㈠ 风洞是什么有什么用
风洞(wind
tunnel)就是用来研究空气动力学的一种大型试验设施。风洞其实不是个洞,而是一内条大型隧道容或管道,里面有一个巨型扇叶,能产生一股强劲气流。气流经过一些风格栅,减少涡流产生后才进入试验室。
风洞主要用来测量汽车的风阻,风阻的大小用风阻系数cd或cw表示,风阻系数越小,说明它受空气阻力影响越小。各类汽车风阻系数见34页图。
风洞不单是用来测量风阻,还可以研究气流绕过车身时所产生的效应,如升力、下压力,还可以模拟不同的气候环境,如炎热、寒冷、下雨或下雪等情况。这样,工程师们便可以知道汽车在不同环境下的工作情况,特别是冷却水箱散热、制动系统散热等问题。
风洞是由飞机制造业最先应用的。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。
我国也有风洞——中国航空动力研究所风洞实验室。它主要承担中国航天和航空机械的风洞实验任务,也可用作汽车、建筑物、运动设备的风洞实验,最大风速100米/秒。
大众汽车公司的多用途风洞实验室是可模拟多种环境条件下的汽车风洞实验,空气温度可在-30℃至+45℃调节,湿度为5%至95%,最大风速为180公里/时。
㈡ 风洞群是什么东西用来干吗的
风洞,实际上是一种能在其中按需要造成一定速度的气流并能在其中进行各种空气动力学的模拟试验的装置。风洞广泛应用于航空、气象、工程等领域。
按气流速度,风洞可分为低速风洞,高亚声速风洞和跨声速、超声速、高超声速风洞;按工作方式,风洞可分为持续工作式风洞、暂冲式风洞;按结构可分为开口式、闭口式两种。
风洞通常由收缩段、实验段、扩散段和测量控制等部分组成。气象上应用的一般属低速风洞,主要有仪器检定风洞、云雾实验风洞、大气环境模拟风洞等。仪器检定风洞用来校准、检验测风仪器并对这些仪器的动力学性能作研究。云雾实验风洞用来模拟大气层云雾滴变化的微观过程,这时风洞中还需有温度、湿度、压力的控制系统。大气环境模拟风洞运用相似原理,模拟大气边界层气象条件,研究边界层动力学和热力学特性及其变化规律,研究大气中扩散物的扩散、迁移规律以及地形和热力条件对它的影响,这时风洞中常需设置一定地形特征、热力条件及烟气示踪物等。
中国气象科学研究院计量所的0.8米(指实验段截面尺寸为0.8米×0.8米)风洞属低速回流闭口式风洞。它作为我国等级最高的风速标准设备,不仅承担着气象部门风速标准量值传递和风速仪器测试工作,还承担着国家技术监督局委托的其他部门的有关仪表的风速量值传递任务。
上述的“量值传递”一词,其含义为,通过检定,将国家基准所复现的计量单位量值逐级传递到工作用计量器具上,在计量基准与工作用计量器具之间建立一定的量值关系,通过这种关系对计量器具的测值进行订正,以保证测量结果的量值准确一致。实际上,反过来说,就是计量器具及其测得的量值在允许的误差范围内可追溯到国家基准,而国际上称此叫“溯源性”。因此,“溯源性”和“量值传递”这互为反义的两个词,都是用来说明计量基准与工作用计量器具之间的量值关系的。
中国气象科学研究院计量所的0.8风洞所承担的风洞标准量值传递任务,就是通过国家技术监督局授权使用的气流速度一级标准及其配套设备,把风速标准值逐级传递到工作用测风仪器上。所谓“逐级传递”,就是由国家气象计量站用风速一级标准检定省气象局的风速计量设备,而省气象局以此检定结果作为二级标准来检定县局工作用的测风仪器,从而建立基层用的测风仪器与国家标准间的量值关系,为测风仪器在业务使用中进行测值订正提供了条件,保证了测量结果的准确性和可靠性。
㈢ 风洞的介绍
风洞
风洞,简单地说,就是根据运动的相对性原理,用以模拟各种飞行器在空中飞行的庞大试验设备。风洞是我国航空航天飞行器的“摇篮”,所有的飞机、火箭、卫星、导弹、飞船都是被风洞“吹”上天空的。
阳春3月,记者走进我国自主设计建造的亚洲最大的立式风洞,领略风洞里独特的风景。
置身人造“天空”
秦岭之巅还残雪点点,山脚之下已是桃花吐艳。汽车驶过一段蜿蜒的山路,眼前景象豁然开朗:翠绿的山林间,一座5层高的建筑拔地而起。
“我们到了,这就是亚洲最大的立式风洞。”听到陪同人员介绍,记者感到有些失望,因为眼前的景象与想象中完全不一样。新建成的立式风洞不算高大,也不显得很威武,甚至不如城市里常见的摩天大楼。
从外表看,与普通房屋唯一不同的是,该建筑身上“背”着一根粗大的铁管。技术人员对记者介绍:“可不能小瞧这铁家伙,它是产生气流的主要通道。”
其实,风洞普通的外表下有着神奇的“心脏”。步入其中,记者发现这片人造“天空”完全是用高科技的成果堆砌而成。
风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题,囊括了包括气动力学、材料学、声学等20余个专业领域。整个立式风洞从破土动工到首次通气试验仅用了2年半,创造了中国风洞建设史上的奇迹。
大厅里,螺旋上升的旋梯簇拥着两节巨大的管道,好不壮观!与其说它是试验设备,不如说是风格前卫的建筑艺术品。
一路参观,记者发现该风洞“亮点”多多:实现了两个摄像头同时采集试验图像,计算机自动判读处理;率先将世界最先进的中压变频调速技术用于风洞主传动系统控制,电机转速精度提高50%……
负责人介绍说,立式风洞是我国庞大风洞家族中最引人瞩目的一颗新星,目前只有极少数发达国家拥有这种风洞。
感受“风”之神韵
风,来无影去无踪,自由之极。可在基地科研人员的手中,无影无踪无所不在的风被梳理成循规蹈矩、各种强度、各种“形状”的气流。
记者赶得巧,某飞行器模型自由尾旋改进试验正在立式风洞进行。
何谓尾旋?它是指飞机在持续的失速状态下,一面旋转一面急剧下降的现象。在人们尚未彻底了解它之前,尾旋的后果只有一个:机毁人亡。资料显示,1966年至1973年,美国因尾旋事故就损失了上百架F-4飞机。
控制中心里,值班员轻启电钮,巨大的电机开始转动。记者不由自主地用双手捂住耳朵,以抵挡将要到来的“惊雷般的怒吼”。可没想到,想象中的巨响没有到来,只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒……风速已到极至,记者站在隔音良好的试验段旁,却没有领略到“大风起兮”的意境。
你知道50米/秒风速是什么概念?胜过飓风!值班员告诉记者,如果把人放在试验段中,可以让你体验被风吹起、乘风飞翔的感觉。
我国首座立式风洞已形成强大的试验能力。负责人告诉记者:该型风洞除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目,还能完成飞机尾旋性能评估、返回式卫星及载人飞船回收过程中空气动力稳定性测试等。
资料链接
世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。美国的莱特兄弟于1901年建造了风速12米/秒的风洞,从而发明了世界上第一架飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。到目前为止,我国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。
