翼型气动特性实验指导书2017版

空气动力学课程实验指导书翼型压强分布测量与气动特性分析实验一、实验目的1 熟悉测定物体表面压强分布的方法，用多管压力计测出水柱高度，利用伯努利方程计算出翼型表面压强分布。2 测定给定迎角下，翼型上的压强分布，并用坐标法绘出翼型的压强系数分布图。3 采用积分法计算翼型升力系数，并绘制不同实验段速度下的升力曲线。4 掌握实验段风速与电流频率的校核方法。二、实验仪器和设备（1） 风洞：低速吸气式二元风洞。实验段为矩形截面，高0.3米，宽0.3米。实验风速。实验段右侧壁面的静压孔可测量实验段气流静压，实验段气流的总压为实验室的大气压。表2.1 来流速度与电流频率的对应（参考）频率（Hz）1520253035404550来流速度（m/s）7.3039.70312.67115.10117.72020.48422.64225.060表2.2 翼型测压点分布表上表面序号12345678910X02510152025303540序号11121314151617181920X455060708090100105110115下表面序号21222324252627282930X1.55812.517.522.527.532.542.547.5序号313233343536373839X56.56677.587.598104108.5112.8116.8（2） 实验模型：NACA0012翼型，弦长0.12米，展长0.09米，安装于风洞两侧壁间。模型表面开测压孔，前缘孔编号为0，上下翼面的其它孔的编号从前到后，依次为1、2、3 。（如表-2所示）（3） 多管压力计：压力计斜度，压力计标定系数。压力计左端第一测压管通大气，为总压管，其液柱长度为；左端第二测压管接风洞收缩段前的风洞入口侧壁静压孔，其液柱长度为；左端第三、四、五测压管接实验段右侧壁面的三个测压孔，取其液柱长度平均值为。其余测压管分成两组，分别与上下翼面测压孔一一对应连接，并有编号，其液柱长度为。这两组测压管间留一空管通大气，起分隔提示作用。三、实验原理测定物体表面压强分布的意义如下：首先，根据表面压强分布，可以知道物体表面上各部分的载荷分布，这是强度设计的基本数据；其次，根据表面压强分布，可以了解气流绕过物体时的物理特性，如何判断激波，分离点位置等。在某些风洞中（例如在二维风洞中，模型紧夹在两壁间，不便于装置天平），全靠压强分布来间接推算出作用在机翼上的升力或力矩。测定压强分布的模型构造如下：在物体表面上各测点垂直钻一小孔，小孔底与埋置在模型内部的细金属管相通，小管的一端伸出物体外（见图1），然后再通过细橡皮管与多管压力计上各支管相接，各测压孔与多管压力计上各支管都编有号码，于是根据各支管内的液面升降高度，立刻就可判断出各测点的压强分布。多管压力计的原理与普通压力计相同，都是基于连通器原理，只是把多个管子装在同一架子上而已，这样就可同时观察多点的压强分布情况，为了提高量度的准确性，排管架的倾斜度可任意改变。图3.1 接多管压力计上各相应支管 图3.2 实验安装示意图实验段风速固定、迎角不变时，根据连通器原理可知，翼面上第i点的当地静压与实验段的静压关系为：即 （1）实验段的气流静压与大气压（即总压）关系为：根据伯努利方程，则实验段的气流动压为： （2）同理，风洞入口段收缩管前的气流动压为： （3）、分别为空气密度和压力计工作液（水）密度。于是，翼面上第i点的压强系数为 （4）翼型在给定迎角下的升力由上下表面的压力差产生，升力系数的值即从翼型前缘到后缘对压力系数进行积分得到的：其中，为翼型下表面的压力系数，为翼型上表面的压力系数，为翼型的平均气动弦长。四、实验步骤（1） 记录实验室的大气参数、压力计工作液（水）密度：气温：；海拔：；工作液（水）密度：；重力加速度g：；大气压强： ；翼型弦长：；（2） 将压力计座底调为水平，再调节液面高度使测压管液面与刻度“0”平齐，斜角。（3） 将风洞壁面测压孔、翼面测压孔与多管压力计的测压管对接好，检查接头有无漏气。（4） 将模型迎角调节到位并固定，风洞开车，由变频器进行风速调节，迎角控制机构进行迎角调节。实验中迎角为，增量为2。（5） 记录数据：在风速稳定和迎角不变时，读取并记录大气压管液柱高度、风洞入口处液柱高度、风洞实验段液柱高度、翼型表面各测点的液柱高度。（6） 关闭风洞，整理实验场地，将记录交老师检查。（7） 整理实验数据，写好实验报告。五、实验要求实验中注意观察，上下翼面的压强随迎角的变化，尤其是前缘点压强和上翼面后段的压强的变化。六、实验报告要求（1） 原始数据完整。实验室的大气数据；压力计的系数；工作液数据；风速数据。实验段风速计算公式： （m/s）其中空气密度由下式计算： （kg/m3）（2） 根据记录的实验室数据、风洞实验段压力数据以及电机频率，进行实验段风速与电机频率的校核，并与参考数据进行对比分析。（3） 列表记录在不同迎角下的翼型表面压强系数数据，迎角为参数，用坐标法给出翼型的压强系数分布图。（4） 根据计算的压强系数分布，采用积分法计算翼型的升力系数，并绘出升力系数随攻角变化的曲线七、思考题1. 如何根据压强分布，判断驻点的位置？2. 如何根据压强分布，判断分离现象的发生？3. 如何粗略地判断出零升角（升力为零的角度）？4. 如何获得风洞入口处，即收缩段前的气流速度？5. 如何估算风洞收缩段的面积收缩比？6. 为何模型上，上表面前半部的测压孔较密？八、实验结果1、实验室实验参数（见第四节：实验步骤）2、实验段风速校核电流频率（Hz）304050液压管液柱长度（mm）总压管试验段入口段试验段流速入口段流速（与参考数据做对比，并做误差原因分析）3、翼型表面压力测量原始数据与压力分布曲线3.1原始数据电流：30Hz 试验段风速： 攻角：-28P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19P20P21P2P23P24P25P26P27P28P29P30P31P32P33P34P35P36P37P38P39电流：40Hz 试验段风速： 攻角：-28P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19P20P21P2P23P24P25P26P27P28P29P30P31P32P33P34P35P36P37P38P39电流：50Hz 试验段风速： 攻角：-28P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19P20P21P2P23P24P25P26P27P2