ICS 49.020 V 35
HB 8598-2021
飞机低速增压风洞高雷诺数试验半模型
设计要求
Design requirements of the half model for high Reynolds number airplane test in pressurized low speed wind tunnel
2021-04-19 发布 2021-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1. 1-2009《标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国航空工业空气动力研究院、中国航空综合技术研究所。
本标准主要起草人：王铭威、贾晓、焦仁山、高小荣、闫永昌、孙熙、刘春明。
飞机低速增压风洞高雷诺数试验半模型设计要求
1 范围
本标准规定了飞机低速增压风洞高雷诺数测力试验半模型的设计要求、制造、总装技术要求， 模型设计技术文件、模型包装和保管等通用要求。
本标准适用于我国 3m 量级低速增压风洞高雷诺数测力试验半模型的设计。其他量级低速增压风洞的试验半模型和其他类型增压风洞高雷诺数试验半模型的设计可参考使用。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GJB 4296 风洞试验术语和符号
3 术语和定义
GJB 4296 界定的术语和定义适用于本文件。
4 半模型设计
4.1 半模型设计输入一般要求
模型设计输入的一般要求包括：
a) 外形数模;
b) 试验类型;
c) 模型缩比;
d) 试验压力和风速范围;
e) 模型姿态角范围;
f) 模型气动载荷(含主要部件气动载荷)及其轴系;
g) 模型力矩参考点位置;
h) 活动面偏度及其位置和基准;
i) 强度和刚度要求;
j) 飞机进排气口的模拟要求;
k) 其他特殊要求。
4.2 半模型理论外形要求
半模型理论外形要求包括：
a) 模型设计时应保证模型的气动外形与飞机理论外形几何相似;
b) 飞机上小的外露物及凸出物：如风速管、天线、铆钉、口盖及表面粗糙度和波纹度的相似模拟，以模型设计要求为准;
c) 飞机起落架部分可适当简化;
d) 允许模型操纵面偏转机构的某些不模拟真实飞机的小部件暴露在气流中。
4.3 半模型设计基准
设计模型时应以真实飞机理论外形的三维数模为基础，设计、制造及检验中推荐采用经过相应缩比的理论外形三维数模为基准;在建立三维实体数模时，建模精度应高于加工精度。
模型三维数模的坐标轴系原点宜选用机身顶点，X 轴平行于机身轴线，指向后方;Y 轴垂直于机身纵对称面，指向右方;Z 轴在机身纵对称面内，指向上方。
4.4 半模型设计原则
对于低速增压风洞高雷诺数测力试验半模型的设计，遵循如下原则：
a) 根据风洞尺寸和试验要求确定模型缩比和尺寸参数，按以下要求综合考虑确定：
1) 模型的最大迎风面积不宜超过风洞试验段横截面积的 5%;
2) 半展长尺寸不宜超过试验段高度(或宽度)的 70%;
3) 常规飞机模型长度不宜超过试验段长度的 60%;细长体模型的长度不宜超过试验段长度的 70%;
4) 模型最大迎角时，模型机身距洞壁的最小距离一般宜大于 300mm。
b) 模型在满足试验要求的前提下，要求结构简单、拆装方便、多次安装重复性精度高、螺钉和销钉的规格尽量少且互换性好，模型部件宜采用防错设计。
c) 为便于模型安装和测量，宜在模型机身设计供测量其安装姿态的基准面或辅助测量装置。
d) 模型的单独零件或组合安装件重量超过 20kg 时，宜设计吊装方案，必要时要设计加工专用吊装工具;宜设计加工模型吊装孔的(直径超过 15mm)顺形堵块。
e) 在模型结构设计时要充分考虑模型的拆装方便，对一些非标的销钉、螺钉和较难拆装的零部件等要设计专用的辅助拆装工具。
f) 在满足模型结构强度、刚度和试验要求的前提下， 应尽量减少破坏模型翼面的螺钉孔和销钉孔的数量;宜在钢质材料零部件上设计螺纹孔，铝合金零件的螺纹孔如需反复拆卸宜采用螺丝钢套工艺。
g) 应根据试验需求预留足够的模型内部空间，以安装试验设备(如天平、倾角传感器等)。
h) 天平校准中心宜与模型力矩参考点重合，不重合时，应综合考虑其对试验数据精度的影响，并满足试验要求;同时给出模型设计的理论两心距。
i) 宜在模型相似部件(如角度偏角片、扰流板等)的适当位置，设计加工清晰、完整、准确的标识。
