留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

大型低温风洞结构设计关键技术分析

赖欢 祝长江 陈万华 廖达雄 孙德文

赖欢,祝长江,陈万华,等. 大型低温风洞结构设计关键技术分析[J]. 实验流体力学,2022,36(1):19-26 doi: 10.11729/syltlx20210040
引用本文: 赖欢,祝长江,陈万华,等. 大型低温风洞结构设计关键技术分析[J]. 实验流体力学,2022,36(1):19-26 doi: 10.11729/syltlx20210040
LAI H,ZHU C J,CHEN W H,et al. Key technology for mechanical design in large-scale cryogenic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(1):19-26. doi: 10.11729/syltlx20210040
Citation: LAI H,ZHU C J,CHEN W H,et al. Key technology for mechanical design in large-scale cryogenic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(1):19-26. doi: 10.11729/syltlx20210040

大型低温风洞结构设计关键技术分析

doi: 10.11729/syltlx20210040
详细信息
    作者简介:

    赖欢:(1981—),男,四川宜宾人,工程师。研究方向:风洞结构设计。通信地址:四川省绵阳市涪城区二环路南段6号12信箱2分信箱(621000)。E-mail:laihuan518@163.com

    通讯作者:

    E-mail:zcjsongping@163.com

  • 中图分类号: V211.74

Key technology for mechanical design in large-scale cryogenic wind tunnel

Funds: GUO X, ZHAO Y, WANG Y F. Some key structural mechanics problem in design and construction of large wind tunnels[J]. Bulletin of National Natural Science Foundation of China, 2017, 31(5): 432-436.
  • 摘要: 高雷诺数的模拟对飞行器的研制至关重要,是衡量风洞模拟能力的主要参数,低温风洞是工程上实现高雷诺数模拟的有效途径。作为低温风洞主体的洞体机械系统是其核心承载和功能设备,具有结构复杂、功能集成度高、可承受交变载荷等特点。通过分析国外低温风洞设计建设历程,结合国内低温风洞工程技术现状,对大型低温风洞洞体机械系统结构设计的关键技术进行分析,阐述洞体机械系统热应力及热变形控制、低温材料、宽温域重载传动机构、液氮喷射结构以及试验模型更换的核心指标、技术难点,并针对上述结构设计技术难点提出了攻关方向和后续研究建议。
  • 图  1  低温风洞原理图

    Figure  1.  Schematic of cryogenic wind tunnel

    图  2  大型低温风洞洞体回路结构组成

    Figure  2.  Assembled mechanical circuit of cryogenic wind tunnel

    图  3  内部支撑载荷分布

    Figure  3.  Load distribution on inner supports

    图  4  框架式型面结构温度场与应力场

    Figure  4.  Stress and temperature distribution of frame structure

    图  5  低温风洞迎角机构传动简图

    Figure  5.  Sketch of attack mechanism in cryogenic wind tunnel

    图  6  低温风洞液氮喷嘴截面布局

    Figure  6.  Layout of liquid nitrogen spray section in cryogenic wind tunnel

    图  7  一体化液氮喷射排架平面布置图

    Figure  7.  Plane layout of integrated liquid nitrogen spray valves

    图  8  插入式模型更换系统

    Figure  8.  Inserted model replacement system

    图  9  下沉式模型运输系统

    Figure  9.  Sunken transport system for cryogenic model cart

    图  10  上提式模型运输系统

    Figure  10.  Lifting transport system for cryogenic model cart

    表  1  低温风洞用金属材料性能需求(部分)

    Table  1.   Expected properties of metal materials for cryogenic wind tunnel(partial)

    需求类型规定非比例延伸率为
    1%时的应力/MPa
    规定非比例延伸率为
    0.2%时的应力/MPa
    断后伸长率/%硬度77 K时的低温
    冲击功/J
    可焊性机械加工性
    承压壳体(低强度钢) ≥230 ≥180 ≥40 200HB ≥34 优良 良好
    中高强度钢 ≥560 ≥400 ≥30 32HRC ≥50 良好
    高强度钢 ≥960 ≥800 ≥20 32HRC ≥50 良好
    高疲劳寿命钢 ≥800 ≥560 ≥30 27HRC ≥50 良好
    高耐磨钢 ≥560 ≥400 ≥30 40HRC ≥50 良好
    下载: 导出CSV

    表  2  洞体机械系统设计主要载荷

    Table  2.   Design load for mechanical system of the cave

    重力加速度/g最大压差/MPa轴向力/kN失稳压差/MPa地震加速度/g温度/K
    10.451500–0.10.190
    下载: 导出CSV
  • [1] GOODYER M J. The cryogenic wind tunnel[J]. Progress in Aerospace Sciences,1992,29(3):193-220. doi: 10.1016/0376-0421(92)90008-6
    [2] BRUCE W E, GLOS B B. The US national transonic facility, NTF[R]. AGARD-R-774, 1989.
    [3] GREEN J,QUEST J. A short history of the European transonic wind tunnel ETW[J]. Progress in Aerospace Sciences,2011,47(5):319-368. doi: 10.1016/j.paerosci.2011.06.002
    [4] 宋远佳,陈振华,赖欢,等. 低温风洞绝热系统的研究现状及其关键技术[J]. 哈尔滨工业大学学报,2019,51(7):63-69. doi: 10.11918/j.issn.0367-6234.201801115

