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实验一、飞行原理实验(一)实验目的1熟悉风洞的功用和典型构造;2通过烟风洞实验观察模型的气流流动情况;3通过低速风洞的吹风实验了解升力与迎角、相对速度之间的关系;4通过对不同的飞机模型进行吹风实验掌握飞机的稳定性和操纵性。(二)实验内容1观察翼型模型或飞机模型在烟风洞中的气流流动情况;2观察飞机模型的迎角大小和相对速度对升力的影响规律;3观察飞机模型在受到扰动失衡之后如何自动恢复到平衡状态;4观察飞机模型通过操纵设备来改变飞机的哪些飞行状态。(三)实验设备实验设备主要包括:直流式低速风洞、烟风洞、以及各种不同类型的飞机吹风模型教具。如图1-1所示是烟风洞构造示意图。烟风洞也是一种低速风洞,主要用于形象地显示出环绕实验模型的气流流动的情况,使观察者可以清晰地看出模型的流线谱,或拍摄出流线谱的照片。 1-发烟器;2-管道;3-梳状管;4-实验段;5-沉淀槽;6-烟量开关;7-烟速调整纽;8-模型迎角调整纽;9-发烟器及照明开关图1-1 烟风洞构造示意图烟风洞一般由风洞本体、发烟器、风扇电动机和照明设备等组成。风洞的剖面呈矩形,为闭口直流式。烟从发烟器1产生,沿管道2流向梳状管3(很多并列的细管),烟雾通过梳状管形成一条条细的流线,流线流过实验段4时,就可以观察气流流过模型时的流动情况。烟雾流过实验段后流人沉淀槽5,最后流到风洞的外面。发烟器底部装有电加热器,把注入的矿油点燃而发烟。为了看得更清楚或方便摄影,风洞实验段后壁常漆成黑色,并用管状的电灯来照明。如图1-2所示是一种简单的直流式风洞的构造示意图。风洞的人造风是由风扇旋转式产生的,风扇由电动机带动,调整电动机的转速,可以改变风洞中气流的流速。 1-电动机;2-风扇;3-防护网;4-支架;5-模型;6-铜丝网;7-整流格;8-天平;9-空速管;10-空速表;11-收敛段;12-实验段;13-扩散段图1-2 直流式低速风洞直流式低速风洞的工作过程如下:电动机1驱动风扇2转动产生人造风,人造风首先通过收敛段11,使气流收缩,速度增大。气流通过整流格,使涡流减小,并在实验段的进口处达到希望的流速,然后再以平稳的速度通过实验段12。飞机或机翼模型就放在实验段的支架4上进行实验。气流从实验段流过扩散段13,使流速降低,能量的损失减小。最后气流通过防护网3流出风洞之外。进行风洞实验还需要一些精密的仪器设备,如测量模型上的空气动力大小的天平8、测量气流速度的空速表10和空速管9,以及温度汁、气压计和湿度计等,另外,还需要模型表面压力分布的压力计、数据采集和处理设备以及控制风洞运行的其他设备等。(四)实验步骤、方法及数据记录1实验步骤(以直流低速风洞为例)(1)连上电源线(电源接头在设备背部),接通操作面板上的电源开关(按绿色按钮);(2)首先转动电压调整罗盘至零位,然后打开电压和电流开关,观察电压表和电流表指示是否正常;(3)确认电压表和电流表正常后,将需要实验的翼型模型或飞机模型放置在实验段,并固定好;(4)转动电压调整罗盘,逐渐提高电动机功率(功率不高于140);(5)达到所要求的实验风速后,对翼型模型或飞机模型进行相应的操作,观察实验现象并记录实验结果;(6)将电压调整罗盘调整至零位,电压和电流开关,关闭操作面板上的电源开关(按红色按钮),关闭电源,并将翼型模型或飞机模型放回原处。2实验方法(1)将飞机模型或翼型模型置于实验段的固定位置,调整电动机功率,使实验段气流达到预定风速。(2)分别测量在某几个迎角(取a=15 o,20 o,25 o,30 o)时升力系数Cx、阻力系数Cy和升阻比K=Cx/Cy的大小。并将测量数据记录于下表。迎角a15o20 o25 o30 o升力系数Cx阻力系数Cy升阻比K=Cx/Cy3实验数据记录(1)记录实验时翼型模型或飞机模型的迎角的角度;(2)记录实验时电动机功率的大小和气流的流速;(3)记录实验现象或实验结果。(五)思考题1风洞实验有何作用? 答:风洞实验的作用:是利用人造气流来进行飞机空气动力实验测试。风洞是发展航空航天事业的关键设备,风洞实验是研制飞行器的先行官 ,决定一架飞机或其他飞行器的飞行性能,如速度、高度等,除飞机重量、发动机推力等要素外,最重要的因素是作用于飞机的空气动力。空气动力主要决定于飞机的外形。在设计和研制飞机时,首先是设计其外形,由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能。但是,这个工作只能做在最前,不能在飞机造出来以后。故风洞试验主要用于确定飞机空气动力的实验测试。2影响飞机升力的因素有哪些?答:(1)机翼面积的影响;(2)相对速度的影响;(3)空气密度的影响;(4)机翼剖面形状和迎角的影响.3什么是飞机的稳定性?飞机包括哪几个方向上的稳定性?答:所谓飞机的稳定性,是指在飞行过程中,如果飞机受到某种扰动而偏离原来的平衡状态,在扰动消失后,不经飞行员操纵,飞机能自动恢复到原来平衡状态的特性。飞机的稳定性包括:(1)飞机的纵向稳定性;(2)飞机的方向稳定性;(3)飞机的横向稳定性.4什么是飞机的操纵性?驾驶员如何操纵飞机的俯仰、偏航和滚转运动?答:飞机的操纵性是指驾驶员通过操纵设备(如驾驶杆、脚蹬和气动舵面等)来改变飞机飞行状态的能力。驾驶员如何操纵飞机的俯仰:飞机在飞行过程中,操纵升降舵,飞机就会绕着横轴转动,产生俯仰运动。飞行员向后拉驾驶杆,经传动机构传动,升降舵便向上偏转,这时,水平尾翼上的向下附加升力就产生使飞机抬头的力矩,使飞机上仰;向前推驾驶杆,则升降舵向下偏转,使机头下俯。驾驶员如何操纵飞机偏航:在飞机飞行过程中,操纵方向舵,飞机则绕立轴转动,产生偏航运动。飞行员向前蹬左脚蹬,方向舵向左偏转,在垂直尾翼上产生向右的附加侧力,此力使飞机产生向左的偏航力矩,使机头向左偏转;向前蹬右脚蹬,飞机产生向右的偏航力矩,使机头向右偏转。驾驶员如何操纵飞机的滚转运动:飞机在飞行过程中,操纵副翼,飞机便绕着纵轴转动,产生滚动运动。向左压驾驶杆,左副翼向上偏转,右副翼向下偏转,这时左机翼升力减小,右机翼升力增大,则产生左滚的滚动力矩,使飞机向左倾转;向右压驾驶杆,则右副翼向上偏转,左副翼向下偏转,产生右滚的滚动力矩,飞机便向右偏转。(六)实验收获(心得体会)。通过本次飞行原理实验,使我熟悉了风洞的功用和典型构造,认识到风洞试验对发展航空航天事业的重要性。因为航空器、航天

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