飛行原理于風(fēng)洞實驗.doc

實驗一、飛行原理實驗（一）實驗?zāi)康?熟悉風(fēng)洞的功用和典型構(gòu)造；2通過煙風(fēng)洞實驗觀察模型的氣流流動情況；3通過低速風(fēng)洞的吹風(fēng)實驗了解升力與迎角、相對速度之間的關(guān)系；4通過對不同的飛機(jī)模型進(jìn)行吹風(fēng)實驗掌握飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性。（二）實驗內(nèi)容1觀察翼型模型或飛機(jī)模型在煙風(fēng)洞中的氣流流動情況；2觀察飛機(jī)模型的迎角大小和相對速度對升力的影響規(guī)律；3觀察飛機(jī)模型在受到擾動失衡之后如何自動恢復(fù)到平衡狀態(tài)；4觀察飛機(jī)模型通過操縱設(shè)備來改變飛機(jī)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(fēng)洞、煙風(fēng)洞、以及各種不同類型的飛機(jī)吹風(fēng)模型教具。如圖1-1所示是煙風(fēng)洞構(gòu)造示意圖。煙風(fēng)洞也是一種低速風(fēng)洞，主要用于形象地顯示出環(huán)繞實驗?zāi)Ｐ偷臍饬髁鲃拥那闆r，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。 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(fēng)洞構(gòu)造示意圖煙風(fēng)洞一般由風(fēng)洞本體、發(fā)煙器、風(fēng)扇電動機(jī)和照明設(shè)備等組成。風(fēng)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(xì)管），煙霧通過梳狀管形成一條條細(xì)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(fēng)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(fēng)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(fēng)洞的構(gòu)造示意圖。風(fēng)洞的人造風(fēng)是由風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)生的，風(fēng)扇由電動機(jī)帶動，調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變風(fēng)洞中氣流的流速。 1-電動機(jī)；2-風(fēng)扇；3-防護(hù)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(kuò)散段圖1-2 直流式低速風(fēng)洞直流式低速風(fēng)洞的工作過程如下：電動機(jī)1驅(qū)動風(fēng)扇2轉(zhuǎn)動產(chǎn)生人造風(fēng)，人造風(fēng)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(jìn)口處達(dá)到希望的流速，然后再以平穩(wěn)的速度通過實驗段12。飛機(jī)或機(jī)翼模型就放在實驗段的支架4上進(jìn)行實驗。氣流從實驗段流過擴(kuò)散段13，使流速降低，能量的損失減小。最后氣流通過防護(hù)網(wǎng)3流出風(fēng)洞之外。進(jìn)行風(fēng)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(fēng)洞運(yùn)行的其他設(shè)備等。（四）實驗步驟、方法及數(shù)據(jù)記錄1實驗步驟（以直流低速風(fēng)洞為例）（1）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）；（2）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；（3）確認(rèn)電壓表和電流表正常后，將需要實驗的翼型模型或飛機(jī)模型放置在實驗段，并固定好；（4）轉(zhuǎn)動電壓調(diào)整羅盤，逐漸提高電動機(jī)功率（功率不高于140）；（5）達(dá)到所要求的實驗風(fēng)速后，對翼型模型或飛機(jī)模型進(jìn)行相應(yīng)的操作，觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果；（6）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(jī)模型放回原處。2實驗方法（1）將飛機(jī)模型或翼型模型置于實驗段的固定位置，調(diào)整電動機(jī)功率，使實驗段氣流達(dá)到預(yù)定風(fēng)速。（2）分別測量在某幾個迎角（取a=15 o,20 o,25 o,30 o）時升力系數(shù)Cx、阻力系數(shù)Cy和升阻比K=Cx/Cy的大小。并將測量數(shù)據(jù)記錄于下表。迎角a15o20 o25 o30 o升力系數(shù)Cx阻力系數(shù)Cy升阻比K=Cx/Cy3實驗數(shù)據(jù)記錄（1）記錄實驗時翼型模型或飛機(jī)模型的迎角的角度；（2）記錄實驗時電動機(jī)功率的大小和氣流的流速；（3）記錄實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果。（五）思考題1風(fēng)洞實驗有何作用？ 答：風(fēng)洞實驗的作用：是利用人造氣流來進(jìn)行飛機(jī)空氣動力實驗測試。風(fēng)洞是發(fā)展航空航天事業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，風(fēng)洞實驗是研制飛行器的先行官 ，決定一架飛機(jī)或其他飛行器的飛行性能，如速度、高度等，除飛機(jī)重量、發(fā)動機(jī)推力等要素外，最重要的因素是作用于飛機(jī)的空氣動力。空氣動力主要決定于飛機(jī)的外形。在設(shè)計和研制飛機(jī)時，首先是設(shè)計其外形，由此就可以確定作用于飛機(jī)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(jī)造出來以后。故風(fēng)洞試驗主要用于確定飛機(jī)空氣動力的實驗測試。2影響飛機(jī)升力的因素有哪些？答：（1）機(jī)翼面積的影響；（2）相對速度的影響；（3）空氣密度的影響；（4）機(jī)翼剖面形狀和迎角的影響.3什么是飛機(jī)的穩(wěn)定性？飛機(jī)包括哪幾個方向上的穩(wěn)定性？答：所謂飛機(jī)的穩(wěn)定性，是指在飛行過程中，如果飛機(jī)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(jī)能自動恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的特性。飛機(jī)的穩(wěn)定性包括：（1）飛機(jī)的縱向穩(wěn)定性；（2）飛機(jī)的方向穩(wěn)定性；（3）飛機(jī)的橫向穩(wěn)定性.4什么是飛機(jī)的操縱性？駕駛員如何操縱飛機(jī)的俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動？答：飛機(jī)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(jī)飛行狀態(tài)的能力。駕駛員如何操縱飛機(jī)的俯仰：飛機(jī)在飛行過程中，操縱升降舵，飛機(jī)就會繞著橫軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生俯仰運(yùn)動。飛行員向后拉駕駛桿，經(jīng)傳動機(jī)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(jī)抬頭的力矩，使飛機(jī)上仰；向前推駕駛桿，則升降舵向下偏轉(zhuǎn)，使機(jī)頭下俯。駕駛員如何操縱飛機(jī)偏航：在飛機(jī)飛行過程中，操縱方向舵，飛機(jī)則繞立軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生偏航運(yùn)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(jī)產(chǎn)生向左的偏航力矩，使機(jī)頭向左偏轉(zhuǎn)；向前蹬右腳蹬，飛機(jī)產(chǎn)生向右的偏航力矩，使機(jī)頭向右偏轉(zhuǎn)。駕駛員如何操縱飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動：飛機(jī)在飛行過程中，操縱副翼，飛機(jī)便繞著縱軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生滾動運(yùn)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(jī)翼升力減小，右機(jī)翼升力增大，則產(chǎn)生左滾的滾動力矩，使飛機(jī)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(jī)便向右偏轉(zhuǎn)。（六）實驗收獲（心得體會）。通過本次飛行原理實驗，使我熟悉了風(fēng)洞的功用和典型構(gòu)造，認(rèn)識到風(fēng)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