亞聲速低密度風洞的現狀和發展

張永升，郎衛東

（中國航天空氣動力技術研究院，北京 100074）

0 引言

經過幾十年的建設和發展，我國已經基本建立了配套齊全、功能完善的風洞試驗設施體系，形成了從低速到高超聲速，氣動力到氣動熱的風洞試驗能力。隨著空天一體化和深空探測的發展，新型飛行器將會遇到低密度低雷諾數下的特殊氣動問題。目前，我國在亞聲速低密度風洞領域還處于空白狀態，制約了新型飛行器的開發利用。雖然國外只建立了為數不多的幾座亞聲速低密度風洞，但是在其國家的飛行器型號研制和科學技術發展中發揮了重要作用，這些風洞的設計方案、運行經驗、研究內容及方向都值得我們借鑒。

1 國外亞聲速低密度風洞的現狀

國外擁有的亞聲速低密度風洞數量并不多，其中有代表性的主要有美國 NASA Ames中心的MARSWIT風洞、日本東北大學MWT風洞、美國NASA Lewis中心的AWT風洞。

1.1 MARSWIT風洞

美國NASA Ames中心于1976年在廢棄的航天高空低密度環境模擬測試塔內建造了一座直流式邊界層低密度風洞——MARSWIT（Mars Surface Wind Tunnel）風洞[1-2]，其工作原理是高壓空氣引射的驅動方式。該測試塔為五角形的混凝土塔，位于N-242建筑內，體積為4058 m3，風洞放置于塔底層區域的中心。由N-234建筑內的五級噴射泵通過一個直徑60 cm的管道對測試塔抽真空，抽真空到300 Pa需要約45 min。驅動風洞的高壓空氣由輔助空氣供應系統提供，如圖1和圖2所示。

圖1 MARSWIT風洞的建筑布局Fig. 1 Aerial photo of MARSWIT buildings

MARSWIT風洞總長13 m，由等長度（2.4 m）的5段組成，外加1個1 m長的錐形入口。第3段為試驗段，其橫截面尺寸為1.2 m×0.9 m。第 1段前端安裝有整流裝置，第4段和第5段為擴散段，第4段末端安裝有高壓空氣引射裝置，見圖3所示。……