直流式低速風洞試驗平臺構建及全流場氣動特性研究.pdf

1、風洞（wind tunnel），是通過人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，研究氣流對物體的作用并觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實驗設備，它是進行空氣動力試驗最常用、最有效的工具。風洞試驗段的流場品質(zhì)會直接影響風洞實驗結(jié)果的準確性和可靠性，所以在開展空氣動力學實驗研究工作之前對風洞內(nèi)部流場品質(zhì)進行檢測和驗證是非常必要的。
　　風洞主要包括試驗段、穩(wěn)定段、收縮段、擴散段、風扇段等洞體部分以及蜂窩器、阻尼網(wǎng)、整流罩等內(nèi)部構件

2、。本文針對試驗段尺寸為500mm×300mm的直流式低速風洞進行結(jié)構設計和三維全流場數(shù)值模擬仿真，重點圍繞對風洞流動特性影響較大的收縮段和風扇系統(tǒng)展開研究。直流式低速風洞的氣動特性研究，主要是對不同結(jié)構參數(shù)的模型進行數(shù)值模擬仿真，根據(jù)對計算結(jié)果進行分析與比較，選擇性能最好的結(jié)構。
　　在結(jié)構設計部分：收縮段曲線采用雙三次曲線和維氏公式兩種方法，獲得兩組收縮段結(jié)構參數(shù)，并利用三維繪圖軟件Solidworks[1-2]分別建立收縮段模

3、型；風扇葉片和止旋片葉片翼型分別選用Clark Y翼型和標準NACA0020翼型；設計出葉片數(shù)目分別為5、7、9，安裝角分別為35°、40°、45°的幾組不同風扇結(jié)構，利用Solidworks軟件完成各結(jié)構建模；根據(jù)整流罩氣動外形曲線公式，利用 Matlab編程法，獲得整流罩頭罩和尾罩曲線。在數(shù)值模擬計算部分：利用Gambit網(wǎng)格劃分和Fluent流體力學分析軟件，對風洞各部分及整個實驗平臺進行流場特性分析，獲得諸如湍流強度、速度、壓力

4、、流場跡線圖等流動特性參數(shù)。本文通過對不同結(jié)構參數(shù)模型進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)計算結(jié)果分析和比較，最終確定：雙三次收縮段比維氏收縮段結(jié)構流動特性好；風扇葉片為5，安裝角為35°的風扇系統(tǒng)流場特性最好。最后驗證直流式低速風洞試驗平臺全流場特性，得到試驗段湍流強度小于2％，平均風速能夠達到22m/s，可以滿足試驗段對湍流度和風速的要求，從而設計出流場品質(zhì)符合要求的直流式低速風洞實驗平臺。
　　本文旨在研制出一座經(jīng)濟、實用的低速小型風洞實