[發明專利]可前后移動并可調寬度的開口射流風洞收集器及試驗方法

有效

• 申請號: 202110438855.2
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN112985746B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 金玲;鄧小兵;梁勇;張俊龍;曾維平;吳金華;趙昱;練真增;朱正龍;唐建平
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所;空氣動力學國家重點實驗室
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G01M9/02;G01M9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐靜

本發明提供一種可前后移動并可調寬度的開口射流風洞收集器及試驗方法，所述收集器整體可前后移動并且所述收集器寬度可調。本發明設計的可前后移動并可調寬度的開口射流風洞收集器，避免了在試驗所需風速下邊緣音反饋頻率與寬度方向的壓力駐波頻率一致，不會造成強烈的結構共振，抑制了整個駐室內的遠場低頻壓力脈動，并滿足了先進飛行器或高速列車等對開口射流風洞高試驗風速的需求。

技術領域

本發明涉及風洞實驗領域，具體而言，涉及一種可前后移動并可調寬度的開口射流風洞收集器及試驗方法。

背景技術

風洞是具有一定輪廓的管道，用人工的方法產生可控氣流并通過試驗段通道。風洞試驗是把飛行物體或其模型放置在風洞試驗段人造流場中，觀察其流動狀態，測量其相關物理量。在開口射流風洞試驗段下游，設置收集器。試驗時氣流從噴口流出，經過射流試驗段，進入收集器。收集器的作用是匯集射流氣體進入第一擴散段。

低頻壓力振蕩現象是開口射流風洞普遍存在的現象。其典型表現是在特定的試驗風速下，風洞射流及駐室內存在著較強的、近似單頻特征的低頻壓力脈動。低頻壓力脈動破壞流場品質和聲場品質，嚴重影響空氣動力學測量和氣動聲學測量的精準度。為了在開口射流風洞中開展高質量的空氣動力學和氣動噪聲試驗研究，控制射流風洞的低頻振蕩并得到相對穩定的流場和聲場測試環境就顯得尤為重要。此外，低頻壓力脈動引起的流場和洞體結構振蕩以及渦-聲間的相互作用也會造成能量損失。因此消弱或抑制低頻壓力脈動，對節約能源、提高開口射流風洞能量利用效率也具有積極意義。低頻壓力振蕩現象也普遍存在于3/4開口的汽車風洞中，是風洞設計和建設階段就需著重解決的難點之一。

另一方面，隨著先進航空器、高速列車等的快速發展，迫切需要提升開口射流風洞試驗風速。而許多開口射流風洞由于低頻壓力振蕩現象導致無法提高試驗風速，比如德國-荷蘭風洞機構（DNW）的8m×6m風洞在高風速時低頻壓力脈動現象直接危及駐室結構安全，因此將其最高風速限制在80m/s以下。

一般認為，開口射流風洞的低頻壓力振蕩來自其剪切層內相干渦結構與射流收集器的相互作用產生的反饋振蕩（稱為邊緣音（edgetone）反饋振蕩或射流-收集器反饋振蕩）。當邊緣音反饋頻率接近于風洞結構存在的某一固有頻率時，這兩者就會產生共振，從而將邊緣音反饋振蕩放大到一個極高的水平，造成巨大的流體噪音，使整個駐室內低頻壓力脈動現象嚴重。其中，邊緣音反饋與駐室寬度方向的平面壓力駐波發生共振是比較常見的一種共振激勵機制。

當邊緣音反饋與駐室寬度方向的平面壓力駐波發生共振時，風洞試驗

風速可由下式表示：

其中，U為試驗風速；L為駐室寬度；L_j為射流長度，即開口試驗段長度；c為聲速；m、n為模數。

可見，當駐室寬度L一定，發生共振時試驗風速U與射流長度L_j是一一對應的。所以，一旦在所需的試驗風速發生邊緣音反饋與駐室寬度方向的平面壓力駐波共振，可通過減小或增加射流長度L_j將共振移至其它風速，達到消除所需試驗風速條件下的低頻壓力振蕩的目的。

國內外低頻壓力振蕩控制措施主要包括噴口的渦流發生器、收集器下游開孔、傾斜側壁的駐室以及可調寬度的駐室：

（1）噴口安裝渦流發生器通常會減小試驗段有效的核心測試區域，而且帶來高頻的背景噪聲，這對聲學測量具有巨大影響；