實驗空氣動力學(xué)

空氣動力學(xué)實驗技術(shù)附錄附錄Ⅰ空氣動力學(xué)家生平郭永懷郭永懷(1909.04-1968.12)，男，山東省榮成市人，著名空氣動力學(xué)家、力學(xué)家、應(yīng)用數(shù)學(xué)家，是我國近代空氣動力學(xué)事業(yè)的奠基人之一。長期從事航空工程研究，發(fā)現(xiàn)了上臨界馬赫數(shù)，發(fā)展了奇異攝動理論中的變形坐標(biāo)法，即國際上公認(rèn)的PLK方法，倡導(dǎo)了我國的高超聲速流、電磁流體力學(xué)、爆炸力學(xué)、高壓物態(tài)方程等方向研究，為發(fā)展我國的導(dǎo)彈與核彈事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)，被授予“兩彈一星榮譽勛章”。郭永懷1931年考入南開大學(xué)物理系，1935年北京大學(xué)物理系畢業(yè)。1940年赴加拿大多倫多大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系留學(xué)，僅以半年時間就完成了《可壓縮粘性流體在直管中的流動》的論文并獲碩士學(xué)位，1941年到美國加利福尼亞州理工學(xué)院研究可壓縮流體力學(xué)，進(jìn)行當(dāng)時空氣動力學(xué)的前沿問題——跨聲速流下連續(xù)解的研究，并于1945年獲博士學(xué)位。1946年，在康奈爾大學(xué)航空研究院組織領(lǐng)導(dǎo)研究工作，他著重對跨聲速理論與粘性流動進(jìn)行了深入的研究，先后發(fā)表了《可壓縮無旋亞聲速和超聲速混合型流動和上臨界馬赫數(shù)》、《關(guān)于中等雷諾數(shù)下不可壓縮粘性流體繞平板的流動》、《弱激波從沿平板的邊界層的反射》等重要文章，解決了跨聲速流動中“機翼上何時會出現(xiàn)激波”、“激波如何影響翼剖面氣動特性”等重大理論問題。與此同時，為了解決邊界層的奇異性，他改進(jìn)了龐加萊、萊特希爾的變形參數(shù)和變形坐標(biāo)法，發(fā)展了奇異攝動理論，即國際上公認(rèn)的PLK方法。1957年回國后，身體力行倡導(dǎo)高超聲速流動、電磁流體力學(xué)和爆炸力學(xué)等新興領(lǐng)域的研究，組織領(lǐng)導(dǎo)國內(nèi)的空氣動力學(xué)、力學(xué)研究與國防科研上，先后擔(dān)任了中國科學(xué)院數(shù)學(xué)物理化學(xué)部學(xué)部委員、力學(xué)研究所副所長、二機部九院副院長、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)物理系主任、國防科委空氣動力學(xué)專業(yè)組成員和空氣動力學(xué)研究院籌備組副組長、中國航空學(xué)會副理事長等職。郭永懷對于國防工業(yè)和科研的貢獻(xiàn)是多方面的，涉及了許多重大的項目。從1957年11月4日，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星起，他就大力倡導(dǎo)我國要發(fā)展航天事業(yè)，并就許多技術(shù)問題，如運載工具、推進(jìn)劑、姿態(tài)控制、氣動力、氣動熱等發(fā)表了許多重要見解和主張。在第四次座談會上作了“宇宙飛船的回地問題”的中心發(fā)言，對氣動減速、氣動加熱、燒蝕防熱、回地軌道設(shè)計等問題進(jìn)行了細(xì)致的分析。當(dāng)研制人造衛(wèi)星提到議事日程上時，郭永懷參加了負(fù)責(zé)衛(wèi)星本體設(shè)計的人造衛(wèi)星研究院的領(lǐng)導(dǎo)工作。1967年，郭永懷參加了空氣動力學(xué)研究院的籌建工作，擔(dān)任了主管技術(shù)工作的副組長。他首先就空氣動力學(xué)研究院的服務(wù)對象、研究手段、重點設(shè)備、測試方法等提出了建議，并和錢學(xué)森一起為該院規(guī)劃了藍(lán)圖，為以后空氣動力學(xué)研究發(fā)展中心的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)；為了發(fā)展我國的“兩彈”事業(yè)，郭永懷更是嘔心瀝血，從理論到實踐都作出了重要貢獻(xiàn)，他多次赴現(xiàn)場參加準(zhǔn)備工作。1968年12月5日，郭永懷從青海試驗基地赴北京匯報。飛機降落時發(fā)生墜毀事故，他不幸遇難，時年59歲。飛機失事臨難的最后一瞬間，他與警衛(wèi)員抱在一起，用身體夾住了裝有寶貴科研資料的公文包。同年12月25日，中華人民共和國內(nèi)務(wù)部追認(rèn)他為革命烈士。郭永懷為我國的空氣動力學(xué)事業(yè)，也為人類的航空航天事業(yè)奉獻(xiàn)了畢生的精力。他的學(xué)術(shù)成就和高尚品德是每個中國人、每個力學(xué)工作者值得引以自豪的。莊逢甘莊逢甘(1925.02-2010.11)，男，江蘇省常州人，著名空氣動力學(xué)家，中國科學(xué)院院士，長期從事空氣動力學(xué)研究工作，是我國航空航天空氣動力學(xué)事業(yè)的開拓者之一。