小組講座風(fēng)洞

1、1哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所1超聲速風(fēng)洞型線設(shè)計(jì)超聲速風(fēng)洞型線設(shè)計(jì)20112011年年4 4月月2626日日2哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所2一一.風(fēng)洞簡(jiǎn)介風(fēng)洞簡(jiǎn)介3.跨聲速風(fēng)洞跨聲速風(fēng)洞2.亞聲速風(fēng)洞亞聲速風(fēng)洞4.超聲速風(fēng)洞超聲速風(fēng)洞5.高超聲速風(fēng)洞高超聲速風(fēng)洞6.高焓高超聲速風(fēng)洞高焓高超聲速風(fēng)洞風(fēng)洞的分類(lèi)風(fēng)洞的分類(lèi)1.低聲速風(fēng)洞低聲速風(fēng)洞3哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所31.低速風(fēng)洞低速風(fēng)洞u馬赫數(shù)馬赫數(shù)Ma0.4氣流可以看成不可壓縮的氣流可以看成不可壓縮的u特點(diǎn)是口徑大，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)

2、是口徑大，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)為了達(dá)到必要的實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)，實(shí)驗(yàn)段口徑較為了達(dá)到必要的實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)，實(shí)驗(yàn)段口徑較大；速度低，所需功率小大；速度低，所需功率小4哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所4u馬赫數(shù)馬赫數(shù) 0.4Ma0.8從從Ma=0.4開(kāi)始，需要考慮氣流的壓縮性；開(kāi)始，需要考慮氣流的壓縮性；Ma=0.80.85左右，對(duì)一般尺度的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥笥?，?duì)一般尺度的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯l(fā)生堵塞（模型表面出現(xiàn)局部超聲速流動(dòng)）。將發(fā)生堵塞（模型表面出現(xiàn)局部超聲速流動(dòng)）。u特點(diǎn)特點(diǎn)2.亞聲速風(fēng)洞亞聲速風(fēng)洞5哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所5u馬赫數(shù)馬赫數(shù) 0.8Ma1.2

3、（或（或1.4）Ma=1.2（或（或1.4）左右，模型周?chē)牧鲌?chǎng)全）左右，模型周?chē)牧鲌?chǎng)全部或接近全部成為超聲速流動(dòng)。部或接近全部成為超聲速流動(dòng)。u特點(diǎn)特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)段采用通氣壁（開(kāi)孔或開(kāi)槽），四周以實(shí)驗(yàn)段采用通氣壁（開(kāi)孔或開(kāi)槽），四周以駐室包圍；駐室包圍；允許的模型尺寸相對(duì)實(shí)驗(yàn)段是比較小的；允許的模型尺寸相對(duì)實(shí)驗(yàn)段是比較小的；風(fēng)洞需要比較大的驅(qū)動(dòng)功率。風(fēng)洞需要比較大的驅(qū)動(dòng)功率。3.跨聲速風(fēng)洞跨聲速風(fēng)洞6哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所6u馬赫數(shù)馬赫數(shù) 1.4Ma1.4，流場(chǎng)已全部是超聲速，實(shí)驗(yàn)段不需，流場(chǎng)已全部是超聲速，實(shí)驗(yàn)段不需要采用通氣壁；要采用通氣壁；u特點(diǎn)特

4、點(diǎn)空氣必須干燥，防止水蒸氣凝結(jié)；空氣必須干燥，防止水蒸氣凝結(jié)；實(shí)驗(yàn)段較小，采用間歇式。實(shí)驗(yàn)段較小，采用間歇式。4.超聲速風(fēng)洞超聲速風(fēng)洞7哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所7u馬赫數(shù)馬赫數(shù) 5.0Ma5，空氣開(kāi)始液化，需要加熱；，空氣開(kāi)始液化，需要加熱；Ma10（或（或12），用常規(guī)的加熱器和壓縮機(jī)），用常規(guī)的加熱器和壓縮機(jī)很難提供氣流所需要的高駐點(diǎn)溫度和高壓力比。很難提供氣流所需要的高駐點(diǎn)溫度和高壓力比。u特點(diǎn)特點(diǎn)風(fēng)洞氣流必須加熱風(fēng)洞氣流必須加熱5.高超聲速風(fēng)洞高超聲速風(fēng)洞8哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所8u馬赫數(shù)馬赫數(shù) Ma10

