知乎日報:進行風洞實驗的投入有多大?

  正好在一個風洞試驗單位工作,就説兩句了。建造風洞最難的地方在於實現指標和達到流場質量的要求。

   1 指標實現。普通風洞的指標主要指的是風速,如低速風洞一般要求 80~100m/s 的樣子,模擬起降,高速風洞則能達馬赫數 2.0,模擬巡航。風洞越大,風速越高,所需氣流也越多,對風扇系統或者氣源系統的要求也就越高。而一些特殊風洞的指標還包括一些功能的實現,如超高速風洞要求風速達到 4~7 倍聲速甚至更高,結冰風洞要求温度能到零下四十度甚至更低,增壓風洞需要增壓到數倍大氣壓,聲學風洞則需要低背景噪聲和無反射條件等。通常來説,普通的風洞其技術指標是較容易實現的,而特殊風洞的指標實現通常有較大的技術難度。國內前些年這些特殊風洞稀缺,近年來逐漸開始建設,也是受益於各方面技術的進步。 2 流場質量。風洞模擬飛機的來流狀態,要求氣流接近均勻來流,對氣流的方向性、湍流度、壓力分佈等均有着嚴格要求和國家標準。流場質量不好,風洞試驗的精度、準度以及可重複性都會有問題。風洞氣流的驅動方式通常有兩種,一種是靠風扇,常用於低速風洞和連續式高速風洞。一種是高壓氣罐中的壓縮氣體,常用於各類高速風洞,又稱暫衝式風洞。不管是那種驅動方式,氣流都是雜亂的,含有不同尺度的渦以及湍流等,氣流的均勻性很差。為了得到均勻性好的氣流,就需要採用各種手段來改善氣流,通常有導流片、蜂窩器、阻尼網等。這類措施在改善氣流的同時,也會增大阻力,增大風扇功率或氣源需求。因此,如何提高風洞的流場質量是風洞建設的另一個難點。風洞的流場質量不達標,是不能通過驗收的,更不能承接風洞試驗。

  關於風洞試驗投入,對於飛機的設計來説,前期設計階段中的一筆大開銷,就是風洞試驗。不同類型的飛機,其風洞試驗需求也不一樣。比如説,小型單人或雙人飛機,試驗量不大,總共有幾百個小時的風洞試驗就夠了。對於一些技術複雜的飛機,像 B-2、F-22 這種,試驗量就非常大了。記得之前聽人説過,F-22 的風洞試驗時間達 1.2 萬小時。至於費用,不同類型風洞試驗的收費天差地別。有些特殊的試驗通常一個試驗狀態也就一兩分鐘,但這一個狀態的費用,嘿嘿,能嚇大家一跳。細的不能多説,反正飛機的風洞試驗費用是非常大的。

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