注册 登录
美国中文网首页 博客首页 美食专栏

jianhao的个人空间 //www.sinovision.net/?504361 [收藏] [复制] [分享] [RSS]

x

博客栏目停服公告

因网站改版更新,从9月1日零时起美国中文网将不再保留博客栏目,请各位博主自行做好备份,由此带来的不便我们深感歉意,同时欢迎 广大网友入驻新平台!

美国中文网

2024.8.8

分享到微信朋友圈 ×
打开微信,点击底部的“发现”,
使用“扫一扫”即可将网页分享至朋友圈。

【原创】创新构建25马赫空天飞机的实验风洞

已有 1655 次阅读2016-5-30 20:15 |系统分类:科技教育| 空天飞机, 创新, 马赫 分享到微信

【原创】创新构建25马赫空天飞机的实验风洞  

/简浩

特超高音速空天飞机“空天巴士”)是当今世界竞相研发的尖端飞行器,为此必需配套研发系统和产业体系,首先需要构建能够达到25马赫的特超高音速空天飞机的实验风洞,而目前世界上还没一家有这种特超高音速风洞,世界范围的风洞设计总体科学理念还有差距,根本原因是还没有完全吃透空气力学,处于僵化教条、常规思维、胶着状态,因此,要创新特超高音速实验风洞的设计构建,25马赫特超高音速空天飞机是时代需要、体系需要、产业需要、引领需要、战略需要、强国需要

25马赫特高超音速“空天巴士”时速31千公里,上海飞纽约只需半个小时,由于特超高速,空天飞机可以摆脱地球的吸引力,实现空天自由往返,超越导弹的飞行速度,因此也不需要隐身,既可作为空天载人的世界客运往返飞行,亦可作为航天飞机,还可解决替代火箭重复利用来进行投放太空卫星,战略意义商业价值都非常重大,是人类的飞行技术、太空技术的又一次技术跨跃,既是镇国之宝,亦是飞行革命。当然,开发25马赫特高超音速飞行器有很多难以跨越的技术障碍。

音速等于通常表达的是在1个标准大气压和15℃的条件下约为340米/秒,约合1224千米/时。马赫表示的是速度量词,也称马赫数,这是为纪念奥地利学者恩斯特·马赫发现创立的音速学说。一马赫等于一倍音速即340米/秒。声音在空气中的传播速度会随着不同的条件而变化,所以马赫也是一个相对单位,每1马赫的速度在不同条件下并不是固定不变。

风洞就是用来产生人造气流或称人工造风的管道。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可或缺的组成部分,设计新型飞行器必须经过风洞实验,特别是超音速飞机、导弹等飞行器,都需要经过风洞实验。比如上世纪50年代,美国B-52重型远程战略轰炸机的研制,曾进行了约1万小时的风洞实验,上世纪80年代初,经过十年的研制开发,美国第一架航天飞机哥伦比亚号的研制就进行了约10万小时的风洞实验。

举个例子,12级台风的风速只有每秒33米,1617级的超强台风大于每秒51米,50/秒风速的概念就超过飓风,声音与震动,几乎惊天动地。

风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题,其中包含气动力学、气动热学、气动物理、气动光学、材料科学、声学等20多个专业领域。

下面我来概述世界各国风洞实验装备的现状,并简要阐述特超高速实验风洞创新构建的流体力学辨证理念。

一、世界各国风洞实验装备的现状

首先说明,世界各国的风洞形式和力学理念几乎是大同小异,基本雷同。

1、低速风洞,最早一种是法国人A.-G.埃菲尔设计的直流式风洞,还有一种是德国人L.普朗特设计的回流式风洞。美国国家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米全尺寸低速风洞,风扇电机功率也由原来25兆瓦提高到100兆瓦。

雷诺系数Re)是低速风洞实验的主要模拟参数,计算公式:Re=ρvd/η,式中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与粘度,d为管道直径。Re<2300为层流状态,Re>10000为完全湍流状态。雷诺数是1883年英国人雷诺(O.Reynolds)首先提出推导。

2、亚声速风洞的马赫数为0.40.7

3、跨声速风洞的马赫数为0.51.3

4、超声速风洞的气流马赫数为1.54.5的风洞,产生超声速气流需要的动力约为1600040000千瓦,主要适用于导弹、人造卫星、航天飞机的模型实验。

5、高超声速风洞马赫数大于5的超声速风洞,用于导弹、人造卫星、航天飞机的模型实验。

6、低密度风洞形成稀薄(低密度)气体流动的高超声速风洞。

7、激波风洞利用激波压缩实验气体,再用定常膨胀方法产生高超声速实验气流的风洞。

8、热冲风洞利用电弧脉冲放电定容地加热和压缩实验气体,产生高超声速气流的风洞。

二、特超高音速实验风洞创新构建的流体力学辨证理念

         我曾经历一个退休富有高级经验的北大教授老板做的标定风洞建设,采用的是世界惯例风洞设计构建,使用的单机18千瓦动力,但既使开到最高马达转速,还使用小口径管道,风速也只能最高45/秒。我曾去过法定权威的计量科学院庞大系统的基准标定风洞,最高检定风速也只有每秒60米。

为了满足高速用户需要,我研制的风洞采用了非常规的设计构建理念,使用同样的单机18千瓦动力,我的单机马达变频调速器却只开到马达额定转速的1/4,风速就已达到65/秒,而且成本低、占地少、材料省、规模小、安全可靠、操作简便等优势。显然,这里说明了一个空气力学问题,其中就是空气动力学的奥妙!很多高速飞机、喷气发动机、冲压喷气发动机的技术难题都涉及空气力学这些奥妙。

如果按照常规思维,吃不透气动力学的奥妙,那就根本无法或就不可能构建25马赫的风洞实验室。

25马赫特高超音速风洞实验室,气体分子与金属管道的猛烈磨擦与撞击,那就意味着气流管道会热的发红!而实验物体的金属也同样会热的发红!尤其在地面实验的空气密度高,更会热的强烈。

如果没有25马赫的高超音速风洞实验室,设计开发25马赫特超高音速空天飞机将会困难重重。

E-mailjh070115@163.com //  342127195008250011


免责声明:本文中使用的图片均由博主自行发布,与本网无关,如有侵权,请联系博主进行删除。







鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

评论 (0 个评论)

facelist

您需要登录后才可以评论 登录 | 注册

 留言请遵守道德与有关法律,请勿发表与本文章无关的内容(包括告状信、上访信、广告等)。
 所有留言均为网友自行发布,仅代表网友个人意见,不代表本网观点。

关于我们| 反馈意见 | 联系我们| 招聘信息| 返回手机版| 美国中文网

©2024  美国中文网 Sinovision,Inc.  All Rights Reserved. TOP

回顶部