群山连绵,植被茂密。从外表看,很难想象山里有洞,洞里卧虎藏龙。这些人工开凿的巨大山洞绵延数公里,横贯几座山,构成了目前中国也是亚洲最大的风洞群,包括低速风洞群、高速风洞群和超高速风洞群,分别应用于不同的研究试验范围。
2.4米×2.4米的大型风洞,是亚洲最大的跨声速风洞。走进这个世界级的大风洞,只见一枚国产新型导弹模型正在接受严格的气动试验。站在现代化的测试大厅,聆听着滚滚风雷的咆哮,看着试验数据在大屏幕上不断跳动,记者的血液一下子沸腾起来。
风洞试验,简单讲就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中的各种复杂飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等武器研制、定型的“必由之路”。
在高速风洞研究所的陈列室里,一排排“长征”系列运载火箭,各种新型作战飞机,各种战略、战术导弹的模型,看得人眼花缭乱。研究所负责人告诉记者,空气动力学是航空、航天工业的基础学科。风洞试验作为它的主要研究手段,其水平高低与一个国家的尖端科技、尤其是国防军事实力的强弱紧密相关。
因此,世界发达国家都非常重视发展空气动力试验研究机构。据了解,德国在1907年就成立了“哥廷根空气动力试验院”,并在此后不惜巨资修建了一批低速、高速、超高速和特种风洞,在世界上率先研制出喷气式飞机、弹道导弹;美国于1915年就成立了国家空气动力研究机构。
新中国从零开始发展航空航天事业时,风洞成为制约技术发展的“瓶颈”。当发达国家拥有了高性能的飞机、导弹时,中国自己研制的飞机、设计的导弹只有花大量外汇,拿到别国的风洞去做试验,还要看别人的脸色行事。而今天,任何先进的导弹、飞机,都可以在中国自己的风洞里拿到出厂的“通行证”。仅去年,中心的高速风洞研究所就先后试验解决了数百个技术问题,吹风试验5次打破历史最高纪录。
风洞人告诉记者,这些先进装备都是从这里的风洞“吹”出去的。他们说,那还只是“当年勇”,此刻我们所在的2.4米×2.4米风洞,是1997年12月首次通气试验宣告建成的。在这座大型风洞里,任何导弹、战机的模拟状态都更加接近实际飞行,可获得更为准确的试验数据。目前,我军的新型导弹、战机,都将首先从这里起飞,去精确命中目标、去自由翱翔蓝天。
太空飞船首先在这里遨游“苍穹”
大大小小的“神舟”飞船返回舱模型在记者面前摆了一大片,数一数,足足有100多个。那边还放着今年5月刚刚发射升空的“海洋”一号和“风云”一号卫星模型。
这是在中心的超高速风洞研究所。在宽敞明亮的试验大厅里,该所负责人告诉记者,航天技术是大国地位和国防实力的展示,而所有的航天飞行器,包括“ 神舟”飞船及其逃逸塔、返回舱等,都先要在风洞里“遨游太空”。尤其是飞船返回舱,在返回地球的过程中要穿越大气层,受到摩擦产生的高温及风、雨、雷、电影响,因而不仅其外型设计要经过“吹风”,其防热材料的选择也需经过多次风洞试验。
记者看到,经过加工制作的“神舟”返回舱模型,被科研人员送进电弧风洞,进行“热环境烧蚀”模拟试验。洞内高达几千摄氏度的高温气流,将模型外壳的防热材料烧成了明显的“蜂窝”状。技术人员介绍说,返回舱外壳的防热材料不仅要耐高温,而且对其烧蚀后的形状、均匀度等都有苛刻的要求。为选择最佳材料,这里已反复进行了上千次的试验。
矗立在另一边的激波风洞和1.2米×1.2米风洞,也是完成飞船返回舱试验的 “功勋风洞”。激波风洞是国内最大的、可在短时间运行的脉冲型超高速气动力、气动热试验设备,能模拟6~16倍音速的高速飞行器飞行环境,为飞行器在太空中飞行的空气动力特性研究提供准确数据。在1.2米×1.2米风洞中,“神舟”飞船、返回舱、逃逸塔等大量模型经历了数千次的气动试验、获取了数万个技术参数。通过反复提取试验数据、多次修改设计方案,才迎来中华“神舟”飞天的辉煌一刻。
4月1日,记者曾在“神舟”飞船着陆场目击“神舟”三号返回舱着陆,亲眼看到悬挂返回舱的90多根伞绳依次排列,没有一点缠绕。现场的专家称,不仅返回舱外壳材料的烧蚀达到最佳状态,着陆姿态也达到了最佳状态,说明飞船的空气动力试验达到了很高水平。
可以预见,在不久的将来,从这洞中飞出的“神舟”四号、“神舟”五号… …也将在茫茫太空写下神奇的篇章。
跻身国民经济主战场
漫步大大小小的风洞群,记者的目光被一座8米×6米、长达237米的庞然大物所吸引———这就是亚洲尺寸最大的低速风洞。这条盘踞在大山沟里的“巨龙” ,曾荣登国家科技进步奖的金榜。我国的东方明珠电视塔、西安仿古塔、成都万人体育馆等著名高层建筑,就是从这里获得“准生证”的。
低速风洞研究所的负责人告诉记者,利用空气动力学研究手段,对高层建筑、复杂外形建筑及桥梁等的风载风振现象进行风洞模拟试验,可以为抗风、抗振设计提供可靠的依据。
据说,对建筑物的第一次“风动”警告来自30多年前的美国。1971年,由美国著名桥梁专家设计建造的第一座斜拉索桥在强台风中扭曲折断。
1979年,中心承接了对红水河铁路桥模型的风洞试验,揭开了我国民用建筑抗风研究第一页,风洞的应用范围自此由单一的军工产品,拓展到广阔的国民经济主战场。
在这里的试验大厅里,摆放着上海东方明珠电视塔、北京新首都机场候机楼、厦门海沧大桥等许多精巧漂亮的建筑模型。技术人员说,东方明珠塔在设计之初,就在低速风洞中进行了上千次模型吹风试验,并修改了设计。1994年8月,一场强台风袭击我国东南沿海地区,许多高层建筑在风中倒塌,而东方明珠塔却安然无恙。北京新首都机场楼经风洞试验后发现,大楼一侧出现负压,修改设计后才破土动工。厦门海沧大桥是厦门市有史以来建设的最大一座桥,中心对该桥的模型进行了全面气动试验,对设计提出明确修改意见,确保深受台风灾害之苦的厦门人民用上放心桥。
磁悬浮高速列车、新一代中型载货汽车也是从这里启程的。我国的解放牌和东风牌中型载货汽车,造型曾几十年不变,其气动阻力系数比国外同类汽车要高出20%,燃料消耗要多出10%。“八五”期间,东风汽车技术中心与空气动力研究中心合作攻关,经4年努力设计出了新车型,其气动阻力和耗油量指数分别接近和达到国际先进水平。
亚洲雄风笑迎新挑战
前些年,对于中国的空气动力研究成就,曾闹过一场颇具戏剧性的“国际误会”———当国际上确认中国已拥有相当水平的空气动力研究设施时,美国人一口咬定是苏联帮着干的,而俄罗斯人则坚信是美国暗中帮的忙。若干年后,他们才不得不承认,这是中国人自力更生创造的奇迹。
20世纪60年代,一群来自北京、沈阳、哈尔滨的知识精英,来到这片深山沟,开始了艰苦的创业。如今,这里已建起亚洲最大的风洞群,拥有低速、高速和超高速等各类风洞,具备各种飞机、导弹、卫星、运载火箭及太空飞船等航空航天飞行器的空气动力研究试验能力。世界著名空气动力学家、法国宇航院院长奥里维尔博士来此参观后感叹:“我确信,这是一项能使中国走向巨大成功的世界性成就!”
