空氣動力學實驗之八矩形機翼縱向氣動特性測量實驗班 級姓 名北京航空航天大學流體力學教育部重點實驗室2005年5月PAGEPAGE11一、實驗?zāi)康牧私鉁y力系統(tǒng)三分力天平的工作原理以及天平靜力校測的基本方法。驗的基本原理，掌握獲得機翼氣動特性曲線的實驗方法。二、實驗設(shè)備及工作原理簡介風洞1362513625471─收縮段 2—試驗段 3—擴散段 4—風扇5—安全網(wǎng) 6—整流柵 7—直流電機圖1 閉口直流式風洞動力裝置包括直流電機和風扇。電機功率為30中，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速以獲得不同的實驗段速度。收縮段前裝有整流柵，整流柵是做成方格狀的，用來消除氣流中的大旋渦。氣流通過收縮段后，流速增大，這樣可使進入試驗段的氣流較為均勻。1.520.914×0.914m2行試驗。擴散段的功能是使試驗段后面的氣流減速后再排入大氣，以減少能量損失。U形管壓力計：風速管是測量氣流速度的儀器。如圖2所示。它由內(nèi)管和外管組成。內(nèi)管在其前端開口；外管在其側(cè)表面開小孔。當風速管迎向氣流時，內(nèi)管口的氣流速度將被阻滯為零，此0時內(nèi)管中感受的是當?shù)乜倝篜，而外管側(cè)表面孔感受的為當?shù)仂o壓P。根據(jù)01Pv2P2 0vv 2(PP)m/s0PP圖2 風速管PP0式中：v—氣流速度；ρPP之U形管壓力計測0出。U管道引致U形管兩端，此時兩管的液柱差h用下式表示：PP1 2

h式中：為壓力計中液體的比重，單位為kg/m3。為了使目測讀數(shù)更加精確，常常將壓力計傾斜一角度φ。如圖3（b）。這時測得壓強關(guān)系式為PP1 2

HohoPP2ohoPP2P1P2oHoφφ(b)圖3 U形管壓力計機械式三分量天平工作原理X、YZ方向的分量。實驗，只測量升力、阻力和俯仰力矩三個分量，因此使用三分量天平。其工作原理如圖所示。機翼模型用三根支桿與天平相連，前支桿(OF)為兩根，其接頭（F點）約位于翼弦的1/4弦長處，另一支桿AB與機翼后緣伸出的橫桿末端相聯(lián)。OABF四桿組成一平行四邊K 升力天秤O刻度盤OJ 1力矩天秤 E A cc C

WyI 阻力天秤WxCWWxCM D GH框架B F VMzX 機翼模型Y圖4 三分力天平工作原理形，機翼弦線FB偏轉(zhuǎn)多少度，則AO桿亦偏轉(zhuǎn)同一度數(shù)。在AO桿上固連一指針，即可在刻度盤上讀出相應(yīng)的迎角值，因?qū)嶒灂r模型反裝，規(guī)定指針順時針旋轉(zhuǎn)模型迎角增大。松開O處固定螺釘，旋轉(zhuǎn)指針位置然后將固定螺釘擰緊即可改變模型迎角。FM桿就有趨勢上下移動，于是牽動桿AO，并連zO點轉(zhuǎn)動，刻度盤上的C點就上下轉(zhuǎn)動，再通過傳動機構(gòu)CDE，把作1用力矩傳到力矩天平上，即可量出相應(yīng)的力矩Mz。當機翼上受到阻力X作用后，就使整個框架向左偏轉(zhuǎn)，再通過傳動機構(gòu)GHI，就把這個作用力傳到阻力天平上，即可量出相應(yīng)的阻力X。Y作用后,JKY。靜力校測W=A X+A Y+A MX XX YX MX z++MY=W A XA Y++MY=Y XY YY

Mz (1)+=W A X+=Mz XM

YA Mz+YM MM+其中WX

、W 、WY

分別為阻力天平、升力天平和力矩天平的讀數(shù)，X、Y、Mz為校測天平時所加的載荷阻力、升力和力矩，系數(shù)A 意義為加單位阻力時對阻力天平讀數(shù)XXWAX

意義為加單位升力時對阻力天平讀數(shù)WX

的貢獻系數(shù) AXY

為加單位阻力對升力天平讀數(shù)WY

的貢獻，其余類推。若（1）式的系數(shù)矩陣已知，則可解出如下關(guān)系。

X=C W

W+C WXX X YX Y MX MzY=C W+C W+C W

(2)XY X YYMz=C W

Y MY MzW+C WXM X

YM Y MM Mz(2)式即風洞實驗氣動力測量應(yīng)用的公式。根據(jù)天平讀數(shù)W

、W、W

即可計算出模X Y Z型所受的氣動力XYMz。式中C 意義為單位阻力天平讀數(shù)對阻力的貢獻為單XX YX位升力天平讀數(shù)對阻力的貢獻，其余類推。根據(jù)上面分析，首先要求出A 、XX

