某大型雷達(dá)天線車的風(fēng)洞試驗(yàn)

嚴(yán)曉

（航天南湖電子信息技術(shù)股份有限公司，湖北 荊州 434000）

風(fēng)洞試驗(yàn)作為傳動(dòng)系統(tǒng)、天線、座車等總體的力學(xué)分析及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算及型號(hào)選擇的試驗(yàn)依據(jù)，為理論計(jì)算校核以及設(shè)計(jì)建造提供技術(shù)支撐。

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某大型天線車主要由天線陣面、反射網(wǎng)、天線、主塔、轉(zhuǎn)臺(tái)及天線座車等組成，結(jié)合風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)的具體要求。模型縮尺比λ=1:12。模型加工制作大部分構(gòu)件由銅、鋁等金屬材料制作。細(xì)小部件(如線纜等)相對(duì)于整體所占比例甚微，對(duì)氣動(dòng)力載荷測(cè)試結(jié)果影響很小，因此作合理簡(jiǎn)化或省略。天線裹冰狀態(tài)是通過在天線陣面模型噴涂漆料近似模擬的（平均約 2mm 厚）。天線車組成及參數(shù)見圖1。

圖1 天線車組成及參數(shù)

2 主要設(shè)備和儀器儀表

2.1 大型低速風(fēng)洞

大型低速風(fēng)洞為閉口單回流式低速風(fēng)洞，試驗(yàn)段長(zhǎng) 8.5m，橫截面為高、寬均3m的八角形，試驗(yàn)風(fēng)速3～93m/s連續(xù)可調(diào)。

2.2 天平

試驗(yàn)采用盒式六分力應(yīng)變天平，測(cè)量模型阻力、升力、側(cè)向力、橫滾力矩、偏轉(zhuǎn)力矩和俯仰力矩。

2.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由專用 PC 及多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集單元組成， 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集單元可自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)，對(duì)每一通道配有獨(dú)立的高速 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，由專用PC對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析處理。

2.4 其他

（1）風(fēng)速管：用于風(fēng)速監(jiān)測(cè)。

（2）浮子式光學(xué)微壓計(jì)：用于試驗(yàn)風(fēng)速的控制和監(jiān)測(cè)。

（3）溫濕度及大氣壓傳感器：用于測(cè)量風(fēng)洞試驗(yàn)段風(fēng)溫、濕度及大氣壓力。

（4）光學(xué)經(jīng)緯儀：用于風(fēng)洞模型安裝檢測(cè)。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)的主要內(nèi)容是測(cè)量以下工況下天線與座車整體風(fēng)阻力，天線陣面風(fēng)力矩系數(shù)，并預(yù)報(bào)最大工作和最大生存風(fēng)速下的實(shí)體風(fēng)載。

（1）無冰狀態(tài)，座車風(fēng)向角 0°，天線面風(fēng)向角0°～180°，間隔 15°。

（2）無冰狀態(tài)，座車風(fēng)向角 90°，天線面風(fēng)向角0°～180°，間隔 15°。

（3）裹冰狀態(tài)，座車風(fēng)向角 0°，天線面風(fēng)向角0°～180°，間隔 15°。

（4）裹冰狀態(tài)，座車風(fēng)向角 90°，天線面風(fēng)向角0°～180°，間隔 15°。

4 試驗(yàn)方法

在風(fēng)洞試驗(yàn)段中搭建木制平臺(tái)以模擬地面，模型位于平臺(tái)中間的小轉(zhuǎn)盤上，單獨(dú)天線陣面測(cè)力時(shí)將天線陣面模型安裝在應(yīng)變天平的桿接頭上，使天線陣面回轉(zhuǎn)中心與天平轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)中心線重合，風(fēng)向角相應(yīng)變化，座車位置通過小轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)而改變；天線與座車整體測(cè)力時(shí)將天線陣面模型安裝在座車轉(zhuǎn)臺(tái)上，再將座車通過聯(lián)接件與應(yīng)變天平連接，天線陣面風(fēng)向角按預(yù)先刻好的等分角度變化。選取不受洞壁影響的適當(dāng)位置安裝風(fēng)速管并使其與模型互不影響；用于參考風(fēng)壓測(cè)量以及試驗(yàn)風(fēng)速監(jiān)控。正式試驗(yàn)前先進(jìn)行試吹風(fēng)，同時(shí)考察試驗(yàn)設(shè)備與模型安全情況以及測(cè)試數(shù)據(jù)有效性，最終選取試驗(yàn)風(fēng)速20m/s。

各工況下吹風(fēng)試驗(yàn)時(shí)，待吹風(fēng)速度穩(wěn)定后，試驗(yàn)時(shí)固定吹風(fēng)速度，由天平測(cè)力系統(tǒng)測(cè)量模型所受風(fēng)載荷，該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制并自動(dòng)采集。

