實(shí)驗(yàn)力學(xué)PPTchapter13

1、第十三章第十三章 流體動(dòng)力和力矩測(cè)量流體動(dòng)力和力矩測(cè)量1引言引言2 氣動(dòng)天平氣動(dòng)天平3 機(jī)械天平機(jī)械天平4 應(yīng)變天平應(yīng)變天平5 天平元件天平元件6 天平的校準(zhǔn)天平的校準(zhǔn)7 坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換8、其它天平和測(cè)力方法簡(jiǎn)介、其它天平和測(cè)力方法簡(jiǎn)介1、引言、引言:飛行、操控原理及相關(guān)概念簡(jiǎn)介飛行、操控原理及相關(guān)概念簡(jiǎn)介作用在飛行器上的空氣動(dòng)力 升力 更大的重量 阻力 更小的發(fā)動(dòng)機(jī)消耗飛行性能 等速直線飛行性能（基本飛行性能） 續(xù)航性能 起飛著陸性能（爬升、高度） 機(jī)動(dòng)飛行性能 （穩(wěn)定性）q最大平飛速度最大平飛速度 -主要限制主要限制:推力推力=阻力阻力q最小平飛速度最小平飛速度-主要限制主要限制

2、: 升力升力=重力重力(CL=CLmax)q巡航速度巡航速度-耗油最少（同航程）耗油最少（同航程） （最大升阻比（最大升阻比+發(fā)動(dòng)機(jī)的高度、速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)的高度、速度特性 ）飛機(jī)的穩(wěn)定性平衡狀態(tài)：外力與外力矩之和都為零平衡狀態(tài)常會(huì)因?yàn)楦鞣N因素的影響而遭到破壞（如燃油消耗、收放起落架、平衡狀態(tài)常會(huì)因?yàn)楦鞣N因素的影響而遭到破壞（如燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、發(fā)動(dòng)機(jī)推力改變或投擲炸彈等）。收放襟翼、發(fā)動(dòng)機(jī)推力改變或投擲炸彈等）。此時(shí)，駕駛員可以通過(guò)偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的操縱面來(lái)保持飛機(jī)的平衡，稱(chēng)為此時(shí)，駕駛員可以通過(guò)偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的操縱面來(lái)保持飛機(jī)的平衡，稱(chēng)為配平配平。 飛機(jī)的縱向穩(wěn)定及俯仰操縱重心位置與靜穩(wěn)定性

3、重心位置與靜穩(wěn)定性飛機(jī)各部分的附加升力飛機(jī)各部分的附加升力 調(diào)整升降舵與之平衡調(diào)整升降舵與之平衡飛機(jī)的操縱滾轉(zhuǎn)例：?jiǎn)温菪龢醋饔靡饾L轉(zhuǎn)力矩例：?jiǎn)温菪龢醋饔靡饾L轉(zhuǎn)力矩調(diào)整副翼一上一下與之平衡調(diào)整副翼一上一下與之平衡飛機(jī)的操縱-偏航雙發(fā)動(dòng)機(jī)單發(fā)工作時(shí)引起偏航力矩雙發(fā)動(dòng)機(jī)單發(fā)工作時(shí)引起偏航力矩調(diào)整方向舵與之平衡調(diào)整方向舵與之平衡決定飛行器運(yùn)動(dòng)的決定飛行器運(yùn)動(dòng)的六個(gè)關(guān)鍵參量六個(gè)關(guān)鍵參量：升力升力（ 重力）、重力）、阻力阻力（推力）、（推力）、側(cè)向力側(cè)向力、俯仰力矩俯仰力矩、滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩、偏航力矩偏航力矩 地面坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系 機(jī)體坐標(biāo)系機(jī)體坐標(biāo)系 氣流坐標(biāo)系氣流坐標(biāo)系 航跡坐標(biāo)系航跡坐標(biāo)系

4、坐標(biāo)系坐標(biāo)系基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題：突出重點(diǎn)、分解難點(diǎn)、模型簡(jiǎn)單、機(jī)理復(fù)雜二維翼型二維翼型升力系數(shù)隨攻角（迎角）的變化升力系數(shù)隨攻角（迎角）的變化攻角特性的改善攻角特性的改善機(jī)翼的三維效應(yīng)上翼面壓強(qiáng)低，下翼面壓強(qiáng)高上翼面壓強(qiáng)低，下翼面壓強(qiáng)高 - - 壓差壓差 - - 漩渦漩渦 - - 下洗下洗空氣動(dòng)力系數(shù)q 升力系數(shù)升力系數(shù) Cy ( CL )q 阻力系數(shù)阻力系數(shù) Cx ( CD )流場(chǎng)中的受力測(cè)量Tpi多點(diǎn)壓力測(cè)量多點(diǎn)壓力測(cè)量壓力掃描閥壓力掃描閥動(dòng)量法測(cè)阻力動(dòng)量法測(cè)阻力模型尾部支撐（應(yīng)變天平）的形式模型尾部支撐（應(yīng)變天平）的形式模型腹部支撐的形式模型腹部支撐的形式機(jī)械天平的角度機(jī)構(gòu)機(jī)械天平的角度機(jī)構(gòu)2

5、、氣動(dòng)天平、氣動(dòng)天平氣動(dòng)天平的分類(lèi)氣動(dòng)天平的分類(lèi)氣動(dòng)天平的分類(lèi)氣動(dòng)天平的分類(lèi)3、機(jī)械天平、機(jī)械天平（結(jié)構(gòu)示意）（結(jié)構(gòu)示意）塔式機(jī)械天平塔式機(jī)械天平臺(tái)式機(jī)械天平臺(tái)式機(jī)械天平塔式天平塔式天平（力與力矩的分解原理）（力與力矩的分解原理）力矩平臺(tái)：力矩平臺(tái)：斜拉張線延長(zhǎng)交于塔心斜拉張線延長(zhǎng)交于塔心-實(shí)現(xiàn)力和力矩的分解實(shí)現(xiàn)力和力矩的分解俯仰力矩：繞俯仰力矩：繞Z軸軸偏航力矩：繞偏航力矩：繞Y軸軸滾轉(zhuǎn)力矩：繞滾轉(zhuǎn)力矩：繞X軸軸力平臺(tái)：力平臺(tái)：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫嫠教炱剿教炱剑ǚ纸庠恚ǚ纸庠恚┝仄脚_(tái)：力矩平臺(tái)：斜拉張

6、線延長(zhǎng)交于塔心斜拉張線延長(zhǎng)交于塔心-實(shí)現(xiàn)力和力矩的分解實(shí)現(xiàn)力和力矩的分解俯仰力矩：繞俯仰力矩：繞Z軸軸偏航力矩：繞偏航力矩：繞Y軸軸滾轉(zhuǎn)力矩：繞滾轉(zhuǎn)力矩：繞X軸軸力平臺(tái)：力平臺(tái)：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫?雙雙)臺(tái)式天平臺(tái)式天平（力與力矩的分解原理）（力與力矩的分解原理）力矩平臺(tái)：力矩平臺(tái)：俯仰力矩：左右力矩?fù)u臂對(duì)俯仰力矩：左右力矩?fù)u臂對(duì)滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩?fù)u臂對(duì)滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩?fù)u臂對(duì)偏航力矩：迎面水平張線對(duì)偏航力矩：迎面水平張線對(duì)存在氣動(dòng)力對(duì)力矩的干擾存在氣動(dòng)力對(duì)力矩的干擾阻力阻力-俯仰力矩、俯仰力矩、側(cè)向力側(cè)向力-滾

7、轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩力平臺(tái)力平臺(tái)( (同塔式同塔式) )：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫?雙雙)臺(tái)式天平臺(tái)式天平（力與力矩的分解原理）（力與力矩的分解原理）力矩平臺(tái)：力矩平臺(tái)：俯仰力矩：左右力矩?fù)u臂對(duì)俯仰力矩：左右力矩?fù)u臂對(duì)滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩?fù)u臂對(duì)滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩?fù)u臂對(duì)偏航力矩：迎面水平張線對(duì)偏航力矩：迎面水平張線對(duì)存在氣動(dòng)力對(duì)力矩的干擾存在氣動(dòng)力對(duì)力矩的干擾阻力阻力-俯仰力矩、俯仰力矩、側(cè)向力側(cè)向力-滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩力平臺(tái)力平臺(tái)( (同塔式同塔式) )：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力

8、：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫嫦麛_機(jī)構(gòu)消擾機(jī)構(gòu)臺(tái)式天平臺(tái)式天平（消擾機(jī)構(gòu)原理）（消擾機(jī)構(gòu)原理）作用在作用在O點(diǎn)的阻力點(diǎn)的阻力Fxa,對(duì)于力矩平對(duì)于力矩平臺(tái)中心臺(tái)中心C而言，等效于一個(gè)力而言，等效于一個(gè)力Fxa和一個(gè)力矩和一個(gè)力矩FxaH2作用，該附加力作用，該附加力矩矩 在力矩?fù)u臂輸出端產(chǎn)生多余附在力矩?fù)u臂輸出端產(chǎn)生多余附加力加力Fxm，而移至而移至C點(diǎn)的阻力點(diǎn)的阻力Fxa通過(guò)消擾裝通過(guò)消擾裝置在力矩?fù)u臂輸出端產(chǎn)生抵消附置在力矩?fù)u臂輸出端產(chǎn)生抵消附加力加力Fxa，調(diào)整消擾裝置長(zhǎng)度調(diào)整消擾裝置長(zhǎng)度l4，使之滿足，使之滿足即可實(shí)現(xiàn)消擾！即可實(shí)現(xiàn)消擾！（書(shū)上錯(cuò)了三個(gè)地方：（書(shū)上錯(cuò)了三個(gè)地方：Fxa、Fx

