风洞实验测量方法

风洞实验测量方法

风洞实验是一种在风洞中安置飞行器或其他物体模型，以研究气体流动及其与模型相互作用的重要空气动力实验方法。其测量方法多样，旨在准确获取飞行器或其他物体的气动特性数据。以下是风洞实验测量方法的一些关键方面：

一、压力测量方法

在风洞实验中，压力测量是至关重要的。常用的压力测量工具包括皮托管和压力传感器。皮托管主要用于测量气流的总压和静压，特别适用于亚音速气流。而在超音速气流中，由于皮托管前会产生正激波，因此只能测量波后的总压。现代风洞实验则更广泛地采用压力传感器，如电阻应变式、电容式、电感式、振膜式、固态压阻式和压电式等，以适应不同实验条件下的压力测量需求。对于多点压力测量，通常会使用压力传感器和压力扫描阀组成的测压系统或电子扫描压力测量系统。

二、温度和热流测量方法

温度和热流测量也是风洞实验中的关键参数。对于气流总温和静温的测量，当气流总温低于2000K时，可使用总温探针；气流静温则一般根据总温和马赫数来推算。对于更高温度范围内的测量，如1200\~4000K的气流温度和表面温度，通常采用辐射高温计、光电高温计、比色高温计等光学测量仪器。在传热实验中，还会采用量热计来测量热流，不同类型的风洞往往采用不同型式的量热计，如常规高超音速风洞常用薄壁量热计，电弧风洞常用零点量热计，激波风洞常用薄膜电阻量热计。

三、速度和速度脉动测量方法

速度和速度脉动是表征风洞流场的基本数据。常用的测速方法有热线风速仪和激光多普勒测速计（LDV）。热线风速仪通过测量流场中热线或热膜传热的变化来测量速度，适用于研究流场的详细情况，既可测定脉动速度，又可测量平均速度，但不适用于污浊的气流和高温气流。而激光多普勒测速计则是根据光在气流中的多普勒频移的量值与气流速度成正比的原理来测量，数据处理相对复杂，但易于进行二维和三维的测量。

四、气动力和力矩测量方法

气动力和力矩的测量是风洞实验中的重要内容。通常采用风洞天平直接测量作用于模型上的空气动力和力矩。这些力和力矩通过转换可以得到无量纲的空气动力系数。为了提高测量精度，除了选用高精度天平外，还需要注意模型姿态角的测量精度，因为模型姿态角的测量误差会直接影响气动试验的模拟精度。

五、其他物理量的测量方法

除了上述主要参数外，风洞实验中还需要测量一些其他物理量，如密度、噪声、流量、振动等。密度的测量通常采用光学方法，如阴影法、纹影法、干涉法和激光全息照相。噪声的测量可以使用噪声计或麦克风等设备。流量的测量则可以通过流量计或流量传感器来实现。振动的测量可以使用加速度计或振动传感器等设备。

六、风洞测控系统

风洞测控系统是风洞实验中的核心部分，负责控制实验条件和采集实验数据。现代风洞测控系统通常采用分布式控制系统或现场总线控制系统，具有控制功能分散、系统可靠性高、使用灵活、扩充方便等优点。同时，这些系统还可以实现数据采集、监视、操作和管理等功能，为风洞实验提供全面的技术支持。

综上所述，风洞实验的测量方法涉及多个方面，包括压力、温度、热流、速度、气动力和力矩以及其他物理量的测量。这些方法的应用为飞行器和其他物体的空气动力学特性研究提供了重要的实验手段。