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风洞

风洞风洞

风洞(wind tunnel)即风洞实验室,是以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况,并可量度气流对实体的作用效果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、最有效的工具之一。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、风能利用等领域更是不可或缺的。这种实验方法,流动条件容易控制。实验时,常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风,通过测控仪器和设备取得实验数据。为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制,在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的,通常是按所要研究的课题,选择一些影响最大的相似参数进行模拟。此外,风洞实验段的流场品质,如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准,并定期进行检查测定。

基本信息

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中文名:风洞

外文名:wind tunnel

全称:风洞实验室

组成:洞体、驱动系统和测量控制系统

历史

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世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆

自然风洞指的是大自然形成的天然山洞,洞口往外有风刮出,具体位置有湖南省新化县游家镇新塘村头垅老屋上的风洞,秋冬季节和春季,风洞会停止刮风,只有夏天才会刮风,风温很低,只有几度,洞口寸草不生,人在洞口不能久留,否则会全身冰,一到晚上会听到呜呜的风鸣声,由于风声过于强大,老一辈们在五六十年代将洞口堵住,但风仍然吹开一个口子,不过风速明显减小,但风的温度不变。洞内生活一种类似猫的动物,全身花纹酷似斑马。对于风洞的形成还没有人解开谜底,在当地成为一种阴影,有不祥之征兆。

立式风洞

阳春3月,记者走进中国自主设计建造的亚洲最大的立式风洞,领略风洞里独特的风景。

置身人造“天空”

秦岭之巅还残雪点点,山脚之下已是桃花吐艳。汽车驶过一段蜿蜒的山路,眼前景象豁然开朗:翠绿的山林间,一座5层高的建筑拔地而起。

“我们到了,这就是亚洲最大的立式风洞。”听到陪同人员介绍,记者感到有些失望,因为眼前的景象与想象中完全不一样。新建成的立式风洞不算高大,也不显得很威武,甚至不如城市里常见的摩天大楼。

从外表看,与普通房屋唯一不同的是,该建筑身上“背”着一根粗大的铁管。技术人员对记者介绍:“可不能小瞧这铁家伙,它是产生气流的主要通道。”

其实,风洞普通的外表下有着神奇的“心脏”。步入其中,记者发现这片人造“天空”完全是用高科技的成果堆砌而成。

风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题,囊括了包括气动力学、材料学、声学等20余个专业领域。整个立式风洞从破土动工到首次通气试验仅用了2年半,创造了中国风洞建设史上的奇迹。

大厅里,螺旋上升的旋梯簇拥着两节巨大的管道,好不壮观!与其说它是试验设备,不如说是风格前卫的建筑艺术品。

一路参观,记者发现该风洞“亮点”多多:实现了两个摄像头同时采集试验图像,计算机自动判读处理;率先将世界最先进的中压变频调速技术用于风洞主传动系统控制,电机转速精度提高50%……

负责人介绍说,立式风洞是中国庞大风洞家族中最引人瞩目的一颗新星,只有极少数发达国家拥有这种风洞。

感受“风”之神韵

风,来无影去无踪,自由之极。可在基地科研人员的手中,无影无踪无所不在的风被梳理成循规蹈矩、各种强度、各种“形状”的气流。

记者赶得巧,某飞行器模型自由尾旋改进试验正在立式风洞进行。

何谓尾旋?它是指飞机在持续的失速状态下,一面旋转一面急剧下降的现象。在人们尚未彻底了解它之前,尾旋的后果只有一个:机毁人亡。资料显示,1966年至1973年,美国因尾旋事故就损失了上百架F-4飞机。

控制中心里,值班员轻启电钮,巨大的电机开始转动。记者不由自主地用双手捂住耳朵,以抵挡将要到来的“惊雷般的怒吼”。可没想到,想象中的巨响没有到来,只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒……风速已到极至,记者站在隔音良好的试验段旁,却没有领略到“大风起兮”的意境。

你知道50米/秒风速是什么概念?胜过飓风!值班员告诉记者,如果把人放在试验段中,可以让你体验被风吹起、乘风飞翔的感觉。

中国首座立式风洞已形成强大的试验能力。负责人告诉记者:该型风洞除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目,还能完成飞机尾旋性能评估、返回式卫星及载人飞船回收过程中空气动力稳定性测试等。

中国风洞实验室

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中国空气动力发展与研究中心

位于川西山区的中国空气动力发展与研究中心装备有亚洲最大风洞群,已累计完成风洞试验50余万次,获得各级科技进步成果奖1403项,是中国规模最大、综合实力最强的国家级空气动力试验、研究和开发中心,其综合试验能力跻身世界先进行列。

该中心先后建成以低速风洞和亚、跨、超和高超声速风洞52座,拥有8座“世界级”风洞设备;建成峰值运算速度达每秒10万亿次的计算机系统;风洞试验、数值计算和模型飞行试验三大手段齐备,能够进行从低速到24倍声速,从水下、地面到94公里高空范围,覆盖气动力、气动热、气动物理、气动光学等领域的空气动力试验。

风洞 风洞

中国空气动力发展与研究中心为我国武器装备发展和国民经济建设作出重大贡献。从“歼-10”、“枭龙”战机和“神舟”系列飞船,到磁悬浮、“和谐号”高速列车;从高达300多米的东方明珠塔,到横跨30多公里海面的杭州湾跨海大桥,都在这里进行过风洞试验。至今,基地已累计取得国家级科技成果奖44项。

西南交通大学XNJD-3风洞

2008年,作为西南交大十五、211重点建设项目,XNJD-3风洞建成,大大促进了西南交大风工程学科及土木工程学科的发展。XNJD-3风洞是目前世界最大的边界层风洞,试验段尺寸为22.5m(宽)×4.5m(高)×36m(长),断面尺寸位居世界第一,风速范围为1.0~16.5m/s,主要技术指标均已达到世界先进水平。

吉林风洞实验室

吉林大学汽车风洞实验室是国内首家汽车风洞实验室,隶属于吉林大学汽车工程学院汽车空气动力学研究所。汽车风洞实验室筹建于1999年,2002年开工建设,实验室大楼于2003年完工投入使用。该实验室是目前国内唯一一个定位于进行专业汽车空气动力学试验研究的风洞实验室。

汕头大学风洞试验室

汕头大学风洞试验室是广东省普通高等学校唯一的建筑工业风洞实验室,于 1996 年 11 月通过由结构风工程领域著名院士和教授组成的专家组的正式验收。风洞主试验段宽 3 米 、高 2 米 、长 20 米 ,最高风速达 45 米 / 秒。实验室配备有当前先进水平的测试设备,是国内同类风洞中最早使用进口高速电子扫描阀和进口高频底座天平等仪器的研究单位之一。

北京交通大学风洞实验室

北京交通大学风洞实验室为双试验段回流式闭口风洞,具有先进的电子压力测量系统、控制系统和结构测振系统,隶属于国家级“985工程”优势学科创新平台。可用于建筑物、桥梁测压和风环境试验,以及其它工业空气动力学试验。风洞洞体平面尺寸为41.0m×18.8m,2010年年底正式投入使用。高速试验段尺寸为:3.0m× 2.0m× 15.0m,低速试验段尺寸为5.2m×2.5m×14.0m。高速试验段最大试验风速为40m/s。

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