然而,中国风洞人丝毫没有自满。在空气动力中心的几天里,记者发现所有 “风洞人”都在紧张忙碌着。科研一线的技术人员介绍说,随着现代军事科技的飞速发展,各种新式武器装备迅速出台亮相,我们的风洞群已难以完全适应新装备发展的需要。因此,一场大规模的技术改造正在这里展开。
记者看到,某新型导弹在经过改进的风洞环境中,正进行新一轮的试验。它要经过风、雨、雷、电、火、沙等各种条件下的严格考验。
一座座风洞,一座座丰碑。近年来,空气动力研究中心靠人才建洞,在建洞中育人,培养出一大批年轻的高素质人才。在这里,记者时时能感受到拼搏者的自豪、奉献者的胸怀和开拓者的蓬勃朝气。
在世界航空航天领域,中国“风洞人”将闯出一片更加广阔的发展空间。
㈣ 什么是"风洞"它能测试战机的什么
什么是风洞
风洞一般称之为风洞试验。简单地讲,就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中各种复杂的飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。简单的说,风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处,那是历史原因造成的。
发达国家如何发展空气动力学
空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视,不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。
美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程——“星球大战”计划中,就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。的确,如果不先在空气动力学上获得重大突破,这个将耗资1万亿美元的超级工程,很多关键技术将无法解决。紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中,也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。
前苏联在“十月革命”胜利后的第二年,列宁就下令组建了国家空气动力研究机构——中央流体动力研究院,并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基担任院长,这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。二次大战之前,斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。与美国相比,前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色,甚至在许多方面都领先于美国,它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。
英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家,然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截,于是两国重振旗鼓、奋起直追。在战后第二年,法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起,组建了国家空气动力研究机构,并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心,堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。曾经发明了世界上第一座风洞的英国人更是不甘落后,除了政府加强对空气动力学的领导规划之外,充分利用大学进行基础学科的研究。据有关资料透露,在英国的46所大学里,至少有30个以上高水平的空气动力研究试验室。
日本在战后受到限制的情况下,航空工业曾有过长达8年的空白。但在此期间,其基础研究——空气动力学则进展神速。仅60年代,就先后仿制出11种飞机,自行设计8种飞机。
㈤ 风洞的作用
如今"风洞"这个名词已为许多读者,乃至广大青少年所熟悉。风洞,是指在一个管道内,用动力设备驱动一股速度可控的气流,用以对模型进行空气动力实验的一种设备。最常见的是低速风洞。最近位于四川绵阳的中国空气动力学研究和发展中心已建成具有世界水平的2.4米跨声速风洞(风洞常以试验段尺度命名)。这样大尺度的跨声速风洞,世界上只有美国和俄罗斯等少数国家才有。大家知道,风洞是发展航空航天事业的关键设备,研制任何飞机,包括军用飞机、民用飞机以及航天飞机,都必须首先在风洞中进行大量试验,试验飞机能不能飞起来,能飞多高多快和多远以及其他各项飞行性能等。2.4米跨声速风洞的建成表明,我国已进入世界航空航天大国的行列。
风洞——研制飞行器的先行官
决定一架飞机或其他飞行器的飞行性能,如速度、高度等,除飞机重量、发动机推力等要素外,最重要的因素是作用于飞机的空气动力。空气动力主要决定于飞机的外形。在设计和研制飞机时,首先是设计其外形,由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能。但是,这个工作只能做在最前,不能在飞机造出来以后。确定飞机空气动力的实验设备主要是风洞。人们把风洞和风洞试验叫做航空航天的先行官是恰如其分的。
风洞实验的基本原理是相对性原理和相似性原理。根据相对性原理,飞机在静止空气中飞行所受到的空气动力,与飞机静止不动、空气以同样的速度反方向吹来,两者的作用是一样的。但飞机迎风面积比较大,如机翼翼展小的几米、十几米,大的几十米(波音747是60米),使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来,其动力消耗将是惊人的。根据相似性原理,可以将飞机做成几何相似的小尺度模型,气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度,其试验结果可以推算出其实飞行时作用于飞机的空气动力。
飞行器(包括飞机、直升机、巡航导弹等)在风洞中的试验内容主要有测力试验(测量作用于模型的空气动力,如升力、阻力等,确定飞行性能);测压试验(测量作用于模型表面压力分布,确定飞机载荷和强度);布局选型试验 (模型各部件做成多套,可以更换组合,选择最佳的飞机布局和外形)等等。随着飞行器性能的提高和改进;风洞试验所需要的时间不断增加。40年代,研制一架螺旋桨飞机,风洞试验时间是几百小时。至70年代初,一架喷气式客机的风洞试验时间是4-5万小时。航天器(如洲际导弹、卫星、宇宙飞船等)大部分航行在大气层外,基本上与空气无关,但其发射和返回是在大气层中,仍然需要在风洞中进行试验。如美国的航天飞机,在不同风洞中总共进行了10万小时的试验。
风洞的发展
世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。美国的莱特兄弟 (O.Wright和W.wright)于1901年制造了试验段0.56米见方,风速12/s的风洞,从而于1903年发明了世界上第一架实用的飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。
为了试验炮弹的气动力作用和研究超声速流动,瑞士阿克雷特(G.Ackttet)于1932年建成了世界第一座超声速风洞,试验段面积0.4米×0·4米,马赫数(风速与声速之比)2。适应跨超声速飞行器的发展,1956年美国建成世界最大的跨超声速风洞,试验段面积488米×4.88米,马赫数0.8-4.88,功率为16.1万kW。1958年,美国航天局建成试验段直径0.56米,马赫数可高达18-22的高超声速风洞。
为了提高风洞实验的雷诺数(模拟尺度或粘性效应的相似准则),1980年,美国将一座旧的低速风洞改造成为世界最大的全尺寸风洞(可以直接把原形飞机放进试验段中吹风),试验段面积24.4米×12.2米,风速150m/s,功率10万kW。1975年,英国建成一座低速压力风洞,试验段5米×4.2米,风速95-110m/s,压力3个大气压,功率1.4万kW,试验雷诺数(它是一个无量纲数)8×106。80年代,美
国建成一座低温风洞,以氮气(氮气凝固点低,适于低温下工作)为工作介质,温度范围340-78K,压力可达9个大气压,试验段2.5米×2.5米,马赫数0.2-1.2,雷诺数高达120×106。
我国的风洞建设发展迅速。1977年,中国空气动力研究与发展中心建成亚洲最大的低速风洞,串联双试验段:8米×6米和16米×l2米,风速100m/s,功率7800kW。1999年,又建成具有世界规模的跨声速风洞,试验段口径2.4米,马赫数0.6-1.2。
