低速机翼的气动特性实验指导书(试做)

低速机翼绕流特性实验实验目的了解低速机翼绕流的流动特性。了解测定物体表面压力分布的方法。测定在不同的迎角下，机翼表面的压强分布。从多管压力计上观察机翼失速时的压力分布状态。计算机翼的升力系数，压差阻力系数。了解低速风洞及测试设备，了解翼型的基本几何特性及实验用模型的构造。实验原理实验在低速风洞中进行。当气流绕过展弦比很大的巨型机翼时，其中间部分的流动可当作二维流动来看待。流体在前驻点处上、下分开，从机翼的上下表面向后流去，当迎角为正时，作用在下表面的压力要比作用在上表面的压力大，当正迎角不是很小时，作用在下表面上的压力要比未受扰动时的压力大，从而在下表面形成受压面，而上表面则主要受到负压作用，这个压力低于来流压力，从而在上表面形成吸力面，上、下表面的压力差就形成了机翼的升力。翼型表面上各点的压强可通过机翼模型各点的测压孔由连通管接到多管测压计上测量，根据液柱差可算出压强：。一般表示为无因次的压强系数：表示压强分布可用向量法，该法简单清楚，按这一方法，压强分布表示在翼型表面的法线上，按一定的比例尺，确定的大小，箭头的方向表示该点是具有压力或吸力（压力指向物面，吸力离开物面）如图1所示。图1压强分布的矢量表示法向量法具有简单而直观的特点，但在计算空气动力时不够方便，实用中最方便的是沿翼型的横坐标（弦向）或纵坐标表示压强分布，如图2所示。图2压强分布的坐标表示法作用在机翼单位展长上的升力和阻力（压差阻力），可由翼型表面上作用的压力合力求得。如图3(a)所示，考虑弦向某一微段dX，在其对应的上、下表面弧长分别为、作用在弧长微圆、上的压强分别为、，则其合力在Y方向的分量。由几何关系，可知表示为无量纲的法向力系数：=式中：，表示无量纲化后的坐标。、分别表示翼型上、下表面压强系数。由此可见，法向力系数的值即为曲线与X轴所围的面积减去曲线与X轴所围的面积之差。(b)图3作用在翼型表面微元上的压强翼型可在最大厚度点作翼弦的垂线，将翼型分为前段（靠近前缘部分）及后段（靠近后缘部分）(如图3(b)所示)。由翼型前段表面和后段表面纵向（Y方向）压强分布，可求出翼型的压差阻力。取dY微段翼型，所对应前段及后段的表面弧长分别为，其上压强分别为及。该微段翼型上的合力X向量为：由几何关系，可知积分限yumax、ylmax为最大厚度处的上、下表面的纵向坐标。类似地，弦向力系数表示为式中：，为无量纲坐标。、分别表示翼型前、后表面压强系数。、分别表示yumax/b、ylmax/b，为无量纲化后的坐标。的数值等于（Y）曲线与Y轴所围的面积减去（Y）曲线与Y轴所围的面积之差。当翼型的迎角α=0时，上述法向力和弦向力即为翼型的升力和压差阻力。当迎角不为零时，升力L是合力在垂直于气流方向上的分量，压差阻力D是合力在平行于气流方向上的分量(如图4所示)。由体轴系到风轴系的坐标转换公式，可得：所以：图4体轴系与风轴系之间的坐标转换升力系数及压差阻力系数确定后，升力及压差阻力可按下式计算：在实际流体中，由于流体具有粘性，故流体与物面摩擦还将引起摩擦阻力。翼型的压差阻力与摩擦阻力之和，称为翼型的型阻。翼型型阻的测定，可用气动力天平测量，也可通过测量翼型尾迹（尾流）中动压的损失来测定翼型的型阻。(三)实验仪器设备及实验模型实验仪器设备：HG-1低速风洞及测控系统、大气压计、温度计、多管比压计及实验模型。实验装置见图5。图5实验装置图实验模型：NACA6321翼型(如图6所示)，该翼型的基本几何特性如下：相对弯度(=100%)6%，最大弯度点离开前缘的相对距离(=100%)30%，相对厚度(=100%)21%。图6NACA6321翼型及测压孔分布情况实验模型弦长b=150mm，展长l=700mm。实验模型安装在风洞实验段，翼弦方向与来流方向之间夹角即为迎角α，可通过迎角机构改变迎角α。在机翼的中间剖面上，沿翼弦方向在上、下表面各开有12个测压孔(其坐标分别见表1、表2)，测压孔与机翼表面垂直。各测压孔由埋在机翼模型中间的铜管通到模型外面，再用塑料管依次接到多管压力计上，多管压力计的倾斜角度β可调，以便提高读数精度，多管压力计的工作介质为水(γ=9796)或酒精(γ=8730～9030)，多管压力计共有25根测压管，前面24根用于测量模型表面静压，第25根测压管通大气。由于此风洞为开口式风洞，来流静压就是大气压。于是，如果第i根测压管液柱比第25根测压管液柱高度高Δhi，则表明测到的压力Pi是负值，且Pi-P∞=-γΔhisinβ。如果第i根测压管液柱比第25根测压管液柱高度低Δhi，则表明测到的压力Pi是正值，且Pi-P∞=γΔhisinβ。