歷任中國火箭技術(shù)研究院副院長、中國空氣動力研究與發(fā)展中心副主任、航天工業(yè)部總工程師、北京空氣動力研究所所長，國防科工委基地副司令員等職，組織領(lǐng)導(dǎo)了我國主要的空氣動力學(xué)實驗基地建設(shè)，建成了從低速到高超音速的成套設(shè)備，同時是我國多種重要飛行器氣動力專業(yè)組織的主要技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，為發(fā)展我國航空航天事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)。莊逢甘1946年畢業(yè)于交通大學(xué)（現(xiàn)西安交通大學(xué)）航空工程系，1947年赴美國加州理工學(xué)院攻讀航空工程，先后獲碩士、博士學(xué)位。1950年回國。1956年調(diào)入國防部五院，籌建空氣動力所和風(fēng)洞建設(shè)工程。他帶領(lǐng)科技人員自己動手，從設(shè)計、加工、安裝、調(diào)試到投入型號試驗，都取得很大進(jìn)展。到1965年建成了從低速風(fēng)洞到高超聲速風(fēng)洞試驗設(shè)備，其研究成果1985年獲國家科技進(jìn)步獎特等獎。莊逢甘在空氣動力學(xué)的許多領(lǐng)域中進(jìn)行過廣泛的研究工作，先后發(fā)表學(xué)術(shù)論文和報告多篇，內(nèi)容涉及空氣動力學(xué)理論、試驗和測試技術(shù)等各方面。在流體力學(xué)的湍流基本特性研究中得出了湍流耗散定律；在激波繞射、高超音速再入體熱防護理論等研究和旋渦形成的機理與控制方面取得突出成果。第18屆國際航空科學(xué)大會上，莊逢甘的"旋渦控制"演講榮獲大會最高榮譽獎——“古根海姆”獎。莊逢甘是我國空氣動力學(xué)研究與試驗基地建設(shè)的主要技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)人之一，在領(lǐng)導(dǎo)制定總體規(guī)劃、確定方案、解決各種技術(shù)問題中為我國自行設(shè)計建造氣動力試驗設(shè)備進(jìn)行了大量開創(chuàng)性的工作。他曾提出，在試驗基地建設(shè)期間，實驗技術(shù)與測試技術(shù)必須同時啟動，設(shè)備的自動化與計算機控制應(yīng)及時配備。我國試驗基地建設(shè)過程中低速風(fēng)洞與高速風(fēng)洞及其它特種風(fēng)洞幾乎同時起步，技術(shù)上難度大，但是大大縮短了建設(shè)周期。莊逢甘也是早期發(fā)展計算空氣動力學(xué)的積極倡導(dǎo)者，早在60年代就十分關(guān)注國際上的發(fā)展趨勢與計算方法研究。當(dāng)時國內(nèi)計算機水平很低，但他堅定地提出必須在我國盡快地開展計算流體力學(xué)方面的研究，以便將來迎頭趕上國際潮流，明確指出計算空氣動力學(xué)在今后發(fā)展中的重要性以及航空航天高新技術(shù)中的應(yīng)用前景。莊逢甘是我國導(dǎo)彈、火箭、再入飛行器等重要飛行器氣動力專業(yè)組織的主要技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，曾主持過一系列型號氣動力問題的預(yù)研與方案審議、技術(shù)討論和難題攻關(guān)，解決了許多重大空氣動力學(xué)問題。莊逢甘一生治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、工作認(rèn)真，對空氣動力學(xué)技術(shù)做出多方面開拓性貢獻(xiàn),對我國航空、航天事業(yè)的發(fā)展有著重要影響，是我國空氣動力學(xué)學(xué)科研究的主要倡導(dǎo)者。路德維希·普朗特爾路德維?！て绽侍貭枺?875.02-1953.08），德國物理學(xué)家，現(xiàn)代空氣動力學(xué)之父，近代力學(xué)奠基人之一。創(chuàng)立了邊界層理論、薄翼理論、升力線理論，研究了超聲速流動，提出普朗特－葛勞渥法則，與他的學(xué)生梅耶一起研究了膨脹波現(xiàn)象（普朗特－梅耶流動），并首次提出超聲速噴管設(shè)計方法等。普朗特的眾多開創(chuàng)性工作，將理論與實驗相結(jié)合，奠定了現(xiàn)代航空空氣動力學(xué)與現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)，被稱為“空氣動力學(xué)之父”、“現(xiàn)代流體力學(xué)之父”。普朗特1894年進(jìn)入慕尼黑工業(yè)大學(xué)攻讀機械工程，后在慕尼黑工業(yè)大學(xué)攻彈性力學(xué)，1900年獲得博士學(xué)位。1901年在機械廠工作，因改進(jìn)用管道抽吸廢屑的裝置發(fā)現(xiàn)了氣流分離問題。在漢諾威大學(xué)任教授時，用自制水槽觀察繞曲面的流動，3年后提出邊界層理論，建立繞物體流動的小粘性邊界層方程，以解決計算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問題，奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)。