实验力学PPTchapter13

1、第十三章第十三章 流体动力和力矩测量流体动力和力矩测量1引言引言2 气动天平气动天平3 机械天平机械天平4 应变天平应变天平5 天平元件天平元件6 天平的校准天平的校准7 坐标系及转换坐标系及转换8、其它天平和测力方法简介、其它天平和测力方法简介1、引言、引言:飞行、操控原理及相关概念简介飞行、操控原理及相关概念简介作用在飞行器上的空气动力 升力 更大的重量 阻力 更小的发动机消耗飞行性能 等速直线飞行性能（基本飞行性能） 续航性能 起飞着陆性能（爬升、高度） 机动飞行性能 （稳定性）q最大平飞速度最大平飞速度 -主要限制主要限制:推力推力=阻力阻力q最小平飞速度最小平飞速度-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+发动机的高度、速度特性发动机的高度、速度特性 ）飞机的稳定性平衡状态：外力与外力矩之和都为零平衡状态常会因为各种因素的影响而遭到破坏（如燃油消耗、收放起落架、平衡状态常会因为各种因素的影响而遭到破坏（如燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、发动机推力改变或投掷炸弹等）。收放襟翼、发动机推力改变或投掷炸弹等）。此时，驾驶员可以通过偏转相应的操纵面来保持飞机的平衡，称为此时，驾驶员可以通过偏转相应的操纵面来保持飞机的平衡，称为配平配平。 飞机的纵向稳定及俯仰操纵重心位置与静稳定性

3、重心位置与静稳定性飞机各部分的附加升力飞机各部分的附加升力 调整升降舵与之平衡调整升降舵与之平衡飞机的操纵滚转例：单螺旋桨反作用引起滚转力矩例：单螺旋桨反作用引起滚转力矩调整副翼一上一下与之平衡调整副翼一上一下与之平衡飞机的操纵-偏航双发动机单发工作时引起偏航力矩双发动机单发工作时引起偏航力矩调整方向舵与之平衡调整方向舵与之平衡决定飞行器运动的决定飞行器运动的六个关键参量六个关键参量：升力升力（ 重力）、重力）、阻力阻力（推力）、（推力）、侧向力侧向力、俯仰力矩俯仰力矩、滚转力矩滚转力矩、偏航力矩偏航力矩 地面坐标系地面坐标系 机体坐标系机体坐标系 气流坐标系气流坐标系 航迹坐标系航迹坐标系

4、坐标系坐标系基础科学问题：突出重点、分解难点、模型简单、机理复杂二维翼型二维翼型升力系数随攻角（迎角）的变化升力系数随攻角（迎角）的变化攻角特性的改善攻角特性的改善机翼的三维效应上翼面压强低，下翼面压强高上翼面压强低，下翼面压强高 - - 压差压差 - - 漩涡漩涡 - - 下洗下洗空气动力系数q 升力系数升力系数 Cy ( CL )q 阻力系数阻力系数 Cx ( CD )流场中的受力测量Tpi多点压力测量多点压力测量压力扫描阀压力扫描阀动量法测阻力动量法测阻力模型尾部支撑（应变天平）的形式模型尾部支撑（应变天平）的形式模型腹部支撑的形式模型腹部支撑的形式机械天平的角度机构机械天平的角度机构2

5、、气动天平、气动天平气动天平的分类气动天平的分类气动天平的分类气动天平的分类3、机械天平、机械天平（结构示意）（结构示意）塔式机械天平塔式机械天平台式机械天平台式机械天平塔式天平塔式天平（力与力矩的分解原理）（力与力矩的分解原理）力矩平台：力矩平台：斜拉张线延长交于塔心斜拉张线延长交于塔心-实现力和力矩的分解实现力和力矩的分解俯仰力矩：绕俯仰力矩：绕Z轴轴偏航力矩：绕偏航力矩：绕Y轴轴滚转力矩：绕滚转力矩：绕X轴轴力平台：力平台：升力（重力）升力（重力） -升力大摇臂升力大摇臂阻力：向右阻力：向右侧向力：垂直纸面侧向力：垂直纸面塔式天平塔式天平（分解原理）（分解原理）力矩平台：力矩平台：斜拉张

6、线延长交于塔心斜拉张线延长交于塔心-实现力和力矩的分解实现力和力矩的分解俯仰力矩：绕俯仰力矩：绕Z轴轴偏航力矩：绕偏航力矩：绕Y轴轴滚转力矩：绕滚转力矩：绕X轴轴力平台：力平台：升力（重力）升力（重力） -升力大摇臂升力大摇臂阻力：向右阻力：向右侧向力：垂直纸面侧向力：垂直纸面(双双)台式天平台式天平（力与力矩的分解原理）（力与力矩的分解原理）力矩平台：力矩平台：俯仰力矩：左右力矩摇臂对俯仰力矩：左右力矩摇臂对滚转力矩：垂纸力矩摇臂对滚转力矩：垂纸力矩摇臂对偏航力矩：迎面水平张线对偏航力矩：迎面水平张线对存在气动力对力矩的干扰存在气动力对力矩的干扰阻力阻力-俯仰力矩、俯仰力矩、侧向力侧向力-滚

