[科普中国]-轴流压气机驱动风洞

结构

轴流压气机驱动风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成。

洞体它有一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。实验段上游有提高气流匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。实验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排出段或导回到风洞入口的回流段。有时为了降低风洞内外的噪声，在稳定段和排气口等处装有消声器。1

驱动系统轴流压气机驱动风洞驱动系统是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。改变风扇的转速或叶片安装角，或改变对气流的阻尼，可调节气流的速度。直流电动机可由交直流电机组或可控硅整流设备供电。它的运转时间长，运转费用较低，多在低速风洞中使用。使用这类驱动系统的风洞称连续式风洞，但随着气流速度增高所需的驱动功率急剧加大，例如产生跨声速气流每平方米实验段面积所需功率约为4000千瓦，产生超声速气流则约为16000～40000千瓦。1

测量控制系统其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、压力和温度等传感器，测量气流参量、模型状态和有关的物理量。随着电子技术和计算机的发展，20世纪40年代后期开始，风洞测控系统，由早期利用简陋仪器，通过手动和人工记录，发展到采用电子液压的控制系统、实时采集和处理的数据系统。1

（超声速）连续式风洞与暂冲式风洞比较超声速风洞分为连续式和暂冲式(间歇式)两大类。连续式风洞由轴流式压气机或航空发动机驱动，提供风洞运行所必需的压力比，可分为多级压缩机式、气瓶引射式和喷气发动机引射式等。根据形成压力比的方式不同，可分为下吹式、抽吸式、吹吸式、引射式和吹引式5种。

暂冲式超声速风洞南气源系统、阀门（下吹气式超声速风洞中一般有三种阀门，截止阀、快速阀和调压阀）、大角度扩散段、稳定段与收缩段、喷管段、试验段、超声速扩压段、亚声速扩压段、消声塔等组成（见图1）。

两者的不同之处在于：连续式风洞可以连续工作，而暂冲式风洞一次只能工作很短的时间，一般在30s至1min。由于工作时间长短不同，两者的附属设备也有很大的差别。对于连续式风洞，需要用很大的功率才能长时问地维持高压力。但暂冲式风洞要求很大的高压储气罐或更大的低压真空箱，而且工作时间短，要求测量仪器反应迅速，能自动测量。连续式风洞具有持续运行时间长、风洞试验段流场气流稳定、能够精确地重复某一给定的试验段内气流流动状态参数、有利于得到可靠的非定常试验数据和风洞运行试验费用较低的特点，而且风洞可以在低于1个大气压状态下运行，与暂冲式风洞相比，可以具有更低速压的试验能力，这对进行颤振试验模型设计技术尤其有利。但由于风洞运行压力受压气机驱动功率限制，及风洞运行过程中气流温升受回路冷却系统设计能力的限制（一般在40~50℃状态下运行），因此风洞试验雷诺数通常低于相同尺寸的暂冲式风洞。

暂冲式风洞驱动系统设计、制造技术比连续式风洞简单、建设周期短，造价比较低，暂冲式风洞气源设计包括储气罐储气容积、储气压力和压缩空气干燥度的确定、压缩空气温度和供气系统配置方案的选择。暂冲式风洞运行时，储气罐处于放气过程，所以气体总温将有所下降。允许的气体最低温度取决于风洞模型试验雷诺数的允许变化量。可以通过储气罐内设置可加热或不加热的蓄热介质，增大储气罐容积来减少总温的下降。1