5、（或（或12）Ma12，氣流所要求的壓強(qiáng)比變得非常大；空氣需，氣流所要求的壓強(qiáng)比變得非常大；空氣需要加熱程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于防止液化的水平；對(duì)于再入大氣層飛要加熱程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于防止液化的水平；對(duì)于再入大氣層飛行的導(dǎo)彈或衛(wèi)星，還必須模擬飛行時(shí)的高焓量。行的導(dǎo)彈或衛(wèi)星，還必須模擬飛行時(shí)的高焓量。u特點(diǎn)特點(diǎn)必須解決風(fēng)洞在高溫下的強(qiáng)度問(wèn)題，防止噴必須解決風(fēng)洞在高溫下的強(qiáng)度問(wèn)題，防止噴管喉部融化問(wèn)題；管喉部融化問(wèn)題；工作時(shí)間很短，以毫秒計(jì)。工作時(shí)間很短，以毫秒計(jì)。6.高焓高超聲速風(fēng)洞高焓高超聲速風(fēng)洞9哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所91.產(chǎn)生不同產(chǎn)生不同Ma數(shù)氣流的條件數(shù)氣流的條件

6、二二.超聲速風(fēng)洞型線設(shè)計(jì)超聲速風(fēng)洞型線設(shè)計(jì)2.噴管設(shè)計(jì)噴管設(shè)計(jì)3.擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)10哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所10亞聲速風(fēng)洞：亞聲速風(fēng)洞：實(shí)驗(yàn)段上下游存在壓力差就有流動(dòng)，并且增大壓力實(shí)驗(yàn)段上下游存在壓力差就有流動(dòng)，并且增大壓力差，氣流就能加速。差，氣流就能加速。1.產(chǎn)生超聲速的條件產(chǎn)生超聲速的條件不同不同Ma數(shù)數(shù)超聲超聲速流速流動(dòng)的動(dòng)的條件條件A.風(fēng)洞上下游必須有足夠的壓比，并且壓風(fēng)洞上下游必須有足夠的壓比，并且壓比隨比隨Ma數(shù)提高而增大。數(shù)提高而增大。B.實(shí)驗(yàn)段與喉部必須保持一定的面積比，實(shí)驗(yàn)段與喉部必須保持一定的面積比，并且面積比隨并且面積比隨M

7、a數(shù)而變化。數(shù)而變化。C.必須滿(mǎn)足一定的流量要求。必須滿(mǎn)足一定的流量要求。 超聲速風(fēng)洞的最大特點(diǎn)是超聲速風(fēng)洞的最大特點(diǎn)是 一定的馬赫數(shù)對(duì)應(yīng)一定的噴管型線一定的馬赫數(shù)對(duì)應(yīng)一定的噴管型線 11哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所112.噴管設(shè)計(jì)噴管設(shè)計(jì)超聲速漸擴(kuò)段設(shè)計(jì)超聲速漸擴(kuò)段設(shè)計(jì)亞聲速漸縮段設(shè)計(jì)亞聲速漸縮段設(shè)計(jì)噴管型線設(shè)計(jì)噴管型線設(shè)計(jì)12哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所12維托辛斯基公式維托辛斯基公式 A亞聲速段的設(shè)計(jì)亞聲速段的設(shè)計(jì)22222302(1)1 1 () (1)3ttRRxRLxRL收縮段出口半徑，收縮段出口半徑， 收縮段

8、進(jìn)口半徑收縮段進(jìn)口半徑 tRtR0R13哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所13維托辛斯基公式適用收縮比小于維托辛斯基公式適用收縮比小于15情況情況若收縮比太大，收縮段若收縮比太大，收縮段在前部驟然收縮而后段在前部驟然收縮而后段卻幾乎不再收縮，氣流卻幾乎不再收縮，氣流的驟然收縮容易引起分的驟然收縮容易引起分離而破壞氣流的均勻性離而破壞氣流的均勻性Ma=4，喉部，喉部14，穩(wěn)定，穩(wěn)定段高段高250，收縮比，收縮比19.2大收縮比的解決方法大收縮比的解決方法14哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所1400ttRRCRRCRRC22222302

9、(1)1 1 () (1)3ttRRCxRLxRLtR將 、 代替 、 計(jì)算 ，再取 RRCR0RtR0RtR收縮比大型線設(shè)計(jì)解決的方法：取收縮比大型線設(shè)計(jì)解決的方法：取即即大收縮比的解決方法大收縮比的解決方法15哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所15tRC=60常數(shù)常數(shù)C值的確定值的確定05 6tRRMa2345喉部半高 88.888935.422713.99426收縮比2.817.0617.8641C06060602.812.083.25 4.190/tRR大收縮比的解決方法大收縮比的解決方法16哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所