、、YX

MM.等系數(shù)，若校測時同時加X、Y、Mz等載荷，根據(jù)X時（1）式可寫成W=A

X, W

X,

=A X (3)X XX

Y

MX xM根據(jù)（3）式則可求出A =W/X,

=W/X,

=W /XXX X

XY

XM Mz具體阻力加載過程是：從靜校架上a點引出一條鋼絲繩，繞過滑輪，接到一個砝碼GdGd的拉力，使天平受到了阻力X，其數(shù)值等于Gd。此時，記下各天平的讀數(shù)，改變Gd實際測量結(jié)果是當只加阻力 X時，升力天平和力矩天平的讀數(shù)為零，即 A =W/X,XX XA =A =0。加升力和加俯仰力矩得到同樣結(jié)果，即A =W/Y, A =W /Mz,XYA XY

XM=A =A =0MY XM YM

YY Y

MM Mz這時（2）式亦可簡化為X=C

W,

W, M=C W

(4)XX X

YY

Z MM Mz其中

=A ,

=A , C =A 。XX XX

YY

MM MM。以上敘述是為說明系數(shù)C C 、C 是如何得到的，實驗中不做靜力校XX YY MM測?，F(xiàn)給出校測結(jié)果：C

=2.383N/lb ,XX,

=4.462N/lb ,YY,

=0.991Nm/lb。MM靜力校測示意圖如圖5所示。I阻力天秤I阻力天秤天平平移臺GH連桿a校測架Gd圖5天平靜力校測示意圖模型：本實驗采用一矩形機翼，翼弦b=0.11米，翼展l=0.66米,翼剖面型號為NACA23012。三、實驗步驟安裝模型，并檢查各儀器設(shè)備是否正常。將天平調(diào)至平衡位置，記下初讀數(shù)

（升力天平的），W

（阻力天平的）和WMz0

Y0 X0(力矩天平的) ，天平的讀數(shù)單位為磅。開動風洞，記下不同迎角αWY

、阻力WX

和力矩WMz

。其中阻力包括與模型相聯(lián)的支架阻力W 。同時，從壓力計上量出液柱差的高度。X支停車。將天平等儀器恢復(fù)到原來狀態(tài)。整理數(shù)據(jù)，并繪制曲線。四、計算公式（1）風速和動壓

1v2

(P0

P)hsi2hsiv2hsi式中：v—氣流速度，m/s4ρkg/m3,根據(jù)實驗時的室溫及大氣壓計算得出；41.2256

P102(273.16t)288.16101325ξ1.0γ—酒精比重；為808kg/m3h—壓力計液面的高度差，m；—壓力計傾斜角；為300。升力系數(shù)1C=Y/v2Sy 2YY=CYYWYW=W-WY Y Y0式中S-模型機翼面積，S=blCy-機翼升力系數(shù)Y-機翼升力C =4.462N/lbYY

C=X/1v2SxX=C

2×WXX XW=W-WX X X0式中 C-機翼阻力系數(shù)xX-機翼阻力C =2.383N/lbXX力矩系數(shù)C =M /1Vm1/4 z1/4 2M =C ×Wz1/4M=

MM MZ+bYz C=Mm z

4/1v22W W WMZ= MZ- MZ0式中Cm

-機翼力矩系數(shù)，M -機翼力矩，以機翼前緣為力矩參考點zC =0.991N·m/lbMM五、實驗報告（一）根據(jù)實驗結(jié)果用方格紙繪制升力系數(shù)曲線、阻力系數(shù)曲線和俯仰力矩系數(shù)曲線。即：Cy(α),Cx(α),Cm(α)（二）繪制極曲線Cy=Cy(Cx)（三）回答下列問題：機械式氣動力天平通常由哪三部分組成？其中哪一部分主要決定了天平性能？什么叫失速？本實驗中機翼的失速迎角是幾度？它是怎樣發(fā)生的？測定機翼的升力、阻力和力矩實驗報告班 級姓 名實驗數(shù)據(jù)記錄和處理表名稱 Wy數(shù)據(jù)的來源 測量

ΔWy（1）－Wy0

Y4.462×(2)

Cy1Y/2v2s單位 lb lb N（牛）α 項－4°－2°0°2°4°6°8°10°11°12°13°15°

（1）

（2）

（3）

（4）Wy= ； h= ; S=0v 2sin實驗數(shù)據(jù)記錄和處理表（續(xù)）名稱WxΔWxXCxCx數(shù)據(jù)的來源測量(5)－Wx02.383×(6)1(7)/2v2s(8)-0.053單位α項lb（5）lb（6）N（牛）（7） （8） （9）－4°－2°0°2°4°6°8°10°