低速风洞设计说明书

流体力学实验技术课程设计学校：航空航天研究所学生姓名：杨欣学校编号：0112108332006年12月低速风洞设计课程设计报告1.实验部分的设计风洞设计的最大风速为每秒100米。预设功能是对整个飞机模型进行低速气动特性测量测试。一般迎角在-20度到+30度之间，采用回流式。实验段截面形状的选择实验段的横截面形状有圆形、方形、八角形、椭圆形、矩形等。选择截面形状的原则是在满足实验要求的条件下，最有效地利用总的气流切割面积，从而降低风洞的驱动功率。考虑气流均匀性和壁面干扰等因素，选择矩形截面。实验段截面尺寸的选择为了使雷诺数达到2.510-6，根据100米/秒的风速，取平均长宽比为6，模型延伸长度不超过风洞宽度的0.7倍。实验段的估计宽度约为3.7米，实际宽度取为4米。由于迎角不太高，实验段的高度要求也不太高，为3米。实验区开放式和封闭式的选择为了保证实验段气流的均匀性，减少可能的能量损失，采用了封闭的实验段。实验段长度的确定模型应该放在实验段的均匀流场中。模型头部和实验段入口之间应保持一定的距离，用l1表示。假设实验段的当量直径为D0，L1约为0.25 0.50d0模型的长度用l2表示，约为0.751.25 D0。各种类型的飞机型号不同。从模型尾部到扩压器入口也应保持一定的距离，用l3表示，这可确保模型尾流一方面不会过多影响扩压器的效率，另一方面也不会影响扩压器的流量。该距离约为0.751.25 D0。因此，实验段的长度应保持在1.753.0 D0的范围内。经计算，D0约等于3.9米，实验段长度为8米。2.收缩段的设计收缩作用将气流加速到实验要求的速度。收缩部分应满足以下要求：(1)当气流沿收缩段流动时，洞壁没有分离；(2)收缩段出口气流应均匀、平直、稳定；(3)收缩段不宜过长。收缩长度收缩率取10，收缩段出口尺寸根据试验段尺寸取R2 2m，根据收缩率计算的入口尺寸R1约为6.32m，收缩段长度一般为入口直径的0.51.0倍，取8m。收缩曲线设计：其中，a 2=3 * 2，根据该公式绘制的收缩曲线如下：3.稳定段和整流装置的设计稳定段也称为稳定段。整流装置包括蜂窝和纱布等。它的目的是使气流均匀或减少湍流，因此得名整流装置。蜂窝蜂窝由许多横截面相等的小管组成，形状像蜂窝。它的作用是引导气流平行于风洞轴线，并将气流中的大尺度涡分成小螺旋巢，有利于加速涡的衰减。同时，蜂窝导管对气流的摩擦也有利于改善气流的速度分布。蜂窝截面形状的选择为了降低损耗系数，采用了较好的六边形截面。蜂窝截面尺寸的选择为了达到更好的整流效果，蜂窝直径为10厘米，长度为60厘米。纱布纱布的作用是减少气流的湍流。考虑到一般情况，网的层数是2层，网的厚度是28目/英寸。4.扩散段的设计扩散段，也称为扩散段，将拐角处每排导流叶片的数量通常为10-20个。为了获得明显的导向效果，并考虑到不同拐角处的气流速度差异，在第一和第二拐角处每排布置12个导向叶片。每排第三和第四个角设有24块挡板。导流板弦长为c，间距为d。各种导叶的性能见低速风洞设计表2-2，最佳间距比为0.4，损失系数为0.11，采用翼型。虽然翼型很难加工，但它有很好的强度。大中型风洞的拐角导向叶片一般为翼型。6.回流段的设计回风段位于从风机系统后部到第三个拐角的风道内，仍采用膨胀风道：一方面继续将动能转化为压力能，减少气流损失；另一方面，为了增加管道面积并获得更大的收缩率。回流段的长度可以如下获得：(6.32-4)/tan(4.5)=29.5米。7.扇形段长度的确定22.9 8 6 0.1-29.5-1=14.5米8.风洞总体尺寸的确定风洞横向外形尺寸的确定第四角至第一角包括稳定段、收缩段、实验段和扩散段，长度如下：12.64 2 6 8 22.9 0.1 6 1=66.64米在第二拐角和第三拐角之间，包括风扇部分和回流部分，长度如下：12.64 2 29.5 14.5 8 1=67.64米风洞纵向外形尺寸的确定第三个角和第四个角之间的长度为：8 6 1 1 14=30米第一拐角和第二拐角之间长度如下：12.64 14 3 4 1 1=35.64米9.风洞能量比的计算能量比的定义：实验段气流的动能流速(即每单位时间的动能)与通过动力系统输入风洞的功率之比。1)以电网传输到风洞电机的功率为输入功率：电机=0.5 * * 3 * f/ei2)从电机到风扇的功率作为输入功率范=0.5 * * 3 * f/n3)将风扇提供给气流的功率作为输入功率风洞=0.5 * * 3 * f/风扇/N等效损耗系数的计算1)实验段损失对于实验部分，损耗系数是等效损耗系数。因此，存在K0=*L/D0，其中D0是水力直径。实验段的雷诺数约为2.74107，因此=0.00320.221 re(-0.237)=0.0070，那么K0=0.00708/3.43=0.01632)扩散段损失K0=K=(平均值)/8 * tan(/2)0.6 * tan(/2)*(1-(D1/D2)4)=0.03713)回流段损失K0=K*(F0/F1)2=0.01124)拐角损失K0=(0 . 104 . 55/(lgre)2.58)*(F0/f)2，四个角的和为0.04225)蜂窝损失K0=0.20*(F0/F)2=0.00186)湍流净损失k0=(1-(1-d/l)2)/(1-d/l)4*(f0/f)2=0.00277)实验模型损失K0=S*Cx*/F0=0.001总等效损耗系数：K0=0.