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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
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    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
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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

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    2021年8月13日