CN109186925A - 风洞及风洞试验*** - Google Patents

风洞及风洞试验*** Download PDF

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张亚娟
吴敬涛
唐虎
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Abstract

本发明公开了一种风洞，包括依次连接的入口段、动力段、过渡段、等直段以及收缩段，所述动力段内设置有呈两行两列排布的四个单风机动力段，所述单风机动力段沿进气方向依次设置有集气段、第一整流罩、电机、第二整流罩和第三整流罩；所述集气段呈喇叭口状并设置于所述单风机动力段的进气口处，所述第一整流罩与所述单风机动力段的内壁通过支撑片连接，所述电机的输出轴上连接有叶片，所述第二整流罩与所述单风机动力段的内壁通过止旋片连接。本发明提供风洞及风洞试验***不受季节、地区和时间的限制，试验周期短而且成本低，气候环境条件可准确控制，可进行多次重复试验，试验结果可靠。

Description

风洞及风洞试验***
技术领域
本发明属于流体力学技术领域，具体涉及一种风洞及风洞试验***。
背景技术
现有技术中要求对飞机风挡区的除雨雪设备的功能和性能要进行地面试验验证。目前，飞机风挡雨刷***的地面试验方法有以下两种：雨风洞，可以模拟较真实的自然气候环境，但由于风洞尺寸及辅助设备的限制，只能进行部件级的风挡雨刷试验，使得风挡雨刷的工作平台缺乏真实性；采用外场淋雨试验，风雨交加的极端气候环境受季节、地区和时间限制，使得试验周期长，成本增大。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风洞及风洞试验***来克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种风洞，包括依次连接的入口段、动力段、过渡段、等直段以及收缩段，所述动力段内设置有呈两行两列排布的四个单风机动力段，所述单风机动力段沿进气方向依次设置有集气段、第一整流罩、电机、第二整流罩和第三整流罩；所述集气段呈喇叭口状并设置于所述单风机动力段的进气口处，所述第一整流罩与所述单风机动力段的内壁通过支撑片连接，所述电机的输出轴上连接有叶片，所述第二整流罩与所述单风机动力段的内壁通过止旋片连接。
优选的，所述过渡段包括呈两行两列排布的四个单风机过渡段，所述单风机过渡段与所述单风机动力段连接。
优选的，所述入口段内设置有防护网。
优选的，所述等直段内依次设置有阻尼网和蜂窝器，所述阻尼网与所述蜂窝器之间的距离为400mm。
优选的，所述蜂窝器为正六边形蜂窝结构。
优选的，所述收缩段的收缩比按下式确定：
其中，D为高度或宽度，D1为入口的高度或宽度，D2为出口的高度或宽度，X为长度方向的坐标，L为收缩段长度，为前后两端的连接点。
优选的，所述风洞还包括液压升降机构和固定机构，所述液压升降机构与所述风洞连接，所述固定机构与所述液压升降机构连接，用于将所述液压升降机构以及所述风洞固定于地面上。
优选的，所述固定机构与所述地面之间设置有橡胶垫。
在另一方面，本发明还提供了一种风洞试验***，包括上述的风洞。
优选的，还包括上位机、可编程控制器、变频器、风速传感器以及供电装置，所述上位机与所述可编程控制器连接，用于向所述可编程控制器发送控制指令；所述可编程控制器与所述变频器连接，用于向所述变频器发送控制指令；所述变频器与所述电机连接，用于根据所述控制指令向所述电机输入相应的电压和频率；所述风速传感器与所述可编程控制器连接，并且设置于所述风洞的出风口处，用于测量所述风洞出风口的风速并将反馈信号传递给所述可编程控制器；所述供电装置用于为所述开放式风洞试验***供电。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过风洞总体结构、风机气动轮廓及变频调速***的优化设计，在密封性能良好且温湿度可控的试验室内实现了飞机起飞和降落遭遇强雨雪时气流环境的真实模拟。与外场自然气候环境试验相比，试验不受季节、地区和时间的限制，试验周期短而且成本低，气候环境条件可准确控制，可进行多次重复试验，试验结果可靠。
附图说明
