低密度风洞

风洞试验段气流的密度低,因而压力也低。所以,在低密度风洞中作气动试验面临一系列与低密度流动有关的特殊问题。气流品质、支杆干扰、风洞振动、环境温度等多种因素的振动都会对测量结果带来明显的影响,甚至导致测量的失败。所以,和常规风洞相比,低密度风洞测量技术相对要复杂一些^[1]。

低密度风洞由大功率石墨电阻加热器、前室、喷管、试验段、扩压器、冷却器、主气源系统、真空系统、测控系统等构成。此外还有水冷却系统、风洞操纵平台以及给石墨电阻加热器供电的直流电源系统。

石墨电阻加热器用于加热气流,使前室气流总温达到防止试验段气流冷凝所需要的温度。给石墨电阻加热器供电的大功率直流电源系统由感应调压器、整流变压器、硅整流器组成石该直流电源额定功率为360研,输出直流电压为0~60V,输出直流电流为0一6000A。

扩压器的作用是使超声速气流通过它时减速,以减少对真空系统抽气速率的要求。

主气源系统由中压气罐及有关阀门管路组成。中压气罐工作压力为6.4饰a。试验时,先开送气阀,后开球阀,调节调压阀,使前室压力达到需要值。真空系统主要由真空泵、真空罐和真空球组成。

低密度风洞从测量技术来看,由于所模拟的环境中气流密度低,同时,为了尽量模拟高空环境,往往要求把试验模型做得尽童小一些。因此,无论是流场的环境参数或者模型表面的气动参数,低密度风洞中通常要求试验数据的精确度又较高。显然,这种小的测量参数、高精度侧量是一个棘手的难题。由于测量参数的数值小,各种因素的干扰影响相对也就大。这就给测量技术带来了不少新问题。例如,在模型的测力试验中,力的量级通常为克级,有的为毫克级。试验中气流品质、支杆干扰、风洞振动、环境温度等多种因素的振动都会对测量结果带来明显的影响,甚至导致测量的失败。所以,和常规风洞相比,低密度风洞测量技术相对要复杂一些。

1）多级叶片风扇设计。由于低密度条件下风扇效率会降低，采用多级叶片风扇设计可以提高风扇效率，进而提高试验段马赫数。

2）风扇驱动电机外置。驱动风扇的电机不放在风洞内部，而设置于风洞外，驱动电机通过一根长轴伸入到风洞内驱动风扇转动。这样可以避免电机散热对风洞内气流温度的影响；而且避免了电机冷却装置设置在风洞内的诸多不便，同时冷却效率也可大大提高。

3）双层试验段设计。在试验段的外部再包裹一层真空壳体，既便于快速进行模型安装，又便于攻角机构等试验装置的安装布置^[2]。