CN208887889U

CN208887889U - 一种低速风洞翼型实验台架

Info

Publication number: CN208887889U
Application number: CN201821953617.5U
Authority: CN
Inventors: 和生泰; 兰巍; 胡兴军; 王靖宇; 张扬辉; 郭鹏; 王漠; 刘一尘; 耿亚林
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2028-11-26

Abstract

本实用新型公开了一种低速风洞翼型实验台架，包括：底座，其水平固定安装在风洞试验段的地板上，底座包括底座主体和两个斜坡；两个斜坡分别设置在底座主体纵向的两端，底座主体通过斜坡与地板之间形成过渡；两个隔板，其在底座主体上竖直相对设置，隔板进风端与内侧面之间设置为曲面过渡；盖板，其水平设置在隔板的顶部；杆式天平，其一端可转动的穿过一个隔板，并且在两个隔板之间的杆式天平上连接翼型；角度调节机构，其固定安装在隔板的外侧，角度调节机构可拆卸连接在杆式天平另一端，用于调节翼型的攻角；风速传感器，其设置在两个隔板之间。本实用新型提供的低速风洞翼型实验台架，能够保证在风洞中准确地进行二维翼型实验。

Description

一种低速风洞翼型实验台架

技术领域

本实用新型属于翼型风洞试验技术领域，特别涉及一种低速风洞翼型实验台架。

背景技术

在进行飞机机翼或者赛车负升力翼型的设计开发过程中，需要进行二维翼型的风洞试验。在进行二维翼型风洞试验时，主要存在以下问题：因翼型上下流速和压力差而在翼型两侧形成诱导涡而影响二维翼型试验结果；流场不稳定，导致试验结果不准确。此外，现有二维翼型风洞试验无法随意调节翼型的攻角，在需要改变翼型攻角时往往需要重新安装翼型。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是提供一种低速风洞翼型实验台架，其通过设置隔板，在隔板顶部设置盖板，在隔板进风端和内侧面之间设置曲面过渡以及设置抬高的底板并且在底板两端设置斜坡，围合形成了翼型所处的流场区域，从而提高了二维翼型试验结果的准确性；并且能够在试验过程中任意改变翼型攻角，从而简化试验流程。

本实用新型的目的之二是通过设定隔板的进风端与翼型迎风端的距离，以及翼型两侧与隔板的距离，保证安装翼型后试验台架入口处的流速均匀稳定，消除翼型两侧的诱导涡以及隔板附面层的影响，进一步确保试验结果的准确性。

本实用新型提供的技术方案为：

一种低速风洞翼型实验台架，包括：

底座，其水平固定安装在风洞试验段的地板上，所述底座包括底座主体和两个斜坡；

其中，所述两个斜坡分别设置在所述底座主体纵向的两端，所述底座主体通过所述斜坡与所述地板之间形成过渡；

两个隔板，其沿所述底座主体纵向在所述底座主体上竖直相对设置，所述隔板的进风端与内侧面之间设置为曲面过渡；

盖板，其水平设置在所述隔板的顶部；

杆式天平，其一端可转动的穿过一个隔板，并且在两个隔板之间的所述杆式天平上连接翼型；

角度调节机构，其固定安装在所述隔板的外侧，所述角度调节机构可拆卸连接在所述杆式天平另一端，用于调节所述翼型的攻角；

风速传感器，其设置在所述两个隔板之间。

优选的是，所述角度调节机构包括分度盘和三爪卡盘；

其中，所述分度盘与所述三爪卡盘连接成一整体，通过三爪卡盘夹紧所述杆式天平。

优选的是，所述杆式天平沿水平方向设置。

优选的是，所述斜坡与所述地板的夹角为8～10度。

优选的是，所述隔板的两侧对称设置有斜撑支架。

优选的是，所述曲面在水平方向上的投影的轮廓线从隔板的端部向内侧依次包括相切的第一圆弧和第二圆弧。

优选的是，所述隔板的厚度为16mm；所述第一圆弧的曲率半径为10mm，对应的圆心角为30～60度；所述第二圆弧的两端分别与第一圆弧和所述隔板的内侧面相切。

优选的是，所述翼型的两侧与两个隔板之间的距离为：

其中，C_f为表面磨阻系数，V为来流风速，ρ为空气密度，μ为气体黏性系数；C_f由公式确定；式中X为使用最大攻角进行试验时翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离，Re_xtr为湍流斑点出现时的流向雷诺数。

优选的是，使用最大攻角进行试验时，所述翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离为：

X＝0.0001L³-0.075L²+16.952L-541.65；

其中，L为翼型处于最大攻角时在竖直方向的投影的高度。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供的低速风洞翼型实验台架，翼型两侧设有隔板，能够防止因翼型上下流速和压力差而在翼型两侧形成诱导涡而影响二维翼型试验结果。