4.5 垫块设计要求
增压风洞高雷诺数试验半模型，推荐采用垫块法消除洞壁边界层的影响，垫块设计要求如下：
a) 垫块的外形应与机身对称面外形保持光顺一致;
b) 宜设计不同的垫块高度，通过变垫块高度的选择性试验来确定最终使用的垫块高度;
c) 应采取措施，消除或减弱模型内腔、机身纵向对称面等处不应有的气流及气动力;
d) 对半模机身与垫块之间推荐采用双槽迷宫密封结构，密封结构的缝隙一般 5mm～7mm;
e) 垫块与半模机身运动一致，宜在垫块上安装多点碰撞报警装置。
4.6 半模型材料选取要求
模型材料选取应遵循以下原则：
a) 宜采用全金属材料;
b) 选择模型材料时，在保证结构强度和刚度的前提下，要考虑材料的加工性能;
c) 材料热处理状态选取要符合模型设计要求。
4.7 半模型重量控制要求
模型的重量应该满足天平量程要求，也要满足天平和支撑系统的强度、刚度要求; 同时，应尽量减小模型的重量。
4.8 半模型强度和刚度计算要求
半模型强度和刚度计算要求如下：
a) 飞机模型强度校核部位：
1) 机翼和其他翼面根部;
2) 操纵面的转轴或角度片，及其固定件;
3) 模型支撑点的连接部件。
b) 飞机模型强度计算安全系数不宜小于 3。
c) 飞机模型设计时应充分考虑模型刚度，对金属模型宜进行刚度校核。
5 半模型制造精度和表面粗糙度
5.1 半模型各部件制造精度要求
5.1.1 机翼
模型机翼部件制造精度要求如下：
a) 机翼表面在 1/3 弦线以前与基准误差不大于 0.05mm;
b) 机翼表面在其他部分与基准误差不大于 0.08mm;
c) 剖面弦长：±0.15mm;
d) 半展长：±1.0mm;
e) 后掠角：±3,;
f) 上反角： ±3,;
g) 扭转角：±3,。
5.1.2 机身
模型机身部件制造精度要求如下：
a) 机身头部表面与基准误差不大于 0.08mm;
b) 机身其他部分与基准误差不大于 0.1mm;
c) 长度： ±1.0mm。
5.1.3 其他翼面
模型除机翼外，其他翼面部件制造精度要求如下：
a) 翼面表面与基准误差不大于 0.08mm;
b) 剖面弦长：±0.12mm;
c) 展长： ±0.8mm (或展长的 0.05%);
d) 后掠角：±3,;
e) 上反角：±3,。
5.1.4 外挂物
模型外挂物部件制造精度要求如下：
a) 外挂物表面与基准误差不大于 0.08mm;
b) 长度： ±0.3mm。
5.1.5 标准校验用飞机半模型
标准校验用飞机半模型的制造精度应比一般的飞机半模型制造精度高。
5.2 半模型各部件表面粗糙度要求
模型各部件表面粗糙度要求如下：
a) 标准校验用机翼和其他翼面、舵面的表面粗糙度 Ra 值不高于 0.4m;
b) 一般模型机翼和其他翼面、舵面的表面粗糙度 Ra 值不高于 0.8m;
c) 机身、外挂物表面粗糙度 Ra 值不高于 1.6m;
d) 模型各结构配合面的表面粗糙度 Ra 值不高于 3.2m;
e) 模型测量基准面的表面粗糙度 Ra 值不高于 1.6m。
6 半模型总装技术要求
6.1 半模型总装要求
模型设计时，应给出总装要求，包括模型各部件相对位置和角度的精度要求，模型总装后划线要求和表面处理要求等。
6.2 半模型各部件相对位置精度要求
模型各部件相对位置精度要求如下：
a) 机翼沿机体坐标系的X 轴方向相对机身位置：±0.10mm;
b) 机翼沿机体坐标系的 Y 轴方向相对机身位置：±0.15mm;
c) 机翼沿机体坐标系的 Z 轴方向相对机身位置：±0.12mm;
d) 其他翼面与机翼之间的距离：±0.50mm;
e) 其他翼面相对模型理论重心的距离：±0.15mm;
f) 水平其他翼面沿机体坐标系的 Z 轴方向相对机身位置：±0.12mm;
g) 外挂物相对机身对称面的距离：±0.50mm;
h) 外挂物高度：±0.20mm。
6.3 半模型各部件相对角度精度要求
模型各部件相对角度精度要求如下：
a) 机翼相对机身构造水平线的安装角：±3,;
b) 机翼、其他翼面的几何扭转角：±3,;
c) 机翼、其他翼面的上反角：±3,;
d) 机翼、其他翼面的前缘后掠角：±3,;
e) 襟翼、副翼、升降舵等操纵面与其对称面的偏角：±3,;
f) 各操纵面偏角重复精度：±3,;
g) 短舱及外挂物相对机翼当地弦线的安装角：±6,;
h) 外挂物相对机身参考面的偏角：±6,。
6.4 半模型总装划线要求
模型总装后一般宜按以下要求作出模型刻线：
