低速风洞试验模型设计及检测要求 编制说明

1《低速风洞试验模型设计及检测通用要求》编制说明（征求意见稿）低速风洞试验模型设计及检测通用要求的国家标准此前未发布过，国内单位没有标准可个月，由中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所等单位负责起草，主要起草人：试验模型的质量是风洞试验数据唯一性和确定性的基础，是风洞试验优质高效、安全实施的前提。从目前来看，国内有关低速风洞试验模型的标准仅有国家军用标准《低速风洞飞模型设计、加工、验收和低速风洞试验等方面发挥了重要作用。近十年来，随着高性能计算体育项目等非飞机类项目的空气动力学问题得到高度关注，并开展了大量的低速风洞试验研究，而作为低速风洞最基本的试验对象——模型，在其设计、制造、检验和验收过程中却没有相应的标准规范。另外，低速风洞试验时，同一个任务（或模型）涉及在不同风洞开展试验，各相关单位的设计、制造、检验技术水平参差不齐，而国标体系中尚无针对低速风洞试中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所是国内专业的低速空气动力研究单位，长期从事低速风洞试验，先后完成了多个飞机、车辆、桥梁、建筑物等不同类型的试验富素材和宝贵经验，为下一步国家标准的制定营造了良好的氛围、奠定了坚实的基础。本文2件的制定，总结了全国风洞试验单位、主机所、加工单位三十多检查、验收、存放和使用的通用技术，吸取和总结相关经验，应用了目起草阶段工作组接到任务后，根据标准制定计划，确立了标准编写工作规划和总体目标，在充分调研了行业现状、行业发展方向和国内外相关标准的基础上，以GJB180A-2006《低速风洞飞机模型设计准则》为参考，起草了《低速风洞试验模型设计及检测通用要求》月将标准草案和编制说明报送全国空气动力通用技术标会暨标准工作组会，将本文件草案提交相关专家进行评审。专家从标准框架和内容等方面提主要起草单位：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所、中国商用飞机有限责任公司、中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所、中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所、中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所、成都流体动力创新中心、中国航空工业空气动力研究院、中航通飞华南飞机工业有限公司、同济大学、中国航空综合技术研究庞加斌、王欣尧、陈陆军、梁勇、张军、魏庭娟等。其中：张钧具体起草工作和统稿工作；雷武涛、陈宝、陈陆军和梁勇参与编写，王欣尧负责标准化工作；张军负责与全国空气动力通用技术标准化技术委员会的协调和过程管理，魏庭娟3工作开始到随后的所有阶段均遵守GB/T1.1的46）GB/T10610《产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法评定表面结构的规则和改，故本文将GB/T14410.1—2008作为规范性文件引用。改，故本文将GB/T16638.1—2008作为规范性文件引用。1部分：按规范检验合格或不合格的判定规则》。对于模型几何参数检测是否合格（见本文5合时接触情况的检查（见本文6.2.4的h本文提出用涂色法检验，且相关检查应符合GB/T且专业性强，故本文将GB/T26099.2作为规范性文件引用。且专业性强，故本文将GB/T26099.3作为规范性文件引用。5.3.1由于涉及内容多且专业性强，故本文将GB/T33582作为规范性文件引用。尺寸检测时，本文推荐采用坐标测量机，相关要求应符合GB/T38368的规定（见本文6.2.4的c由于涉及内容多且专业性强，故本文将GB/T38368作为规范性文件引用。