风洞应用扩大到一般工业
随着工业技术的发展,从60年代开始,风洞试验(主要是低速风洞)从航空航天领域扩大到一般工业部门。反映各行各业的发展越来越需要空气动力学和风洞试验的参与,已经形成了新的学科:“工业空气动力学”和“风工程学”。
例如,当汽车速度达到180km/h时,空气阻力可占总阻力的1/3。对小汽车模型进行风洞试验,合理修形。可使气动阻力减小75%。对建筑物模型进行风载荷试验,从根本上改变了传统的设计方法和规范,大型建筑物如大桥、电视塔、大型水坝、高层建筑群等,己规定必须要进行风洞试验,而且模型必纲模拟实物的刚度 (即弹性模型),测量"风振特性"。这方面已有教训。1940年,美国塔科马(Tacoma)大桥,一座大型钢索吊桥,因为并不很大的风载荷,导致桥体强迫振动和共振,引起断塌,因而受到学界广泛重视。对于大型工厂、矿山群,也要做成模型,在风洞中进行防止污染和扩散的试验。
为此,应运而生出现了许多"大气边界层风洞"。在这种风洞中,试验段的气流并不是均匀的,从风洞底板向上,速度逐渐增加,模拟地面"风"的运动情况(称为大气边界层)。国内已出现了十几座这样的风洞。
风洞试验模拟的不足及其修正
风洞试验既然是一种模拟试验,不可能完全准确。概括地说,风洞试验固有的模拟不足主要有以下三个方面。与此同时,相应也发展了许多克服这些不足或修正其影响的方法。
1.边界效应或边界干扰
真实飞行时,静止大气是无边界的。而在风洞中,气流是有边界的,边界的存在限制了边界
附近的流线弯曲,使风洞流场有别于真实飞行的流场。其影响统称为边界效应或边界干扰。克服
的方法是尽量把风洞试验段做得大一些(风洞总尺寸也相应增大),并限制或缩小模型尺度,减小边界干扰的影响。但这将导致风洞造价和驱动功率的大幅度增加,而模型尺度太小会便雷诺数变小。近年来发展起一种称为"自修正风洞"的技术。风洞试验段壁面做成弹性和可调的。试验过程中,利用计算机,粗略而快速地计算相当于壁面处流线应有的真实形状,使试验段壁面与之逼近,从而基本上消除边界干扰。
2.支架干扰
风洞试验中,需要用支架把模型支撑在气流中。支架的存在,产生对模型流场的干扰,称为支架干扰。虽然可以通过试验方法修正支架的影响,但很难修正干净。近来,正发展起一种称为"磁悬模型"的技术。在试验段内产生一可控的磁场,通过磁力使模型悬浮在气流中。
3.相似准则不能满足的影响
风洞试验的理论基础是相似原理。相似原理要求风洞流场与真实飞行流场之间满足所有的相似准则,或两个流场对应的所有相似准则数相等。风洞试验很难完全满足。最常见的主要相似准则不满足是亚跨声速风洞的雷诺数不够。以波音737飞机为例,它在巡航高度(9000m)上,以巡航速度(927km/h)飞行,雷诺数为2.4×107,而在3米亚声速风洞中以风速100m/s试验,雷诺数仅约为1.4×106,两者相距甚远。提高风洞雷诺数的方法主要有:
(1)增大模型和风洞的尺度,其代价同样是风洞造价和风洞驱动功率都将大幅度增加。如上文所说美国的全尺寸风洞。
(2)增大空气密度或压力。已出现很多压力型高雷诺数风洞,工作压力在几个至十几个大气压范围。我国也正在研制这种高雷诺数风洞。
(3)降低气体温度。如以90K(-1830C)的氮气为工作介质,在尺度和速度相同时,雷诺数是常温空气的9倍多。世界上已经建成好几个低温型高雷诺数风洞。我国也研制了低温风洞,但尺度还比较小。
㈥ 飞机是谁发明的
莱特兄弟是飞机的发明者。
莱特兄弟指的是奥维尔·莱特Orville Wright (1871.8.19—1948.1.30 )和威尔伯·莱特Wilbur Wright (1867.4.16—1912.5.12)这两位美国人,发明家,飞机的发明者。世人一般认为他们于1903年12月17日首次完成完全受控制、附机载外部动力、机体比空气重、持续滞空不落地的飞行,并因此将发明了世界上第一架飞机的成就归功给他们。
发明飞机
1896年,两兄弟听闻了德国航空先驱奥托·李林达尔(又译奥托·李林塔尔)在一次滑翔飞行中不幸遇难的消息。按说,这条消息对那些梦想飞行的人是一个打击,但熟悉机械装置的莱特兄弟却从中认定,人类进行动力飞行的基础实际上已足够成熟,李林达尔的问题在于他还没有来得及发现操纵飞机的诀窍。对李林达尔的失败进行了一番总结后,莱特兄弟满怀激情地投入了对动力飞行的钻研。
莱特兄弟不仅努力掌握前人的研究成果,而且十分注意直接向活生生的飞行物——鸟类学习。他们常常仰面朝天躺在地上,一连几个小时仔细观察鹰在空中的飞行,研究和思索它们起飞、升降和盘旋的机理。当年他们提出的许多新颖想法,都在以后的航空工业中得到了应用。
左二和左三为莱特兄弟
在吸取前人经验教训的基础上,莱特兄弟开始了飞行器的研制。在无法得到别人资助的情况下,他们用自行车生意赚来的钱进行飞机的研制。兄弟俩的配合是完美无缺的。哥哥威尔伯勤勤恳恳,扎扎实实,拥有工程师的细致和谨慎;弟弟奥维尔则富有艺术家的想象力,敢于不断创新。两颗智慧的大脑密切配合,相得益彰,正如威尔伯所说:“奥维尔和我一起生活,共同工作,而且简直是共同思维,就和一个人一样。两兄弟认为飞机能不能顺利飞行,关键就在于如何设计和控制它在飞行过程中各种受力间的平衡。维尔伯·莱特用一张水平放置的纸演示了这个问题:如果让它自由落下,在理想的平静空气当中,我们可以想象它一定是平稳落下,但理想条件是很罕见的,任何一点气流都会使得纸张翻转和飘荡。对于飞机来说,完全理想的空气条件下,要实现上天并不难,但是天空中总是存在风,这就使得实现飞机飞行的关键,在于如何调节飞机前后左右各个方向的受力平衡,特别是飞机的重心和升力受力点之间的关系。 早期由于担心机翼过大,会使得飞机难于操纵,因此一般机翼面积都不是太大。例如李廉萨尔的机翼面积
维尔伯·莱特
为151平方英尺,皮歇尔的为165平方英尺,查卢特的为143平方英尺。这就使得飞机所能够获得的升力并不充裕,相比之下,驾驶员的重量就占了升力的很大部分,那么在这种受力情况下,驾驶员自身的位置变化将严重地影响飞机的重心,而当时一般的设计思路就是顺势利用这点,由驾驶员改变身体位置来控制飞机的飞行姿态。然而正是这样一种思路严重制约了飞机操纵性能的提升,因此莱特兄弟决定改变这个技术思路。 他们首先仔细研究了前人的试验数据,再通过大量风筝、滑翔机以及风洞试验做验证,设计出了最佳的机翼剖面形状和角度,以便获得最大的升力;然后决定把一般大小的机翼增大一倍,达到308平方英尺。最重要的是,他们设计了通过直接控制机翼来操纵飞机飞行姿态的机构,同时,在飞机整体的升力增加后,飞机对于驾驶员自身位置的变化也不那么敏感了,这就使得飞机尽管机翼面积大大增加,但可操纵性能并没有比小机翼飞机降低! 兄弟俩认为要建造一架飞行机器,有三个主要的障碍:(1)如何制造升力机翼;(2)如何获得驱动飞机飞行的动力;(3)在飞机升空之后,如何平衡以及操纵飞机。前两个问题在某种程度上已经获得解决。
最初兄弟俩努力制造全尺寸的滑翔机,接连四个夏天,他们前往北卡罗来纳州旅行,目的地是个与世隔离的岬角。气象部门向他们建议,岬角风力大,是有利的练习场。之后不久,他们制作了第一架无人驾驶双翼滑翔机,把它象风筝一样放上了天。他们又在飞机的前面安装了升降舵,也就是一种摆动舵,可以用来操纵横轴。
1900年10月的一个傍晚,威尔伯·莱特趴在易碎的滑翔机骨架上,迎着海风飘了起来,他成功了。虽然这只是几秒钟的飞行,只有1米多高,但莱特兄弟的成就超过了试图靠移动身体重量操纵飞行的李林达尔。第二年,兄弟俩在上次制作的基础上,经过多次改进,又制成了一架滑翔机。这年秋天,他们又来到基蒂霍克海边,一试验,飞行高度一下子达到180米之高。
莱特兄弟
1900—1903年,他们制造了3架滑翔机并进行了1000多次滑翔飞行,还自制了200多个不同的机翼进行了上千次风洞实验,修正了李林达尔的一些错误的飞行数据,设计出了较大升力的机翼截面形状。在此期间,他们的滑翔机多次滑翔距离超过1000米。在当时看来,这可是不小的成就。经过不断钻研,不断改进,莱特兄弟不仅迅速掌握了当时的飞行器制造技术,而且在许多方面取得了重大突破。从1903年夏季开始,莱特兄弟着手制造这架著名的“飞行者一号”双翼机。动力飞行首先需要一台发动机,但当时市面上根本没有飞机的发动机出售,也没有一家公司愿意冒险制造航空发动机。但是兄弟俩并没有气馁,他们请了机械师查尔斯?泰勒(Charles?Taylor)来帮他们制造了一台大约12马力、重77.2千克的活塞式发动机。有了发动机,威尔伯和奥利弗只盼着多风的秋季能早日到来。10月中旬,“飞行者号”组装完毕,奥维尔对新飞行器非常满意,“这是我们迄今为止造得最好的一架飞机。‘她’非常听话。” 奥维尔的感情不难理解,“飞行者一号”的每一根“肋条”都是他们亲手制作而成。
奇迹发生在1903年12月17日!!!