他在1904年海德堡國際數(shù)學(xué)大會上宣讀了著名的關(guān)于邊界層理論的論文——《論粘性很小的流體的運動》，首次描述了邊界層及其在減阻和流線型設(shè)計中的應(yīng)用，描述了邊界層分離，并提出失速概念。該論文受到哥廷根大學(xué)數(shù)學(xué)教授菲利克斯·克萊因的賞識，克萊因推薦他擔(dān)任哥廷根大學(xué)應(yīng)用力學(xué)系主任，后又支持他建立并主持空氣動力實驗所和威廉皇家流體力學(xué)研究所。在近半個世紀(jì)中，普朗特注意理論與實際的聯(lián)系，在力學(xué)、流體力學(xué)方面取得眾多開創(chuàng)性成果。1902－07年間，普朗特曾經(jīng)跟隨弗雷德里克.蘭開斯特，與阿爾伯特.貝茨和麥克斯.芒克一道，為研究真實機翼的升力問題尋找有用的數(shù)學(xué)工具。相關(guān)的工作在1918-19年間發(fā)表，此即“蘭開斯特－普朗特機翼理論”。后來普朗特專門研究了帶彎度翼型的氣動問題，并提出簡化的薄翼理論。這項工作使人們認(rèn)識到對于有限翼展機翼，翼尖效應(yīng)對機翼整體性能的重要性。這項工作的主要貢獻(xiàn)在于指出翼尖渦和誘導(dǎo)阻力的本性，這個問題在很長時期內(nèi)一直沒有得到重視。在這些理論的指導(dǎo)下，飛機設(shè)計師們第一次可以在飛機被制造出來之前就能了解其基本性能。1908年，普朗特與他的學(xué)生西奧多.梅耶提出第一個關(guān)于超聲速激波流動的理論，普朗特－梅耶膨脹波理論成為超聲速風(fēng)洞設(shè)計的理論基礎(chǔ)。此后他一直沒有時間在這個問題上繼續(xù)研究下去，直到1929年他和阿道夫.布斯曼一起提出一種超聲速噴管的設(shè)計方法。直到今天，所有超聲速風(fēng)洞和火箭噴管的設(shè)計仍然采用普朗特的方法。關(guān)于超聲速流動的完整理論最后由普朗特的學(xué)生馮·卡門完成。普朗特爾在流體力學(xué)方面的主要貢獻(xiàn)有：①邊界層理論：他在觀察、實驗的基礎(chǔ)上，提出繞物體流動的小粘性邊界層方程，為計算摩擦阻力、求解分離區(qū)和熱交換等問題奠定了基礎(chǔ)。普朗特的邊界層理論把理論和實驗結(jié)合起來，奠定了現(xiàn)代流體力學(xué)的基礎(chǔ)；②機翼理論：在實驗基礎(chǔ)上，他于1913～1918年提出了升力線理論和最小誘導(dǎo)阻力理論，后又提出升力面理論等；③湍流理論：提出層流穩(wěn)定性和湍流混合長度理論，大大簡化了湍流無規(guī)則運動的數(shù)學(xué)描述；④可壓縮流動：提出亞聲速相似律和普朗特－葛勞渥修正法則等。附錄Ⅱ空氣動力學(xué)中常用的有量綱物理量的SI單位和量綱物理量SI單位量綱名稱符號國際符號用其他SI單位表示的表達(dá)式用SI基本單位表達(dá)的表示式長度lmmL質(zhì)量mkgkgM時間tssT力FNM·kg·s-2LMT-2密度ρkg/m3kg·m-3L-3M速度νm/sm·s-2LT-1加速度am/s2m·s-2LT-2角速度；角頻率ωrad/ss-1T-1壓力；壓強；應(yīng)力P；σ；τPaN/m2m-1·kg·s-2L-1MT-2能；功；熱量E；W；QJN·mm2·kg·s-2L2MT-2功率PWJ/sm2·kg·s-3L2MT-3頻率fHzs-1T-1力矩MN·mm2·kg·s-2L2MT-2動量pkg·m/sm·kg·s-1LMT-1動量矩Lkg·m2/sm2·kg·s-1L2MT-1轉(zhuǎn)動慣量Jkg·m2m2·kgL2M(動力)粘度；(動力)粘性系數(shù)μPa·sN·s/m2m-1·kg·s-1L-1MT-1運動粘度；運動粘性系數(shù)νm2/sm2·s-1L2T-1彈性模量EPaN/m2m-1·kg·s-2L-1MT-2熱力學(xué)溫度TKKΘ氣體常數(shù)RN·m/(kg·K)m2·s-2·K-1L2T-2Θ-1熵SJ/Km2·kg·s-2·K-1L2MT-2Θ-1焓HJm2·kg·s-2L2MT-2比熱(比熱容)cJ/(m·s·K)m2·s-2·K-1L2T-2Θ-1熱導(dǎo)率，(導(dǎo)熱系數(shù))λW/(m·K)J/(m·s·k)m·kg·s-3·K-1LMT-3Θ-1傳熱系數(shù)hW/(m2·K)J/(m2·s·k)kg·s-3·K-1MT-3Θ-1附注：本表所列符號、單位和量綱，均為本書所用的符號、單位和量綱。附錄Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)大氣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和常用的關(guān)系式海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強P=101325.2Pa溫度T=288.15K密度=1.22505kg/m3粘性系數(shù)μ=1.7894×10-5Pa·s運動粘性系數(shù)υ=1.4607×10-5m2/s音速a=340.29m/s重力加速度g=9.80665m/s2熱導(dǎo)率λ=0.025343W/(m·K)2.