图1是本发明实施例提供的风洞的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的单风机动力段的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的风洞的内部结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的风洞的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的风洞试验***的结构示意图。
其中：
10、入口段；11、防护网；20、动力段；21、单风机动力段；22、集气段；23、第一整流罩；24、电机；25、第二整流罩；26、第三整流罩；27、支撑片；28、叶片；29、止旋片；30、过渡段；31、单风机过渡段；40、等直段；41、阻尼网；42、蜂窝器；50、收缩段；60、液压升降机构；70、固定结构；81、上位机；82、可编程控制器；83、变频器；84、风速传感器；85、供电装置。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好的理解本发明，下面将结合附图，详细描述根据本发明实施例提供的风洞及风洞试验***，应注意，这些实施例并不是用来限制本发明公开的范围。
参见图1、图2和图3，风洞包括依次连接的入口段10、动力段20、过渡段30、等直段40以及收缩段50。
动力段20内设置有呈两行两列排布的四个单风机动力段21，单风机动力段21的横截面为圆形，等直段40的横截面为矩形，通过过渡段30将单风机动力段21的圆截面与等直段40的矩形截面连接起来，实现了截面形状的转换，并且完成了气流的集束。
单风机动力段21沿进气方向依次设置有集气段22、第一整流罩23、电机24、第二整流罩25以及第三整流罩26。
集气段22呈喇叭口形状并设置于单风机动力段21的进气口处，该喇叭口形状内径较大的一端迎向气流来流方向。
第一整流罩23与单风机动力段21的内壁通过多个支撑片27连接。
电机24的输出轴上连接有多个叶片28。
第二整流罩25与单风机动力段21的内部通过多个止旋片29连接。
过渡段30包括呈两行两列排布的四个单风机过渡段31，单风机过渡段31与单风机动力段21连接，实现气流从单风机动力段21流入到单风机过渡段31，并流入到设置在过渡段30一侧的等直段40中，从而实现了截面形状的转换以及气流的集束。
为避免气流携带颗粒物进入风洞中，造成支撑片27，和/或叶片28，和/或止旋片29的损坏，在入口段10内设置防护网11，从而能够有效地阻挡气流中携带的颗粒物进入到风洞中。
等直段40内依次设置有阻尼网41和蜂窝器42，其中，阻尼网41和蜂窝器42分别通过螺栓固定连接在等直段40的内壁上，可选的，沿气流方向在等直段40内依次设置蜂窝器42和阻尼网41，并且阻尼网41和蜂窝器42之间的距离设置为400mm。阻尼网41能够有效地降低气流的湍流度，蜂窝器42可选为正六边形蜂窝结构，用于导直气流。
收缩段50能够对气流起到加速作用，同时，也能够降低气流的纵向和横向湍流度。
收缩段50的收缩比可通过下式进行确定：
其中，D为当地的高度或宽度，D1为入口的高度或宽度，D2为出口的高度或宽度，X为长度方向的坐标，L为收缩段长度，为前后两端的连接点。
可选的，收缩段50的收缩比选取4。
根据本发明一个实施例，参见图4，风洞还包括液压升降机构60和固定机构70，液压升降机构60与风洞连接，固定结构与液压升降机构60连接，用于将液压升降机构60以及风洞固定在地面上。
进一步地，为了防止固定结构70与地面之间的相对滑动，在固定机构70与地面之间设置有防滑橡胶垫。
根据本发明一个可选的实施例，液压升降机构60的液压臂可与动力段20和等直段40连接。
在另一方面，本发明还提供了一种风洞试验***，参见图5，该试验***包括上位机81、可编程控制器82、变频器83、风速传感器84、供电装置85以及上述的风洞。
上位机81与可编程控制器82连接，用于向可编程控制器82发送控制指令。
可编程控制器82与变频器83连接，用于向变频器83发送控制指令。
变频器83与电机24连接，用于根据控制指令向电机24输入相应的电压和频率。
风速传感器84与可编程控制器82连接，并且设置于风洞的出风口处，用于测量风洞出风口的风速并将反馈信号传递给可编程控制器82。
供电装置85用于为开放式风洞试验***供电。
