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高速风洞一体形式的喷流影响试验技术研究

季军 宋孝宇 邓祥东 郭大鹏 李鹏

季军, 宋孝宇, 邓祥东, 郭大鹏, 李鹏. 高速风洞一体形式的喷流影响试验技术研究[J]. 机械工程学报, 2017, 31(6): 71-77. doi: 10.11729/syltlx20160176
引用本文: 季军, 宋孝宇, 邓祥东, 郭大鹏, 李鹏. 高速风洞一体形式的喷流影响试验技术研究[J]. 机械工程学报, 2017, 31(6): 71-77. doi: 10.11729/syltlx20160176
Ji Jun, Song Xiaoyu, Deng Xiangdong, Guo Dapeng, Li Peng. Research on metric thrust jet-effects testing methodology in high-speed wind tunnel[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2017, 31(6): 71-77. doi: 10.11729/syltlx20160176
Citation: Ji Jun, Song Xiaoyu, Deng Xiangdong, Guo Dapeng, Li Peng. Research on metric thrust jet-effects testing methodology in high-speed wind tunnel[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2017, 31(6): 71-77. doi: 10.11729/syltlx20160176

高速风洞一体形式的喷流影响试验技术研究

doi: 10.11729/syltlx20160176
详细信息
    作者简介:

    季军(1985-), 男, 广西桂林人, 高级工程师。研究方向:高速风洞动力模拟, 喷流试验研究。通信地址:辽宁省沈阳市皇姑区阳山路1号(100034)。E-mail:yuanfangjijun@163.com

    通讯作者:

    季军, E-mail: yuanfangjijun@163.com

  • 中图分类号: V211.73

Research on metric thrust jet-effects testing methodology in high-speed wind tunnel

  • 摘要: 详细介绍了FL-3风洞一体形式的喷流影响风洞试验技术,该技术区别于分离形式的喷流影响试验技术,利用波纹管实现了飞行器模型与喷管的一体化设计。天平同时测量模型外部气动力和喷管推力,避免了分离形式喷流影响试验技术存在的喷管几何不完全相似、模型与喷管易碰触、腔压难以准确修正等问题。对一体形式喷流影响试验技术的相似参数、试验原理、波纹管技术等进行了系统介绍,地面调试及风洞试验表明:一体形式的喷流影响试验技术可以获得不同落压比和不同矢量喷流对飞行器的喷流影响量,在经过进一步细节优化后,将形成成熟的试验能力,并依据该技术可以发展喷管性能风洞试验技术、一体形式的推力矢量风洞试验技术等。

     

  • 图  F-35分离形式的喷流影响试验技术

    Figure  1.  Sleeve type jet-effects testing methodology used in F-35

    图  国外典型分离形式的喷流影响试验技术

    Figure  2.  A typical sleeve type jet effects test used abroad

    图  标模一体形式喷流影响试验模型

    Figure  3.  Model of metric thrust jet-effects test

    图  一体形式喷流影响试验原理

    Figure  4.  Principle of the metric thrust jet-effects test

    图  波纹管系统二维简图及实物

    Figure  5.  Photos of flexible bellows system

    图  标模在波纹管平台进行波纹管静态校准

    Figure  6.  Calibration of bellows balance system

    图  标模在推力测量平台的校准

    Figure  7.  The force measurement of model in the thrust stand

    图  无流动状态下纵向三元的压力修正曲线

    Figure  8.  Modification curve of pressure affection about bellows system

    图  一体形式的喷流影响风洞试验

    Figure  9.  Metric thrust jet-effects test

    图  10  无喷(NPR=1)和喷流(NPR=2.57)重复性

    Figure  10.  Repetition test results

    图  11  不同落压比喷流对全机的影响

    Figure  11.  Jet-effects of different NPRs on the full aircraft

    图  12  3种矢量喷管尺寸

    Figure  12.  The dimension of three thrust vectoring nozzles

    图  13  同一落压比下不同角度矢量喷管喷流影响

    Figure  13.  Jet-effects of vectoring nozzle with different angles at the same NPR

    表  1  AEDC 3种典型喷流试验技术

    Table  1.   Typical jet-effects testing methodology at AEDC

    技术形式 天平 支撑形式 阻力重复性
    分离形式 杆式或环式 腹撑或翼尖 0.0005
    一体形式 杆式或环式 腹撑或翼尖 0.0005
    压力积分 无天平 翼尖支撑 0.0001
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    表  2  光天平及带波纹管天平精准度

    Table  2.   Balance calibration results

    项目 Y
    /N
    Mz
    /(N·m)
    X
    /N
    设计载荷 4200 260 800
    加载载荷 4000 240 800
    综合加载重复性误差/% 合格指标 0.20 0.20 0.30
    先进指标 0.06 0.06 0.10
    光天平 0.034 0.041 0.07
    波纹管天平 0.07 0.15 0.08
    综合加载准度误差/% 合格指标 0.40 0.40 0.50
    先进指标 0.10 0.10 0.20
    光天平 0.15 0.37 0.43
    波纹管天平 0.18 0.41 0.48
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    表  3  光天平与及带波纹管天平主系数差异对比

    Table  3.   Main coefficient difference between two balances

    主系数 Y
    /N
    Mz
    /(N·m)
    X
    /N
    光天平 -2.0530 -0.0730 -0.1433
    带波纹管天平 -2.0750 -0.0740 -0.1434
    绝对差异 0.0220 -0.0010 0.0001
    相对差异/% 1.1 1.4 0.1
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    表  4  测力系统的重复性精度

    Table  4.   Uncertainty of the balance system

    天平元 Y/N Mz/(N·m) X/N
    喷管载荷 9.97 -0.23 -203.22
    重复性 1.51 0.14 0.67
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    表  5  不同落压比下喷管推力(阻力方向为正)

    Table  5.   Nozzle thrust at difference NPRs

    喷管类型 喷流总压
    /kPa
    环境压力
    /kPa
    落压比 推力
    /N
    135.02 86.0 1.57 -49.23
    221.02 86.0 2.57 -122.92
    307.02 86.0 3.57 -198.37
    319.92 86.0 3.72 -209.84
    10° 221.02 86.0 2.57 -120.06
    20° 221.02 86.0 2.57 -114.99
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  • 收稿日期:  2016-11-21
  • 修回日期:  2017-08-02

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