空氣的氣體常數(shù)完全氣體狀態(tài)方程為 式中空氣的氣體常數(shù)R=287.0529N·m/(kg·K)空氣密度(單位：kg/m3) 在上式中引入單位換算系數(shù)和氣體常數(shù)R的數(shù)值后，可以得到便于實驗室中應(yīng)用的計算空氣密度的公式 式中下標(biāo)mmHg和mbr分別表示該壓強以毫米汞柱(mmHg)和毫巴(mbar)為單位代入式中，下標(biāo)°C表示溫度t°C以攝氏度為單位代入式中?？諝獾?動力)粘性系數(shù)(單位：Pa·s) 音速(單位：m/s) 附錄=4\*ROMANIV水的密度和粘度(在壓強為101325Pa條件下)溫度°C密度ρkg/m3粘度μ×103Pa·s溫度°C密度ρkg/m3粘度μ×103Pa·s0999.81.78140992.20.65351000.01.51850988.00.54710999.71.30760983.20.46615999.11.13970977.80.40420998.21.00280971.80.35425997.00.89090965.30.31530995.70.798100958.40.282附錄Ⅴ單位的換算系數(shù)長度(附：容積)m(米)in(英寸)ft(英尺)mile(英里)nmile(海里)1m=139.37013.280846.21371×10-45.39957×10-41in=0.025410.08333331.57828×10-51.37149×10-51ft=0.30481211.89394×10-41.64579×10-41mile=1609.3463360528010.8689761nmile=185272913.46076.121.150781附：1L(升)=1dm3=10-3m31UKgas(英加侖)=4.54609dm31UKgas(美加侖)=3.78541dm3質(zhì)量kg(千克)kgf·s2/m(千克力·秒2/米)lb(磅)slug(斯勒格)1kg=10.1019722.204620.06852181kgf·s2/m=9.80665121.62000.6719691lb=0.4535920.046253510.03108091slug=14.59391.4881632.17411附：1t(噸)=1000kg1qr(夸特)=28lb=12.7006kg1ton(英噸)=2240lb=1016.05kg1shton(短噸)=2000lb=907.185kg1oz(盎司)=1/16lb=0.0283495kg力N(牛頓)kgf(千克力)pdl(磅達(dá))lbf(磅力)dyn(達(dá)因)1N=10.1019727.233010.2248091051kgf=9.80665170.93172.204629806651pdl=0.1382550.014098110.031080913825.51lbf=4.448220.45359232.174114448221dyn=10-61.01972×10-67.23301×10-52.24809×10-41密度kg/m3(千克/米3)kgf·s2/m4(千克力·秒2/米4)slug/ft3(斯勒格/英尺3)g/cm3(克/厘米3)1kg/m3=10.1019720.001940320.0011kgf·s2/m4=9.8066510.01902809.80665×10-31slug/ft3=515.37952.554010.5153791g/cm3=1000101.9721.940321附：1lb/ft3(磅/英尺3)=16.0185kg/m31lb/in3(磅/英寸3)=27679.5kg/m3速度m/s(米/秒)ft/s(英尺/秒)km/h(千米/小時)mile/h(英里/小時)nmile/h,knot(海里/小時，節(jié))1m/s=13.280843.62.236941.943841ft/s=0.304811.092780.6818180.5924841km/h=0.2777780.91134410.6213710.5399571mile/h=0.4470401.466671.6093410.8689761nmile/h=0.5144441.687811.852001.150781壓力，壓強；應(yīng)力Pa(帕斯卡)kgf/m2(千克力/米2)lbf/ft2(磅力/英尺2)1bf/in2(磅力/英寸2)mmHg(毫米汞柱)1Pa=10.1010720.02088541.45038×10-40.007500621kgf/m2=9.8066510.2048160.001422330.07355591lbf/ft2=47.88034.8824310.006944440.3591321lbf/in2=6894.76703.070144151.71491mmHg=133.32213.59512.784500.01933681附：1atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)=760mmHg=101325Pa1at(工程大氣壓)=1kgf/cm2=98066.5Pa1mbar(毫巴)=100Pa1mmH2O(毫米水柱)=9.80665Pa(注：mmH2O按水的密度為1g/cm3計)1inH2O(英寸水柱)=9249.0832Pa(注：inH2O按3.98℃計)1inHg(英寸水柱)=3386.39Pa1psi=1lbf/in2=6894.76Pa1dyn/cm2(達(dá)因/厘米2)=0.1Pa1torr(托)=133.322Pa注：本附錄中mmHg和inHg均按0°C計。