国内几个大型风洞实验室资料

试验与评价技术计算机测量与控制．２０２２．３０（１）　犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾　　·２７３　·

收稿日期：２０２１０６０７；　修回日期：２０２１０７２０。作者简介：岳廷瑞（１９８３），男，四川南部县人，硕士，工程师，主要从事风洞测控技术及ＰＩＶ试验技术方向研究。通讯作者：李付华（１９８３），男，四川筠连县人，硕士，

工程师，主要从事风洞应变天平方向的研究。引用格式：岳廷瑞，李付华，张　鑫，等

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大型风洞ＰＩＶ试验的关键技术［Ｊ］．计算机测量与控制，２０２２，３０（１）：２７３２８１．文章编号：１６７１４５９８（２０２２）０１０２７３０９ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２２．０１．０４２ 中图分类号：ＴＰ３文献标识码：Ａ大型风洞犘犐犞试验的关键技术岳廷瑞，李付华，张　鑫，覃　晨，张　逊，肖亚琴（中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳　６２１０００）摘要：从粒子产生及投放技术、图像拼接技术、反光处理技术、时序调整技术、设备标定技术五个方面深入探讨了大型风洞ＰＩＶ试验的关键问题及处理方法；提出了在大型风洞试验中开展粒子投放，应选择经济实用的材料，研制足量可控且可持续供应的粒子发生装置，同时要在适当的位置进行投放；在进行大视场图像拼接时，应选择先分别计算再进行速度场结果进行拼接的方法，并在图像采集前做拼接标定，以获得拼接参数；在反光处理时，应根据实际情况选择最佳的反光处理方法，如选择移动相机的方法，应在图像处理时进行变形修正；在大型风洞中，应掌握快速高效的时序调整及设备标定方法，提高试验效率。关键词：ＰＩＶ；关键技术；大型风洞犓犲狔犜犲犮犺狀狅犾狅犵犻犲狊狅犳犘犐犞犜犲狊狋犻狀犔犪狉犵犲犠犻狀犱犜狌狀狀犲犾ＹＵＥＴｉｎｇｒｕｉ，ＬＩＦｕｈｕａ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ＱＩＮＣｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｕｎ，ＸＩＡＯＹａｑｉｎ（ＣｈｉｎａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐａｒｔｉｃａｌｉｍａｇｅｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ（ＰＩＶ）ｔｅｓｔｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｆｒｏｍｆｉｖｅａｓｐｅｃｔｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｌｉｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｍａｇｅｍｏｓａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｉｍｉｎｇａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｌａｕｎｃｈｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｅｌｅｃｔｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｓｕｐｐｌｙｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄｌａｕｎｃｈｐａｒｔｉｃｌｅｓａｔａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓ；Ａｓｓｔｉｔｃｈｉｎｇｌａｒｇｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗｉｍａｇｅｓ，ｗｅｓｈｏｕｌｄｃｈｏｏｓｅｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｓｅｐａｒａｔｅｌｙａｎｄｔｈｅｎｓｔｉｔｃｈｉｎｇｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄｄｏｓｔｉｔｃｈｉｎｇｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｔｏｏｂｔａｉｎｓｔｉｔｃｈｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；Ｉｎｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅｂｅｓｔｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎ．Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｖｉｎｇｃａｍｅｒａｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｉｎｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｍａｓｔｅｒｆａｓｔａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｉｍｉｎｇａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｅｓｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐａｒｔｉｃａｌｉｍａｇｅｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ（ＰＩＶ）；ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ０　引言粒子图像测速（ＰＩＶ）技术自２０世纪８０年代问世以来，经过近４０年的技术发展，在硬件设备、系统集成和软件算法上取得了大量重要的进步，其成熟的测量技术被国内外研究人员广泛认可并应用到以流体力学为代表的大量研究领域。在小尺度研究型风洞，大量科研人员采用二维ＰＩＶ技术、三维层析ＰＩＶ等技术，深入探索了流动现象，揭示了流动机制，从而催生了一大批创新成果。相比于小尺度研究型风洞，大型风洞的ＰＩＶ试验相对较少。而开展大型风洞ＰＩＶ试验对于在高雷诺数下摸清大型飞行器流场演化规律、考核飞行器布局优化性能，推动优化及流动控制技术工程应用具有重要意义。在国外，美国ＮＡＳＡ国家全尺寸风洞（ＮＦＡＣ）中部署了低频ＰＩＶ系统［１］，试验段尺寸为１２ｍ×２４ｍ　投稿网址：ｗｗｗ．ｊｓｊｃｌｙｋｚ．ｃｏｍCopyright©博看网 . All Rights Reserved. 计算机测量与控制　第３０卷·２７４　·表１　国内外主要大型风洞ＰＩＶ应用情况序号国家／机构风洞（尺寸）ＰＩＶ设备视场大小粒子材料／装置投放位置１德荷ＤＮＷＬＬＦ（６～９ｍ）、ＬＳＴ、ＮＷＢ（３ｍ）低频系统（１０Ｈｚ）０．４ｍ×０．４ｍ橄榄油稳定段中２美国ＮＡＳＡＮＦＡＣ（１２ｍ×２４ｍ）低频系统（１５Ｈｚ）２．４ｍ×１．２ｍ矿物油稳定段中３美国ＮＡＳＡ３．７ｍ压力风洞、２．７ｍ×２．１ｍ、３．４ｍ×３．４ｍ风洞低频系统矿物油试验段后方４欧洲ＥＴＷ２．４ｍ×２ｍ风洞低频系统（１５Ｈｚ）水模型支撑立柱上５日本ＪＡＸＡＬＰＴ１（６ｍ量级）低频系统（８Ｈｚ）０．５ｍ×０．４ｍＤＥＨＳ试验段后方６吉林大学４ｍ×２．２ｍ汽车风洞舞台发烟器７中国辐射防护研究院１．５ｍ×１ｍ风洞低频系统０．１８ｍ×０．１８ｍＳＰＴ烟雾发生器试验段前８航天气动院１．２ｍ×１．２ｍ风洞、１．５ｍ×１．