0.6m连续式风洞调试运行关键技术研究

为了降低大型连续式风洞建设风险,在0.6m连续式风洞中开展了压缩机防喘振控制、转速控制、马赫数控制等调试运行关键技术研究。本研究采用压力波动法准确测量出了压缩机的喘振边界,通过设置合理的报警线和防喘振线,保证了压缩机的安全;采用矢量控制技术实现了转速的精确控制,控制精度达到0.03%的设计要求;采用压缩机转速、驻抽流量以及中心体开度与马赫数的函数关系,实现了马赫数的精确控制,控制精度达到了0.002的设计指标要求。通过研究各项关键技术实现了该风洞定总压、定马赫数的运行方式,该风洞具有优良的流场品质,是开展基础研究平台建设和大型连续式风洞引导性研究的理想平台。

基于实时以太网的某连续式风洞安全联锁系统

针对连续式风洞设备运行时间长、系统构成复杂和安全性要求高的特点,建立一种基于实时以太网的某连续式风洞安全联锁系统。采用Profi Net实时以太网为网络平台,建立安全联锁系统结构,通过软、硬件相互冗余的联锁功能设计实现连续式风洞信号监测和安全联锁控制功能。采用环网技术提高网络传输的可靠性,采用分层多级联锁技术使得数据传输更加完备,有效提高风洞的运行效率。分析结果表明:该系统结构简单、稳定性强,完全满足该连续式风洞的安全运行监控功能。

0.6m连续式风洞压缩机系统的调试研究

为了考核0.6m连续式风洞压缩机系统的各项性能,也为后续连续式风洞压缩机系统的调试积累经验,对AV90-3轴流压缩机系统进行了调试,包括机械运转试验、临界转速测试、气密性试验、转速控制精度测试、热力性能试验和喘振预防调试。结果表明,调试方法合理可行,机组各项参数满足设计指标要求。

低雷诺数效应对0.6m连续式风洞性能影响

风洞试验中通常采用降低运行总压的方法来扩大风洞雷诺数模拟的下边界。同常压试验相比,在低雷诺数条件下,风洞流场是否存在明显变化,风洞流场品质是否满足指标要求,直接影响风洞试验数据的精准度。为了研究低雷诺数效应对0.6m连续式跨声速风洞性能(包括轴流式压缩机性能、总压及马赫数控制精度、流场均匀性)的影响,调试人员在0.6m连续式跨声速风洞中开展了大量相关试验,本文在对试验结果进行整理、分析的基础上,给出了Re对风洞性能的影响。结果表明:(1)Re对压缩机性能、总压控制精度、马赫数控制精度、流场均匀性都有明显影响,当Rec<5×10~5(c=0.1A^(1/2))时,雷诺数效应明显,且Re越小,影响越大。(2)0.6m连续式跨声速风洞能够真实、准确反映Re对风洞流场性能和测力试验数据的影响规律,是开展高空低雷诺数飞行器、翼型、发动机等性能研究的理想地面模拟试验平台。

连续式风洞真空系统设计

为使风洞的总压波动满足试验要求,设计了真空系统,该系统采用调压阀和真空泵变频调节方式。文中简要介绍了真空系统的组成及设计方案,详细阐述了真空系统设计,包括真空泵选型分析、总抽速计算和流导计算。实践证明,该系统可以满足风洞负压运行时的压力控制精度要求,达到了国内领先水平。

连续式风洞总压和调节阀相关性研究及其应用

调节阀作为连续式跨声速风洞总压的主要调节手段,其特性的好坏直接影响风洞流场性能,因此,分析建立调节阀和总压的相关性关系,并据此选取合适的调节阀及其组合具有重要意义。首先根据风洞压力调节系统的调压原理,结合调节阀的流量特性,建立了调节阀位置控制和风洞总压控制的对应关系,并进行了静态试验验证,然后基于建立的理论,针对0.6 m连续式跨声速风洞负压下流场稳定时间较长的问题,对阀门系统进行了优化改造,并进行了吹风试验。结果表明优化后的马赫数极曲线时间缩短40%~50%,大幅提高了试验效率,进一步证明了上述分析是正确有效的,可为连续式跨声速风洞调压系统的设计提供参考。

