标准飞机模型空气动力测量实验指导书

《低速风洞标准飞机模型测力实验》

实验指导书

空气动力学与风洞实验室

2007年6月

低速风洞标准飞机模型测力实验

一．实验目的：

标准飞机模型测力实验是测量作用在标准飞机模型上的空气动力和力矩，为确定飞机气动特性提供原始数据。本次实验仅做标准飞机模型纵向实验，即实验时侧滑角β=0︒。改变攻角，测量纵向三个分量（升力、阻力和俯仰力矩）系数C L、C D和M Z随攻角α的变化规律。

二．实验设备及其工作原理简介：

1）风洞：是产生人工气流的设备，本次实验所用风洞为开口回流式风洞，如下图所示。

其主要组成部分为实验段、扩压段、拐角和

导流片、稳定段、收缩段以及动力段。

实验段截面为椭圆面，其入口长轴为102cm，短轴为76cm，出口处长轴为107cm，短轴为81cm；实验段全长2m；实验段的最大流速为40m/s；紊流度为0.3%；实验段模型安装区内，速压不均匀度'3%。其上游收缩段的收缩比为8.4。

D1风洞采用可控硅控制无级调速；配置有尾撑式α—β机构及内式六分量应变天平。2）六分量应变天平：是是一种专用的测力传感器。用于测量作用在模型上的空气动力

的大小。所谓六分量是指该天平能测量升力、阻力、侧力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩。它由应变片、弹性元件、天平体和一些附件组成。

应变天平是一种将机械量转变为电量输出的专用设备。它是运用位移测量原理，利

用天平的变形来测量外力大小。将应变片贴在天平弹性元件上，弹性元件上的应变与外力大小成比例，应变片连接组成测量电桥，接入测量线路中，即可测出力的大小。应变天平在测量过程中的参量变化过程如下：

→

→ε

∆

→

∆

V

U

R

→

P∆

其中：

P—天平弹性元件上承受的气动力。

ε—在气动力P的作用下弹性元件上的应变。

∆—贴在弹性元件上的应变片在弹性元件

R

产生应变ε的情况下产生的电阻增量。

∆而引起的

∆—由应变片产生的电阻增量R

U

测量电桥产生的输出电压增量（mV）。

∆—检测仪器所指示的读数增量（V）。

V

右图为一六分量应变天平测量电桥示意图。图中

标有号码处为粘贴有电阻应变片的天平元件。例

如号码1、2、3、4为天平升力元件的四个电阻

阻值相等的应变片，它们构成了一个全桥电路。

当天平升力元件受载后，在电桥AC端将会有电

压信号∆U输出，该信号∆U将被引入信号放大器。

3）信号放大器（GDA—10）：

其功用是将来自于天平各分量电桥的微小电压输出放大到能被计算机接受的电压值。

4）A/D模数转换数据采集板：由于计算机只能处理数字信号，而天平各分量的输出信号是模拟信号，因此须先用A/D模数转换数据采集板将天平输出的模拟信号转换成数字信号，方能由计算机对采集的信号数据进行处理。

5）计算机：通过已有程序软件对标准飞机模型的测力进行过程控制、数据采集和后处理。

6）标准飞机模型：机翼面积S=0.0184688（m2）；翼弦b=0.09133（m）；翼展l=0.2875（m）；

模型中心到天平力矩中心的距离Ba=0.0092（m ）。

三．实验步骤：

1） 将标准飞机模型安装于测力天平上。对标准飞机模型做水平或垂直调整。将模型

的攻角α、侧滑角β分别调整为0︒角。

2） 检查各有关设备之间的连线是否连接正确。

3） 通过信号放大器显示屏检测天平各分量的信号输出值是否正常。通常未加载时各

分量信号输出值应小于0.4V 。

4） 测量并记录天平各分量初始数据（即，天平各分量静态数值）。

5） 开启风洞将风速调整为约20米/秒，侧滑角为β=08，改变攻角α攻角变化范围α=

-48~508，攻角变化间隔为28。

6） 做标准飞机模型全机和部件试验（例如，带边条翼和不带边条翼状况下模型纵向

特性试验）

四．实验报告要求：

1. 试验报告应包括：试验目的、试验内容、试验仪器与设备、试验原理、试验步骤、试验时间地点及参加人员、试验结果分析等内容。

2. 对试验结果数据进行详细分析和讨论，总结规律，给出结论。

3. 试验报告要求书写工整，格式规范。符合学校关于试验报告的基本要求。

五． 试验注意事项：

4. 试验模型安装时，应特别注意不触碰天平应变片及其连线，同时应避免对天平施加冲击过度挤压，扭转和弯曲等力的作用。

5. 计算机采集系统的开启顺序为：计算机——放大器——天平电源；

计算机采集系统的关闭顺序为：天平电源——放大器——计算机。

6. 风洞运行和停车，以及风速调节严格按照操作规程进行。

7. 仪器设备出现异常和紧急故障时，应立即通告试验指导教师。

四．实验结果和分析：

根据实验结果绘制升力系数曲线；阻力系数曲线；即，

)(αf C L =； )(αf C D =。

绘制俯仰力矩特性曲线，即，)(αf M z =。 绘制升阻比曲线)(αf C D L =

五．思考问题：

1． 什么叫失速？

2．本次实验中标准飞机模型的失速攻角是几度？它是怎样发生的？3．不同状况下，模型的特性曲线有何不同？简述原由。

4．画出本次测力实验的设备系统框图。