摘要 - 风洞 (WT) 是一种人工产生相对于静止物体的气流并测量空气动力和压力分布的装置,模拟实际情况,其重要方面是准确模拟流体流动的全部复杂性。本研究的目的是设计一个小型、开路(也称为埃菲尔型)和亚音速(低速)风洞 (WT) 的三维几何形状,能够展示或充当航空力学研究的重要工具。该项目和制造本身是一项繁重的任务,其焦点/中心主题是描绘/描述风洞组件,例如测试部分、收缩锥、扩散器、驱动系统和沉降室。本文还描述了 WT 的历史、类型、重要性和应用,旨在作为解剖/详细分析。引用了大量有关 CFD(计算流体动力学)的信息,这是一门研究如何通过求解数学方程来预测流体流动、传热、化学反应和其他现象的科学,并将其与湍流模型结合使用,以获得正确和理想的 Open WT,并验证流体流动的性能。通过分析风洞中的速度分布模式、压力分布和流体湍流强度来进行 CFD。CFD 可以洞察使用流量台架测试无法捕捉到的微小流动细节。还讨论了所采用的设计、预示流体流动的数学、遵循的指导方针、获得的结果和进一步的范围。
本文研究了改造后的加州理工大学 3 x 4 英尺亚音速风洞的流动特性。使用 IFA 300 恒温风速计和横平面 X 线双传感器探头测量了隧道流的平均速度和湍流强度以及隧道某一截面的部分湍流边界层。由于 IFA 300 的一个通道出现故障,因此只校准了双传感器探头的一根线进行测量。然后将探头放置在安装在风洞内横梁上的流线型探头支架中。发现湍流边界层厚度为 6 英寸。调查发现,所调查隧道段的流动均匀性是可以接受的,最大速度偏差为 2.5%,并且发现隧道段绝大部分的湍流强度小于 0.5%。然而,在隧道顶部中心发现了一个湍流强度较高的区域(≈ 2.5%),这需要进一步检查。
循环研究表明,提高发动机压力比和循环温度有利于减轻发动机重量并提高商用涡轮发动机的性能。NASA 正在与业界合作,确定先进发动机的技术要求和发动机技术,以实现 NASA 先进亚音速技术计划的目标。随着发动机运行条件越来越恶劣,客户要求降低运行成本,NASA 和发动机制造商正在研究提高发动机效率和降低运行成本的方法。目前正在研究多种新技术,以使下一代发动机能够在更高的压力和温度下运行。提高密封性能(在更苛刻的条件下运行时减少泄漏并延长使用寿命)将在实现降低单位燃料消耗和最终降低直接运行成本的总体计划目标方面发挥重要作用。本文概述了先进亚音速技术计划的目标,讨论了先进密封件开发的动机,并强调了满足未来发动机性能目标的密封技术要求。
民用超音速飞机运载乘客和货物的速度比传统亚音速客机快得多。尽管早期商用超音速飞机(欧洲协和式飞机和俄罗斯 TU-144)于 2003 年停飞,但美国对民用超音速飞行的兴趣正在复苏。这种兴趣部分源于过去四十年材料、推进、飞行控制技术、分析方法和性能预测方面的进步,这些进步大大提高了设计、测试和运行盈利、高效、安全、可靠的超音速民用飞机的期望(Nicolai 和 Carichner 2010;McIsaac 和 Langton 2011)。尽管预期技术会有所进步,但这种飞行方式的物理现实是,超音速飞机仍然可能比亚音速飞机对环境产生更大的影响(就噪音和排放而言),并且可能会超过现行亚音速法规规定的噪音和排放限值。
