聚焦 2019-06-20 23:06

美国空军原AEDC超声速/高超声速D风洞经翻修改造后移交AFRL并重新进入服役

廖孟豪 摘自 美国空军网站

据美国空军网站2019年6月17日刊文,在经历数年周期、耗费大量科研经费后,美国空军阿诺德空军基地冯卡门气动试验站(VKF)D风洞完成重大改进升级,重新进入服役。重新进入服役的D风洞转由美国空军研究实验室飞行器部高速系统处高速试验科负责管理,该科室的驻地就在阿诺德空军基地。

2019年2月20日,D风洞重新授权定位于开展常规性研究型试验。在随后的7周时间内,AFRL的研究人员应用了多项试验技术,完成了70多次超声速状态下运行调试试验,测量标定了该风洞自由气流的品质,评价了角区湍流特性,评估识别了气流与结构件之间的耦合干扰。

D风洞最初定位于用作VKF A风洞的缩尺验证风洞,现可产生马赫数1.5到马赫数5范围内的高速流场,持续时间最长可达5分钟。通常情况下,D风洞每次运行时间为30-90秒,每天可运行数次,两次运行的时间间隔最短可压缩至15-30分钟。

D风洞是一座下吹式暂冲风洞,采用高压罐与真空罐之间形成的抽吸效应在喷口处形成符合压力、速度要求的试验流场。试验段尺寸为0.3米*0.3米,每次试验的气流马赫数可以通过可调喷管来调节。

D风洞首席工程师Jerrod Hofferth博士表示,“D风洞只需要使用阿诺德基地巨量高压气源的一小部分,而且AFRL可以完全独立运行D风洞的真空罐系统,因此D风洞的运行使用在阿诺德基地具有非常高的自主性。”

AFRL高速试验科负责人格伦·里斯顿(Glenn Liston)表示,“D风洞拥有AFRL其他超声速和高超声速风洞定位不同的试验能力。D风洞与AFRL在赖特·帕特森空军基地拥有的另外三座马赫数3和马赫数6高雷诺数风洞形成相互补充。四座风洞共同构成了空军高超声速研究所需的宽速域试验条件。

D风洞还将发挥诊断技术试验台和校准平台的作用,用于验证新的试验方法和开展先导性风洞试验。D风洞重新进入服役后,试验任务已经安排的非常满了。

D风洞运营负责人马克·波德维尔(Mark Birdwell)少校表示,“我们目前刚投入运行才几个月,才刚开始推广我们的试验能力,来自军内外的客户就已经把2019年剩下的日程全部安排满了,2020年的试验任务已经开始规划了。D风洞未来的试验任务将主要聚焦于服务两类项目:一是AFRL主导的高速飞行技术科研项目;二是由AEDC参与合作、研究内容介于AFRL主管的预研试验与AEDC主管的鉴定试验之间的科研试验项目。这里面包含AFRL、AEDC和政府部门发布的‘小企业创新研究’(SBIR)项目以及其他客户启动的相关项目。”

D风洞目前已列入计划的试验主要聚焦在气动力试验上。D风洞技术顾问斯科特·珀尔贴(Scott Peltier )博士表示,“有潜在用户对力和力矩等参量的测量很感兴趣,AFRL将会把试验技术新成果应用到该风洞设施上。比如AFRL正在研究开发非侵入式激光诊断技术等新的试验技术,这些技术将在D风洞上得到应用和成熟,然后再应用到其他更大尺寸的设施上。D风洞的一个重要优势就是其充分的灵活性。AFRL高速试验科的研究范围涵盖了从基础研究到应用测试等各类科研项目,所以需要能够采用各种类型的试验件来灵活开展各项试验。对于基础科学研究项目,通常需要采用一些简单外形的试验件,如平板,甚至风洞试验段的壁面和角区来研究边界层的演变规律。对于飞行器子系统和结构件等应用试验,则需要采用复杂外形的试验件,如高速进气道和飞行重量的典型蒙皮壁板。”

D风洞的第一个科研任务是1953年9约进行的美国休斯公司E-1“猎鹰”空空导弹。1977年,D风洞停止运行,开始陷入了长达40余年的休眠状态。D风洞首席工程师Jerrod Hofferth博士表示,“我们今年运行超声速风洞的经验大部分都是来源于D风洞在上世纪六七十年代积累下来的。当初使用的某些样件现在已经成为了某些方面的标准指导件,如(进气道)启动和不启动压比、试验件堵塞比、以及风洞自由流噪声对边界层转捩的影响等。”

D风洞项目经理丹·奥格(Dan Ogg)表示,“尽管40余年来该设施经常间歇性地被临时征用,但其维护保养的水平远远达不到其试验能力的正常水平。这栋楼看上去就像是一间被废弃的老仓库。AFRL曾专门拨款了近100万美元用于开展D风洞所在的607号楼的维修改造,包括全新的屋顶、新的粉刷墙面、灯光、现代化的控制室、以及匹配激光诊断技术的科研环境。D风洞的全面翻修工程从2016年启动,对风洞原装的老部件进行拆卸、检测和翻修。大部分子系统被完全替换,包括隔离段阀门、控制阀门、加热器、液压装置、高压空气连接件、控制与数据系统等。耗费两年时间、450万美元资金以及ARFL和AEDC投入的大量人工后,D风洞得到全面修复和改进,再次作为高价值的研究与试验基础设施重新进入服役。”

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