回流式风洞的制作方法

1.本实用新型涉及一种风洞，具体涉及一种回流式风洞。


背景技术：

2.风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状的实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。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、风能利用等领域更是不可或缺的。这种实验方法，流动条件容易控制。实验时，常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风，通过测控仪器和设备取得实验数据。
3.风洞分为直流式和回流式，直流式大部应用于正常环境条件的风洞试验，对于结冰风洞来说，直流式实现在可能性不大；回流式风洞特点是，在一个封闭的环形风道中，风能重复利用，为模拟各种条件提供有利条件。但现有的回流式风洞只能做负压试验，无法满足一些特殊工况需求，如正压试验。因此，需对现有的回流式风洞进行改进，使其可以做正压试验。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是克服现有的回流式风洞无法做正压试验的缺陷，提供一种回流式风洞。
5.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.本实用新型提供了一种回流式风洞，包括依次连接并构成封闭回路的动力段、第一扩散段和试验段，所述第一扩散段的出风口与所述动力段的进风口连通，所述第一扩散段的进风口与所述试验段的出风口连通，所述回流式风洞还包括补气装置，所述第一扩散段上设有补气接口，所述补气装置的出气口通过补气管路与所述补气接口连通。
7.在本方案中，通过在回流式风洞的试验段与动力段之间的第一扩散段上设置补气接口，通过补气装置向第一扩散段内补充气体以增加回流式风洞内的压强，可以满足特殊工况下需要正压的试验需求。将补气接口设置在试验段与动力段之间的第一扩散段上，避免了对试验段内的气体流场以及动力段中的风机性能造成影响，进而避免了对风洞内的试验件的试验效果产生不良影响。
8.较佳地，所述回流式风洞还包括依次连通的第二扩散段、稳定段和收缩段，所述第二扩散段的进风口与所述动力段的出风口连通，所述收缩段的出风口与所述试验段的进风口连通。
9.在本方案中，通过在动力段的出风口设置依次连通的第二扩散段、稳定段和收缩段，使得从动力段内流出的气流可以稳定的进入试验段内，保证了对试验段内试验的试验件的正常测试。
10.较佳地，所述回流式风洞还包括换热段，所述换热段设于所述第二扩散段和稳定段之间；
11.所述换热段内设有换热设备，所述换热设备用于将流经所述换热段内的气流的热负荷带走以降低气流的温度。
12.在本方案中，通过设置换热段降低进入试验段内气流的温度，可以模拟低温条件下的试验件的性能。
13.较佳地，所述回流式风洞还包括喷雾装置，所述喷雾装置设于所述稳定段内，所述喷雾装置用于将水喷射进入所述稳定段内形成水雾。
14.在本方案中，通过设置喷雾装置在稳定段内形成水雾，经过换热设备冷却的低温气流将雾化后的水雾吹入试验段内，可以根据需求模拟试验件测试需要的云雾场环境、过冷大液滴环境以及结冰环境等工况，增加了该回流式风洞的使用场景。
15.较佳地，所述回流式风洞还包括抽真空系统，所述抽真空系统的抽吸管道设置在所述换热段，所述抽真空系统用于将所述回流式风洞内多余的气体排出以降低所述试验段内的气压。
16.在本方案中，通过设置抽真空系统，可以对该回流式风洞进行低气压模拟与维持工作。
17.较佳地，所述回流式风洞还包括第一连接拐角和第二连接拐角，所述第一连接拐角设于所述试验段和所述第一扩散段之间，所述第二连接拐角设于所述第一扩散段和所述动力段之间。
18.在本方案中，通过在第一扩散段的两端设置连接拐角，避免试验段与动力段的流体通道在一条直线上，进而避免从试验段内流出的高压气流无阻碍的进入动力段内影响动力段内设备的性能。
19.较佳地，所述回流式风洞还包括第三连接拐角和第四连接拐角，所述第三连接拐角设于所述第二扩散段和所述换热段之间，所述第四连接拐角设于所述换热段和所述稳定段之间。