民用超音速飞机运载乘客和货物的速度比传统亚音速客机快得多。尽管早期商用超音速飞机(欧洲协和式飞机和俄罗斯 TU-144)于 2003 年停飞,但美国对民用超音速飞行的兴趣正在复苏。这种兴趣部分归因于过去四十年材料、推进、飞行控制技术、分析方法和性能预测方面的进步,这些进步大大提高了设计、测试和运行盈利、高效、安全、可靠的超音速民用飞机的期望(Nicolai 和 Carichner 2010;McIsaac 和 Langton 2011)。尽管预期技术会有所进步,但这种飞行方式的物理现实是,超音速飞机仍然可能比亚音速飞机对环境产生更大的影响(就噪音和排放而言),并且可能会超过现行亚音速法规规定的噪音和排放限制。
民用超音速飞机运载乘客和货物的速度比传统亚音速客机快得多。尽管早期商用超音速飞机(欧洲协和式飞机和俄罗斯 TU-144)于 2003 年停飞,但美国对民用超音速飞行的兴趣正在复苏。这种兴趣部分源于过去四十年材料、推进、飞行控制技术、分析方法和性能预测方面的进步,这些进步大大提高了设计、测试和运行盈利、高效、安全、可靠的超音速民用飞机的期望(Nicolai 和 Carichner 2010;McIsaac 和 Langton 2011)。尽管预期技术会有所进步,但这种飞行方式的物理现实是,超音速飞机仍然可能比亚音速飞机对环境产生更大的影响(就噪音和排放而言),并且可能会超过现行亚音速法规规定的噪音和排放限值。
民用超音速飞机运载乘客和货物的速度比传统亚音速客机快得多。尽管早期商用超音速飞机(欧洲协和式飞机和俄罗斯 TU-144)于 2003 年停飞,但美国对民用超音速飞行的兴趣正在复苏。这种兴趣部分源于过去四十年材料、推进、飞行控制技术、分析方法和性能预测方面的进步,这些进步大大提高了设计、测试和运行盈利、高效、安全、可靠的超音速民用飞机的期望(Nicolai 和 Carichner 2010;McIsaac 和 Langton 2011)。尽管预期技术会有所进步,但这种飞行方式的物理现实是,超音速飞机仍然可能比亚音速飞机对环境产生更大的影响(就噪音和排放而言),并且可能会超过现行亚音速法规规定的噪音和排放限值。
民用超音速飞机运载乘客和货物的速度比传统亚音速客机快得多。尽管早期商用超音速飞机(欧洲协和式飞机和俄罗斯 TU-144)于 2003 年停飞,但美国对民用超音速飞行的兴趣正在复苏。这种兴趣部分源于过去四十年材料、推进、飞行控制技术、分析方法和性能预测方面的进步,这些进步大大提高了设计、测试和运行盈利、高效、安全、可靠的超音速民用飞机的期望(Nicolai 和 Carichner 2010;McIsaac 和 Langton 2011)。尽管预期技术会有所进步,但这种飞行方式的物理现实是,超音速飞机仍然可能比亚音速飞机对环境产生更大的影响(就噪音和排放而言),并且可能会超过现行亚音速法规规定的噪音和排放限值。
研究了湍流引起的亚音速、超音速和高超音速边界层的气动光学畸变特性。使用了四个边界层的直接数值模拟 (DNS) 数据,这些边界层的标称马赫数范围从 0.5 到 8。亚音速和超音速边界层的 DNS 数据是平板流。两个高超音速边界层均来自入口条件为 8 马赫的流动,其中一个是平板流,另一个是尖锥上的边界层。这些数据集中的密度场被转换为折射率场,这些折射率场沿预期的光束路径积分,以确定光束穿过湍流场的折射时将经历的有效光程长度。然后,通过考虑与体边界层效应相关的平均路径长度和倾斜问题,确定光程差 ( ) 的分布。将 的均方根与现有模型进行比较。发现从亚音速和超音速数据确定的 值与现有模型非常匹配。可以预料的是,由于在模型推导过程中做出了强雷诺类比等假设,高超音速数据匹配得并不好。到目前为止,该模型从未与本文中包含的马赫数如此之高的流动或流过尖锥几何的流动进行比较。