CN207215423U - 一种亚音速风洞 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种亚音速风洞，包括依次顺接的气流入口、稳定段、收缩段、试验段、扩散段和动力段，气流入口为喇叭口且其为向远离稳定段的方向扩张；稳定段包括沿气流方向依次分布的蜂窝整流器和至少两层阻尼网；收缩段从稳定段向试验段方向收缩，且其两端的面积比为6～12:1；试验段的截面为矩形，且其面积不小于500mm×500mm；扩散段向动力段方向扩张，动力段包括壳体和位于壳体内的风速可调的风扇。本实用新型扩大适用模型范围、增大了风速范围、提高风速精度、风速均匀性、流场指标等技术参数。

Description

一种亚音速风洞

技术领域

本实用新型涉及一种风洞，尤其是涉及一种提高风速及适用模型范围、流场指标佳的亚音速风洞。

背景技术

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。

风洞种类繁多，按实验段气流速度大小来区分，可以分为低速、高速、亚音速、高超声速风洞等，其中亚音速的马赫数为0.4～0.7，结构形式和工作原理同低速风洞相仿。

现有的亚音速风洞大多是开式回流风洞，在风洞的排气口安装普通的轴流风扇，风机的效率很低，风速范围也较低，大概在30m/s左右，且风速精度、风速均匀性等技术参数有待提高；同时，由于可视化试验段的面积(仅为300×300mm)大小的限制，不能适用于一些尺寸较大的模型的实验研究、探索，使风洞使用范围具有局限性。另外，现有的亚音速风洞属于简易型风洞，流场指标非常差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种扩大适用模型范围、增大了风速范围、提高风速精度、风速均匀性、流场指标等技术参数的亚音速风洞。

为实现上述目的，本实用新型提出如下技术方案：一种亚音速风洞，包括洞体，所述洞体包括依次顺接的气流入口、稳定段、收缩段、试验段、扩散段和动力段，所述气流入口为喇叭口且其为向远离稳定段的方向扩张；所述稳定段包括自喇叭口向收缩段方向依次分布的蜂窝整流器和至少两层阻尼网；所述收缩段向试验段方向收缩，且其两端的面积比为6～12:1；所述试验段的截面为长方形，且其面积不小于500mm×500mm；所述扩散段向动力段方向扩张，所述动力段包括壳体和位于壳体内的风速可调的风扇。

优选地，所述风洞为直流下抽式结构。

优选地，所述蜂窝整流器的截面呈正六边形蜂窝状，所述阻尼网的截面为方形网格状。

优选地，所述收缩段的内表面为沿气流方向收缩的曲面。

优选地，所述收缩段两端的面积比为10:1。

优选地，所述试验段为可视化的，其材质为透明的丙烯酸塑料材质。

优选地，所述扩散段的截面呈梯形状。

优选地，所述梯形扩散段的两斜面与水平面形成的扩散角小于等于2.5°。

优选地，所述扩散段两端的面积比为1：2。

优选地，所述风洞还包括安装在洞体底部的支架，所述支架底部装有可固定不动或移动的滚轮。

优选地，所述试验段的风速范围为0～45m/s，风机效率η大于等于85％。

本实用新型的有益效果是：

1、增大了试验段尺寸，可放入更大尺寸的模型，扩大了风洞的适用模型范围，便于更全面地观察、研究实验模型的空气动力学特性。

2、扩大了试验段风速可调范围，可达：0～45m/s，高于现有30m/s的风速，且速度范围连续可调。

3、通过在稳定段内安装蜂窝整流器、阻尼网，增大收缩段收缩比等的设计，优化了风洞的流场指标，速度场的不均匀性小；本实用新型风洞的流场指标为：

湍流度：ε≤0.5％，

速度场不均匀性：ΔV/V≤0.8％，

动压稳定性：≤0.5％，

气流偏角：Δα≤0.5°，Δβ≤0.5°，

轴向静压梯度：≤0.005/m。

附图说明

图1是本实用新型风洞的结构示意图；

图2是本实用新型蜂窝整流器的截面示意图；

图3是本实用新型阻尼网的截面示意图；

图4是本实用新型动力段的结构示意图。

附图标记：

1、洞体，2、支架，3、气流入口，4、稳定段，41、蜂窝整流器，42、阻尼网，5、收缩段，6、试验段，7、扩散段，8、动力段，81、圆形壳体，82、风扇。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本实用新型所揭示的一种亚音速风洞，增大了风速范围，提高风速精度、风速均匀性、流场指标等技术参数，适应各个研究机构及各高校实验教学的直流低速风洞***。

如图1所示，本实用新型所揭示的一种亚音速风洞，包括洞体1和支架2，其中，洞体1包括依次顺接的气流入口3、稳定段4、收缩段5、试验段6、扩散段7和动力段8，气流入口3用于空气的收集吸入，本实施例中，气流入口3的截面呈喇叭状，以保证良好的气流流动状态和较小的气流损失。