为了准确说明，本文件新规定了原型数模、模型数模、模型力矩参考点、天平设计中心6定义为“进行空气动力性能试验对象本来的三维数字模型（3.1比例为1:1。”。避免将试验对象和试验模型两者混淆而产生歧义，将拟试验对象本来的数字模型用原型数模来描述流动特性的无量纲量，即判定两个流动现象或按照质量、刚度等分布要求制成的用以进行其空气动力性从该定义可以看出仅针对飞机，由于低速风洞试验的拟试验对象不只是飞机，故做出修改以的“3.6三维数字模型”的术语定义“计算机中反映机械产品几何要素、约束要素和工程要6）模型力矩参考点referencecenterof上的几何对应点。”。该定义参考了GJB4296—2001“3.4.2空气动力合力力矢量对力矩参考点的力矩”这一术语定义。该参考点作为测力试验模型于布置天平在模型上的位置。将天平设计中心与模型力矩参考点尽量重合且与坐标轴平行，在试验模型（3.4）上的空气动力和力矩的测量设备。”，将英文由“aerodynamicbalance”修改为通用的“windtunnel8）天平设计中心balancedesi引用GJB2244A—2011《风洞应变天平规范》7洞试验模型（3,4）的最大迎风面积与试验段横截面积之比。”，将英文由“percen子扫描阀”的表述，定义为“风洞试验中，把不同压力分别通过测压试验。”，考虑到本文件涉及的测压试验是利用模型表面开孔的方法进行的，气动力和力矩的一个或一组装置。操纵器（面）由一个或几个可动部件构成，它们的角位置没有将“模型设计任务要求”以“模型设计任务书”的名称出现，主要单位的设计文件管理体系发生冲突，如有些主机所的模型设计提出部门与设计部门为同一部8门，甚至执行人为同一人，对于模型的需求一般以简要的要求体现在试验任务对于模型比例（见4.1.2b可由模型设计任务直接给出比例要求，或者给出拟试验的风洞，然后由模型设计人员根据“4.2.1模型比例”的相关要求确定模型比验的风洞时，同时应给出风洞试验段流场能满足试验的空间范围。由于不同类型的低速风洞试验，对试验区域流场品质的要求不同，对于航空、航天飞行器试验，流场品质要求见GJB对于原型数模文件的数据格式要求（见4.1.3d由于试验模型相关单位的设计软件和版本号并不可能相同，考虑到数模的数据格式转换会造成部分信息丢失，因此并没有作出统一要求，具体格式由模型设计任务委托单位和模型设计模型比例应综合风洞试验种类、风洞试验要求、风洞试验段尺寸和模型支撑装置等因素足试验所需流场的范围内，一般来说，模型阻塞度不宜超过5%。对于开展飞机大迎角试验（4.2.1b）的模型，GJB180A—2016给出“飞机模型的最大迎风面积不宜超过风洞试验段面积的4%来确定模型比例。由于新建低速风洞一般为开/闭口试验段两用，通常还要兼顾声学试验要求，从而使得风洞收集器开口相比原来偏大、且试验段射流长度一般为试验段截面结冰风洞的试验经验和相关流场计算结果，规定“结冰风洞结冰与防除冰试验模型的阻塞度模型数模，由模型设计单位按照选定的模型比例，对原型数模按相似理论缩小或放大后形成模型数模的基础外形，主要用于模型设计和检测，考虑到数模的数据格式转换会造成部9分信息丢失，因此并没有对其格式作出统一要求，具体格式由模型设计单位和模型加工单位3）其他要求。包括测力试验模型、测压试验模型和其为避免天平测量数据由天平坐标轴系向模型坐标轴系转换引起的误差，在布置风洞天平在模型上的位姿时，规定将天平设计中心宜与模型力矩参考点重合。另外，为方便风洞试验前风对于测压试验模型（4.3.2需附加考虑结构对测压孔布置的影响。该部分内容主要参对于通气模型，根据经验，要求模拟进气道唇口到喉道的几何形状，喉道后进气道形状由于动导数模型等诸多对模型质量和质心等有要求的特殊类型试验，模型与洞条件、试验要求等密切相关，对于模型质量、质心和惯量的精度要求差别较大，给出由试随着模型加工和检测技术的发展，采用样板加工模型的方法目前基本上不再使用。