1903年人类飞上天空
这天清晨,美国北卡罗莱纳州的基蒂霍克还在沉睡,天气寒冷,刮着大风,空旷的沙滩上静静地停放着一个带着巨大双翼的怪家伙,这就是人类历史上第一架飞机——“飞行者一号”。空旷的场地上冷冷清清,到现场观看的只有5个人。10时35分,一切准备就绪。为了能够率先登机试飞,兄弟俩决定以掷硬币的方式确定谁先登机机,结果弟弟奥维尔赢了。
奥维尔爬上“飞行者一号”的下机翼,俯卧于操纵杆后面的位置上,手中紧紧握着木制操纵杆,威尔伯则开动发动机并推动它滑行。飞机在发动机的作用下先是剧烈震动,几秒钟后便在自身动力的推动下从“斩魔丘”上缓缓滑下,在飞机达到一定速度后,威尔伯松开手,飞机象小鸟一样离地飞上了天空。虽然“飞行者一号”飞得很不平稳,甚至有点跌跌撞撞,但是它毕竟在空中飞行了12秒共36.5米,才落在沙滩上。接着,他们又轮换着进行了3次飞行。在当天的最后一次飞行中,威尔伯在30千米的风速下,用59秒飞了260米。人们梦寐以求的载人空中持续动力飞行终于成功了!不幸的是,几分钟后,一阵突然刮来的狂风把“飞行者”1号掀翻了,飞机严重损坏,但它已经完成了历史使命。人类动力航空史就此拉开了帷幕。
㈦ 发明创造的事例
关于大自然的启示很多的,呵呵,搜集了一些,不知道能不能帮上你的忙。
鱼儿在水中有自由来去的本领,人们就模仿鱼类的形体造船,以木桨仿鳍。相传早在大禹时期,我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯,他们就在船尾上架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践,逐渐改成橹和舵,增加了船的动力,掌握了使船转弯的手段。这样,即使在波涛滚滚的江河中,人们也能让船只航行自如。
苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)是“天然导航仪”,人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上,实现了自动驾驶。
苍蝇的眼睛是一种“复眼”,由30O0多只小眼组成,人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片。这种照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路,大大提高了工效和质量。“蝇眼透镜”是一种新型光学元件,它的用途很多。
鸟类的翅膀具有许多特殊功能和结构,使得它们不仅善于飞行,而且会表演许多“特技”,这些特技还是目前人类的技术难以达到的。小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”,它既可以垂直起落,又可以退着飞。在吮吸花蜜时,它不像蜜蜂那样停落在花上,而是悬停于空中。这是多么巧妙的飞行啊。制造具有蜂鸟飞行特性的垂直起落飞机,已经成为许多飞机设计师梦寐以求的愿望。
在企鹅的启示下,人们设计了一种新型汽车“企鹅牌极地越野汽车”。这种汽车用宽阔的底部贴在雪面上,用轮勺推动前进,这样不仅解决了极地运输问题,而且也可以在泥泞地带行驶。
蝴蝶
五彩的蝴蝶颜色粲然,如重月纹凤蝶、褐脉金斑蝶等,尤其是萤光翼凤蝶,其后翊在阳光下时而金黄,时而翠绿,有时还由紫变蓝。科学家通过对蝴蝶色彩的研究,为军事防御带来了极大的稗益。在二战期间,德军包围了列宁格勒,企图用轰炸机摧毁其军事目标和其他防御设施。苏联昆虫学家施万维奇根据当时人们对伪装缺乏认识的情况,提出利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理,在军事设施上覆盖蝴蝶花纹般的伪装。因此,尽管德军费尽心机,但列宁格勒的军事基地仍然无恙,为赢得最后的胜利奠定了坚实的基础。根据同样的原理,后来人们还生产出了迷彩服,大大减少了战斗中的伤亡。
人造卫星在太空中由于位置的不断变化可引起温度骤然变化,有时温差可高达两、三网络,严重影响许多仪器的正常工作。科学家们受蝴蝶身上的鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温的启发,将人造卫星的控温系统制成了叶片反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式,在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝,随温度变化可调节窗的开合,从而保持了人造卫星内部温度的恒定,解决了航天事业中的一大难题。
甲虫
甲虫自卫时,可喷射出具有恶臭的高温液体“炮弹”,以迷惑、刺激和惊吓敌害。科学家将其解剖后发现甲虫体内有3个小室,分别储有二元酚溶液、双氧水和生物酶。二元酚和双氧水流到第三小室与生物酶混合发生化学反应,瞬间就成为100℃的毒液,并迅速射出。这种原理目前已应用于军事技术中。二战期间,德国纳粹为了战争的需要,据此机理制造出了一种功率极大且性能安全可靠的新型发动机,安装在飞航式导弹上,使之飞行速度加快,安全稳定,命中率提高,英国伦敦在受其轰炸时损失惨重。美国军事专家受甲虫喷射原理的启发研制出了先进的二元化武器。这种武器将两种或多种能产生毒剂的化学物质分装在两个隔开的容器中,炮弹发射后隔膜破裂,两种毒剂中间体在弹体飞行的8—10秒内混合并发生反应,在到达目标的瞬间生成致命的毒剂以杀伤敌人。它们易于生产、储存、运输,安全且不易失效。萤火虫可将化学能直接转变成光能,且转化效率达100%,而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍,大大节约了能量。另外,根据甲虫的视动反应机制研制成功的空对地速度计已成功地应用于航空事业中。
蜻蜓
蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流,并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔,不但可向前飞行,还能向后和左右两侧飞行,其向前飞行速度可达72公里/小时。此外,蜻蜓的飞行行为简单,仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时,常会引起剧烈振动,甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙,于是人们效仿蜻蜓在飞机的两翼加上了平衡重锤,解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。
为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率,一个四叶驱动,用远程水平仪控制的机动机翼(翅膀)模型被研制,并第一次在风洞内测试了各项飞行参数。
第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀,达到每秒18次震动的速度。有特色的是,这个模型采用了可变可调节前后两对机翼之间相差的装置。
研究的中心和长远目标,是要研究使用“翅膀”驱动的飞机表现,以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等。
苍蝇
家蝇的特别之处在于它的快速的飞行技术,这使得它很难被人类抓住。即使在它的后面也很难接近它。它设想到了每一种情况,非常小心,并能快速移动。那么,它是怎么做到的呢?
