摘 要

为了满足实验研究所需的条件，需要设计出能承受负压与高压的一套风洞实验设备.风洞主要包含洞体、驱动系统和测量控制系统三部分,本毕业设计的主要内容为环形压力风洞洞体的整体结构设计。通过研究国内外常见小型低速风洞的结构形式及设计原理结合压力容器的设计方法，并根据实际的设计条件与工艺来进行分析设计。对三种可行的整体设计方案进行讨论，从中选出一种来延续设计，完成环形压力风洞的整体结构设计并绘制出工程图纸，包括四个拐角段、收缩段、回流段的壳体以及安装支架。

本环形压力风洞不仅具有一般小型低速风洞体积小、占地面积小、制造成本低的优点，还具有耐压能力好、工作压力范围大的特点。本风洞整体结构的合理设计，不仅提高了工艺性、减少了加工成本，还有利于以后维护和改进工作的进行。

关键词：压力风洞；压力容器；结构设计；高压密封；

Abstract

In order to meet the conditions required for experimental research, We need to design a set of wind tunnel experimental equipment can withstand negative pressure and high pressure. The wind tunnel mainly contains three parts: hole body, driving system and measurement control system. The main content of this graduation design is the overall structural design of the annular pressure wind tunnel. By studying the structure and design principle of wind tunnel, combined with the design method of pressure vessel, and according to the actual design conditions and manufacturability to analyze and design this annular pressure wind. Discuss and select one of the three possible overall designs to continue to design. Finally, I completed the overall structural design of the annular pressure wind tunnel and draw engineering drawings. Including the shell of four corners, contraction section, reflow section and the mounting brackets.

The annular pressure wind tunnel not only has the advantages of small size, small footprint and low manufacturing cost, but also has features of good pressure resistance, large working pressure range. The rational overall structure design of this wind tunnel is not only improve the manufacturability, reducing processing costs, but also conducive to the conduct of future maintenance and improvement work.

Key Words：Pressure wind tunnel；Pressure vessel；Structural design；High pressure sealing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状分析 1

1.2 设计目的及意义 1

1.3 设计的基本任务、内容 2

第2章 风洞总体设计方案 3

2.1 风洞的基本形式 3

2.2 风洞各段的基本设计方案及原理 5

2.2.1 收缩段与扩散段设计方案 5

2.2.2 稳定段与回流段设计方案 6

2.2.3 拐角段设计方案 6

2.3 整体方案确定 7

第3章 结构设计 10

3.1 风洞主体制造元件选择 10

3.2 收缩段壳体与回流段壳体 12

3.3 试验段法兰盖 13

3.4 拐角段壳体 13

3.4.1 第一与第四拐角段壳体 14

3.4.2 第二拐角段壳体 14

3.4.3 第三拐角段壳体 15

3.5 风洞安装支架 15

3.6 风洞密封与风洞装配 17

第4章 强度校核 19

4.1 管材强度校核 19

4.1.1 无缝钢管强度校核 19

4.1.2 无缝三通强度校核 20

4.2 紧固件强度校核 22

4.2.1 M30全螺纹螺柱 22

4.2.2 M12内六角螺钉 23

第5章 结论 26

致 谢 27

参考文献 28

绪论

国内外研究现状分析

风洞（wind tunnel），是一种能够以人工的方式产生可以操控的流场，来进行飞行器或实物在流场中的气流活动现象模拟的实验装置^[1]。风洞是研究空气动力学最常见、最科学的实验工具之一^[2]。英国科学家韦纳姆在1871年建成了世界上的第一座风洞，该风洞被用于研究实物在流场中所受到的阻力。美国的莱特兄弟在1900年建成了一座气流速度在40至56.3千米每小时的风洞，而后他们进行了人类历史上的首次动力飞行并取得成功，为飞机的诞生奠定了基础^[1]。由此可见，风洞对于航空航天工程的发展起到了关键性的作用，它的出现对人类文明的进步意义重大^[3]。

全球最大的风洞即NASA AMES风洞位于美国加州Mountain View的艾姆斯研究中心，它可以直接用飞机实体进行实验，而不是用等比例模型或是用拆分的飞机部件进行实验。这个总耗资30亿美金的项目在很多NASA及美国航空航天项目中发挥了至关重要的作用^[4]。我国的首个的风洞出现在民国时期，由清华大学独立设计建造的回流式风洞在1936年4月24日试验成功，后在日本侵华时遭到破坏。新中国成立以后，中国已经建有了低速、跨声速速、超声速、高超声速、激波及电弧等不同类型的风洞，包含了所需要的几乎所有类型的风洞，这些风洞为中国航空航天领域的发展建立了丰功伟绩。风洞大量涌现于20世纪中期，而到现在，风洞已经不仅是进行飞行器研制工作中一个必不可少的实验工具，随着空气动力学在更多领域得到应用，风洞对于汽车行业、建筑行业、风能利用等领域也是必不可少的^[5]。

设计目的及意义