表1NACA6321翼型上表面测压孔相对坐标测压点1234567891011120.0250.050.10.150.20.30.40.50.60.70.80.90.0550.0800.1150.1380.1540.1650.1600.1480.1290.1050.0750.041表2NACA6321翼型下表面测压孔相对坐标测压点1314151617181920212223240.0250.050.10.150.20.30.40.50.60.70.80.9-0.036-0.044-0.049-0.049-0.047-0.045-0.043-0.038-0.031-0.024-0.017-0.009(四)实验方法与步骤熟悉实验设备及模型，了解模型测压孔号与压力计的测压管号之间的对应关系。同时，仔细检查各测压管路是否畅通以及是否漏气。调整机翼模型的迎角α为指定值。调节多管压力计倾斜角β，并使第25根测压管液面与刻度线“0”基本齐平。记录大气压强和温度及各测压管液面初读数。按照风洞操作规程启动风洞进行实验。达到指定风速后，记录各测压管末读数。调节机翼的迎角α，再次记录数据，直到各迎角下数据均记录完毕。如果需要测定其它风速下的气动力数据，回到步骤4继续进行实验。缓慢增大迎角，观看机翼失速时的压力分布的变化。风洞停车。实验完毕，整理实验数据，绘制～，～曲线，计算升力系数，压差阻力系数。并绘制～α曲线，～α曲线。实验数据处理设第i根测压管的初读数为li0，末读数为lie，则液柱升高lie-li0。液柱升高表明该测压点压力下降，所以有：Pi-P∞=γΔhisinβ=γ[(le-l0)-(lie-li0)]sinβ式中：Pi为第i根测压孔的静压，P∞为来流静压，γ为介质重度，l0和le为第25根测压管初读数和末读数，β为多管压力计的倾斜角度。因此，机翼表面各点的压力系数为：=γ[(le-l0)-(lie-li0)]sinβ/()由于前缘和后缘无测压点，可分别根据附近若干点压强系数外推出该点压强系数。已知数据翼型型号：NACA6321,模型弦长b=150mm，展长=700mm。2、记录实验条件数据大气压强102.0KPa，t=15，多管压力计的倾斜角度β=26°，γ=9796计算出大气密度=1.239kg/m3记录不同迎角下各测压管读数（l0、le单位均为cm），计算各测压孔的静压与来流的静压差（单位为cm)，从而计算出各测压点压强系数。表3实验数据表(来流风速=30m/s，迎角0°)iX(mm)Y(mm)l0leΔhi13.758.250.0250.055-0.2-1270.539127.5120.050.08-0.2-4.6-0.4-0.030831517.250.10.115-0.32-7.1-0.5468422.520.70.150.138-0.38.1-13.2-1.016653023.10.20.154-0.410.5-15.7-1.209264524.750.30.165-0.49.5-14.7-1.1322760240.40.16-0.37-12.1-0.931987522.20.50.148-0.65.1-10.5-0.808799019.350.60.129-0.61.53-6.93-0.53371010515.750.70.105-0.5-0.5-4.8-0.36971112011.250.80.075-0.7-3.7-1.8-0.1386121356.150.90.041-0.6-6.10.70.0539133.75-5.40.025-0.036-0.84.5-10.1-0.7779147.5-6.60.05-0.044-0.26.6-11.6-0.89341515-7.350.1-0.049-0.72-7.5-0.57761622.5-7.350.15-0.049-0.10.2-5.1-0.39281730-7.050.2-0.047-0.6-2.5-2.9-0.22331845-6.750.3-0.045-0.2-3.1-1.9-0.14631960-6.450.4-0.043-0.6-4.4-1-0.07702075-5.70.5-0.038-0.45-5-0.25-0.01922190-4.650.6-0.031-0.5-5.50.20.015422105-3.60.7-0.024-0.3-60.90.069323120-2.550.8-0.0170-6.31.50.115524135-1.350.9-0.009-0.1-7.22.30.1771250-4.8表4实验数据表(来流风速=30m/s，迎角2°)iX(mm)Y(mm)l0leΔhi13.758.250.0250.055-0.2-9.54.30.331127.5120.050.08-0.2-1.9-3.3-0.254131517.250.10.115-0.34.5-9.8-0.7548422.520.70.150.138-0.310.5-15.8-1.216953023.10.20.154-0.412.3-17.7-1.363264524.750.30.