专利摘要

本发明提供一种可调宽度的开口射流风洞驻室及开口射流风洞试验方法，所述驻室包括喷口、射流试验段和收集器，所述驻室为可调宽度驻室。经过大量试验、数值模拟和系统的理论分析对本发明的可调宽度驻室进行验证，本发明的可调宽度驻室能够在所需试验风速条件下通过减小或增加驻室宽度将共振移至其它风速，避免边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振，达到消除所需试验风速条件下的低频压力振荡的目的，从而能够满足先进飞行器或高速列车等对开口射流风洞高试验风速的需求。

权利要求

1.一种可调宽度的开口射流风洞驻室，所述驻室包括喷口、射流试验段和收集器，其特征在于，所述驻室为可调宽度驻室。

2.根据权利要求1所述的可调宽度的开口射流风洞驻室，其特征在于，所述可调宽度驻室的宽度方向的一面壁墙可移动。

3.根据权利要求1所述的可调宽度的开口射流风洞驻室，其特征在于，所述可调宽度驻室的宽度方向的两面壁墙均可移动。

4.一种开口射流风洞试验方法，其特征在于，所述开口射流风洞试验方法为：设置驻室为可调宽度驻室，并在进行风洞试验时调整驻室的宽度。

5.根据权利要求4所述的风洞试验方法，其特征在于，所述调整驻室的宽度的方法为移动所述可调宽度驻室的宽度方向的一面壁墙。

6.根据权利要求4所述的风洞试验方法，其特征在于，所述调整驻室的宽度的方法为移动所述可调宽度驻室的宽度方向的两面壁墙。

说明书

技术领域

本发明涉及风洞实验领域，具体而言，涉及一种可调宽度的开口射流风洞驻室及开口射流风洞试验方法。

背景技术

风洞是具有一定轮廓的管道，用人工的方法产生可控气流并通过试验段通道。风洞试验是把飞行物体或其模型放置在风洞试验段人造流场中，观察其流动状态，测量其相关物理量。风洞驻室是开口射流风洞对飞行物体或其模型进行测量的场所，喷口、试验段、收集器均位于驻室内。

低频压力振荡现象是开口射流风洞普遍存在的现象。其典型表现是在特定的试验风速下，风洞射流及驻室内存在着较强的、近似单频特征的低频压力脉动。低频压力脉动破坏流场品质和声场品质，严重影响空气动力学测量和气动声学测量的精准度。为了在开口射流风洞中开展高质量的空气动力学和气动噪声试验研究，控制射流风洞的低频振荡并得到相对稳定的流场和声场测试环境就显得尤为重要。此外，低频压力脉动引起的流场和洞体结构振荡以及涡-声间的相互作用也会造成能量损失。因此消弱或抑制低频压力脉动，对节约能源、提高开口射流风洞能量利用效率也具有积极意义。低频压力振荡现象也普遍存在于3/4开口的汽车风洞中，是风洞设计和建设阶段就需着重解决的难点之一。

另一方面，随着先进航空器、高速列车等的快速发展，迫切需要提升开口射流风洞试验风速。而许多开口射流风洞由于低频压力振荡现象导致无法提高试验风速，比如德国-荷兰风洞机构（DNW）的8m×6m风洞在高风速时低频压力脉动现象直接危及驻室结构安全，因此将其最高风速限制在80m/s以下。

一般认为，开口射流风洞的低频压力振荡来自其剪切层内相干涡结构与射流收集器的相互作用产生的反馈振荡（称为边缘音（edgetone）反馈振荡或射流-收集器反馈振荡）。当边缘音反馈频率接近于风洞结构存在的某一固有频率时，这两者就会产生共振，从而将边缘音反馈振荡放大到一个极高的水平，造成巨大的流体噪音，使整个驻室内低频压力振荡现象严重。其中，边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振是比较常见的一种共振激励机制。当边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振时，风洞试验风速可由下式表示：

其中， 为试验风速； 为驻室宽度； 为射流长度，即开口试验段长度； 为声速； 、 为模数。

可见，当射流长度一定，发生共振时试验风速与驻室宽度是一一对应的。所以，一旦在所需的试验风速发生边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波共振，可通过减小或增加驻室宽度将共振移至其它风速，达到消除所需试验风速条件下的低频压力振荡的目的。