(2)设置抬高的地板和前后斜坡，能够保证隔板间流场稳定，同时消除地面来流边界层的影响。

(3)在隔板的两侧安装斜撑支架，使试验台架具有足够的强度和刚度，消除了翼型两侧的隔板和试验台架风振。

(4)能够调节翼型的攻角，并且可以在任意攻角下进行试验。

(5)通过设定翼型迎风端与隔板进风端的相对距离，在翼型对隔板间均匀流场的干扰下能够保证流场在入口处流速达到均匀稳定，同时保证隔板边界层厚度δ(即翼型与隔板的间隙)最小化，进一步确保试验结果的准确性。

(6)隔板间设置风速传感器，可以获取隔板间实际风速。

(7)隔板的进风端设置曲面过渡(披肩)，避免了流场在此处发生分离而影响实验结果。

附图说明

图1为本实用新型所述的低速风洞翼型实验台架总体结构示意图。

图2为本实用新型所述的低速风洞翼型实验台架主视图。

图3为图2中A处放大图。

图4为本实用新型所述的隔板与底座及盖板结构示意图。

图5为本实用新型所述的披肩在水平方向投影示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-5所示，本实用新型提供了一种低速风洞翼型实验台架，该试验台架包括：底座110，两个隔板121和122，盖板130，斜撑支架140，杆式天平150、角度调节结构160及风速传感器170。

底座110水平固定安装在风洞试验段的地板上，所述底座110包括底座主体和设置在底座主体纵向两端的两个斜坡111；底座主体的上表面高于地板，所述底座主体通过斜坡111与所述地板之间形成过渡；底座主体的两端边界与其同侧的隔板边界齐平。斜坡111与地板之间具有夹角，作为优选，所述夹角设置为8～10度。

两个隔板121和122沿所述底座主体纵向在所述底座主体的上侧竖向相对设置，为避免气流在入口处发生较大分离而影响隔板间的流场品质，在所述隔板121和隔板122的进风端的分别设有披肩121a和122a；其中，披肩121a和披肩122a为圆滑曲面(即隔板进风端的端面与隔板内侧面之间通过曲面过渡)，并且两个隔板121和122上的披肩121a和122a对称。

如图5所示，以披肩122a为例，在本实施例中，披肩122a在水平方向上的投影的轮廓线从隔板的迎风端部向内侧依次包括相切的第一圆弧122aa和第二圆弧122ab。作为优选，设置隔板的厚度为16mm，第一圆弧122aa的曲率半径为10mm，对应的圆心角α为30～60度，第二圆弧121ab的两端分别与第一圆弧122a以及隔板122的内侧面相切；以进一步保证进入隔板间的气流稳定性。

盖板130水平固定设置在两个隔板121和122的顶部。两个隔板121和122的外侧对称设置有斜撑支架140，两个隔板固定连接斜撑支架140上。

杆式天平150水平设置，其一端可转动的穿过隔板121，伸入到隔板121和隔板122之间。翼型200设置在隔板121和隔板122之间，并连接在杆式天平150上。

角度调节机构160固定安装在隔板121的外侧的支架141上，角度调节机构160可拆卸连接在所述杆式天平150的另一端，用于调节所述翼型200的攻角并且夹紧锁止杆式天平150。其中，支架141与斜撑支架140固定连接。

在本实施例中，所述角度调节机构160包括分度盘161和三爪卡盘162；分度盘161与三爪卡盘162连接成一整体，通过三爪卡盘162夹紧所述杆式天平。

风速传感器170，其固定设置在所述两个隔板之间，并位于翼型200的下侧，用于测量两个隔板之间的实时风速。风速传感器170采用皮托管，其下端固定安装在底座主体上，上端低于翼型200，位于两个隔板的中间对称面上，作为优选，风速传感器170的安装位置与隔板的进风端之间的距离设置为45-100mm。

试验时由于翼型上下会产生速度和压力差，高压处的气流会向低压处翻卷从而在翼型两侧产生诱导涡，诱导涡的产生会影响试验结果，故试验台架两侧加设两块隔板以阻隔气流翻卷，隔板固定于斜撑支架上。同时，隔板有助于增强试验台架的纵向刚度，起到了纵向斜撑的作用；横向斜撑支架加强了该实验台架的横向刚度，足够的纵向和横向刚度保证了台架试验时不会发生风振，以避免风振对流场和试验结果产生的影响。

本实用新型提供的试验台架，底座110上表面高于地板，且底座110两端设置有斜坡111。抬高底座110的上表面的目的是为了消除地面附面层，而在底座110两端设置斜坡111能够避免气流在试验台架的底部发生分离。经测试，在所有风速下，通过对比有无斜坡的流场情况，证明有斜坡时入口下部流场较无斜坡时更稳定；当无斜坡时，试验台架底部存在两个较大的分离区，底部流场不稳定，且底座附面层很厚。而增加斜坡后消除了前后的分离区使流场更加稳定，并且斜坡与底座的上表面相连接，使底座的附面层变得很薄。