    SONG Y J,CHEN Z H,LAI H,et al. Development and key technology of cryogenic wind tunnel insulation system[J]. Journal of Harbin Institute of Technology,2019,51(7):63-69. doi: 10.11918/j.issn.0367-6234.201801115
    [5] 廖达雄,黄知龙,陈振华,等. 大型低温高雷诺数风洞及其关键技术综述[J]. 实验流体力学,2014,28(2):1-6,20. doi: 10.11729/syltlx20130102

    LIAO D X,HUANG Z L,CHEN Z H,et al. Review on large-scale cryogenic wind tunnel and key technologies[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics,2014,28(2):1-6,20. doi: 10.11729/syltlx20130102
    [6] 赖欢,陈万华,孙德文,等. 0.3 m低温连续式跨声速风洞结构设计[J]. 实验流体力学,2020,34(5):89-96. doi: 10.11729/syltlx20190156

    LAI H,CHEN W H,SUN D W,et al. The structural design for 0.3 m cryogenic continuous transonic wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics,2020,34(5):89-96. doi: 10.11729/syltlx20190156
    [7] 郭东明,雒建斌,方岱宁,等. 大型风洞设计建设中的关键科学问题[J]. 中国科学基金,2017,31(5):420-427. doi: 10.16262/j.cnki.1000-8217.2017.05.001

    GUO D M,LUO J B,FANG D N,et al. Key scientific issues on the design and construction of large wind tunnels: summary of the 185th NFSC Shuangqing Forum[J]. Bulletin of National Natural Science Foundation of China,2017,31(5):420-427. doi: 10.16262/j.cnki.1000-8217.2017.05.001
    [8] KILGORE R. Evolution and development of cryogenic wind tunnels[C]//Proc of the 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 2005. doi: 10.2514/6.2005-457
    [9] HARTZUIKER J. The European Transonic Windtunnel ETW-Design concepts and plans[C]//Proc of the 14th Aerodynamic Testing Conference. 1986. doi: 10.2514/6.1986-731
    [10] 刘振宝,梁剑雄,苏杰,等. 高强度不锈钢的研究及发展现状[J]. 金属学报,2020,56(4):549-557. doi: 10.11900/0412.1961.2019.00453

    LIU Z B,LIANG J X,SU J,et al. Research and application progress in ultra-high strength stainless steel[J]. Acta Metallurgica Sinica,2020,56(4):549-557. doi: 10.11900/0412.1961.2019.00453
    [11] 杨泽川,罗汝斌,廖鹤,等. 空间重复锁紧技术综述[J]. 航天返回与遥感,2019,40(4):10-21. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2019.04.002

    YANG Z C,LUO R B,LIAO H,et al. Overview of reusable locking technology in space[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing,2019,40(4):10-21. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2019.04.002
    [12] 孙德文,陈万华,祝长江,等. Nitronic 50不锈钢低温冲击韧性大幅降低原因分析[J]. 理化检验(物理分册),2017,53(10):750-753.

    SUN D W,CHEN W H,ZHU C J,et al. Cause analysis on significant decrease of impact toughness of nitronic 50 stainless steel at cryogenic temperature[J]. Physical Testing and Chemical Analysis (Part A:Physical Testing),2017,53(10):750-753.
    [13] 张志秋,陈振华,聂旭涛,等. 基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析[J]. 实验流体力学,2016,30(6):18-25. doi: 10.11729/syltlx20160100

    ZHANG Z Q,CHEN Z H,NIE X T,et al. Thermodynamic characteristic analysis of the cryogenic wind tunnel diffuser section based on fluid-thermal-structural coupling[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics,2016,30(6):18-25. doi: 10.11729/syltlx20160100
    [14] 麻越垠,聂旭涛,陈万华,等. 基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正[J]. 实验流体力学,2017,31(4):71-78. doi: 10.11729/syltlx20160133

    MA Y Y,NIE X T,CHEN W H,et al. Thermodynamics model updating of cryogenic wind tunnel diffuser based on response surface method[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics,2017,31(4):71-78. doi: 10.11729/syltlx20160133
    [15] 王旭东,陈叔平,毛红威,等. 低温风洞电动推杆热防护结构设计及传热分析[J]. 低温工程,2017(6):63-69. doi: 10.3969/j.issn.1000-6516.2017.06.012

    WANG X D,CHEN S P,MAO H W,et al. Thermal protection structure design and heat transfer analysis of linear actuator in cryogenic wind tunnel[J]. Cryogenics,2017(6):63-69. doi: 10.3969/j.issn.1000-6516.2017.06.012
    [16] 尉成果,陈万华,梁波,等. 低温/宽温域下自润滑关节轴承摩擦学性能研究[J]. 中国科学(技术科学),2020,50(6):775-785. doi: 10.1360/SST-2019-0398

    YU C G,CHEN W H,LIANG B,et al. Study on the tribological properties of a self-lubricating spherical plain bearing at a cryogenic and wide temperature range[J]. SCIENTIA SINICA Technologica,2020,50(6):775-785. doi: 10.1360/SST-2019-0398
    [17] 郭旭,赵岩,王跃方. 大型风洞设计建设中的结构力学问题[J]. 中国科学基金,2017,31(5):432-436.

    GUO X,ZHAO Y,WANG Y F. Some key structural mechanics problem in design and construction of large wind tunnels[J]. Bulletin of National Natural Science Foundation of China,2017,31(5):432-436.
  • 加载中
图(10) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  2205
  • HTML全文浏览量:  318
  • PDF下载量:  132
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-29
  • 修回日期:  2021-08-11
  • 录用日期:  2021-11-22
  • 刊出日期:  2022-03-17

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日