丝线法

文化术语

丝线法是风洞中流态观察方法之一，属于示踪法。

简介

将丝线、羊毛等纤维粘贴在要观察的模型表面或模型后的网格上,由丝线的运动(丝线转动、抖动或倒转) 可以判明气流的方向和分离区的位置以及空间涡的位置、转向等。现在又发展到用比丝线更细的尼龙丝，有时细到连肉眼都看不清。将尼龙丝用荧光染料处理后再粘在模型上。这种丝线在紫外线照射下显示出来，并且可以拍摄下来。粘丝很细，对模型没有影响，可同时进行测力实验。此法称为荧光丝线法。

风洞试验

空气动力学实验分实物实验和模型实验两大类。实物实验如飞机飞行实验和导弹实弹发射实验等，不会发生模型和环境等模拟失真问题，一直是鉴定飞行器气动性能和校准其他实验结果的最终手段，这类实验的费用昂贵，条件也难控制，而且不可能在产品研制的初始阶段进行，故空气动力学实验一般多指模型实验。空气动力学实验按空气(或其他气体)与模型(或实物)产生相对运动的方式不同可分为3类:①空气运动，模型不动，如风洞实验。②空气静止，物体或模型运动，如飞行实验、模型自由飞实验(有动力或无动力飞行器模型在空气中飞行而进行实验)、火箭橇实验(用火箭推进的在轨道上高速行驶的滑车携带模型进行实验)、旋臂实验(旋臂机携带模型旋转而进行实验)等。③空气和模型都运动，如风洞自由飞实验(相对风洞气流投射模型而进行实验)、尾旋实验(在尾旋风洞上升气流中投入模型，并使其进入尾旋状态而进行实验)等。进行模型实验时，应保证模型流场与真实流场之间的相似，即除保证模型与实物几何相似以外，还应使两个流场有关的相似准数，如雷诺数、马赫数、普朗特数等对应相等(见流体力学相似准数)。

实际上，在一般模型实验(如风洞实验)条件下，很难保证这些相似准数全部相等，只能根据具体情况使主要相似准数相等或达到自准范围。例如涉及粘性或阻力的实验应使雷诺数相等;对于可压缩流动的实验，必须保证马赫数相等，等等。应该满足而未能满足相似准数相等而导致的实验误差，有时也可通过数据修正予以消除，如雷诺数修正。洞壁和模型支架对流场的干扰也应修正。空气动力学实验主要测量气流参数，观测流动现象和状态，测定作用在模型上的气动力等。实验结果一般都整理成无量纲的相似准数，以便从模型推广到实物。

风洞一般称之为风洞试验。简单地讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。这是现代飞机

其他观察方法

风洞中流态观察方法大致为分两类:第一类是示踪方法;第二类是光学方法。

示踪方法

在流场中添加物质，如有色液体、烟、丝线和固体粒子等，通过照相或肉眼观察添加物随流体运动的图形。只要添加物足够小，而且比重和流动介质接近，显示出来的添加物运动的图形就表示出气流的运动。这是一种间接显示法，特别适合于显示定常流动。常用的除丝线法外，还有烟流法、油流法、升华法、蒸汽屏法和液晶显示法等5种:

①烟流法用风洞中特制烟管或模型上放出的烟流显示气体绕模型的流动图形。这是一种很好的观测方法。世界各国建设了不少烟风洞。通常是在风洞外把不易点燃的矿物油用金属丝通电加热而产生的烟引入风洞;也有将涂有油的不锈钢或钨丝放在模型前，实验时通电将钨丝加热,产生细密的烟雾。为了保证烟束清晰不散,必须采用大收缩比的收缩段、稳定段或风洞入口加装抗湍流网和采用吸振性能好的材料制造洞壁等措施，保持烟流为层流状态。烟流法除用于观察绕模型的流动，还可用来测量边界层过渡点位置和研究涡流结构。

②油流法在粘性的油中掺进适量指示剂(如炭黑)并滴入油酸，配制成糊状液态物，均匀地涂在模型表面。实验时通过指示剂颗粒沿流向形成的纹理结构，显示出模型表面的流动图形。如果油中加入少量荧光染料，则在紫外线照射下可以显现出荧光条纹图，称为荧光油流图。它可以显示模型表面气流流动方向、边界层过渡点位置、气流分离区、激波与边界层相互干扰等流动现象。