大型连续式跨声速风洞轴流压缩机故障分析与预测

大型连续式跨声速风洞是开展飞行器外形精确模拟、气动弹性评估和机体/推进一体化设计技术研究的重要地面试验设备,具备运行范围宽、动态指标要求高、系统组成复杂和投资规模巨大等特点。轴流压缩机是连续式跨声速风洞的动力源,被称为风洞的“心脏”,对风洞性能指标实现、安全稳定运行具有决定性作用。风洞轴流压缩机与工业轴流压缩机、航空压气机相比有其相似性,也有其独特性。系统分析工业轴流压缩机中常见的故障类型、诊断预警方法、故障处理方案和健康监测等,对大型连续式跨声速风洞轴流压缩机设计制造和运行维护具有重要的借鉴意义。通过分析国内典型轴流压缩机故障处理案例,结合大型连续式跨声速风洞轴流压缩机关键技术研究,为大型连续式跨声速风洞轴流压缩机研制提供了参考建议。

2.4 m连续式跨声速风洞气动设计与研究

连续式跨声速风洞由轴流压缩机驱动运行,具有运行范围宽、流场品质高、运行时间长等优点,是国际上最主要的跨声速风洞类别。近年来我国飞行器型号研制对大型连续式跨声速风洞的试验需求快速增长,为了弥补我国大型连续式跨声速风洞设备短板,中国航空工业空气动力研究院建设了2.4 m连续式跨声速风洞,该风洞是我国第一座大型连续式跨声速风洞。为了获得最佳的风洞流场品质和气动性能,航空工业气动院研发了多项适用于连续式跨声速风洞的气动外形设计技术,包括风洞的喷管、试验段、二喉道等高速部段的气动设计技术和低速部段气动设计技术。本文详细介绍了连续式跨声速风洞的总体设计要求和主要部段的气动设计方法,并通过CFD计算和风洞试验开展研究与验证。通过应用先进风洞气动设计技术指导风洞建设及调试,2.4 m连续式跨声速风洞的流场均匀性、噪声和湍流度已达到国际先进水平,试验数据品质与国际先进风洞一致。

连续式跨声速风洞气流湍流度计算及阻尼网设置分析

气流湍流特性是衡量风洞流场水平的一个重要指标,也是影响模型动态测量数据精准性的关键参数。针对0.6 m连续式跨声速风洞,依托2种计算方法搭建了连续式风洞整流装置湍流计算模型,给出了2种方法的湍流度计算结果,并与实际测试结果进行了比较。分析发现,2种方法获得的气流湍流衰减变化趋势基本一致,湍流度衰减主要集中在前3层阻尼网,衰减约65%;方法一较实测最大值偏大约21%,方法二与实测最小值更为接近,虽然2种方法所得结果与实测值绝对值稍有偏差,但趋势及结果量级一致,因此可有效用于风洞整流装置优化设计。

2.4 m连续式跨声速风洞大飞机精细化测力试验技术

为满足大飞机研制对风洞测力试验数据精准度的需求,并适应2.4 m连续式跨声速风洞运行特点,中国航空工业空气动力研究院成功研发了多项精细化的测力试验技术。这些技术中,低热膨胀系数高强度天平和天平温度效应补偿与修正技术有效地减小了温度变化对天平数据的影响;角度传感器和视频相结合的直接测量方法与改进后的角度叠加测量方法,均提高了模型姿态角的测量精度;基于线性回归的天平初始载荷计算方法可以一次性获得各种试验状态下的天平初始载荷,并提高气动载荷计算的准确性;基于前后置减振器的主动振动抑制技术能降低模型振动对测量数据的干扰并拓宽迎角范围;弹性变形视频测量与CFD修正技术可以有效分离高雷诺数试验结果中的弹性变形对气动力的影响量。本文对这些试验技术的原理进行了详细介绍,并给出案例证明这些试验技术能够有效提高测力试验的精准度;与ETW风洞的对比试验显示,大展弦比民机模型的升力系数偏差约0.002,阻力系数偏差约0.000 2。