5 數(shù)據(jù)處理和表達(dá)

最終提供的天線陣面六分量風(fēng)載荷力、力矩系數(shù)；以及天線與座車整體的六分量風(fēng)載荷力、力矩系數(shù)，采用以下無因次量來表達(dá)：

X為阻力；Y為升力；Z為側(cè)向力；Cx為阻力系數(shù)；Cy為升力系數(shù)；Cz為側(cè)向力系數(shù)；Cm為橫滾力矩系數(shù)；Cmy為偏力矩系數(shù)；Cmz為俯仰力矩系數(shù)；Mx為橫滾力矩；My為偏轉(zhuǎn)力矩；Mz為俯仰力矩；ρ為空氣密度(本文取1.225kg/m3)；V為對(duì)應(yīng)參考風(fēng)速，m/s；S為特征面積(本文統(tǒng)一取模型 0.22m2，對(duì)應(yīng)實(shí)物32m2)；L為特征長(zhǎng)度(本文統(tǒng)一取模型0.416m，對(duì)應(yīng)實(shí)物 5m)。

6 試驗(yàn)結(jié)果

6.1 試驗(yàn)結(jié)果說明

試驗(yàn)結(jié)果以無因次系數(shù)表達(dá)有無裹冰情況、座車不同位置時(shí)天線陣面各風(fēng)向下的風(fēng)載荷系數(shù)；座車不同位置時(shí)天線陣面各風(fēng)向角下的天線與座車整體風(fēng)載荷系數(shù)。

6.2 實(shí)體風(fēng)載預(yù)報(bào)

由于本次試驗(yàn)是在幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的條件下進(jìn)行的，繼續(xù)增加試驗(yàn)風(fēng)速（即流動(dòng)雷諾數(shù)）天線車風(fēng)載荷系數(shù)基本不變，根據(jù)類似模型試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，按照實(shí)體天線的特征參數(shù)及以上試驗(yàn)獲得的風(fēng)載荷無因次系數(shù)，可由上列公式預(yù)報(bào)實(shí)體天線陣面、天線與座車整體處于各種風(fēng)向和風(fēng)速下的風(fēng)載荷。

7 結(jié)果分析

（1）由測(cè)試結(jié)果可得到天線陣面、天線與座車整體各工況所受最大風(fēng)載荷。

（2）通過對(duì)單獨(dú)天線陣面的風(fēng)載荷系數(shù)比較分析來看，與其結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，天線陣面所受風(fēng)阻力與俯仰力矩極值發(fā)生在正迎風(fēng)與背迎風(fēng)風(fēng)向，在風(fēng)向角ψ＝0°和180°出現(xiàn)極值。

（3）由測(cè)試結(jié)果看到該型天線車，座車位置的變化對(duì)天線陣面所受風(fēng)載荷略有影響，在座車車側(cè)迎風(fēng)狀態(tài)下發(fā)生的天線陣面風(fēng)載荷極值更大些；就風(fēng)阻力、俯仰力矩極值而言，約2%左右的影響。

（4）裹冰使得該型天線車所受風(fēng)載荷增加，對(duì)風(fēng)阻力、俯仰力矩極值有8%左右的增加量，相比座車位置的影響要大一些。

（5）天線與座車整體所受的風(fēng)載荷均隨天線陣面風(fēng)向角變化呈周期性變化，與單獨(dú)天線陣面風(fēng)載荷系數(shù)曲線類似，風(fēng)載荷系數(shù)曲線在360°周期內(nèi)以類似余弦或正弦曲線形狀變化，這與整體外形（結(jié)構(gòu)布局）特征相吻合。相比座車車頭迎風(fēng)，座車左側(cè)迎風(fēng)使得整體風(fēng)阻有一定的增大，天線陣面正迎風(fēng)時(shí)系統(tǒng)整體有較大的側(cè)向力和橫滾力矩。

8 結(jié)語

本試驗(yàn)獲得了單獨(dú)天線陣面、天線與座車整體的風(fēng)載荷分布規(guī)律，根據(jù)風(fēng)載系數(shù)，預(yù)報(bào)獲得了實(shí)體在最大工作風(fēng)速 25m/s 以及最大生存風(fēng)速 30m/s 下的風(fēng)載荷，試驗(yàn)結(jié)果可作為轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度和驅(qū)動(dòng)功率理論計(jì)算的校核依據(jù)，還可為確定安裝在露天環(huán)境的軍用設(shè)備承受颶風(fēng)襲擊的能力提供技術(shù)參考，為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全錨定措施的選取提供技術(shù)依據(jù)。

[1]GJB150.21A-2009，軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第21部分：風(fēng)壓試驗(yàn)[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn).

[2]程厚梅等. 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)干擾與修正. 國(guó)防工業(yè)出版社. 2003.1.

[3]朱鐘淦，葉尚輝 天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 國(guó)防工業(yè)出版社.1986.9