③升华法将挥发性的液体或容易升华的固体喷涂在模型表面，依据涂料从模型上散失的速度与边界层状态有关的原理(在湍流边界层内由于气流的不规则运动导致该处蒸发量或升华量大于层流处)来区分边界层状态，确定过渡点的位置。

④蒸汽屏法在风洞中形成过饱和的蒸汽，在需要观察的截面，垂直气流方向射入一道平行光，气流经过光面时，由于离心力的作用，旋涡内外蒸汽的含量是不同的,光的折射率因此不同,便能显示出涡核的位置。此法多用来观察大攻角脱体涡的位置。

⑤液晶显示法利用液晶颜色随温度而改变的特性来识别层流、湍流边界层和激波。液晶是一种油状有机物,温度较低时，无色透明,随着温度上升，便以红、黄、绿、蓝、无色的顺序改变，能鉴别有微小温差的层流和湍流边界层流动以及激波前后的温差。它适用于高速和超声速流态观察。液晶的涂法与漆类似，先稀释，再喷涂。液晶对污物杂质敏感，喷涂时，模型表面必须干净。

光学方法

根据光束在气体中的折射率随气流密度不同而改变的原理制造出来的光学仪器，如阴影仪、纹影仪、干涉仪(见风洞测试仪器)和全息照相装置等，都可用来观察气体流动图形。这种方法不在流场中添加其他物质，不会干扰气体流动，而且可以在短时间内采集大量的空间数据。它是一种直接显示方法，特别适合于观察可压缩流动和非定常流动，如激波、尾流和边界层过渡等。

荧光微丝法

背景

在风洞中观察物休表面流谱的方法，一般使用丝线法或油流法.丝线法只适用于低速风洞试验.由于丝线较粗，故对气流干扰较大，影响试验结果的真实性，且不能在物休表面贴布很密，因而往往不能观察到完整的流动图形.油流法虽适用于高速，也可得到完整的流谱，但对风洞有污染，而且，若要观察模型在另一姿态下的流谱，需重新涂布，费时等待，这对高速风洞是不经济的.对油流流谱的判读还需要有一定的经验，否则易于判读错误。

因此，有学者研究成功了一种观察流谱的新方法—荧光微丝法，即用含有荧光物质的直径仅为0.01~0.02毫米的合成纤维贴布于模型表面进行试验.这种纤维尺度极小，能够保持模型精度，对试验结果影响小.萤光微丝在一般光线下肉眼很难察觉，但在紫外线激发下能呈现出耀眼的亮度，使细丝的直径似乎增大了几十倍甚至百余倍，这就使适时观察或照相记录都方便得多。

方法介绍

选用材料：微丝材料需有足够的强度，可以采用直径为0.01-0.02毫米左右的尼龙丝或涤纶丝等。为了便于粘贴，丝的长度以不小于500毫米为宜。

荧光处理：荧光处理有两种方法，一是选用合适的荧光染料进行染色，但因合成纤维表面均极光滑很难直接染上荧光物质。另一方法是将能激发各色荧光的物质先制成纤维原材料再抽成细丝。

柔化、抗静电处理：尼龙丝或涤纶丝直径虽细，但因材料本身的弹性模数较大，故在切短后显现太硬，需加以柔化处理，以使其随气流的飘浮性更好。同时，微丝与气流不断磨擦，会引起静电积聚，从而相互吸附或吸附于模型表面，因此还需进行抗静电处理。

粘贴方法：对低速木模，微丝可用涂布油粘贴，贴丝的密度需视模型大小以及所观察的流动频型而定。大的模型，间隔可稍大，微丝也可稍长。在观察如三角其的脱体涡等的流动时，贴丝应短而密。为使微丝不至于绞在一起，我们认为长度与间隔距离之比以2:1为好.贴布时还应注意挑选直而不扭弯的微丝。对高速金属模型可用20号胶水粘贴，用软布沾以香蕉水可以抹去模型上的微丝。

对模型表面的要求：模型表面需尽量减少反射，对于金属模型，最好不要抛光，对涂漆模型应涂弱反光的漆，漆的颜色应与所选用的萤光色有较大的差别。

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