10、16噴管設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是特征線理論，有圖解法及解噴管設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是特征線理論，有圖解法及解析法之分析法之分 B超聲速段的設(shè)計(jì)超聲速段的設(shè)計(jì)tR17哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所17噴管設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是特征線理論，有圖解法及解噴管設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是特征線理論，有圖解法及解析法之分析法之分 B超聲速段的設(shè)計(jì)超聲速段的設(shè)計(jì)tR18哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所18解析法思想：假定在噴管轉(zhuǎn)折點(diǎn)解析法思想：假定在噴管轉(zhuǎn)折點(diǎn)B處，流動(dòng)已成為一超聲速處，流動(dòng)已成為一超聲速泉流，利用解析方法，求出泉流，利用解析方法，求出B點(diǎn)以后的曲線點(diǎn)以后的

11、曲線解析法解析法圓弧加直線法圓弧加直線法tR19哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所19噴管長(zhǎng)度取決于噴管長(zhǎng)度取決于設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題tR所要達(dá)到的所要達(dá)到的Ma數(shù)數(shù)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法最大膨脹角最大膨脹角 角越?。ㄖ本€段越長(zhǎng)），更有利于氣流變成角越?。ㄖ本€段越長(zhǎng)），更有利于氣流變成泉流，但將導(dǎo)致噴管長(zhǎng)度增加，從而導(dǎo)致附面層厚泉流，但將導(dǎo)致噴管長(zhǎng)度增加，從而導(dǎo)致附面層厚度增加，這是應(yīng)該避免的。度增加，這是應(yīng)該避免的。 BBMa數(shù)2345長(zhǎng)高比56780.2510.2610.2450.2271/Bv20哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技

12、術(shù)研究所20設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題tR1/0.3Bv1/0.245Bv21哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所21噴管設(shè)計(jì)結(jié)果噴管設(shè)計(jì)結(jié)果tR22哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所223.擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程首先在超聲速?lài)姽芎淼捞幮纬陕曀偈紫仍诔曀賴(lài)姽芎淼捞幮纬陕曀俨⒃诔曀俣涡纬沙曀倭?，并逐并在超聲速段形成超聲速流，并逐步向下游移?dòng)，但因壓力比不夠，步向下游移動(dòng)，但因壓力比不夠，在過(guò)喉道后的某處形成一道正激波在過(guò)喉道后的某處形成一道正激波而變?yōu)閬喡曀倭?。這道正激波通常而變?yōu)閬喡曀倭鳌＿@道正激波通常稱(chēng)為起動(dòng)

13、正激波。稱(chēng)為起動(dòng)正激波。隨著壓力比的增加，起動(dòng)正激波逐隨著壓力比的增加，起動(dòng)正激波逐步向下游推進(jìn)，波前數(shù)也越來(lái)越大步向下游推進(jìn)，波前數(shù)也越來(lái)越大，因而通過(guò)正激波的損失也越來(lái)越，因而通過(guò)正激波的損失也越來(lái)越大。當(dāng)起動(dòng)正激波到達(dá)噴管出口處大。當(dāng)起動(dòng)正激波到達(dá)噴管出口處時(shí)，時(shí)，Ma數(shù)達(dá)到最大，此時(shí)的激波損數(shù)達(dá)到最大，此時(shí)的激波損失也增大到最大值。失也增大到最大值。上游壓力再增加一些，起動(dòng)激波會(huì)上游壓力再增加一些，起動(dòng)激波會(huì)突然推進(jìn)到溢流擴(kuò)壓器第二喉道下突然推進(jìn)到溢流擴(kuò)壓器第二喉道下游某處穩(wěn)定下來(lái)，其位置取決于上游某處穩(wěn)定下來(lái)，其位置取決于上游壓力的情況。至此，超聲速?lài)姽苡螇毫Φ那闆r。至此，超聲速?lài)姽芷饎?dòng)完成，進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。起動(dòng)完成，進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 23哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)研究所233.擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)擴(kuò)壓段設(shè)計(jì)第二喉道起動(dòng)面積第二喉道起動(dòng)面積tR由理論計(jì)算可得出實(shí)驗(yàn)段由理論計(jì)算可得出實(shí)驗(yàn)段與允許的最小第二喉道的與允許的最小第二喉道的面積比面積比F/F2與與Ma數(shù)的關(guān)系數(shù)的關(guān)系第二喉道面積如果小于最第二喉道面積如果小于最小允許值，則風(fēng)洞起動(dòng)時(shí)小允許值，則風(fēng)洞起動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生堵塞。會(huì)發(fā)生堵塞。當(dāng)風(fēng)洞起動(dòng)后，第二喉部面積可以逐漸減小，當(dāng)風(fēng)洞起動(dòng)后，第二喉部面積可以逐漸減小，使當(dāng)?shù)厥巩?dāng)?shù)豈a數(shù)逐漸接近數(shù)