９５ｍ风洞等低频系统（８Ｈｚ）０．７ｍ×０．３ｍＴｉＯ２、ＸＱ１２００烟雾发生器试验段前９气动中心８ｍ、５ｍ、３ｍ量级等多座风洞低频系统（２Ｈｚ）最大２ｍ×２ｍ乙二醇、ＤＥＨＳ等试验段前、试验段后×２４ｍ，激光器单脉冲能量３５０ｍＪ，测量频率１５Ｈｚ，相机分辨率１１００万。ＮＡＳＡ３．７ｍ压力风洞、３．４ｍ×３．４ｍ跨声速风洞、２．７ｍ×２．１ｍ超声速风洞均部署了低频ＰＩＶ系统［２４］。德荷风洞（ＤＮＷ）的ＬＬＦ（８米量级）和ＬＳＴ、ＮＷＢ（３米量级）风洞，均部署了低频ＰＩＶ系统［５７］，激光器单脉冲能量６００ｍＪ，测量频率１０Ｈｚ，相机分辨率１００万。日本ＪＡＸＡ的ＬＰＴ１风洞（６米量级）中部署了低频ＰＩＶ系统，激光器单脉冲能量１Ｊ，测量频率８Ｈｚ，相机分辨率１２０万。欧洲ＥＴＷ跨声速风洞试验段尺寸２．４ｍ×２．０ｍ也配置了ＰＩＶ系统［８］。总的来说，国外ＰＩＶ技术发展较早，从２０世纪９０年代就开始从小型研究型设备进入到生产型风洞。相比于国外，国内大型风洞ＰＩＶ试验起步较晚。文献［９］将ＰＩＶ试验应用到汽车风洞中测量汽车周围流场流动状况。文献［１０］在中国航天气动院ＦＤ－１２亚跨超声速风洞开展了超临界翼型小肋减阻的试验验证。文献［１１１２］在环境风洞中应用了ＰＩＶ系统。文献［１３１４］在中国空气动力研究与发展中心（以下简称气动中心）低速风洞中开展了相关ＰＩＶ流场测量试验研究，文献［１５］在气动中心８ｍ×６ｍ风洞中开展了列车模型流场测量试验。文献［１６］对小展弦比飞翼标模在２．４米跨声速风洞中开展了ＰＩＶ试验。文献［１７］在跨超声速暂冲式风洞中开展了ＰＩＶ试验。表１列出了国内外主要大型风洞ＰＩＶ应用情况。尽管国内外在大型风洞开展了一些ＰＩＶ试验，但大多只是针对具体实验给出了实验方法和结果，对于大型风洞ＰＩＶ试验的细节及关键问题介绍较少。本文梳理了大型风洞ＰＩＶ试验常见的关键问题，提出了相应的解决措施，并列举了典型试验结果。１　大型风洞犘犐犞试验常见的问题１）粒子产生及投放问题。区别于小尺度研究型风洞ＰＩＶ试验，大型风洞测量面积大，在试验时需要大量可持续的示踪粒子，这就给合适的粒子材料选择、流量及浓度的控制、投放位置及方式带来了极大的难度。２）图像拼接问题。在大型风洞试验中，经常需要拍摄较大的视场范围，比如大于１ｍ×１ｍ的大视场，一般一个相机的视场和分辨率不能满足要求，就需要进行多视场的拼接。３）反光处理问题。在大风洞中，试验模型往往是金属模型，加之测量面积大、激光能量强，片光打到模型表面的反光也就更强烈，反光不仅影响近壁面的测量，而且还会影响周围区域的测量效果。４）时序调整问题。在大型风洞中，安装的设备往往离测量岗位较远，有时还会安装在高处，调整极不方便，如何快速有效的调整时序也是一个关键的难　投稿网址：ｗｗｗ．ｊｓｊｃｌｙｋｚ．ｃｏｍCopyright©博看网 . All Rights Reserved.第１期岳廷瑞，等：大型风洞ＰＩＶ试验的关键技术·２７５　·点问题。５）设备标定问题。设备标定的准确与否会直接影响测量结果数据的好坏，与时序调整一样，大型风洞与实验室条件完全不同，更需要快速有效的标定方法，以提高试验效率。 计算机测量与控制　第３０卷·２７６　·体流量来实现控制。３）投放位置及方式的确定。由于在早期修建风洞时，相关流场测量技术还不成熟，又或修建者更关注风洞结构本身的性能，因此并未考虑在风洞结构上安装粒子投放装置，比如在上游蜂窝器、阻尼网或导流片上安装喷嘴阵列来实现粒子的均匀投放。所以目前主要的粒子投放方式都是在风洞内架设排管架，其上布置小孔或喷嘴阵列。在直流式风洞中，排管架应放置在流场上游尽量少干扰流场的位置，比如蜂窝器、阻尼网之前，如果有负压进气口，可以考虑从进气口吸入，最后考虑放置在试验段上游或试验模型之前。在回流式风洞中，发生器粒子量足够的情况下，应尽量从下游投放，通过气流循环后再到达试验段时粒子会比较均匀，此时可以不用排管架。３　图像拼接技术拼接主要有两种方式，一是粒子图像直接拼接，然后进行速度场的计算，二是首先分别进行速度场的计算，然后进行速度场结果的拼接。