国内外低频压力振荡控制措施主要包括收集器结构形状优化、喷口安装涡流发生器以及倾斜侧壁的驻室：

（1）收集器结构形状优化通常需要耗时的模型风洞实验进行反复迭代设计，而且收集器的修改通常还会影响测试区域中的压力分布；

（2）喷口安装涡流发生器通常会减小试验段有效的核心测试区域，而且带来高频的背景噪声，这对声学测量具有巨大影响；

（3）倾斜侧壁的驻室虽然可以有效降低驻室及试验段的低频压力振荡，但因为其结构固定不变，驻室宽度无法改变，所以只能降低现有试验风速范围内的低频压力振荡，无法降低更高试验风速或者更低试验风速条件下的低频压力振荡。

发明内容

本发明旨在提供一种可调宽度的开口射流风洞驻室及开口射流风洞试验方法，以解决现有低频压力振荡控制措施存在的问题。

本发明提供的一种可调宽度的开口射流风洞驻室，所述驻室包括喷口、射流试验段和收集器，所述驻室为可调宽度驻室。

进一步的，所述可调宽度驻室的宽度方向的一面壁墙可移动。

进一步的，所述可调宽度驻室的宽度方向的两面壁墙均可移动。

本发明还提供一种开口射流风洞试验方法，所述开口射流风洞试验方法为：设置驻室为可调宽度驻室，并在进行风洞试验时调整驻室的宽度。

进一步的，所述调整驻室的宽度的方法为移动所述可调宽度驻室的宽度方向的一面壁墙。

进一步的，所述调整驻室的宽度的方法为移动所述可调宽度驻室的宽度方向的两面壁墙。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的可调宽度驻室能够在所需试验风速条件下通过减小或增加驻室宽度将共振移至其它风速，避免边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振，达到消除所需试验风速条件下的低频压力振荡的目的，从而能够满足先进飞行器或高速列车等对开口射流风洞高试验风速的需求。

2、通过对现有风洞驻室进行改造实现本发明的可调宽度驻室时，只需要在宽度方向增加一面或者两面可移动的壁面，能够以较小的改造变动达到高试验风速的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的固定结构的开口射流风洞驻室的外形三面图。

图2为本发明实施例的可调宽度的开口射流风洞驻室的外形三面图。

图3为本发明实施例的可调宽度驻室的俯视图。

图4为固定宽度驻室和可调宽度驻室的远场脉动压力时域信号波形图。

图5为固定宽度驻室和可调宽度驻室的远场脉动压力频域信号波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

现有的开口射流风洞驻室如图1所示，所述驻室包括喷口、射流试验段和收集器，开口射流风洞试验时气流从喷口流出，经过射流试验段，进入收集器。本实施例坐标轴定义：原点位于喷口的几何中点；X向为长度方向，指向收集器（顺气流）为正方向；Y向为高度方向，向上为正方向；Z向为宽度方向，与X、Y符合右手法则。现有的开口射流风洞驻室为固定结构，即驻室的6面墙壁为固壁，驻室的宽度（Z方向）、长度（X方向）、高度（Y方向）是固定不变的。

本实施例提出的一种可调宽度的开口射流风洞驻室如图2所示，所述驻室包括喷口、射流试验段和收集器；所述驻室为可调宽度驻室。

如图3所示，所述可调宽度驻室提供两种调整宽度的方式：

（1）所述可调宽度驻室的宽度方向的一面壁墙可移动，即驻室Z方向的两侧壁墙中的一面在一定范围内可移动，达到改变驻室宽度的目的。

（2）所述可调宽度驻室的宽度方向的两面壁墙均可移动，即驻室Z方向的两侧壁墙同时在一定范围内可移动，达到改变驻室宽度的目的。

其中，实现可调宽度驻室的壁墙可移动的方式有多种，本实施例在驻室地板和驻室上顶面各铺设两条与可调宽度驻室的壁墙对应的气浮导轨，在壁墙与气浮导轨间安装滑块基座，使得壁墙通过滑块基座沿气浮导轨实现无摩擦和无振动的前后平滑移动，移动范围为如图3所示两条虚线之间范围，从而实现驻室的宽度可调。

基于上述的可调宽度的开口射流风洞驻室，可以实现一种开口射流风洞试验方法，所述开口射流风洞试验方法为：设置驻室为可调宽度驻室，并在进行风洞试验时调整驻室的宽度。在开口射流风洞试验中，对应地提供以下两种方式来调整驻室的宽度：

