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南华早报报道,《空气动力学报》最新一期上,绵阳气动院的吴君强(音译)高工撰文指出,2007年以来,中国狂建18座新的风洞,其中8米以上的风洞就有4个,而美欧最大风洞不超过5米。相比之下,美国类似风洞有11个,欧洲7个,中国正好“通吃”美欧。
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风洞的作用不用多说,风洞也是越大越好。再先进的风洞设计都有壁面效应,气流与壁面发生交互作用,靠近避免的流场必然发生畸变,引起数据失真。一般用相似性原理,假定缩比模型的风洞数据可以放大到全尺寸自由飞的飞机,但这是有条件的。在速度较低,姿态平稳的飞行状态,这样的放大问题不大。但速度接近音速、处于相对激烈的机动飞行时,各种局部现象与飞行体的尺度高度相关,放大就不大精确了。
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比如说,机翼与机体的结合部的气流情况较复杂,翼下发动机短舱和翼尖附近也是一样,当然还有尾翼。在横滚与偏航复合动作时,两侧的气流不对称,同样与部件尺度有关。
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尺度的影响是空气粘性导致的。粘性对飞行体表面附近的气流带来摩擦和湍流,距离越近、相对速度越大影响越大,空气湿度、密度(由于高度的变化)等也有影响。这是空气的本质现象,没法回避,越是接近音速,问题越大。
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这只是气动方面,还有振动特性、气动噪声特性等。振动特性是直接与尺寸相关的,先进航空制造像汽车一样,越来越倾向于大件。复材既是好消息,又是坏消息。复材可以通过编织和堆叠“剪裁”机械和气动性能,但结果经常超过理论和经验公式的范围,只有实测,大尺寸风洞是必须的。3 Y& K) s) e- x7 H) @; }
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还有除冰特性。机翼前缘结冰是重大安全危害,但结冰不是沿前缘均匀分布的,而是与局部的气流流速、温度、压力、雷诺数等密切相关。除冰能力过度是浪费,不足的影响飞行安全。9 H; S3 @: k) d1 _
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中国早就有完整的军用风洞群,但那主要集中在相对小尺寸、跨音速到超音速范围,与民航客机需要的大尺寸高亚音速风洞不一样。中国的新风洞群填补了这一空缺,也为中国进一步民机发展打下了坚实的基础。
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0 L$ o* ^% y* i% C9 ~3 o! q8 a新风洞群自然在C919上初试牛刀,其结果是C919的机舱比波音737、空客A320更加宽敞,但阻力更小,油耗比波音和空客的同样降低10%;巡航噪声只有60分贝,相当于大声说话的声音,波音737是80分贝,相当于重卡驶过的噪声。
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中国还将用新的风洞群测试各种新型设计,包括无尾飞翼、翼身融合体,大量的气动和飞控问题有待研究。
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还记得中国高超音速风洞的贡献吗?中国的大型风洞群也来了,大飞机真的要起飞了。 |
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