Φ120mm高超声速静风洞院系：工学院

基本信息仪器编号201201132所属实验室力学与空天技术系

Φ120mm高超声速静风洞制造商国别中国制造厂商北京大学型号1经费来源科研专款或基金单价430.00万元购置日期2011年12月责任教授李存标存放地点工学院技术指标及功能简介Mach 6，喷管出口直径120mm，风洞噪音为千分之一，流场均匀性达到万分之五，可以模拟高超飞行器真实飞行噪音环境。吹吸式，需要对来流气体进行加热，最高总压3MPa，最高总温500K，有效工作时间30s。北京大学Φ120mm高超声速静风洞是国内首座、世界第三座高超声速静风洞，可以模拟高超声速飞行器真实飞行噪音环境。也具有表面压力分布测量、PIV测试等能力。同时，实验室也发展了可应用于高超声速风洞的流动显示技术，可以清晰地观测到高超声速流动结构，进行全流场的流动显示。

相关科研信息主要研究方向可以开展高超声速边界层转捩，湍流，激波边界层干扰等空气动力学试验研究在研或曾承担重大项目1项奖项专利—人才培养博士5名

学术论文—

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风洞实验报告（三）

实验简介

本次试验主要为采用风洞测机翼升力系数、阻力系数及失速迎角。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。 超过临界迎角（攻角）后，翼型上表面边界层将发生严重的分离，升力急剧下降而不能保持正常飞行的现象，叫失速。飞机失速的原因是机翼在大迎角下出现了气流分离．而左右两翼因种种原因(如侧滑、或构造有微小的不对称)．气流分离并不对称。

背景介绍

1. 风洞实验段速度和压力测定

风洞试验中，试验段的来流速度是一基本流动参数，必须给出。开口风洞中，一般用风洞出口截面中心位置处的流速指示来流速度。根据不可压缩伯努利方程：

0221PVP （1）

pkV2 （2）

其中：Δp为皮托管测得的总压0p与静压p之差，为风洞实验段动压。可以由排管压力计读出，k为皮托管标定系数，ρ为工况下气体密度。由此可以得出风洞实验段的工作压力和速度。

2. 翼型低速压强分布测量试验

实验风速固定、迎角不变时，翼面上第i点的压差为

sin)(IiiiLLgKppp酒，(i=0;1,2,3,……) （1）

气流的动压为， sin)(212IIIaLLgKVq酒 （2）

a、酒分别为空气密度和压力计工作液酒精密度。

于是，翼面上第i点的压强系数为

IIIIiiiLLLLqpp （3）

表1：NACA0012翼型测压孔位置参数

测压孔数目 0 1 2 3 4 5 6 7 8

x位置（mm） 0 5 10 15 20 30 40 50 60

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精彩文档

汽车试验学：

国内外汽车风洞

发展现状

学校：华南农业大学

学院：工程学院

班级：11级车辆一班

姓名：***

学号：************

指导老师：***

实用标准文案

精彩文档 国内外汽车风洞发展现状

摘要：本文首先对汽车风洞作简要介绍，了解风洞的主要特点，同时分别讲述介绍了国内外的汽车车风洞试验现状，分析了近期国内外汽车行业对风洞试验的研究方向和主要技术，并就分别列举了国内外汽车风洞的发展历史。最后作一发展总结。

关键词：汽车风洞、国内外风洞、风洞发展

1 引言

“汽车风洞”最开始的时候其实不是用来测试汽车，而是用来测试飞机、研究飞机的气动性能的。实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。这种方法，流动条件容易控制，可重复地、经济地取得实验数据。为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。

且外，汽车空气动力学在汽车开发中的重要作用，促进了汽车风洞及其试验技术的快速发展。汽车的空气动力学特性，可以通过对汽车外形的改变而提高。在汽车设计生产过程中，汽车外形一般在开始生产制造之前就被冻结，这时再进行汽车空气动力学研究，很难对外形进行修改和改进。为了在设计初期就可以开展汽车空气动力学研究，需要制作一种可以修改的模型，并且能够进行汽车空气动力学试验。汽车油泥模型，就是在汽车外形评价和汽车风洞试验需要的基础上发展起来的模型。制作好的油泥模型需要一个汽车不行驶就可以完成汽车空气动力学研究的试验环境，汽车风洞正好可以满足这一要求。 实用标准文案

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2 汽车风洞的特点

汽车空气动力学的研究，得益于航空空气动力学的发展。最开始的时候，人们并没有意识到空气对汽车的影响。随着航空和船舶行业的发展，人们渐渐将流体力学的理论应用到这些领域之中。而汽车作为一种类似的交通工具,是否也需要同样的理论呢？在不断探索与研究过程中，人们给予了肯定的回答，从而推动了一门新的专业——汽车空气动力学的诞生和发展。直到现在，一些从事航空空气动力学的学者，也进行过汽车空气动力学的研究工作。但是汽车空气动力学又是一门不同于航空空气动力学的学科，很多专门从事汽车工程研究的学者为汽车空气动力学的发展做出了重要的贡献。