能；功；熱量J(焦耳)kgf·m(千克力·米)pdl·ft(磅達(dá)·英尺)1bf·ft(磅力·英尺)cal(注)(卡)Btu(英熱單位)1J=10.10197223.73040.7375620.2388469.47817×10-41kgf·m=9.806651232.7157.233022.342280.009294911pdl·ft=0.04214010.0042970910.03108100.01006503.99411×10-51lbf·ft=1.355820.13825532.17410.3238320.001285071cal=4.186800.42693599.35433.0880310.003968321Btu=1055.06107.58625036.9778.169251.9961附：1atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)=760mmHg=101325Pa1kW·h(千瓦·時)=3.6MJ注：此cal為國際蒸汽表卡，下同。功率W(瓦特)kgf·m/s(千克力·米/秒)PS(米制馬力)1bf·ft/s(磅力·英尺/秒)hp(英制馬力)1W=10.1019720.001359620.7375620.001341021kgf·m/s=9.8066510.01333337.233020.01315091PS=735.499751542.4760.9863201bf·ft/s=1.355820.1382550.0018434010.001818181hp=745.70076.04021.01387550.0001附：1erg/s(爾格/秒)=10-8W1cal/(卡/秒)=4.1868W1Btu/h(英熱單位/小時)=0.293071W注：此cal為國際蒸汽表卡，下同。力矩N·m(牛頓·米)kgf·m(千克力·米)lbf·ft(磅力·英尺)1N·m=10.1019720.7375621kgf·m=9.8065517.233011lbf·ft=1.355820.1382551轉(zhuǎn)動慣量kg·m2(千克·米2)kgf·s2·m(千克力·秒2·米)slug·ft2(斯勒格·英尺2)lb·ft2(磅·英尺2)1kg·m2=10.1019720.73756223.73941kgf·s2·m=9.8066517.23301232.7161slug·ft2=1.355820.138255132.17421lb·ft2=0.04214010.004297110.03108091(動力)粘度，(動力)粘性系數(shù)Pa·s(帕斯卡·秒)P(泊)kgf·s/m2(千克力·秒/米2)pdl·s/ft2(磅達(dá)·秒/英尺2)1bf·s/ft2(磅力·秒/英尺2)1Pa·s=1100.1019720.6719690.02088541P=0.110.01019720.06719690.002088541kgf·s/m2=9.8066598.066516.589770.2048161pdl·s/ft2=1.4881614.88160.15175010.031080911bf·s/ft2=47.8803478.8034.8824332.17411附：1slug/(ft·s)(斯勒格/英尺·秒))=47.8803Pa·s1cP(厘泊)=10-2P=10-3Pa·s運動粘度，運動粘性系數(shù)m2/s(米2/秒)St(斯托克斯)ft2/s(英尺2/秒)1m2/s=110410.76391St=10-410.001076391ft2/s=0.0929030929.0301附：1cSt(厘斯托克斯)=10-2St=10-6Pa·s溫標(biāo)換算公式K(開爾文)°C(攝氏度)°R(蘭金度)°F(華氏度)T=—t°C+273.15t°C=T-273.15—T°R=—t°F+459.67t°F=T°R-459.67—比熱(比熱容)J/(kg·K)[焦耳/(千克·開爾文)]kcal/(kg·K)[千卡/(千克·開爾文)]Btu/(lb·°R)[英熱單位/(磅·蘭金度]1J/(kg·K)=12.38846×10-42.38846×10-41kcal/(kg·K)=4186.80111Btu/(lb·°R)=4186.8011附錄Ⅵ風(fēng)洞流場品質(zhì)參考指標(biāo)主題內(nèi)容和適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高速風(fēng)洞和低速風(fēng)洞流場校測的項目、方法及流場品質(zhì)指標(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)使用于以航空、航天飛行器實驗為主要任務(wù)的生產(chǎn)性風(fēng)洞。1.符號本標(biāo)準(zhǔn)所用符號及其意義見表1。