9、m等）等）3、機(jī)械天平、機(jī)械天平（力與力矩的測(cè)量元件）（力與力矩的測(cè)量元件）3、機(jī)械天平、機(jī)械天平（特點(diǎn)及局限）（特點(diǎn)及局限）各空氣動(dòng)力分量分解好，精度高；各空氣動(dòng)力分量分解好，精度高；各分量間的干擾可控，故可提高準(zhǔn)度；各分量間的干擾可控，故可提高準(zhǔn)度；有較大剛度，一般不需彈性角修正；有較大剛度，一般不需彈性角修正；載荷測(cè)量范圍寬，通過(guò)調(diào)整可獲較高靈敏度；載荷測(cè)量范圍寬，通過(guò)調(diào)整可獲較高靈敏度； 環(huán)境影響小，穩(wěn)定性高；環(huán)境影響小，穩(wěn)定性高； 一般含有姿態(tài)調(diào)整裝置；一般含有姿態(tài)調(diào)整裝置；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用高，研制周期長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用高，研制周期長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)差響應(yīng)差4、應(yīng)變天平、應(yīng)變

10、天平（結(jié)構(gòu)特征）（結(jié)構(gòu)特征）桿式天平桿式天平盒式天平盒式天平輪輻式天平輪輻式天平環(huán)式天平環(huán)式天平四分量天平結(jié)構(gòu)四分量天平結(jié)構(gòu)六分量天平照片六分量天平照片5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）三片變形位移一致三片變形位移一致反映測(cè)量靈敏度反映測(cè)量靈敏度法向力法向力法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩法向力法向力俯仰力矩俯仰力矩5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）三片變形位移一致三片變形位移一致反映測(cè)量靈敏度反映測(cè)量靈敏度法向力法向力法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩側(cè)向力和偏航力矩側(cè)向力和偏航力矩?法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩測(cè)量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)測(cè)量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)90度度!滾轉(zhuǎn)

11、力矩元件滾轉(zhuǎn)力矩元件5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）（圓）（圓）（方）（方）軸向力元件軸向力元件5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）柱梁式組合元件柱梁式組合元件5、天平元件、天平元件法向力法向力俯仰力矩俯仰力矩側(cè)向力側(cè)向力偏航力矩偏航力矩滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩總體布置總體布置5、天平元件、天平元件我們實(shí)驗(yàn)中采用的天平我們實(shí)驗(yàn)中采用的天平6、天平的校準(zhǔn)、天平的校準(zhǔn)某空氣動(dòng)力研究機(jī)構(gòu)某空氣動(dòng)力研究機(jī)構(gòu)15KN天平校準(zhǔn)設(shè)備天平校準(zhǔn)設(shè)備校準(zhǔn)通式校準(zhǔn)通式6、天平的校準(zhǔn)、天平的校準(zhǔn)工作公式工作公式7、體軸系與風(fēng)軸系、體軸系與風(fēng)軸系7、體軸系與風(fēng)軸系、體軸系與風(fēng)軸系風(fēng)軸系風(fēng)軸系體軸系體軸系軸向力系數(shù)、法向力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)軸向力系數(shù)、法向力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)、偏航力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)、偏航力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)壓電式天平磁懸掛天平8、其它天平和測(cè)力方法簡(jiǎn)介、其它天平和測(cè)力方法簡(jiǎn)介自由飛實(shí)驗(yàn)自由飛實(shí)驗(yàn)水星著陸倉(cāng)自由飛風(fēng)洞試驗(yàn)（陰影）水星著陸倉(cāng)自由飛風(fēng)洞試驗(yàn)（陰影）投彈自由飛風(fēng)洞試驗(yàn)（多次曝光）投彈自由飛風(fēng)洞試驗(yàn)（多次曝光）自由飛風(fēng)洞試驗(yàn)自由飛風(fēng)洞試驗(yàn)水平風(fēng)洞模型自由飛實(shí)驗(yàn)水平風(fēng)洞模型自由飛實(shí)驗(yàn)自由飛風(fēng)洞試