20.在本方案中，通过在换热段的两端设置连接拐角，避免了从第二扩散段流出的气流对换热段内的设备产生冲击，以及从换热段内流出的气流对稳定段内的设备产生冲击，影响设备的正常运行。
21.较佳地，所述试验段可拆卸设置于所述收缩段和所述第一扩散段之间。
22.在本方案中，将试验段可拆卸设置，可以根据使用需求更换不同规格的试验段，增加该回流式风洞的使用范围和利用率。
23.较佳地，所述试验段和所述第一扩散段之间还设有过渡段，所述过渡段的进风口与所述收缩段的出风口具有相同的轴线，所述过渡段的进风口与所述收缩段的出风口均设有快接安装部，所述试验段的两端均设有与所述快接安装部相适配的配合安装部。
24.在本方案中，采用上述结构形式，可以快速完成试验段的更换，提高试验段的更换效率。
25.较佳地，所述动力段的下方设有独立设置的支撑基础，所述动力段安装在所述支撑基础上。
26.在本方案中，由于动力段内的电机及风扇系统旋转会产生较大的振动，在动力段
下方设置独立的支撑基础，防止动力段内的设备振动通过地面基础传递到该回流式风洞的其他部段及基础上影响风洞的使用效果。
27.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实施例。
28.本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型通过在回流式风洞的试验段与动力段之间的第一扩散段上设置补气接口，通过补气装置向第一扩散段内补充气体以增加回流式风洞内的压强，可以满足特殊工况下需要正压的试验需求。将补气接口设置在试验段与动力段之间的第一扩散段上，避免了对试验段内的气体流场以及动力段中的风机性能造成影响，进而避免了对风洞内的试验件的试验效果产生不良影响。
附图说明
29.图1为本实用新型较佳实施例中回流式风洞的结构示意图。
30.图2为本实用新型较佳实施例中回流式风洞的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.动力段1
33.试验段2
34.第一扩散段3
35.补气接口301
36.第二扩散段4
37.换热段
38.换热设备501
39.稳定段6
40.收缩段7
41.过渡段8
42.更换扩散段9
43.支撑基础10
44.补气装置11
45.更换试验段20
46.更换等直段90
47.第一连接拐角100
48.第二连接拐角200
49.第三连接拐角300
50.第四连接拐角400
具体实施方式
51.下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在该实施例范围之中。
52.如图1-2所示，为本实施例公开的一种回流式风洞，包括依次连接并构成封闭回路的动力段1、第一扩散段3和试验段2，第一扩散段3上设有补气接口301，第一扩散段3的出风
口与动力段1的进风口连通，第一扩散段3的进风口与试验段2的出风口连通。该回流式风洞还包括补气装置11，补气装置11的出气口通过补气管路与补气接口301连通。
53.如图1-2所示，在本实施例中，该回流式风洞的洞体为封闭式异性管道，中心线为矩形回路，呈水平卧式布置。参考压力容器结构形式采用符合气动轮廓要求的带加强筋的薄壁壳体钢制管道结构形式。同时考虑风洞需可承受1个大气压正压(表压)进行设计，并在第一扩散段3处设置补气接口301用于向洞体内补气增压。其中，动力段1处设有风机，风机是该回流式风洞气流的能量来源，采用变频电机无级调速的方式带动风扇桨叶旋转，实现气流压增，来满足不同试验工况的风速要求。
54.在本实施例中，通过在回流式风洞的试验段2与动力段1之间的第一扩散段3上设置补气接口301，通过补气装置11向第一扩散段3内补充气体以增加回流式风洞内的压强，可以满足特殊工况下需要正压的试验需求。将补气接口301设置在试验段2与动力段1之间的第一扩散段3上，避免了对试验段2内的气体流场以及动力段1中的风机性能造成影响，进而避免了对风洞内的试验件的试验效果产生不良影响。
55.在本实施例中，回流式风洞还包括依次连通的第二扩散段4、稳定段6和收缩段7，第二扩散段4的进风口与动力段1的出风口连通，收缩段7的出风口与试验段2的进风口连通。