昆虫学家研究发现,苍蝇的后翅退化成一对平衡棒。当它飞行时,平衡棒以一定的频率进行机械振动,可以调节翅膀的运动方向,是保持苍蝇身体平衡导航仪。科学家据此原理研制成一代新型导航仪——振动陀螺仪,大在改进了飞机的飞行性能,可使飞机自动停止危险的滚翻飞行,在机体强烈倾斜时还能自动恢复平衡,即使是飞机在最复杂的急转弯时也万无一失。苍蝇的复眼包含4000个可独立成像的单眼,能看清几乎360度范围内的物体。在蝇眼的启示下,人们制成了由1329块小透镜组成的一次可拍1329张高分辨率照片的蝇眼照像机,在军事、医学、航空、航天上被广泛应用。苍蝇的嗅觉特别灵敏并能对数十种气味进行快速分析且可立即作出反应。科学家根据苍蝇嗅觉器官的结构,把各种化学反应转变成电脉冲的方式,制成了十分灵敏的小型气体分析仪,目前已广泛应用于宇宙飞船、潜艇和矿井等场所来检测气体成分,使科研、生产的安全系数更为准确、可靠参考资料:www..com
㈧ 什么是风洞娱乐风洞还是风洞吗
风洞
风洞,简单地说,就是根据运动的相对性原理,用以模拟各种飞行器在空中飞行的庞大试验设备。风洞是我国航空航天飞行器的“摇篮”,所有的飞机、火箭、卫星、导弹、飞船都是被风洞“吹”上天空的。
阳春3月,记者走进我国自主设计建造的亚洲最大的立式风洞,领略风洞里独特的风景。
置身人造“天空”
秦岭之巅还残雪点点,山脚之下已是桃花吐艳。汽车驶过一段蜿蜒的山路,眼前景象豁然开朗:翠绿的山林间,一座5层高的建筑拔地而起。
“我们到了,这就是亚洲最大的立式风洞。”听到陪同人员介绍,记者感到有些失望,因为眼前的景象与想象中完全不一样。新建成的立式风洞不算高大,也不显得很威武,甚至不如城市里常见的摩天大楼。
从外表看,与普通房屋唯一不同的是,该建筑身上“背”着一根粗大的铁管。技术人员对记者介绍:“可不能小瞧这铁家伙,它是产生气流的主要通道。”
其实,风洞普通的外表下有着神奇的“心脏”。步入其中,记者发现这片人造“天空”完全是用高科技的成果堆砌而成。
风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题,囊括了包括气动力学、材料学、声学等20余个专业领域。整个立式风洞从破土动工到首次通气试验仅用了2年半,创造了中国风洞建设史上的奇迹。
大厅里,螺旋上升的旋梯簇拥着两节巨大的管道,好不壮观!与其说它是试验设备,不如说是风格前卫的建筑艺术品。
一路参观,记者发现该风洞“亮点”多多:实现了两个摄像头同时采集试验图像,计算机自动判读处理;率先将世界最先进的中压变频调速技术用于风洞主传动系统控制,电机转速精度提高50%……
负责人介绍说,立式风洞是我国庞大风洞家族中最引人瞩目的一颗新星,目前只有极少数发达国家拥有这种风洞。
感受“风”之神韵
风,来无影去无踪,自由之极。可在基地科研人员的手中,无影无踪无所不在的风被梳理成循规蹈矩、各种强度、各种“形状”的气流。
记者赶得巧,某飞行器模型自由尾旋改进试验正在立式风洞进行。
何谓尾旋?它是指飞机在持续的失速状态下,一面旋转一面急剧下降的现象。在人们尚未彻底了解它之前,尾旋的后果只有一个:机毁人亡。资料显示,1966年至1973年,美国因尾旋事故就损失了上百架F-4飞机。
控制中心里,值班员轻启电钮,巨大的电机开始转动。记者不由自主地用双手捂住耳朵,以抵挡将要到来的“惊雷般的怒吼”。可没想到,想象中的巨响没有到来,只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒……风速已到极至,记者站在隔音良好的试验段旁,却没有领略到“大风起兮”的意境。
你知道50米/秒风速是什么概念?胜过飓风!值班员告诉记者,如果把人放在试验段中,可以让你体验被风吹起、乘风飞翔的感觉。
我国首座立式风洞已形成强大的试验能力。负责人告诉记者:该型风洞除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目,还能完成飞机尾旋性能评估、返回式卫星及载人飞船回收过程中空气动力稳定性测试等。
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世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。美国的莱特兄弟于1901年建造了风速12米/秒的风洞,从而发明了世界上第一架飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。到目前为止,我国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。
群山连绵,植被茂密。从外表看,很难想象山里有洞,洞里卧虎藏龙。这些人工开凿的巨大山洞绵延数公里,横贯几座山,构成了目前中国也是亚洲最大的风洞群,包括低速风洞群、高速风洞群和超高速风洞群,分别应用于不同的研究试验范围。
2.4米×2.4米的大型风洞,是亚洲最大的跨声速风洞。走进这个世界级的大风洞,只见一枚国产新型导弹模型正在接受严格的气动试验。站在现代化的测试大厅,聆听着滚滚风雷的咆哮,看着试验数据在大屏幕上不断跳动,记者的血液一下子沸腾起来。
风洞试验,简单讲就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中的各种复杂飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等武器研制、定型的“必由之路”。
在高速风洞研究所的陈列室里,一排排“长征”系列运载火箭,各种新型作战飞机,各种战略、战术导弹的模型,看得人眼花缭乱。研究所负责人告诉记者,空气动力学是航空、航天工业的基础学科。风洞试验作为它的主要研究手段,其水平高低与一个国家的尖端科技、尤其是国防军事实力的强弱紧密相关。
因此,世界发达国家都非常重视发展空气动力试验研究机构。据了解,德国在1907年就成立了“哥廷根空气动力试验院”,并在此后不惜巨资修建了一批低速、高速、超高速和特种风洞,在世界上率先研制出喷气式飞机、弹道导弹;美国于1915年就成立了国家空气动力研究机构。
新中国从零开始发展航空航天事业时,风洞成为制约技术发展的“瓶颈”。当发达国家拥有了高性能的飞机、导弹时,中国自己研制的飞机、设计的导弹只有花大量外汇,拿到别国的风洞去做试验,还要看别人的脸色行事。而今天,任何先进的导弹、飞机,都可以在中国自己的风洞里拿到出厂的“通行证”。仅去年,中心的高速风洞研究所就先后试验解决了数百个技术问题,吹风试验5次打破历史最高纪录。
风洞人告诉记者,这些先进装备都是从这里的风洞“吹”出去的。他们说,那还只是“当年勇”,此刻我们所在的2.4米×2.4米风洞,是1997年12月首次通气试验宣告建成的。在这座大型风洞里,任何导弹、战机的模拟状态都更加接近实际飞行,可获得更为准确的试验数据。目前,我军的新型导弹、战机,都将首先从这里起飞,去精确命中目标、去自由翱翔蓝天。
太空飞船首先在这里遨游“苍穹”
大大小小的“神舟”飞船返回舱模型在记者面前摆了一大片,数一数,足足有100多个。那边还放着今年5月刚刚发射升空的“海洋”一号和“风云”一号卫星模型。
这是在中心的超高速风洞研究所。在宽敞明亮的试验大厅里,该所负责人告诉记者,航天技术是大国地位和国防实力的展示,而所有的航天飞行器,包括“ 神舟”飞船及其逃逸塔、返回舱等,都先要在风洞里“遨游太空”。尤其是飞船返回舱,在返回地球的过程中要穿越大气层,受到摩擦产生的高温及风、雨、雷、电影响,因而不仅其外型设计要经过“吹风”,其防热材料的选择也需经过多次风洞试验。
记者看到,经过加工制作的“神舟”返回舱模型,被科研人员送进电弧风洞,进行“热环境烧蚀”模拟试验。洞内高达几千摄氏度的高温气流,将模型外壳的防热材料烧成了明显的“蜂窝”状。技术人员介绍说,返回舱外壳的防热材料不仅要耐高温,而且对其烧蚀后的形状、均匀度等都有苛刻的要求。为选择最佳材料,这里已反复进行了上千次的试验。