本实施例提供的风洞试验***能够保证流场风速的自动连续可调，其控制方法：设在试验室内壁的供电装置85将供电合理分配至变频器83，上位机81向可编程控制器82发送指令，可编程控制器82向变频器83发送指令，变频器83根据指令给电机24输入相应的电压和频率，电机24上的编码器将信号反馈给变频器83，变频器83再根据编码器反馈信号进行输入调整，风洞出口处的风速传感器84通过风速仪将风速信号传给可编程控制器82，实现电机24转速的自动连续控制。
例如，在进行飞机气候环境试验时，先在试验室规划区域内安装好所有设备，然后在上位机81输入试验风速V,上位机81通过以太网连接可编程控制器82，用以控制变频器83带动电机24运行，电机24上的编码器将信号反馈给变频器83用以校准指令频率，风速传感器84通过风速仪和可编程控制器82将风洞出风口的风速传给上位机81用以校准实际风速，同时上位机81监控电机24运行的多项参数，以保障频率的线性控制，实现整个风洞试验***风速的自动连续控制。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风洞，包括依次连接的入口段(10)、动力段(20)、过渡段(30)、等直段(40)以及收缩段(50)，其特征在于，
所述动力段(20)内设置有呈两行两列排布的四个单风机动力段(21)，所述单风机动力段(21)沿进气方向依次设置有集气段(22)、第一整流罩(23)、电机(24)、第二整流罩(25)和第三整流罩(26)；
所述集气段(22)呈喇叭口状并设置于所述单风机动力段(21)的进气口处，所述第一整流罩(23)与所述单风机动力段(21)的内壁通过支撑片(27)连接，所述电机(24)的输出轴上连接有叶片(28)，所述第二整流罩(25)与所述单风机动力段(21)的内壁通过止旋片(29)连接。
2.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述过渡段(30)包括呈两行两列排布的四个单风机过渡段(31)，所述单风机过渡段(31)与所述单风机动力段(21)连接。
3.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述入口段(10)内设置有防护网(11)。
4.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述等直段(40)内依次设置有阻尼网(41)和蜂窝器(42)，所述阻尼网(41)与所述蜂窝器(42)之间的距离为400mm。
5.根据权利要求4所述的风洞，其特征在于，所述蜂窝器(42)为正六边形蜂窝结构。
6.根据权利要求1所述的风洞，其特征在于，所述收缩段(50)的收缩比按下式确定：
其中，D为高度或宽度，D1为入口的高度或宽度，D2为出口的高度或宽度，X为长度方向的坐标，L为收缩段长度，为前后两端的连接点。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的风洞，其特征在于，所述风洞还包括液压升降机构(60)和固定机构(70)，所述液压升降机构(60)与所述风洞连接，所述固定机构(70)与所述液压升降机构(60)连接，用于将所述液压升降机构(60)以及所述风洞固定于地面上。
8.根据权利要求7所述的风洞，其特征在于，所述固定机构(70)与所述地面之间设置有橡胶垫。
9.一种风洞试验***，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的风洞。
10.根据权利要求9所述的风洞试验***，其特征在于，还包括上位机(81)、可编程控制器(82)、变频器(83)、风速传感器(84)以及供电装置(85)，
所述上位机(81)与所述可编程控制器(82)连接，用于向所述可编程控制器(82)发送控制指令；
所述可编程控制器(82)与所述变频器(83)连接，用于向所述变频器(83)发送控制指令；
所述变频器(83)与所述电机(24)连接，用于根据所述控制指令向所述电机(24)输入相应的电压和频率；
所述风速传感器(84)与所述可编程控制器(82)连接，并且设置于所述风洞的出风口处，用于测量所述风洞出风口的风速并将反馈信号传递给所述可编程控制器(82)；
所述供电装置(85)用于为所述开放式风洞试验***供电。
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