56.通过在动力段1的出风口设置依次连通的第二扩散段4、稳定段6和收缩段7，使得从动力段1内流出的气流可以稳定的进入试验段2内，保证了对试验段2内试验的试验件的正常测试。
57.在本实施例中，该回流式风洞还包括换热段5，换热段5设于第二扩散段4和稳定段6之间。换热段5内设有换热设备501(换热器等设备)，换热设备501用于将流经换热段5内的气流的热负荷带走以降低气流的温度。本实施例通过设置换热段5降低进入试验段2内气流的温度，可以模拟低温条件下的试验件的性能。
58.在本实施例中，该回流式风洞还包括喷雾装置(图中未示出)，喷雾装置设于稳定段6内，喷雾装置用于将水喷射进入稳定段6内形成水雾。
59.本实施例中的喷雾装置通过气源和水源系统，将净化水源通过二元雾化喷嘴装置喷射进入稳定段6内。稳定段6内具有蜂窝器和喷雾耙，使喷雾装置中的水在稳定段6内形成均匀分散的水雾，经过换热设备501冷却的低温气流将雾化后的水雾吹入试验段2内，可以根据需求模拟试验件测试需要的云雾场环境、过冷大液滴环境以及结冰环境等工况，使该回流式风洞成为完全覆盖冰晶、云雾、过冷大液滴等适航条款的结冰风洞，增加了该回流式风洞的使用场景。
60.在本实施例中，该回流式风洞还包括抽真空系统(图中未示出)，抽真空系统的抽吸管道设置在换热段5，抽真空系统用于将回流式风洞内多余的气体排出以降低试验段2内的气压。通过设置抽真空系统，可以对该回流式风洞进行低气压模拟与维持工作。
61.如图1-2所示，在本实施例中，回流式风洞还包括第一连接拐角100、第二连接拐角200、第三连接拐角300和第四连接拐角400。第一连接拐角100设于试验段2和第一扩散段3之间，第二连接拐角200设于第一扩散段3和动力段1之间。第三连接拐角300设于第二扩散段4和换热段5之间，第四连接拐角400设于换热段5和稳定段6之间。
62.通过在第一扩散段3的两端设置连接拐角，避免试验段2与动力段1的流体通道在
一条直线上，进而避免从试验段2内流出的高压气流无阻碍的进入动力段1内影响动力段1内设备的性能。通过在换热段5的两端设置连接拐角，避免了从第二扩散段4流出的气流对换热段5内的设备产生冲击，以及从换热段5内流出的气流对稳定段6内的设备产生冲击，影响设备的正常运行。
63.在本实施例中，动力段1的下方设有独立设置的支撑基础10，动力段1安装在支撑基础10上。由于动力段1内的电机及风扇系统旋转会产生较大的振动，在动力段1下方设置独立的支撑基础10，防止动力段1内的设备振动通过地面基础传递到该回流式风洞的其他部段及基础上影响风洞的使用效果。
64.整个洞体设计时，充分考虑了各工况条件、通过有限元计算分析，保证整个洞体结构满足设计要求、同时还进行了增压设计分析，确保试验器洞体刚度、强度满足使用要求。同时根据加载温度载荷、压力载荷及气动载荷对洞体有限元计算分析，确定各部段变形，确定各部段下方支撑形式以及滑移支座类型，通过滑移支座适应洞体变形。在试验段2、第一连接拐角100和第二连接拐角200等关键部位设计有除冰装置，防止洞内结冰。
65.在本实施例中，试验段2为可拆卸结构，试验段2可拆卸设置于收缩段7和第一扩散段3之间。将试验段2可拆卸设置，可以根据使用需求更换不同规格的试验段2，增加该回流式风洞的使用范围和利用率。
66.如图1-2所示，为满足试验段2的可拆卸更换的需求，试验段2和第一扩散段3之间还设有过渡段8，过渡段8的进风口与收缩段7的出风口具有相同的轴线，过渡段8的进风口与收缩段7的出风口均设有快接安装部，试验段2的两端均设有与快接安装部相适配的配合安装部。采用上述结构形式，可以快速完成试验段2的更换，提高试验段2的更换效率。
67.如图1和图2所示，试验段2具有二元试验段(位于环形回路中)和三元试验段(位于环形回路外，即图中的更换试验段20)两种形式，二元试验段和三元试验段的组成相同，外侧都设有驻室(图中未标示)，试验段2的承压依靠试验段2的外围驻室。二元试验段与三元试验段尺寸不同，三元试验段可以满足较大尺寸部件，风速不是很高的三元试验需求。当开展三元试验时，不仅需要将二元试验段及驻室更换为三元试验段及驻室，还需要将二元试验段两边连接的可更换收缩段、更换扩散段9分别替换为二元试验段使用的可更换收缩段和更换等直段90。
68.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。