165-0.410.8-16.2-1.2477760240.40.16-0.38-13.3-1.024387522.20.50.148-0.66.1-11.7-0.901199019.350.60.129-0.61.4-7-0.53911010515.750.70.105-0.5-0.4-5.1-0.39281112011.250.80.075-0.7-3.8-1.9-0.1463121356.150.90.041-0.6-6.20.60.0462133.75-5.40.025-0.036-0.8-0.6-5.2-0.4005147.5-6.60.05-0.044-0.23-8.2-0.63151515-7.350.1-0.049-0.7-0.9-4.8-0.36971622.5-7.350.15-0.049-0.1-1.8-3.3-0.25411730-7.050.2-0.047-0.6-2.9-2.7-0.20791845-6.750.3-0.045-0.2-3.7-1.5-0.11551960-6.450.4-0.043-0.6-4.9-0.7-0.05392075-5.70.5-0.038-0.45-5.60.150.01152190-4.650.6-0.031-0.5-60.50.038522105-3.60.7-0.024-0.3-6.310.077023120-2.550.8-0.0170-6.51.50.115524135-1.350.9-0.009-0.1-7.22.10.1617250-5表5实验数据表(来流风速=30m/s，迎角4°)iX(mm)Y(mm)l0leΔhi13.758.250.0250.055-0.2-6.61.50.115527.5120.050.08-0.21-6.1-0.469831517.250.10.115-0.37-12.2-0.9396422.520.70.150.138-0.312.8-18-1.386353023.10.20.154-0.414.1-19.4-1.494264524.750.30.165-0.411.8-17.1-1.3170760240.40.16-0.39.1-14.3-1.101387522.20.50.148-0.64.2-9.7-0.747199019.350.60.129-0.61.9-7.4-0.56991010515.750.70.105-0.5-0.5-4.9-0.37741112011.250.80.075-0.7-3.9-1.7-0.1309121356.150.90.041-0.6-6.30.80.0616133.75-5.40.025-0.036-0.8-5-0.7-0.0539147.5-6.60.05-0.044-0.2-0.5-4.6-0.35421515-7.350.1-0.049-0.7-3-2.6-0.20021622.5-7.350.15-0.049-0.1-3.3-1.7-0.13091730-7.050.2-0.047-0.6-4.2-1.3-0.10011845-6.750.3-0.045-0.2-4.6-0.5-0.03851960-6.450.4-0.043-0.6-5.4-0.1-0.00772075-5.70.5-0.038-0.45-5.80.450.03462190-4.650.6-0.031-0.5-6.10.70.053922105-3.60.7-0.024-0.3-6.210.077023120-2.550.8-0.0170-6.31.40.107824135-1.350.9-0.009-0.1-7.32.30.1771250-4.9表6实验数据表(来流风速=30m/s，迎角6°)iX(mm)Y(mm)l0leΔhi13.758.250.0250.055-0.2-3.4-1.8-0.138627.5120.050.08-0.24.2-9.4-0.723931517.250.10.115-0.39.8-15.1-1.1630422.520.70.150.138-0.314.8-20.1-1.548153023.10.20.154-0.415.9-21.3-1.640564524.750.30.165-0.412.9-18.3-1.4094760240.40.16-0.310.8-16.1-1.240087522.20.50.148-0.64.2-9.8-0.754199019.350.60.129-0.62.1-7.7-0.59301010515.750.70.105-0.5-0.4-5.1-0.39281112011.250.80.075-0.7-3.9-1.8-0.1386121356.150.90.041-0.6-6.30.70.0539133.75-5.40.025-0.036-0.8-