飛行原理于風洞實驗

實驗一、飛行原理實驗（一） 實驗目的熟悉風洞的功用和典型構(gòu)造；通過煙風洞實驗觀察模型的氣流流動情況；通過低速風洞的吹風實驗了解升力與迎角、相對速度之間的關(guān)系;通過對不同的飛機模型進行吹風實驗掌握飛機的穩(wěn)定性和操縱性。（二） 實驗內(nèi)容觀察翼型模型或飛機模型在煙風洞中的氣流流動情況；觀察飛機模型的迎角大小和相對速度對升力的影響規(guī)律；觀察飛機模型在受到擾動失衡之后如何自動恢復到平衡狀態(tài)；觀察飛機模型通過操縱設(shè)備來改變飛機的哪些飛行狀態(tài)。（三） 實驗設(shè)備實驗設(shè)備主要包括：直流式低速風洞、煙風洞、以及各種不同類型的飛機吹風模型教具。如圖1-1所示是煙風洞構(gòu)造示意圖。煙風洞也是一種低速風洞，主要用于形象地顯示出環(huán)繞實驗模型的氣流流動的情況，使觀察者可以清晰地看出模型的流線譜，或拍攝出流線譜的照片。一一一一—三年三三=_1-發(fā)煙器；2-管道；3-梳狀管；4-實驗段；5-沉淀槽；6-煙量開關(guān)；7-煙速調(diào)整紐；8-模型迎角調(diào)整紐；9-發(fā)煙器及照明開關(guān)

圖1-1煙風洞構(gòu)造示意圖煙風洞一般由風洞本體、發(fā)煙器、風扇電動機和照明設(shè)備等組成。風洞的剖面呈矩形，為閉口直流式。煙從發(fā)煙器1產(chǎn)生，沿管道2流向梳狀管3（很多并列的細管），煙霧通過梳狀管形成一條條細的流線，流線流過實驗段4時，就可以觀察氣流流過模型時的流動情況。煙霧流過實驗段后流人沉淀槽5,最后流到風洞的外面。發(fā)煙器底部裝有電加熱器，把注入的礦油點燃而發(fā)煙。為了看得更清楚或方便攝影，風洞實驗段后壁常漆成黑色，并用管狀的電燈來照明。如圖1-2所示是一種簡單的直流式風洞的構(gòu)造示意圖。風洞的人造風是由風扇旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)生的，風扇由電動機帶動，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，可以改變風洞中氣流的流速。