7、转力矩滚转力矩力平台力平台( (同塔式同塔式) )：升力（重力）升力（重力） -升力大摇臂升力大摇臂阻力：向右阻力：向右侧向力：垂直纸面侧向力：垂直纸面(双双)台式天平台式天平（力与力矩的分解原理）（力与力矩的分解原理）力矩平台：力矩平台：俯仰力矩：左右力矩摇臂对俯仰力矩：左右力矩摇臂对滚转力矩：垂纸力矩摇臂对滚转力矩：垂纸力矩摇臂对偏航力矩：迎面水平张线对偏航力矩：迎面水平张线对存在气动力对力矩的干扰存在气动力对力矩的干扰阻力阻力-俯仰力矩、俯仰力矩、侧向力侧向力-滚转力矩滚转力矩力平台力平台( (同塔式同塔式) )：升力（重力）升力（重力） -升力大摇臂升力大摇臂阻力：向右阻力：向右侧向力

8、：垂直纸面侧向力：垂直纸面消扰机构消扰机构台式天平台式天平（消扰机构原理）（消扰机构原理）作用在作用在O点的阻力点的阻力Fxa,对于力矩平对于力矩平台中心台中心C而言，等效于一个力而言，等效于一个力Fxa和一个力矩和一个力矩FxaH2作用，该附加力作用，该附加力矩矩 在力矩摇臂输出端产生多余附在力矩摇臂输出端产生多余附加力加力Fxm，而移至而移至C点的阻力点的阻力Fxa通过消扰装通过消扰装置在力矩摇臂输出端产生抵消附置在力矩摇臂输出端产生抵消附加力加力Fxa，调整消扰装置长度调整消扰装置长度l4，使之满足，使之满足即可实现消扰！即可实现消扰！（书上错了三个地方：（书上错了三个地方：Fxa、Fx

9、m等）等）3、机械天平、机械天平（力与力矩的测量元件）（力与力矩的测量元件）3、机械天平、机械天平（特点及局限）（特点及局限）各空气动力分量分解好，精度高；各空气动力分量分解好，精度高；各分量间的干扰可控，故可提高准度；各分量间的干扰可控，故可提高准度；有较大刚度，一般不需弹性角修正；有较大刚度，一般不需弹性角修正；载荷测量范围宽，通过调整可获较高灵敏度；载荷测量范围宽，通过调整可获较高灵敏度； 环境影响小，稳定性高；环境影响小，稳定性高； 一般含有姿态调整装置；一般含有姿态调整装置；缺点：结构复杂，费用高，研制周期长，动态缺点：结构复杂，费用高，研制周期长，动态响应差响应差4、应变天平、应变

10、天平（结构特征）（结构特征）杆式天平杆式天平盒式天平盒式天平轮辐式天平轮辐式天平环式天平环式天平四分量天平结构四分量天平结构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）三片变形位移一致三片变形位移一致反映测量灵敏度反映测量灵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）三片变形位移一致三片变形位移一致反映测量灵敏度反映测量灵敏度法向力法向力法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩侧向力和偏航力矩侧向力和偏航力矩?法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩测量系统旋转测量系统旋转90度度!滚转

11、力矩元件滚转力矩元件5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）（圆）（圆）（方）（方）轴向力元件轴向力元件5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）柱梁式组合元件柱梁式组合元件5、天平元件、天平元件法向力法向力俯仰力矩俯仰力矩侧向力侧向力偏航力矩偏航力矩滚转力矩滚转力矩总体布置总体布置5、天平元件、天平元件我们实验中采用的天平我们实验中采用的天平6、天平的校准、天平的校准某空气动力研究机构某空气动力研究机构15KN天平校准设备天平校准设备校准通式校准通式6、天平的校准、天平的校准工作公式工作公式7、体轴系与风轴系、体轴系与风轴系7、体轴系与风轴系、体轴系与风轴系风轴系风轴系体轴系体轴系轴向力系数、法向力系数、侧向力系数轴向力系数、法向力系数、侧向力系数滚转力矩系数、偏航力矩系数、俯仰力矩系数滚转力矩系数、偏航力矩系数、俯仰力矩系数压电式天平磁悬挂天平8、其它天平和测力方法简介、其它天平和测力方法简介自由飞实验自由飞实验水星着陆仓自由飞风洞试验（阴影）水星着陆仓自由飞风洞试验（阴影）投弹自由飞风洞试验（多次曝光）投弹自由飞风洞试验（多次曝光）自由飞风洞试验自由飞风洞试验水平风洞模型自由飞实验水平风洞模型自由飞实验自由飞风洞试