文档介绍：世界主要风洞的结构特点及参数
摘要:风洞是空气动力学研究的重要地面试验设备,而汽车风洞是汽车和轨道交通车辆自主研发所不可缺少的重大基础设施。本文对风洞的概念、历史、结构和种类进行了介绍,并通过对世界主要汽车风洞概况的阐述来简要探讨汽车风洞在未来发展中的趋势。
关键词:风洞;风洞试验;全尺寸
一、风洞简介
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。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,随着工业空气动力学的发展,在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。
二、风洞历史
世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆()于1869~1871年建成,并测量了物体与空气相对运动时受到的阻力。它是一个两端开口的木箱,×,(图1、图2)。美国的莱特兄弟在他们成功地进行世界上第一次动力飞行之前,于1900年建造了一个风洞,×40~。1901年莱特兄弟建造了风速12米/秒的风洞,从而发明了世界上第一架飞机。
但真正系统建造风洞的是德国人。1907年,德国哥廷根大学建立了“哥廷根空气动力实验院”,创办者和主持人是被誉为“现代流体力学之父”的普朗特教授。在普朗克的领导下,德国于1906年建立了该国的第一个风洞,接着建立了一批低速、高速、超高速风洞,并制造出了V1和V2火箭还有世界第一个喷气发动机。
风洞的大量出现是在20世纪中叶。从上世纪60年代起,世界各大汽车公司和有关机构开始建立自己的风洞试验室,风洞开始大量的出现。到目前为止,全世界的风洞总数已经上千座,中国也已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。

图 1 图 2
三、风洞种类及结构
风洞种类繁多,有不同的分类方法。按实验段气流速度大小来区分,可分为低速风洞、高速风洞、亚声速风洞、跨声速风洞、超声速风洞。按其气流回路形式又可分为两种形式,一种是法国人A.-(图3);另一种是前文提到的普朗特教授设计的回流式风洞(图4),所以这两种风洞又被称为埃菲尔式和哥廷根式。低速风洞实验段有开口和闭口两种形式,截面形状有矩形、圆形、八角形和椭圆形等,长度视风洞类别和实验对象而定。
风洞的结构主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成。洞体由能对模型进行必要测量和观察的实验段,位于实验段上游的稳定段、使气流加速到所需流速的收缩段或喷管,及位于下游的扩压段和将气流引向风洞外的排出段或回流段组成。驱动系统主要用来维持管道内稳定的流动,可分为多在低速风洞中使用的连续式风洞和多用于跨声速、超声速的暂冲式风洞(图5);测量控制系统的作用是按预定的实验程序,控制各种阀门、活动部件、模型状态和仪器仪表,并通过天平、压力和温亚音速、跨音速、超音速风洞亚音速、跨音速、超音速风洞度等传感器,测量气流参量、模型状态和有关的物理量。由于各部分的形式因风洞类型而不同。
图3 直流式风洞
图4 回流式风洞
图5 暂冲式风洞
四、世界汽车风洞概况
汽车风洞有模型风洞、气候风洞和实车风洞等,模型风洞较实车风洞小很多,其