II—— II—— 12-—4*——13 1-電動機；2-風扇；3-防護網(wǎng)；4-支架；5-模型；6-銅絲網(wǎng)；7-整流格；

8-天平；9-空速管；10-空速表；11-收斂段；12-實驗段；13-擴散段圖1-2直流式低速風洞直流式低速風洞的工作過程如下：電動機1驅(qū)動風扇2轉(zhuǎn)動產(chǎn)生人造風，人造風首先通過收斂段11，使氣流收縮，速度增大。氣流通過整流格，使渦流減小，并在實驗段的進口處達到希望的流速，然后再以平穩(wěn)的速度通過實驗段12。飛機或機翼模型就放在實驗段的支架4上進行實驗。氣流從實驗段流過擴散段13,使流速降低，能量的損失減小。最后氣流通過防護網(wǎng)3流出風洞之外。進行風洞實驗還需要一些精密的儀器設(shè)備，如測量模型上的空氣動力大小的天平8、測量氣流速度的空速表10和空速管9，以及溫度汁、氣壓計和濕度計等，另外，還需要模型表面壓力分布的壓力計、數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備以及控制風洞運行的其他設(shè)備等。實驗步驟、方法及數(shù)據(jù)記錄實驗步驟(以直流低速風洞為例)連上電源線(電源接頭在設(shè)備背部)，接通操作面板上的電源開關(guān)(按綠色按鈕)；首先轉(zhuǎn)動電壓調(diào)整羅盤至零位，然后打開電壓和電流開關(guān)，觀察電壓表和電流表指示是否正常；確認電壓表和電流表正常后，將需要實驗的翼型模型或飛機模型放置在實驗段，并固定好；轉(zhuǎn)動電壓調(diào)整羅盤，逐漸提高電動機功率(功率不高于140)；達到所要求的實驗風速后，對翼型模型或飛機模型進行相應的操作，觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果；將電壓調(diào)整羅盤調(diào)整至零位，電壓和電流開關(guān)，關(guān)閉操作面板上的電源開關(guān)(按紅色按鈕)，關(guān)閉電源，并將翼型模型或飛機模型放回原處。實驗方法將飛機模型或翼型模型置于實驗段的固定位置，調(diào)整電動機功率，使實驗段氣流達到預定風速。分別測量在某幾個迎角(取a=15o,20o,25o,30o)時升力系數(shù)Cx、阻力系數(shù)Cy和升阻比K=Cx/Cy的 迎角a15o20o25o30o升力系數(shù)Cx阻力系數(shù)Cy升阻比K=Cx/Cy實驗數(shù)據(jù)記錄記錄實驗時翼型模型或飛機模型的迎角的角度；記錄實驗時電動機功率的大小和氣流的流速；記錄實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果。思考題風洞實驗有何作用？答：風洞實驗的作用：是利用人造氣流來進行飛機空氣動力實驗測試。風洞是發(fā)展航空航天事業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，風洞實驗是研制飛行器的先行官，決定一架飛機或其他飛行器的飛行性能，如速度、高度等，除飛機重量、發(fā)動機推力等要素外，最重要的因素是作用于飛機的空氣動力?？諝鈩恿χ饕獩Q定于飛機的外形。在設(shè)計和研制飛機時，首先是設(shè)計其外形，由此就可以確定作用于飛機的空氣動力并推算飛行性能。但是，這個工作只能做在最前，不能在飛機造出來以后。故風洞試驗主要用于確定飛機空氣動力的實驗測試。影響飛機升力的因素有哪些？答：(1)機翼面積的影響；相對速度的影響；空氣密度的影響；機翼剖面形狀和迎角的影響.什么是飛機的穩(wěn)定性？飛機包括哪幾個方向上的穩(wěn)定性？答：所謂飛機的穩(wěn)定性，是指在飛行過程中，如果飛機受到某種擾動而偏離原來的平衡狀態(tài)，在擾動消失后，不經(jīng)飛行員操縱，飛機能自動恢復到原來平衡狀態(tài)的特性。飛機的穩(wěn)定性包括：(1)飛機的縱向穩(wěn)定性；飛機的方向穩(wěn)定性；飛機的橫向穩(wěn)定性.什么是飛機的操縱性？駕駛員如何操縱飛機的俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)運動？答：飛機的操縱性是指駕駛員通過操縱設(shè)備(如駕駛桿、腳蹬和氣動舵面等)來改變飛機飛行狀態(tài)的能力。駕駛員如何操縱飛機的俯仰：飛機在飛行過程中，操縱升降舵，飛機就會繞著橫軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生俯仰運動。飛行員向后拉駕駛桿，經(jīng)傳動機構(gòu)傳動，升降舵便向上偏轉(zhuǎn)，這時，水平尾翼上的向下附加升力就產(chǎn)生使飛機抬頭的力矩，使飛機上仰；向前推駕駛桿，則升降舵向下偏轉(zhuǎn)，使機頭下俯。駕駛員如何操縱飛機偏航：在飛機飛行過程中，操縱方向舵，飛機則繞立軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生偏航運動。飛行員向前蹬左腳蹬，方向舵向左偏轉(zhuǎn)，在垂直尾翼上產(chǎn)生向右的附加側(cè)力，此力使飛機產(chǎn)生向左的偏航力矩，使機頭向左偏轉(zhuǎn)；向前蹬右腳蹬，飛機產(chǎn)生向右的偏航力矩，使機頭向右偏轉(zhuǎn)。駕駛員如何操縱飛機的滾轉(zhuǎn)運動：飛機在飛行過程中，操縱副翼，飛機便繞著縱軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生滾動運動。向左壓駕駛桿，左副翼向上偏轉(zhuǎn)，右副翼向下偏轉(zhuǎn)，這時左機翼升力減小，右機翼升力增大，則產(chǎn)生左滾的滾動力矩，使飛機向左傾轉(zhuǎn)；向右壓駕駛桿，則右副翼向上偏轉(zhuǎn)，左副翼向下偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生右滾的滾動力矩，飛機便向右偏轉(zhuǎn)。實驗收獲(心得體會)。通過本次飛行原理實驗，使我熟悉了風洞的功用和典型構(gòu)造，認識到風洞試驗對發(fā)展航空航天事業(yè)的重要性。因為航空器、航天器，包括