矗立在另一边的激波风洞和1.2米×1.2米风洞,也是完成飞船返回舱试验的 “功勋风洞”。激波风洞是国内最大的、可在短时间运行的脉冲型超高速气动力、气动热试验设备,能模拟6~16倍音速的高速飞行器飞行环境,为飞行器在太空中飞行的空气动力特性研究提供准确数据。在1.2米×1.2米风洞中,“神舟”飞船、返回舱、逃逸塔等大量模型经历了数千次的气动试验、获取了数万个技术参数。通过反复提取试验数据、多次修改设计方案,才迎来中华“神舟”飞天的辉煌一刻。
4月1日,记者曾在“神舟”飞船着陆场目击“神舟”三号返回舱着陆,亲眼看到悬挂返回舱的90多根伞绳依次排列,没有一点缠绕。现场的专家称,不仅返回舱外壳材料的烧蚀达到最佳状态,着陆姿态也达到了最佳状态,说明飞船的空气动力试验达到了很高水平。
可以预见,在不久的将来,从这洞中飞出的“神舟”四号、“神舟”五号… …也将在茫茫太空写下神奇的篇章。
跻身国民经济主战场
漫步大大小小的风洞群,记者的目光被一座8米×6米、长达237米的庞然大物所吸引———这就是亚洲尺寸最大的低速风洞。这条盘踞在大山沟里的“巨龙” ,曾荣登国家科技进步奖的金榜。我国的东方明珠电视塔、西安仿古塔、成都万人体育馆等著名高层建筑,就是从这里获得“准生证”的。
低速风洞研究所的负责人告诉记者,利用空气动力学研究手段,对高层建筑、复杂外形建筑及桥梁等的风载风振现象进行风洞模拟试验,可以为抗风、抗振设计提供可靠的依据。
据说,对建筑物的第一次“风动”警告来自30多年前的美国。1971年,由美国著名桥梁专家设计建造的第一座斜拉索桥在强台风中扭曲折断。
1979年,中心承接了对红水河铁路桥模型的风洞试验,揭开了我国民用建筑抗风研究第一页,风洞的应用范围自此由单一的军工产品,拓展到广阔的国民经济主战场。
在这里的试验大厅里,摆放着上海东方明珠电视塔、北京新首都机场候机楼、厦门海沧大桥等许多精巧漂亮的建筑模型。技术人员说,东方明珠塔在设计之初,就在低速风洞中进行了上千次模型吹风试验,并修改了设计。1994年8月,一场强台风袭击我国东南沿海地区,许多高层建筑在风中倒塌,而东方明珠塔却安然无恙。北京新首都机场楼经风洞试验后发现,大楼一侧出现负压,修改设计后才破土动工。厦门海沧大桥是厦门市有史以来建设的最大一座桥,中心对该桥的模型进行了全面气动试验,对设计提出明确修改意见,确保深受台风灾害之苦的厦门人民用上放心桥。
磁悬浮高速列车、新一代中型载货汽车也是从这里启程的。我国的解放牌和东风牌中型载货汽车,造型曾几十年不变,其气动阻力系数比国外同类汽车要高出20%,燃料消耗要多出10%。“八五”期间,东风汽车技术中心与空气动力研究中心合作攻关,经4年努力设计出了新车型,其气动阻力和耗油量指数分别接近和达到国际先进水平。
亚洲雄风笑迎新挑战
前些年,对于中国的空气动力研究成就,曾闹过一场颇具戏剧性的“国际误会”———当国际上确认中国已拥有相当水平的空气动力研究设施时,美国人一口咬定是苏联帮着干的,而俄罗斯人则坚信是美国暗中帮的忙。若干年后,他们才不得不承认,这是中国人自力更生创造的奇迹。
20世纪60年代,一群来自北京、沈阳、哈尔滨的知识精英,来到这片深山沟,开始了艰苦的创业。如今,这里已建起亚洲最大的风洞群,拥有低速、高速和超高速等各类风洞,具备各种飞机、导弹、卫星、运载火箭及太空飞船等航空航天飞行器的空气动力研究试验能力。世界著名空气动力学家、法国宇航院院长奥里维尔博士来此参观后感叹:“我确信,这是一项能使中国走向巨大成功的世界性成就!”
然而,中国风洞人丝毫没有自满。在空气动力中心的几天里,记者发现所有 “风洞人”都在紧张忙碌着。科研一线的技术人员介绍说,随着现代军事科技的飞速发展,各种新式武器装备迅速出台亮相,我们的风洞群已难以完全适应新装备发展的需要。因此,一场大规模的技术改造正在这里展开。
记者看到,某新型导弹在经过改进的风洞环境中,正进行新一轮的试验。它要经过风、雨、雷、电、火、沙等各种条件下的严格考验。
一座座风洞,一座座丰碑。近年来,空气动力研究中心靠人才建洞,在建洞中育人,培养出一大批年轻的高素质人才。在这里,记者时时能感受到拼搏者的自豪、奉献者的胸怀和开拓者的蓬勃朝气。
在世界航空航天领域,中国“风洞人”将闯出一片更加广阔的发展空间。
㈨ 中国第四代战斗机发明人是谁
还没有第四代战斗机,只有第三代。
这是将会在2015年生产的第四代战斗机的大概介绍。
中国空军J—14(歼—14)第四代战斗机图像,当然仅仅从外观上就可以知道其“奇怪”的特征。《汉和防务评论》曾经报道过,由近年来珠海航空展展出的中航第一集团录像可以看出,中国已经启动了第四代隐形战斗机的研制计划。至少两种不同气动外形的模型正在进行测试。有消息来源也强调目前在沈阳进行着下一代重型歼击机的初步研究。汉和分析认为,研制似乎依然停留在风洞试验阶段,是否已经制作了全尺寸模型有待观察。而在成都,既然J—10A的开发已经完成,在其基础上设计全新的单发隐形战斗机或者改良J—10的计划当然是存在的。
《汉和防务评论》认为,为研制下一代战斗机,中国依然存在两个重大难题需要攻关,首先是发动机,其次是雷达。
因此,汉和推测,中国的第四代战斗机所需要的发动机,尤其在试验阶段,可能还是需要与俄罗斯合作,甚至进口AL—31FN之后的改良型。
《汉和防务评论》称,他们了解的情况是,中国的战斗机机载有源相控阵雷达的研制工作刚刚立项。而且在无源机载相控阵雷达方面的研发还正在寻求与俄罗斯的合作。不过,俄罗斯方面认为,中国在机载机械式扫描雷达领域的进步非常快速,已经接近世界先进水平。因此,用于第四代战斗机的有源相控阵雷达研制,在已经积累了丰富经验的基础上,如果得到俄罗斯的技术支持,再用10年的时间,将会有重大收获。
最后从武器系统看,中国公开的两种隐形战斗机模型也设计了与美国F—22战斗机相似的内置式的弹舱,因此,下一代战斗机的设计上,美中俄在内置武器,提高隐形性能的构思上是一样的。目前公开的PL—12、SD—10空对空导弹的稳定翼、尾翼直径比早期的AIM—120A还要大,因此,为把PL—12安放到内置弹舱中,还需要像AIM—120C那样,对稳定翼进行重新设计,使其小型化。
卫星诱导炸弹将是下一代战斗机的必备对地攻击武器。俄罗斯为此也开发了GLONASS诱导炸弹,J—14使用的卫星诱导炸弹存在两个方向,一是选择俄式GLONASS系统,对此,俄是否愿意提供军用标准的GLONASS给中国将取决于当时双方的政治关系以及中国的作战对象。另一条道路是中国自主开发主动型北斗卫星定位系统,目前正在规划之中,据说存在9颗、11颗的布置方案。这样中国就有可能开发“北斗定位武器”。
《汉和防务评论》最后的结论是,“人们所关心的J—14战斗机已经起步,但是路途似乎依然遥远。”
中国第四代重型歼击机歼14“鹰隼”是一种全新的高性能、多用途、全天候的空中优势的战斗机。
飞机以重型、低成本为主导思想,以高性能、高生存力、高作战效能为设计目标,要求飞机有大推重比,非加力超音速巡航;具有中国特色的隐身性能;具有很高的敏捷性和失速机动性。
第四代歼击机有三大设计特点:一是最大限度地增加了作战飞机在超音速状态下飞行的时间;二是大量采用隐形材料和技术;三是飞机的起降性能得到很大改善,其灵活性将彻底改变人们对歼击机的现有观念。
1、总体布局
歼14“鹰隼”是单座双发、双V形垂尾翼、菱形进气道的纵向一体化三翼面的气动布局。主要技术采用前掠式机翼,翼身融合的隐身设计,武器装载在机身的武器舱和推力矢量控制技术。机体的36%由碳纤维复合材料制成,钛64约占24%,钛62222占3%,钢占16%,铝合金占16%,热塑性复合材料大于1%,其他材料(包括涂漆、座藏盖、机头雷达整流罩、轮胎、刹车片、密封材料、黏合剂、气体、润滑油和冷却剂等)占15%。传统的钢和铝合金占的比重很小,而大量使用了钛合金和复合材料,这有利于提高飞机的隐身性和耐热性,减轻机体重量,增大机体强度。飞机总长22米,翼展16.7米,机高5.05米,机翼面积65.6平方米,最大起飞重量31吨。整个飞机的气动控制面多达14个。