表1符號及其意義符號意義單位A風(fēng)洞試驗段橫截面積m2Cp壓力系數(shù)—Cprms氣流脈動壓力系數(shù)—Cy升力系數(shù)—D模型直徑mdCp/dx軸向靜壓梯度1/mL模型區(qū)長度MM馬赫數(shù)—Mc參考點馬赫數(shù)—M∞來流馬赫數(shù)—平均馬赫數(shù)—P靜壓PaPc參考點靜壓PaP0總壓(駐點壓力)Paq動壓PaRe雷諾數(shù)—x軸向距離m迎角(o)0U模型正裝時零升迎角(o)0D模型反裝時零升迎角(o)β側(cè)滑角(o)σM馬赫數(shù)分布均方根偏差—σq動壓均方根差偏差Pa氣流湍流度—動壓場系數(shù)—參考點動壓修正系數(shù)—邊界層位移厚度m邊界層厚度mΔCp方向儀測壓點壓差系數(shù)—ΔM馬赫數(shù)分布偏差—Δα鉛垂面內(nèi)的局部氣流偏角(o)鉛垂面內(nèi)的平均氣流偏角(o)Δβ水平面內(nèi)的局部氣流偏角(o)水平面內(nèi)的平均氣流偏角(o)國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會1991-10-18發(fā)布1992—06—01實施2.高速風(fēng)洞試驗段流場校測和流場品質(zhì)指標(biāo)3.1流場校測項目3.1.1速度場亞、跨聲速范圍(0.4M1.4)a.中心線馬赫數(shù)分布；b側(cè)壁馬赫速分布1)；c參考點馬赫速。超聲速范圍(M>1.4)截面馬赫數(shù)分布。3.1.2方向場局部氣流偏角1)；鉛垂面內(nèi)的平均氣流偏角；水平面內(nèi)的平均氣流偏角1)。3.1.3跨聲速通風(fēng)壁消波特性3.1.4洞壁邊界層3.1.5氣流噪聲3.1.6亞、跨聲速氣流湍流度3.1.7氣流不穩(wěn)定度(氣流的低頻脈動)注：1)為非必測項目3.2流場指標(biāo)和要求3.2.1速度場馬赫數(shù)分布均方根偏差σM馬赫數(shù)分布均方根偏差σM指標(biāo)示于表2和圖1。其中合格指標(biāo)為必須達(dá)到的指標(biāo)，馬赫數(shù)分布均方根偏差σM不得大于合格指標(biāo)的數(shù)值。先進(jìn)指標(biāo)為爭取達(dá)到的指標(biāo)。表2馬赫數(shù)分布均方根偏差σM指標(biāo)M0.4M1.01.0M1.21.2M1.51.752.0合格指標(biāo)0.0050.0100.0110.0130.014先進(jìn)指標(biāo)0.0020.0050.0060.0060.007續(xù)表2M3.54.04.5合格指標(biāo)0.0150.0160.0180.0200.0220.024先進(jìn)指標(biāo)0.0080.0080.0090.0100.0110.0馬赫數(shù)分布最大偏差給出馬赫數(shù)偏差大于(為合格指標(biāo))的測點數(shù)及其占總測點數(shù)的百分比，并給出馬赫數(shù)最大偏差量值。給出軸向馬赫數(shù)梯度數(shù)值。在亞、跨聲速范圍，給出參考點(通常選在駐室)馬赫數(shù)Mc與模型區(qū)平均馬赫數(shù)的關(guān)系，即給出曲線或()～曲線。對于大迎角(或大堵塞度)的模型實驗，應(yīng)校核來流馬赫數(shù)與參考點馬赫數(shù)的關(guān)系是否同于空風(fēng)洞的關(guān)系。測點間距要求進(jìn)行亞、跨聲速馬赫數(shù)校測時，模型區(qū)內(nèi)沿軸向的測點間距不大于(A為試驗段橫截面積)。進(jìn)行超聲速截面馬赫數(shù)校測時，在模型區(qū)內(nèi)測量的間距不大于，每個截面至少在水平對稱線與垂直對稱線上進(jìn)行測量，每條線上測點間距不大于。模型區(qū)選取：長度不小于，寬度和高度分別不小于試驗段寬度和高度的三分之二。3.2.2方向場局部氣流偏角給出試驗段模型區(qū)平均氣流偏角分布圖。平均氣流偏角要求試驗段模型區(qū)平均氣流偏角達(dá)到：。注：本標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的角度偏差指標(biāo)，均指氣絕對值，為簡便起見，省略了絕對值符號。3.2.3跨聲速試驗段通風(fēng)壁消波特性給出錐柱體表面壓力分布曲線，并與無干擾曲線比較。無干擾值見附錄A。3.2.4洞壁邊界層給出模型區(qū)至少兩個位置的壁面邊界層厚度、位移厚度及速度分布。3.2.5氣流噪音給出試驗段洞壁及10°錐模型表面的氣流噪聲聲壓級SPL和氣流脈動壓力系數(shù)Cprms以及噪聲聲頻譜圖。3.2.6氣流湍流度給出亞、跨聲速試驗段氣流三個分量的湍流度及其頻譜。3.2.7氣流不穩(wěn)定度亞、跨聲速要求亞、跨聲速試驗段參考點馬赫數(shù)最大波動量達(dá)到：合格指標(biāo)：先進(jìn)指標(biāo)：并給出參考點馬赫數(shù)Mc隨時間變化的曲線。超聲速要求超聲速穩(wěn)定段總壓最大波動量達(dá)到：合格指標(biāo)：先進(jìn)指標(biāo)：并給出穩(wěn)定段總壓P0隨時間的變化的曲線。3.3流場校測方法和數(shù)據(jù)處理3.3.1馬赫數(shù)分布測試測點馬赫數(shù)的計算以穩(wěn)定段總壓作為試驗段總壓P0以亞、跨聲速，用軸向探測管測量試驗段中心線靜壓分布。根據(jù)穩(wěn)定段總壓P0及試驗段中心線(或側(cè)壁、駐室)測點的靜壓P，按公式(1)計算測點馬赫數(shù)。 (1)在超聲速，用總壓排管測得各點波后總壓P0,按公式(2)計算測點馬赫數(shù)。(2)模型區(qū)平均馬赫數(shù)、最大馬赫數(shù)偏差、馬赫數(shù)梯度的計算。 (3) (4) (5) (6)式中：n—模型區(qū)測點總數(shù)。 (7)式中：當(dāng)進(jìn)行截面M數(shù)校測時，Mj、Xj、m的含義為：Mj—模型區(qū)內(nèi)第j截面的平均馬赫數(shù)；Xj—第j截面距試驗段入口的距離；m—模型區(qū)內(nèi)校測截面數(shù)。當(dāng)進(jìn)行中心線或側(cè)壁一排測點馬赫數(shù)校測時，Mj、Xj、m的含義為：Mj—模型區(qū)內(nèi)第j點的馬赫數(shù)；Xj—第j截面距試驗段入口的距離；m—模型區(qū)內(nèi)測點總數(shù)。為提高校測精度，可重復(fù)3～7次，求取平均值。3.3.2方向場校測局部氣流偏角用圓錐方向儀、楔形方向儀或其它儀器測定局部氣流偏角。根據(jù)方向儀測壓點壓差系數(shù)及方向儀校準(zhǔn)曲線(曲線和曲線)求鉛垂面內(nèi)的局部氣流偏角和水平面內(nèi)的局部氣流偏角。平均氣流偏角用校驗?zāi)Ｐ?展長不小于試驗段寬度的百分之四十)正、反裝實驗獲得的曲線求得正裝時的迎角和反裝時的零升迎角，按公式(8)(當(dāng)、采用模型坐標(biāo)系時)或公式(9)(當(dāng)、采用風(fēng)洞坐標(biāo)系時)求平均氣流偏角： (8) (9)同理，用校驗?zāi)Ｐ驼?、反裝實驗獲得的Cz～β曲線求水平面內(nèi)的平均氣流偏角。3.3.3跨聲速試驗段通風(fēng)壁面消波特性測定用錐柱體(頭錐度角20o堵塞度不小于1%)表面壓力分布測值來判斷。3.3.4洞壁邊界層測定用梳狀皮托排管、可移動的皮托單管或其它儀器測定模型區(qū)內(nèi)至少兩個位置的洞壁邊界層總壓分布。由測量位置的的壁面靜壓P和邊界層內(nèi)總壓P0的比值求得邊界層內(nèi)馬赫數(shù)分布。當(dāng)P/P0>0.528時，按公式(1)計算馬赫數(shù)；當(dāng)P/P000.528時，按公式(10)計算馬赫數(shù)。 (10)然后按公式(11)算出邊界層虛度分布： (11)以比值u/u1等于0.99處距壁面的距離為邊界層厚度。邊界層位移厚度按(12)式計算(可用數(shù)值積分方法算)： (12)式中： (13)下標(biāo)1表示邊界層外緣條件。3.3.5噪聲測定在試驗段中心線和洞壁測定氣流的噪聲。在試驗段中心線上，用裝有脈動壓力傳感器的10o錐模型(堵塞度小于1%)測定；在洞壁，用脈動壓力傳感器測定。SPL=20lg(Prms/Ps)(14) Prms=210 (15)Cprms=(Prms/q)100%(16)式中：SPL—儀器讀出的測點噪聲聲壓級，dB；Ps—基準(zhǔn)聲壓，其值為；Prms—氣流均方根脈動壓力，； (16)式中:SPL—儀器讀出的測點噪聲聲壓級，dB；Ps—基準(zhǔn)聲壓，其值為Pa；Prms—氣流均方根脈動壓力，Pa； Pt—瞬時壓力Cprms—氣流脈動壓力系數(shù)。3.3.6湍流度測定用熱線風(fēng)速儀、激光測速儀或其它儀器測定試驗段氣流三個分量的湍流度。3.3.7氣流不穩(wěn)定測定亞、跨聲速在亞、跨聲速，當(dāng)氣流達(dá)到給定馬赫數(shù)后，在20秒中內(nèi)連續(xù)測量試驗段參考點馬赫數(shù)Mc，測量次數(shù)不少于200次，按公式(17)和(18)求馬赫數(shù)波動量： (17) (18)超聲速在超聲速同一馬赫數(shù)下，當(dāng)穩(wěn)定段總壓達(dá)到給定值后，在20秒鐘內(nèi)連續(xù)測量穩(wěn)定段總壓P0，測量次數(shù)不少于200次，按公式(19)、(20)式計算總壓波動量： (19) (20)3.低速風(fēng)洞試驗段流場校測和流場品質(zhì)指標(biāo)4.1流場校測項目4.1.1動壓或風(fēng)速參考點動壓修正系數(shù)(落差系數(shù))動壓場4.1.2方向場局部氣流偏角平均氣流偏角4.1.3軸向靜壓梯度4.1.4氣流溫度1)4.1.5湍流度模型區(qū)中心處湍流度模型湍流度的分布1)4.1.6動壓穩(wěn)定性4.1.7氣流噪聲注：為非必測項目4.2流場指標(biāo)和要求4.2.1動壓參考點動壓修正系數(shù)在風(fēng)洞可用動壓范圍內(nèi)，在試驗段入口處測量參考點動壓修正系數(shù)(落差系數(shù))。繪制修正系數(shù)隨實驗段動壓變化圖線。要求在任一動壓下重復(fù)測量7次，動壓修正系數(shù)的均方根偏差不大于0.002。動壓場測量試驗段各截面的動壓分布，測量截面不少于5個(在模型區(qū)內(nèi)不少于3個)，截面上的測點間距不大于，測點范圍應(yīng)超出模型區(qū)。對通過模型區(qū)中心的截面，要在常用動壓、最大動壓以及最小動壓下進(jìn)行測量；其它截面只在常用動壓下進(jìn)行測量。模型區(qū)選?。洪]口試驗段區(qū)試驗段高度、寬度和長度的75%；開口試驗段取實驗高度、寬度和長度的70%。要求繪制各截面動壓分布圖，模型區(qū)內(nèi)動壓系數(shù)應(yīng)達(dá)到：合格指標(biāo)：先進(jìn)指標(biāo)：4.2.2方向場局部氣流偏角測量截面、測點間距動壓范圍均與動壓場測量相同。