连续式跨声速风洞设计关键技术

为研制先进飞行器,除了提高现有风洞试验测量精度和改进试验技术外,必须建立高性能连续式跨声速风洞试验设备,解决飞行器高速风洞试验模拟能力和精细化模拟问题。以试验段尺寸0.6m×0.6m连续式跨声速风洞设计为例,给出了风洞总体设计方案,分析了如何降低风洞气流脉动、如何改善风洞流场品质、提高风洞运转效率和拓展风洞试验能力等关键技术途径。该风洞作为大型连续式跨声速风洞的引导风洞,方案设计主要采用了高压比压缩机驱动系统、半柔壁喷管、低噪声试验段、高性能换热器和三段调节片加可调中心体式二喉道等新型技术。

0.6m连续式跨声速风洞AV90-3轴流压缩机喘振边界测试研究

为了测试出AV90-3轴流压缩机在0.6m连续式跨声速风洞中的安全运行范围,采用减小进气体积流量测定喘振点的测试方法和测压力波动的喘振判别方法,准确测试出了AV90-3轴流压缩机的喘振边界线。得出了静叶角增大后,喘振边界线向右上方拉伸和增压、负压下的喘振边界线与常压时基本重合的试验结论。通过将进气体积流量和压比作为防喘振的控制参数,设置报警线和防喘振曲线,采取旁通回流的方法,有效预防了喘振发生。可为后续大型连续式风洞压缩机的喘振边界测定和防喘振控制提供依据和参考。

NF-6增压连续式高速风洞压缩机喘振边界的确定

NF-6风洞是我国第一座增压连续式跨声速风洞,轴流压缩机是影响风洞安全运行和流场性能的重要因素之一。对国内首座增压连续式跨声速风洞压缩机喘振边界的确定进行试验研究。简要论述了喘振发生的机理及其危害以及确定喘振边界的重要性,讨论了压缩机逼喘过程及其原理以及风洞增压对喘振点(喘振边界)的影响;给出了控制风洞运行的压缩机喘振边界线、喘振预警线、安全保护线、防喘调节线及防喘振措施,为该座增压连续式风洞稳定运行奠定了基础,提供了安全保障。

连续式跨超声速风洞热交换器设计技术初步研究

以0.6m连续式跨超声速风洞为应用背景,通过工程计算得出椭圆翅片管式热交换器的初步结构,并利用数值模拟手段详细研究了结构参数、管束材料以及流动条件对热交换器性能的影响。结果显示:换热管束的排列方式和尺寸对热交换器性能影响很大;选用高导热率的材料制作翅片,会在基本不改变压损性能的情况下大幅提高热交换器的换热系数。建立了一组方便简洁的理论公式计算热交换器出口气流温度分布,且理论计算和数值模拟结果符合良好。发现通过合理布置冷却水的流动路线,可以使热交换器出口气流具有较好的温度均匀性。

连续式跨声速风洞回路吸声降噪技术试验研究

风洞试验段噪声(气流压力脉动)是评价风洞流场的重要指标之一,对高品质流场要求的大型风洞设计提出了严峻挑战。通过中国空气动力研究与发展中心(CARDC)0.6 m连续式跨声速风洞沿程回路噪声测试,分析得到风洞主要噪声源为:风洞压缩机、高速扩散段(含二喉道段)、试验段本身(含模型支架段)。其中,来自试验段上游的压缩机噪声必须通过沿程回路吸声降噪措施进行隔离。提出了压缩机尾罩段洞壁和整流罩尾椎采用微穿孔板,风洞第四拐角段导流片填充复合吸声材料2种降噪方案,均取得了良好的降噪效果。最终通过试验段自身通气壁壁板参数优化等主动降噪方案,并采用风洞二喉道节流状态抑制试验段下游噪声前传的措施,实现风洞试验段压力脉动系数ΔCp≤0.8%的噪声设计指标要求。

