测量得到近海直升机甲板上的3D流动图像

       在平台设计期间对海上直升机甲板周围的风流模式进行调查,以最大限度地减少起飞和着陆的危险。作为风向和速度的函数,在甲板上方不同高度处的纵向和垂直风分量的映射揭示了哪些区域存在临界升力和滑流。

传统方法

       通常带有X阵列探头的热线风速计被用于研究这种类型的风场。尽管流场是三维的,但二维方法已被广泛接受。然而,交叉流动分量的存在使X探针结果存在误差,纵向分量Ux和垂直分量Uy都被高估了。

 

一种具有3维流线系统的新方法

      StreamWare应用软件为三维探头提供了一种方案,包括速度和定向探头校准,自动线性化和将原始数据分解为速度分量。这样可以将三维测量降低到与二维测量相同的复杂程度,并允许用三维探头替换X探头风速计。

 

直升机停机坪上方的二维和三维测量值之间的比较

       通过与丹麦Lyngby的丹麦海事研究所(DMI)合作进行的两个系统的直接比较,证明了X探针和三维探针之间的测量差异。实验采用该研究所的大边界层风洞(试验段:宽2.6m,高1.8m,长20m;空载时最大速度24m/s)。

       将按照1:200比例缩小的海上平台放置在旋转平台上。仪器包括一个3通道StreamLine系统,带有自动校准器和俯仰偏航操纵器,用于定向校准。由于设施的尺寸过大,探头配备了一根20m的电缆。一根皮托管同时放置在风洞中作为自由流速度的参考。对于2D和3D系统,采取在不同高度但是相同的自由流速度下进行两组测量。

       两个探头的项目均在StreamWare中创建,均经过速度和方向校准,并采用温度补偿的转换设置和带有旋转平台手动移动的实验布局。然后将所讨论的探头安装在风洞中并进行速度和角度读数的验证。热线速度读数在皮托管的+/- 1%范围内,并且在倾斜角度达到15°时,角度在设定值的+/- 1°范围内。然后旋转平台并获取来自CTA和皮托管的数据。 StreamWare中的数据减少提供了相应的风向值和风向量与风向的关系曲线。

图1. 在甲板上方12m处U10=25m/s的纵向分量Ux

       测量图显示了纵向和垂直分量的预期高估,以及意外的大横向分量,其高达垂直分量的五倍。用烟雾发生器可视化流动证实了横向分量的存在和变化,横向分量是如通过三维探针测量的。稍后检查具有相同横流条件的校准器中的X探针,探针显示出Ux和Uz相同的具有代表性的10%高估,如风洞中的三维探针所示。

       包括系统的设置和校准以及随后的数据缩减的实验在一个工作日内进行。用X探针和三维探针测量所需的时间之间没有显著差异。

 

结论

       StreamLine系统可以使用带有三维测量的X探头替代传统的二维测量,而不会显著增加测试时间或测试费用。虽然X探针由于高估两个速度分量给出了保守的结果,但是三维探针使结果更接近现实,并且同样重要的是,增加了第三维。

 

 

 

 

图2. 在甲板上方12m处U10=25m/s的垂直分量Uz/U10

在甲板上方12m处U10=25m/s的坐标架水平分量Uy/U10

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