稳定段4内设置有靠近气流入口3的蜂窝整流器41和至少两层阻尼网42等整流装置，使得气体更加均匀，来提高气流品质。本实施例中，稳定段4的截面呈矩形，其阻尼网42设置于蜂窝整流器41的下游，即蜂窝整流器41和阻尼网42自喇叭口3向收缩段5方向分布。优选地，结合图2和图3所示，蜂窝整流器41的截面呈正六边形蜂窝状，阻尼网42的截面为网格状，网格内的小格子呈方形，正六边形蜂窝状的蜂窝器41和方形网格状的阻尼网42的组合，整流气体效果更佳，整流后气体更佳均匀，流场品质更佳。

收缩段5沿自稳定段4向试验段6方向(即沿气流方向)的横截面逐渐缩小，其内表面为沿气流方向收缩的曲面，用于保证气流均匀性。优选地，本实施例中，收缩段5两端的面积比为6～12:1，其中面积比为10:1为最佳实施方式。

试验段6内放置用于研究空气动力学原理的模型(图未示)，本实施例中，试验段6的截面为矩形，且试验段6为可视化的，其材质为透明的丙烯酸塑料材质。为了更全面地观察和研究空气动力学原理的模型，本实用新型在保证各部分构件的性能的基础上，扩大试验段6尺寸为不小于：500×500m，其中尺寸500×500m为最佳实施方式。试验段6尺寸增大后，可放入更大尺寸的实验模型，扩大了风洞的适用模型范围，便于更全面地观察、研究实验模型的空气动力学特性。优选地，试验段6的侧壁可拆卸，这样便于更换模型。

扩散段7是能量转换的场所，主要目的是将气流的动能恢复为压力能时减少气流在扩散段7下游各段的能量损失，不影响扩散段7的性能和下游各段的性能。本实施例中，扩散段7的截面呈梯形状，自试验段6向动力段8方向(即沿气流方向)截面逐渐扩张。且梯形扩散段7的两斜面与水平面形成的扩散角小于等于2.5°，扩散面积比为1：2左右。

动力段8用于提供本实用新型风洞动力，是风洞能量的来源。本实施例中，动力段8截面为圆形，结合图4所示，其包括圆形壳体81和位于壳体81内的风扇82，风扇82保证在给定转速下，风洞能稳定匀速运转。优选地，为了提高本方案风洞的风速及流场指标，动力段的风扇82叶片是定制的，风扇82的效率比普通的风机高的多，效率η可达85％多，速度范围连续可调，本方案的风速范围可达：0～45m/s(高于现有30m/s的风速，且速度范围连续可调)，流场指标好，速度场的不均匀性小。

由于上述各段结构、形状的设计，本实用新型风洞的流场指标为：

湍流度：ε≤0.5％，

速度场不均匀性：ΔV/V≤0.8％，

动压稳定性：≤0.5％，

气流偏角：Δα≤0.5°，Δβ≤0.5°，

轴向静压梯度：≤0.005/m。

另外，本实用新型风洞洞体1的内壁整体设置比较光滑，这也一定程度上提高了试验段6的风速范围及风洞整体的流场指标。

支架2安装在洞体1底部，支架2底部装有滚轮(图未示)，可以固定不动，也可以移动。支架2的设置便于维护、方便高校空气动力学实验研究和移动教学。

本实用新型的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰，因此，本实用新型保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种亚音速风洞，其特征在于，包括洞体，所述洞体包括依次顺接的气流入口、稳定段、收缩段、试验段、扩散段和动力段，所述气流入口为喇叭口且其为向远离稳定段的方向扩张；所述稳定段包括自喇叭口向收缩段方向依次分布的蜂窝整流器和至少两层阻尼网；所述收缩段向试验段方向收缩，且其两端的面积比为6～12:1；所述试验段的截面为矩形，且其面积不小于500mm×500mm；所述扩散段向动力段方向扩张，所述动力段包括壳体和位于壳体内的风速可调的风扇。

2.根据权利要求1所述的亚音速风洞，其特征在于，所述风洞为直流下抽式结构。

3.根据权利要求1所述的亚音速风洞，其特征在于，所述蜂窝整流器的截面呈正六边形蜂窝状，所述阻尼网的截面为方形网格状。

4.根据权利要求1所述的亚音速风洞，其特征在于，所述收缩段的内表面为沿气流方向收缩的曲面。

5.根据权利要求1或4所述的亚音速风洞，其特征在于，所述收缩段的收缩比为10:1。

6.根据权利要求1所述的亚音速风洞，其特征在于，所述试验段为可视化的，其材质为透明的丙烯酸塑料材质。

7.根据权利要求1所述的亚音速风洞，其特征在于，所述扩散段的截面呈梯形状。

8.根据权利要求7所述的亚音速风洞，其特征在于，所述梯形扩散段的两斜面与水平面形成的扩散角小于等于2.5°。

9.根据权利要求1或7或8所述的亚音速风洞，其特征在于，所述扩散段两端的面积比为1：2。

10.根据权利要求1所述的亚音速风洞，其特征在于，所述风洞还包括安装在洞体底部的支架，所述支架底部装有可固定不动或移动的滚轮。