2、发动机
该机采用安装俄制2台АЛ-41Ф型(AL—41F)推力矢量发动机(推力196千牛),装有推力矢量喷口。АЛ-41Ф型(AL—41F)推力矢量发动机在超音速时的不开加力推力增大了100%,加力推力增大了50%,零部件减少了40%,可靠性、维修性和后勤保障性比AL-37FU提高了80%。歼14并不追求极速性能,它的最大飞行速度仅为2.2马赫,而最大的巡航速度已经达到1.6马赫。АЛ-41Ф型(AL—41F)推力矢量发动机的推力矢量可以为飞机提供俯仰控制,在战斗机进行滚转动作时,矢量喷管可以反向运动,提供反向推力。该系统与速度及攻角无关,可以单独操作。在低速和高攻角时,水平尾翼的控制效率会降低,矢量推力仍能大幅度增加飞机的俯仰控制。АЛ-41Ф型(AL—41F)推力矢量发动机凭借其强大的不开加力的推力,让歼15在不开加力的情况下以1.6马赫以上的速度进行巡航,这有助于增加作战半径、缩短前往目标空域的时间,也可以减少自身在敌人火力圈暴露的时间,有利于自身的安全。
歼14战斗机满足所谓“4S”标准,即超机动性、超音速巡航、超视距空战和隐身能力。 3、雷达及电子设备
雷达为装有俄制相控阵天线的X波段雷达,天线装于机翼根部前缘三角区。X波段相控阵雷达、“前扇区光学系统(OSF)以及“防御辅助子系统”(DASS)。X波段相控阵雷达具有对空、对地、对海不同的工作模式并具有地形跟随/回避能力,它能在跟踪高空超音速喷气机的同时,搜索低空的直升机目标。该雷达能在180—240公里的范围发现目标并具有多目标能力,在空空工作模式能同时跟踪24个目标,能同时锁定8个重要目标和同时攻击8个目标。歼15拥有世界上独一无二的绝招———在机尾后视雷达配合下向敌机后射空对空导弹。
OSF系统不仅能在昼间和夜间探测敌方目标,并能在一个宽扇区范围进行目标跟踪,而且能进行目标识别和测距;它能在100—150公里的范围发现目标,能在50—70公里的范围进行定位,在40公里进行精确测距并确定其中威胁最大的8个;同时它还能用于夜间导航即全球定位/惯性(GPS/INS)组合导航系统,也能提供有限的侦察能力和有限的地面目标指示/测距能力除常规设备外还装有4余度火控计算机,三轴增稳系统,小流量空中加油装置,1553B数据总线。借鉴歼-8IIACT飞机的自动驾仪飞行系统。
歼14驾驶舱也是高度现代化的,主要的显示器是宽角度平视显示器,可以提供水平30度、垂直25度的视野。
主要仪表板为4个彩色液晶多功能显示器和装在遮光罩下的一个综合操纵板。 4、武器 飞机基本作战状态为一台30mm
机炮150发炮弹,机腹武器舱内挂装4枚R-77PD中距空对空导弹,两侧武器舱各挂一枚PL-9近距格斗导弹和机翼有6个武器外挂点,载弹量大于8吨。在执行非隐身任务时,歼15也可以像第三代战斗机那样增加机翼外挂架挂载更多的武器及燃油。
R-77PD空空导弹采用了大量的新技术,具有“发射后不管”作战模式、多目标攻击能力、攻击大机动目标和隐形目标的能力以及良好的抗干扰能力。为保证飞机的隐身性能,导弹表面均喷涂隐身材料。
该机采用了不同于国外有中国特色的隐身设计,大大降低了飞机的RCS。歼14可携带各类远、中、近程空对空导弹,执行各种距离的空中打击任务,还可以攻击任何高度上的空中预警机和战略轰炸机。飞机机内共设6个油箱,载油10吨。采用双零穿盖弹射系统,可保证在整个飞行包线内的救生。同时借鉴K-8E飞机的可靠性、维修性设计经验进行全面的质量控制和管理。武备:
一台30mm机炮150发炮弹,机腹武器舱内挂装8枚R-77PD中距空对空导弹,两侧武器舱各挂一枚PL-9近距格斗导弹和6个外挂点 18,075 lb
弹药,包括空空导弹PL-9/R-77 AAMs,空地导弹 AGMs,500千克JDAM精确制导炸弹,火箭,副油箱和电子战舱
㈩ 什么是风洞试验,风洞到底是什么东东
风洞一般称之为风洞试验。简单地讲,就是依据运动的相对性原理,将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中,人为制造气流流过,以此模拟空中各种复杂的飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。简单的说,风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处,那是历史原因造成的。 发达国家如何发展空气动力学 空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视,不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。 美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程——“星球大战”计划中,就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。的确,如果不先在空气动力学上获得重大突破,这个将耗资1万亿美元的超级工程,很多关键技术将无法解决。紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中,也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。 前苏联在“十月革命”胜利后的第二年,列宁就下令组建了国家空气动力研究机构——中央流体动力研究院,并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基担任院长,这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。二次大战之前,斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。与美国相比,前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色,甚至在许多方面都领先于美国,它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。 英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家,然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截,于是两国重振旗鼓、奋起直追。在战后第二年,法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起,组建了国家空气动力研究机构,并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心,堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。曾经发明了世界上第一座风洞的英国人更是不甘落后,除了政府加强对空气动力学的领导规划之外,充分利用大学进行基础学科的研究。据有关资料透露,在英国的46所大学里,至少有30个以上高水平的空气动力研究试验室。 日本在战后受到限制的情况下,航空工业曾有过长达8年的空白。但在此期间,其基础研究——空气动力学则进展神速。仅60年代,就先后仿制出11种飞机,自行设计8种飞机。
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