a) 机身的水平基准线;
b) 外挂物的中心线及其在机翼、机身上的位置线;
c) 刻线要清楚连贯，宽度小于 0.2mm，深度小于 0.2mm;
d) 在不需要划出基准线的情况下，要给出调正模型的具体方法。
6.5 半模型总装后表面处理要求
金属模型表面宜根据材料属性进行防腐处理，模型的外形检验在表面防腐处理后进行。
6.6 其他要求
模型总装后还应满足以下要求：
a) 模型结构拆分对接处无逆气流台阶，顺气流台阶不大于 0.08mm，缝隙不大于 0.08mm;
b) 对具有复杂构型的模型机翼等部件，宜设计加工检验样板，以方便在风洞试验过程中检验模型构型安装是否符合要求，样板的设计加工要求参见 GJB 180A-2006《低速风洞飞机模型设计准则》。
7 技术文件要求
7.1 总体要求
模型设计完成后，宜提交模型设计说明书、三维数模或二维图纸、模型刚强度计算报告、模型检验大纲等设计文件和资料。如需适航审查，则提交适航审查要求的相关文件。
7.2 模型设计说明书
模型设计完成后，应提交模型设计说明书，说明书的内容(包含但不限于)如下：
a) 设计目的;
b) 采用的标准和依据;
c) 模型设计具体要求;
d) 模型结构说明(可配图片加以说明);
e) 对任何设计输入修改的说明。
7.3 三维数模或二维图纸
在模型结构设计完成后，要提供完整的最终版本三维数模或二维图纸，用于加工和存档。要求如下：
a) 三维数模应表达完整、正确的总体装配关系;
b) 零部件三维数模应包含零部件的尺寸、几何形状、公差、配合和详细技术要求;
c) 在三维数模无法完整、准确表达以上要求的情况下， 应配以二维图纸，且二维图纸应具有完整的内容和技术要求。
7.4 模型强度和刚度计算报告
模型设计完成后，应提交模型强度或刚度计算报告，报告的内容(包含但不限于)如下：
a) 计算目的;
b) 载荷;
c) 所使用的有限元软件的名称、版本介绍;
d) 模型部件材料属性介绍;
e) 模型强度和刚度校核计算的重点部位分析;
f) 强度和刚度计算分析，内容包含(但不限于)：载荷分析和受力简图，有限元单元类型和边界条件，安全系数等;
g) 结论。
7.5 模型检验大纲
检验大纲的内容(包含但不限于)如下：
a) 适用范围;
b) 验收依据;
c) 模型简介;
d) 总体检验要求和检验项目;
e) 检验记录表(可配图片说明);
f) 如果检验项目有超差项，应附带不合格品审理单(详细说明及让步接收原因报告);
g) 模型检验结论。
7.6 适航审查文件
如果模型需要进行适航审查，一般需要提供给局方的文件(包含但不限于，以局方要求为准)如下：
a) 完整的三维设计数模(或二维图纸);
b) 设计总结报告，报告内容涵盖设计说明书以及刚度和强度计算报告;
c) 模型检验大纲;
d) 模型版本说明;
e) 模型检验大纲与模型数模版本关系表;
f) 局方要求的其他文件。
8 模型包装、保管
8.1 模型包装要求
模型包装和装箱应以整齐、牢固、搬运和存放时保证不磕碰、不磨损、不变形为基本原则， 一般满足以下要求：
a) 模型大尺寸部件，如机身、机翼等应水平放置，多点固定支撑;
b) 模型小尺寸部件，如角度片、螺钉、销钉、小尺寸舵面等，应分类整理、标识清晰;
c) 模型部件与托架、箱体的接触部位，宜用松软、防磨损物垫好;
d) 模型尖锐部位、易变形的零部件应重点防护，保证搬运和存放时不损坏、不变形;
e) 对于金属部件要涂上防锈油，并采取防止油膜脱落的措施后再装入箱中;
f) 模型箱内应有零部件清单和定置图。
8.2 模型箱体要求
模型存放和运输的箱体应满足以下要求：
a) 模型箱的数量和外形尺寸应根据模型零部件的尺寸和数量合理设计，便于运输和保管;
b) 模型箱体应外形规整、外表美观、结实牢固;
c) 箱体要密封、防潮，外表面喷有：“小心轻放 ”、“防潮防雨 ”、“请勿倒置 ”、“承载限制”等标记;
d) 箱体外表面适当位置宜标明模型名称(或代号)、所属单位、加工单位; 有多个箱体时，每个箱体外应有序号和总数等信息;
e) 箱体外部应有便于叉车、吊车搬运的结构。
8.3 模型保管要求
模型保管时应注意以下要求：
a) 模型箱宜摆放规范、整齐， 同一个模型的多个模型箱宜放置在一起，模型的叠放层数应不超过模型箱体的承载要求。
b) 模型保管环境整洁，温度、湿度适宜。建议金属模型保存的温度范围在-20℃~40℃之间和相对湿度不大于 60%RH 的环境中。