但根据部分专家意见，有可能还会有使用场景，因此，提出对于采用样板加工的模型（4.3.6模型包装作为保护模型储运过程的主要设备，应在模型设计时一并设计。考虑到本文件公差和表面粗糙度，以及其他如模型连接接口、模型表面颜色、模型表面刻线和零部件标记1）模型结构设计要求涉及内容很多，本文件仅给出基本要求。考虑到机翼后缘等模型锐边部位，如果按几何相似缩比小于0.2mm时，模型加工和使用中的维持都将非常困难，因因此仅给出要满足强度、刚度和动力学特性这些基本要求下尽量采用轻量化设计的指导原则已逐渐取代原来的刻线测量方法，因此提出推荐使用模型标定基准的相关要求，以逐步取代模型重量对风洞天平测量数据的影响，提出测力试验模型的重心宜与模型力矩参考点重合这2）模型材料要求涉及内容很多，本文件仅给出基本要求。提出“模型零部件的材料宜综合风洞试验的类型和要求、模型设计使用寿命、模型载荷以及材料本身特性等因素选用”题，提出结冰风洞试验模型不宜选取低温脆化的材料的要求（5.低造成安全隐患等。另外为保证模型材料的质量、以避免意外引起事故，提出对原材料复检考虑到模型零部件的残余应力会造成零部件的变形和锈蚀等问题，提出了消除零部件残为模型的设计问题引起振动从而影响试验，提出“5.3.5模型及其支撑装置的系统固有频率本文件没有给出有关模型动力学仿真设计的具体要求，只是拟在避免振动情况的发生，或在此类情况出现后可从模型设计的角度出发提供解决思路。考虑到风洞试验时试验段温度会有变化，甚至温度变化比较大，因此提出“5.3.6确有需要时应对模型进行热稳定性分析，在温度变化时模型的强度和尺寸精度应满足要求。”。对于以实物开展试验的支撑方式对其连接部位进行强度和刚度校核，以避免结构受力形式发生变化而影响试范围为各种大小不同尺度的低速风洞试验模型，模型尺度的基本尺寸相差很大，参考GJB转换成采用相当精度等级。本文件没有专门给出相关的具体数据，主要基于下述两个方面的考虑：一是在模型设计时由专门的设计人员根据基本尺寸的大小和本文件给定的精度等级利检验和使用；二是相关的数据量大，不便直接列出。对于标准校验用模型的设计，考虑到用于校准风洞试验系统，给出公差和表面粗糙度宜比一般模型高一个精度等级的推荐性要求型坐标轴系转换引起的误差，在布置风洞天平在模型上的位姿时，规定将天平设计中心宜与模型力矩参考点重合。如果天平设计中心与模型力矩参考点不重合时，各方向偏移量应能测考虑到模型表面的防腐和美观，以及表面粗糙度等问题，提出金属模型和非金属模型表5.5.2提出了模型表面颜色的要求。通常模型表面颜色根据模型设计任务要求确定。未虽然本文件提出推荐使用模型标定基准、以逐步取代模型刻线的要求（5.1i但考虑到刻线作为模型位置和姿态的标定基准具有直观和易于操作等特点，本文件仍然给出了模型测结果等。检测内容又分为模型零部件检查、连接检查、外观检查、几何参数检测、测压模2）检测内容和要求。提出了模型检测的内容和要求。检查内容应包括但不限于模型零对于零部件检查要求，提出了零部件检查的内容和对于几何参数检测要求，给出了模型几何参数检测的内容和一般要求，特别是明确给出对于测压试验模型的附加检查，该部分内容参考GJB5314-2004《航空航天器低速风洞模型包装作为保护模型储运过程的主要设备，应在模型设计时一并设计。本文件提出了模型包装要求（附录C.1）和模型包装箱的设计要求（附录C.2）的要求。根据使用经验，为为了方便模型安装和使用、以及模型零部件完整性的检查，增加了对模型包装箱的零部件存本文件属于要求类标准，不包含要素证实方法。此外，本文件中的相关数据基本由GJB本文件对国内低速风洞模型设计及检测形成了统一的要求和评价依据，有利于低速风洞本文件实施后，将为低速风洞试验模型设计、加工、检测提供统一规范的标准方法，保1)NASA/TM—2004-212706/REV1,NASAGlennWindTunnelModelSystemsCriterGlennResearchCenter,NationalAer