9.23.40.2618147.5-6.60.05-0.044-0.2-4.2-1-0.07701515-7.350.1-0.049-0.7-5.3-0.4-0.03081622.5-7.350.15-0.049-0.1-5.20.10.00771730-7.050.2-0.047-0.6-5.80.20.01541845-6.750.3-0.045-0.2-5.80.60.04621960-6.450.4-0.043-0.6-6.30.70.05392075-5.70.5-0.038-0.45-6.61.150.08852190-4.650.6-0.031-0.5-6.71.20.092422105-3.60.7-0.024-0.3-6.81.50.115523120-2.550.8-0.0170-6.91.90.146324135-1.350.9-0.009-0.1-7.42.30.1771250-5表7实验数据表(来流风速=30m/s，迎角8°)iX(mm)Y(mm)l0leΔhi13.758.250.0250.055-0.2-0.1-5.3-0.408227.5120.050.08-0.27.1-12.5-0.962731517.250.10.115-0.312.1-17.6-1.3555422.520.70.150.138-0.316.58-22.08-1.700653023.10.20.154-0.417.2-22.8-1.756064524.750.30.165-0.413.8-19.4-1.4941760240.40.16-0.312-17.5-1.347887522.20.50.148-0.64.8-10.6-0.816499019.350.60.129-0.61.9-7.7-0.59301010515.750.70.105-0.5-0.8-4.9-0.37741112011.250.80.075-0.7-4.3-1.6-0.1232121356.150.90.041-0.6-6.810.0770133.75-5.40.025-0.036-0.8-12.46.40.4929147.5-6.60.05-0.044-0.2-7.21.80.13861515-7.350.1-0.049-0.7-7.21.30.10011622.5-7.350.15-0.049-0.1-6.81.50.11551730-7.050.2-0.047-0.6-7.11.30.10011845-6.750.3-0.045-0.2-6.81.40.10781960-6.450.4-0.043-0.6-7.11.30.10012075-5.70.5-0.038-0.45-7.11.450.11162190-4.650.6-0.031-0.5-7.21.50.115522105-3.60.7-0.024-0.3-7.21.70.130923120-2.550.8-0.0170-7.11.90.146324135-1.350.9-0.009-0.1-7.62.30.1771250-5.2表8实验数据表(来流风速=30m/s，迎角10°)iX(mm)Y(mm)l0leΔhi13.758.250.0250.055-0.23.4-8.8-0.677727.5120.050.08-0.210.3-15.7-1.209231517.250.10.115-0.314.8-20.3-1.5635422.520.70.150.138-0.318.7-24.2-1.863253023.10.20.154-0.418.7-24.3-1.871664524.750.30.165-0.414.9-20.5-1.5789760240.40.16-0.38.4-13.9-1.070587522.20.50.148-0.64.8-10.6-0.816499019.350.60.129-0.61.7-7.5-0.57761010515.750.70.105-0.5-1.2-4.5-0.34651112011.250.80.075-0.7-4.8-1.1-0.0847121356.150.90.041-0.6-6.91.10.0847133.75-5.40.025-0.036-0.8-14.78.70.6700147.5-6.60.05-0.044-0.2-9.84.40.33881515-7.350.1-0.049-0.7-93.10.23871622.5-7.350.15-0.049-0.1-82.70.20791730-7.050.2-0.047-0.61-6.8-0.52371845-6.750.3-0.045-0.2-7.52.10.16171960-6.450.4-0.043-0.6-7.820.15402075-5.70.5-0.038-0.45-7.72.050