服驱动功率不足的困难，风洞采用了低于大气压力的工作状态，虽然 雷诺数低，但降低了功率。在这种类型的风洞中进行的试验研究工作为超声速飞行器的设计打下基础。 1956 年，美国空军阿诺德工程发展中心建成了当今世界上最大的超声速风洞，试验段尺寸为 马赫数为 1947 年美国航空航天局 (利研究中心采用试验段洞壁开槽的方法，研制成功世界上第一座跨声速风洞。正是根据这个风洞所取得的试验数据， 1948年 飞机第一次突破了 “ 音障 ” 。 我国第一座风洞是 1934 年清华大学自行设计的 速风洞。该风洞于 1936 年建成，后因日本侵华战争爆发，北京沦陷，此风洞被毁。从 1958 年我国开始建造生产性风洞，经过 40 余年的发展，目前已有低速风洞 13 座，跨声速风洞 15 座，高超声速及及超高速试验设备 16 座。中国空气动力研究与发展中心（ 8m 6m/12m 16m 双试验段直流式低速风洞、 射式跨声速风洞、2m 激波风洞及 200m 自由飞弹道靶等设备均居亚洲第一。另外，还建成了一批用于教学、研究的小型风洞。国内现有的这些风洞为我国自行车研制各类飞机、导弹、飞船、卫星及火箭提供了大量试验数据，为独立自主发展我国航空航天事业做出了很大贡献。 随着科学技术的发展，风洞 已拥有越来越广泛的应用空间。不仅飞行器研制离不开风洞，如今汽车 、 建筑 、 桥梁，乃至运动员也要在风洞里进行试验。风洞试验技术已从航空航天领域拓展到各行各业。 工业空气动力学主要是研究在大气边界层中的风与地球表面上人类活动及其劳动成果间的相互作用。大气边界层的特性对风工程或工业空气动 力学的问题研究及工程实践有非常重要的意义。 早在 1930 年左右，英国国家物理实验室就已经利用航空风洞进行有关建筑物和构筑受风的影响（风载荷和风振问题）的研究 我国风工程与工业空气动力学研究在 1950 年后就已开始，大发展则始于 1980 年。最早是研究风对建筑和结构的作用，风作用表现在平均风载荷、脉动风载荷、风振、通风和热损失等。 1980 年后我国陆续建成了 20 余座试验段截面 1m 以上量级的大气边界层风洞 。 进行大气污染扩散与质量迁移的风洞模拟试验 。 风洞实验技术以慢慢渗入各个研究领域。如交通工具、体育运动等等。 风洞 结构设计的发展趋势： 强新技术创新，提高风洞结构性能； 用现代设计方法提高风洞结构设计综合水平； 逐步建立风洞结构设计专家系统，提高风洞结构设计效率。 三、 研究内容及实验方案 首先是了解该课题的特点以及发展状况 ,对所选课题有个初步的了解 ,为总体方案的提出打下基础 。第 二步是 低速风洞结构总体 和结构设计方案的比较和确定。第 三 步具体对低速风洞的试验段 、风扇段、稳定段、收缩段、拐角导流片的具体设计与计算 。然后 要与生产部门讨论加工问题 ,看设计的方案是否符合加工方案 ,不合适的地方再加以再进 际的需要 . 再绘制总装备图 、部件图和各零件图。最后 撰写毕业论文、准备毕业答辩。 原始资料：风洞试验段尺寸： 扇功率 5设计风速 2 25m/s，风速可无级变速调节（变频控制）。 风洞结构设计方案合理可行，操纵控制方式可靠，使操作者容易掌握，总体布局合理，设计计算准确，能达到设计前的要求，有主要的零部件图纸。 收集有关资料，写出开题报告 ; (2 周 )外文翻译 (6000 实词以上 ); (1 周 )确定总体设计方案及完成主要数据的计算 ; (3 周 )计分析 ,绘制总装图、部件图和各零件图 ; (11 周 )写毕业论文、准备毕业答辩 (3 周 )四、 目标、主要特色及工作进度 目标 ： 运用自己四年所学的知识及获得的资料设计一小型低速式风洞的总体和结构设计（ 25m/s 级）。 风洞结构设计方案合理可行，操纵控制方式可靠，使操作者容易掌握，总体布局合理，设计计算准确，有主要的零部件图纸。 主要特色 ： 风洞结构设 计方案合理可行，操纵控制方式可靠，使操作者容易掌握，总体布局合理，设计计算准确， 能达到设计前的要求，有所创新当然最好 。 工作进度 ： 1、 收集有关 资料， 写出 开题报告 ; (2 周 )2、 外文翻译 (6000 实词以上 ); (1 周 )3、 确定总体设计方案及完成主要数据的计算 ; (3 周 )、 设计分析 ,绘制总装图、部件图和各零件图 ; (11 周 )、 撰写 毕业论文 、准备毕业 答辩 (3 周 )五、 参考文献 1. 程开甲主编 北京 :国防工业 出版社 2. 杨黎明 主编 件设计手册 国防工业 出版社 3. 程开甲主编 北京 :国防工业 出版社 4. 贺德馨主编 北京 ： 国防工业 出版社 5. 彭福全主编 . 机械 工程材料手册 . 北京 ： 机械工业 出版社 6. 吴宗泽主编 化学工业出版社， 1991. 7. 王 昆等主编 机械设计基础课程设计 , 北京 ： 机械工业出版社 8. 机械工程手册编辑委员会编 北京 ： 机械工业出版社， 1992. 9. 王先逵主编 北京 ： 清华大学出版社
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