要求模型區(qū)內(nèi)各測點的局部氣流偏角達(dá)到：合格指標(biāo)：先進(jìn)指標(biāo)：繪制局部氣流偏角達(dá)到：4.2.3軸向靜壓梯度測量驗試驗段中心線的軸線靜壓梯度，測點間距小于試驗段長度的5%，若試驗段入口和出口附近軸向靜壓梯度較大，測點需適當(dāng)加密。要求在模型區(qū)內(nèi)，軸向靜壓梯度達(dá)到： 式中：L—模型區(qū)長度4.2.4氣流溫度給出最大可用動壓及常用動壓下模型區(qū)中心的每小時升溫和最高溫度。要求在常用動壓下，氣流文勝小時不超過15oC,最高溫度不超過45oC。4.2.5氣流湍流度測量模型區(qū)的湍流度分布。要求模型區(qū)中心的湍流度達(dá)到：4.2.6動壓穩(wěn)定性在常用動壓下，給出模型區(qū)中心的動壓隨時間變化的曲線，要求動壓穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到：合格指標(biāo)：先進(jìn)指標(biāo)：4.2.7氣流噪聲給出模型區(qū)中心氣流噪聲隨實驗段動壓的變化曲線及其頻譜曲線。4.3流場校測方法和數(shù)據(jù)處理4.3.1動壓測量參考點動壓系數(shù)用A、B兩臺精密壓力計分別與模型區(qū)中心的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速管和試驗段入口的參考點相連，同時測量出兩處的動壓值。將A、B兩臺壓力計對換重復(fù)上述測量，按公式(21)計算參考點動壓修正系數(shù)。 (21)式中：—標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)度管校正系數(shù)；—用A精密壓力計測得的模型區(qū)中心動壓值；—用B精密壓力計測得的模型區(qū)中心動壓值；—用A精密壓力計測得的參考點動壓值；—用B精密壓力計測得的參考點動壓值。重復(fù)n次測量，按(22)～(24)式計算動壓修正系數(shù)的均方根差：(22)(23)(24)要在可用范圍內(nèi)，選9～13個動壓值進(jìn)行上述測量。動壓場用動壓探頭或方向動壓組合探頭組成單管或排管，測量試驗段動壓場。動壓場系數(shù)按公式(25)～(26)計算。 (25) (26)式中：—第i點動壓場系數(shù)；—第i點動壓。Pa；—模型區(qū)內(nèi)各點動壓平均值Pa；m—模型區(qū)內(nèi)動壓測量點數(shù)。4.3.2方向場測量局部氣流偏角用方向探頭或方向動壓組合探頭組成單管或排管，測量試驗段局部氣流偏角。探頭壓差系數(shù)按公式(27)、(28)計算。(27)(28)式中：—探頭上、下測點壓差系數(shù)；—探頭左、右測點壓力，Pa。用算出的探頭壓差系數(shù)，從探頭校正曲線(和曲線)上查出相應(yīng)的角度，在經(jīng)探頭安裝角修正，即得到該點氣流偏角。平均氣流偏角用校驗?zāi)Ｐ?展長不小于試驗段寬度的百分之四十)正、反裝實驗獲得的Cy～曲線求出正裝時的零升迎角和反裝時的零升迎角，按公式(8)求平均氣流偏角。同理，用校驗?zāi)Ｐ驼?、反裝實驗獲得的Cy～曲線求。4.3.3軸向靜壓梯度測量用軸向探測管或單管移測裝置測量沿試驗段中心線的靜壓分布，并用精密傳感器測量參考點靜壓Pc，各測點靜壓系數(shù)按公式(29)計算。(29)式中：—探測管各靜壓孔或單管的修正系數(shù)；—試驗段參考點動壓，Pa。繪制Cp～X曲線。按公式(30)求出模型(或其中某一段)的軸向靜壓梯度。 (30)式中：Xi—第i測點距試驗段入口的距離，m；Cpi—第i測點的壓力系數(shù)；—測量點數(shù)。4.3.4氣流溫度測量用溫度傳感器測量模型區(qū)中心的溫度，繪制溫度隨時間變化的曲線。4.3.5湍流度測量用湍流球，熱線風(fēng)速儀或激光測速儀等儀器測量湍流度。用湍流球測湍流度將湍流球裝在試驗段內(nèi)，改變動壓，測量不同動壓下球的前、后壓差。按公式(31)算出壓力系數(shù)Cp，按公式(32)算出球的雷諾數(shù)Re。(31)式中：P0—紊流球的駐點壓力，Pa；Ps—球后部表面上與順自由流方向的直徑成22.5o的點的平均靜壓，Pa。Re=VD/v(32)式中：V—實驗風(fēng)速，m/s；D—湍流球直徑，m；v—空氣運動粘性系數(shù)，m2/s。繪制壓力系數(shù)Cp隨雷諾數(shù)Re變化的曲線，從曲線上查出對應(yīng)于壓力次數(shù)Cp等于1.22的臨界雷諾數(shù)Recr，再按公式(33)計算風(fēng)洞的湍流度。

(33)用熱線風(fēng)速儀測湍流度及其頻譜按公式(34)計算風(fēng)洞的湍流度:(34)式中：Etms—均方根電壓值，mv；E—儀器輸出的直流電壓值，mv；E0—風(fēng)速為零時儀器輸出的直流電壓值，mv；n—熱線的校準(zhǔn)系數(shù)。4.3.6動壓穩(wěn)定性測量在模型區(qū)中心處裝標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速管，在常用動壓下，在一分鐘內(nèi)連續(xù)測量動壓值，測量測數(shù)不少于120次，按公式(35)計算動壓穩(wěn)定性系數(shù)。 (35)式中:qmax—1分鐘內(nèi)最大動壓，pa；qmin—1分鐘內(nèi)最小動壓，pa。4.3.7氣流噪聲測量用微音器、聲級計、頻譜分析儀等測量模型區(qū)中心的噪聲