大型连续式跨声速风洞总体方案与关键技术研究

大型连续式跨声速风洞具备飞行器外形精确模拟、气动弹性评估和机体/推进一体化设计等试验能力,试验段尺寸大、指标要求高、系统规模大、运行功能多。围绕大型连续式跨声速风洞的特点,简要介绍了大型连续式跨声速风洞总体设计方案,重点介绍了世界一流流场品质实现、大型轴流压缩机及其驱动系统研制等关键技术的初步研究成果。

连续式跨声速风洞大开角段整流装置设计数值模拟

采用阻尼网对大开角段内的气流分离进行控制,并合理设置其参数,是工程上有效的方法之一。为验证阻尼网工程设计方法的可靠性,以0.6m连续式跨声速风洞为背景,通过数值模拟,对工程设计方法的初步结果进行了验证,并在此基础上结合大开角段布置环境对阻尼网参数进行了优化。由计算结果知,采用方案3-4(两层阻尼网损失系数分别为1.6和1.0)时,大开角段出口截面的速度均方根偏差值(RMS)为14.5%;考虑布置环境影响,调整两层阻尼网损失系数至0.8和1.0时,RMS值为16.2%。研究结果表明,阻尼网工程设计方法结合数值模拟可以有效地应用于大开角段整流装置的设计,达到了抑制大开角段内气流分离,降低压力损失,提高出口速度均匀性的设计目标。

连续式高速风洞压缩机转速测量装置研制与应用

为了准确测试出0.6 m连续式风洞压缩机的转速控制精度,研制了一套基于编码器正交输出4倍频原理和M/T测速法的高精度转速测量装置,进行了校准和标定,并实现了成功应用,为后续连续式风洞压缩机转速控制精度的评定积累了经验。实验结果表明:装置安全实现了高压变频调速闭环用编码器信号的复制和隔离,运行稳定;测量周期20~30 ms可调;测量数据自动记录、导出方便;测量精度为0.003 4%,满足转速控制精度0.03%的检定需求。

连续式跨声速风洞大开角扩散段设计方法研究概述

随着我国自主研发大飞机项目的启动,对相应的高性能大型连续式跨声速风洞这一基础试验平台建设提出了日趋紧迫的需求。大开角扩散段在减小风洞尺寸的同时会引起气流分离,扩散段形状和内部整流装置的合理设计有着重要的意义。首先阐述大开角扩散段在连续式跨声速风洞中的作用,然后介绍了大开角扩散段在国外连续式风洞中的应用情况、布置位置和整流方式,主要分析比较目前几种大开角扩散段内阻尼网的设计方法,总结出一种最为优化的设计方案。最后对国内大型连续式跨声速风洞大开角扩散段的设计提出了几点建议。

连续式跨声速风洞中压缩机一体化设计

为满足连续式跨声速风洞对主回路驱动压缩机运行范围宽广、气动性能优良、转速控制精度高、密封严密、喘振预防安全可靠的特殊要求,开展0.6 m连续式风洞驱动压缩机针对性设计,并进行机械运转试验、气密性试验、转速控制精度测试试验、热力性能试验、喘振预防试验验证。根据一体化设计理念,对压缩机进气室、排气室分别与风洞第1拐角段和第2拐角段整体设计,使结构紧凑、流动均匀、压力损失降低;采用充气密封和设置放空腔等设计,有效防止了润滑油泄漏到风洞内流道以及风洞内部试验气体向洞体外泄漏和风洞外部的湿空气进入风洞内部;基于主从控制模式和矢量控制技术,成功实现了两台电机的双端同步拖动。试验结果表明:0.6 m连续式风洞驱动压缩机设计合理,气动性能优良,运行平稳,密封效果良好;压缩机转速控制精度优于0.03%,防喘振控制安全可靠。