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风洞试验

王朝百科·作者佚名  2010-04-04  
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简介在流体力学和昆虫化学生态学方面两个相同的名词。它们都叫做“风洞实验”。

可以指飞行器(包括飞机)的流体力学设计实验;而昆虫上则是在一个有流通空气的矩形空间中,观察活体虫子对气味物质的行为反应。

分类和原理空气动力学实验分实物实验和模型实验两大类 。实物实验如飞机飞行实验和导弹实弹发射实验等,不会发生模型和环境等模拟失真问题,一直是鉴定飞行器气动性能和校准其他实验结果的最终手段,这类实验的费用昂贵,条件也难控制,而且不可能在产品研制的初始阶段进行,故空气动力学实验一般多指模型实验。空气动力学实验按空气(或其他气体)与模型(或实物)产生相对运动的方式不同可分为3类:①空气运动,模型不动,如风洞实验 。②空气静止,物体或模型运动,如飞行实验、模型自由飞实验(有动力或无动力飞行器模型在空气中飞行而进行实验)、火箭橇实验(用火箭推进的在轨道上高速行驶的滑车携带模型进行实验)、旋臂实验(旋臂机携带模型旋转而进行实验)等。③空气和模型都运动,如风洞自由飞实验(相对风洞气流投射模型而进行实验)、尾旋实验(在尾旋风洞上升气流中投入模型,并使其进入尾旋状态而进行实验)等。进行模型实验时,应保证模型流场与真实流场之间的相似,即除保证模型与实物几何相似以外,还应使两个流场有关的相似准数,如雷诺数、马赫数、普朗特数等对应相等(见流体力学相似准数)。实际上,在一般模型实验(如风洞实验)条件下,很难保证这些相似准数全部相等,只能根据具体情况使主要相似准数相等或达到自准范围。例如涉及粘性或阻力的实验应使雷诺数相等;对于可压缩流动的实验,必须保证马赫数相等,等等。应该满足而未能满足相似准数相等而导致的实验误差,有时也可通过数据修正予以消除,如雷诺数修正。洞壁和模型支架对流场的干扰也应修正。空气动力学实验主要测量气流参数,观测流动现象和状态,测定作用在模型上的气动力等。实验结果一般都整理成无量纲的相似准数,以便从模型推广到实物。

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

昆虫化学生态学的风洞实验近年来风洞技术已成为昆虫性信息素研究中不可缺少的实验手段。它用于监测粗提物和分离馏分的生物活性,判断鉴定出来的性信息素组分是否完整。一般来说,风洞实验的结果是非常接近于田间情况的;利用风洞实验可以模拟昆虫的田间飞翔能力,其中最重要的一项研究是测量昆虫的飞行周期和飞行的持久性;利用风洞实验还可以研究性信息素浓度对昆虫飞行行为的影响。

 
 
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