（1）所述调整驻室的宽度的方法为移动所述可调宽度驻室的宽度方向的一面壁墙，即在一定范围内移动驻室Z方向的两侧壁墙中的任意一面，达到改变驻室宽度的目的。

（2）所述调整驻室的宽度的方法为移动所述可调宽度驻室的宽度方向的两面壁墙，即在一定范围内移动驻室Z方向的两侧壁墙，达到改变驻室宽度的目的。

对本实施例的可调宽度的开口射流风洞驻室及开口射流风洞试验方法的实现原理进行分析：根据前述可知，开口射流风洞的低频压力振荡来自其剪切层内相干涡结构与射流收集器的相互作用产生的反馈振荡（称为边缘音（edgetone）反馈振荡或射流-收集器反馈振荡）。当边缘音反馈频率接近于风洞结构存在的某一固有频率时，这两者就会产生共振，从而将边缘音反馈振荡放大到一个极高的水平，造成巨大的流体噪音，使整个驻室内低频压力振荡现象严重。其中，边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振是比较常见的一种共振激励机制。当边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振时，风洞试验风速可由下式表示：

其中， 为试验风速； 为驻室宽度； 为射流长度，即开口试验段长度； 为声速； 、 为模数。

可见，当射流长度一定，发生共振时试验风速与驻室宽度是一一对应的。所以，一旦在所需的试验风速发生边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波共振，可通过减小或增加驻室宽度将共振移至其它风速，达到消除所需试验风速条件下的低频压力振荡的目的。例如：进行高速列车试验时所需的风速是216km/h，但试验时发现该风速下低频压力振荡比较严重，无法开展试验。而264km/h以上或者177km/h以下是进行高速列车试验时完全不会涉及到的试验风速临界值，通过上述公式计算出264km/h和177km/h对应的驻室宽度是1.4m和2m。所以，可将原驻室宽度1.67m减小到1.4m或者增大到2m，以消除风速216km/h时的低频压力振荡，保证高速列车试验正常高质量地进行。因此，所述可调驻室宽度的宽度范围根据以下方法进行确定：

（1）设定试验风速上临界值和试验风速下临界值；一般根据根据试验模型的特点或试验要求进行人工设定，如上述根据高速列车的特点设定试验风速上临界值264km/h和试验风速下临界值177km/h；

（2）利用上述公式计算出与试验风速上临界值和试验风速下临界值对应的驻室宽度；

（3）在进行风洞试验时，通过移动驻室Z方向的一侧壁墙或两侧壁墙来调整驻室的宽度为试验风速上临界值或试验风速下临界值对应的驻室宽度。

由此可见，本实施例的可调宽度驻室的设计即是能够减小或增加驻室宽度，从而能够在所需试验风速条件下通过减小或增加驻室宽度将共振移至其它风速，避免边缘音反馈与驻室宽度方向的平面压力驻波发生共振，达到消除所需试验风速条件下的低频压力振荡的目的，从而能够满足先进飞行器或高速列车等对开口射流风洞高试验风速的需求。

由于低频压力振荡的典型表现是在特定的试验风速下风洞开口射流及驻室内存在着较强的、近似单频特征的低频压力脉动。因此可以通过对现有的固定结构的开口射流风洞驻室（以下称固定宽度驻室）以及本实施例的可调宽度的开口射流风洞驻室（即可调宽度驻室）进行大量试验、数值模拟和系统的理论分析获得的脉动压力，来验证本实施例的可调宽度驻室对所需试验风速条件下的低频压力振荡抑制效果。具体如下：

以高试验风速216km/h为例，图4、图5分别给出了不同驻室宽度Lz条件下同一测量位置点的脉动压力时域信号和频域信号。图中，长点虚线表示固定宽度驻室（Lz=1.67m）的脉动压力测量结果，其它5条线表示可调宽度驻室在不同宽度下的脉动压力结果。结果表明：在风速216km/h时固定宽度驻室（Lz=1.67m）的脉动压力幅值较大；但可调宽度驻室减小宽度（Lz=1.4m、Lz=1.5m）和增大宽度（Lz=1.77m、Lz=1.89m、Lz=2.0m）后脉动压力幅值明显下降，尤其是Lz=1.4m（实线）和Lz=2.0m（短点虚线加标志点）时与现有的固定宽度驻室相比，脉动压力幅值下降达77%和85%。可见，与现有的固定宽度驻室对比，可调宽度驻室使高试验风速条件下的脉动压力大幅减弱，由此可见可调宽度驻室对低频压力脉动的抑制效果抑制效果明显，从而能够起到消除所需试验风速条件下的低频压力振荡的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

可调宽度的开口射流风洞驻室及开口射流风洞试验方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。