本实用新型在隔板的上侧安装盖板，能够使两个隔板间上半部分的流场与盖板外的流场隔离，使隔板上部流场受盖板外的流场的影响减小。经测试证明，加设盖板时较无盖板时的流场更容易稳定。

由于试验台架必然会对隔板间气流速度产生微弱影响，隔板间气流速度会与风洞出口流速产生微小偏差。例如经测试，当设定风洞气流流速为25m/s时，无翼型时隔板间气流速度会稳定在26m/s，因此，试验时需要采用风速传感器170来采集隔板间实时风速。

此外，由于气流在两个隔板上会发展生成一定厚度的边界层，所述边界层的厚度随翼型的迎风端边缘距离隔板进风端边缘的距离的增加而增加，在边界层厚度内流速不稳定。如图3所示，由于在翼型所在位置对应的隔板上已经生成一定厚度的边界层，所以翼型两侧与隔板应保持一定间隙δ，不能与隔板接触。

本实用新型根据翼型尺寸确定设定翼型迎风端与隔板进风端的相对距离以及翼型与隔板之间的间隙，保证安装翼型后试验台架入口处的流速均匀稳定，同时避免隔板边界层的对实验的影响。试验时由于隔板间翼型对流场的影响，隔板间流场不是均匀稳定的，但是翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离的选取必须保证流速在入口处均匀稳定，距离太小无法保证入口处流速稳定，距离越大边界层发展越厚对试验影响越大，故翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离的取值在保证入口流速稳定的前提下取最小值。

在本实施例中，根据经验，设定翼型的两端与两个隔板之间的距离分别为：

其中，C_f为表面磨阻系数，V为来流风速，ρ为空气密度，μ为气体黏性系数；C_f由公式确定；式中X为使用设定的最大攻角进行试验时翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离，Re_xtr为湍流斑点出现时的流向雷诺数。

作为进一步的优选，使用最大攻角进行试验时，设定所述翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离为：

X＝0.0001L³-0.075L²+16.952L-541.65；

其中，L为翼型处于设定的最大攻角时在竖直方向的投影的高度。

例如，在试验过程中，设定的翼型最大攻角为30度，L取翼型在攻角为30度时在竖直方向投影的高度，当改变到其他攻角(如0度)进行试验时，无需再改变翼型的安装位置。

通过上述设置，能够有效保证安装翼型后试验台架入口处的流速均匀稳定。

进行试验时，将该试验台架整体吊装于风洞试验段，底座110与风洞试验段地板通过螺栓连接，气流入口如图1中箭头所示。将翼型200与杆式天平150连接，三抓卡盘162夹紧杆式天平，通过螺栓将分度盘161的底座与支架141固定连接。

由于三抓卡盘162和分度盘161为一体，通过调节分度盘161的分度头旋转带动三抓卡盘162一起旋转，三抓卡盘夹紧杆式天平150，所以杆式天平150带动翼型随分度盘161一起旋转，旋转到所需角度后用分度盘161锁止手柄锁止分度盘。通过旋转分度盘161可以调节翼型攻角，并在任意攻角下夹紧锁止进行试验。三抓卡盘162夹紧杆式天平150后，杆式天平(力传感器)150与翼型200连接形成一悬臂梁结构，通过杆式天平150及与其连接的测试装置可以测出翼型所受的力和力矩。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种低速风洞翼型实验台架，其特征在于，包括：

盖板，其水平设置在所述隔板的顶部；

风速传感器，其设置在所述两个隔板之间。

2.根据权利要求1所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述角度调节机构包括分度盘和三爪卡盘；

3.根据权利要求2所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述杆式天平沿水平方向设置。

4.根据权利要求1或3所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述斜坡与所述地板的夹角为8～10度。

5.根据权利要求4所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述隔板的两侧对称设置有斜撑支架。

6.根据权利要求5所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述曲面在水平方向上的投影的轮廓线从隔板的端部向内侧依次包括相切的第一圆弧和第二圆弧。

7.根据权利要求6所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述隔板的厚度为16mm；所述第一圆弧的曲率半径为10mm，对应的圆心角为30～60度；所述第二圆弧的两端分别与第一圆弧和所述隔板的内侧面相切。

8.根据权利要求1所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，所述翼型的两侧与两个隔板之间的距离为：

9.根据权利要求8所述的低速风洞翼型实验台架，其特征在于，使用最大攻角进行试验时，所述翼型的迎风端与隔板进风端边缘的距离为：

X＝0.0001L³-0.075L²+16.952L-541.65；

其中，L为翼型处于最大攻角时在竖直方向的投影的高度。