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

20,30,40V ∞=/m s 。实验段右侧壁面的静压孔可测量实验段气流静压p ∞，实验段气流的总压0p 为实验室的大气压a p 。

表2.1 来流速度与电流频率的对应（参考）

表2.2 翼型测压点分布表

上表面

下表面

（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90θ=，压力计标定系数 1.0K =。压力计左端第一测压管

通大气，为总压管，其液柱长度为I L ；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IN L ；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II L 。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i L 。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i p 与实验段的静压p ∞关系为：

sin sin i i II p K gL p K gL ρθρθ∞+=+液液

即

()s i

n ,(0,1,2,3i i I I

i p p p K g L L i ρθ∞∆=-=-=液 （1） 实验段的气流静压p ∞与大气压a p （即总压0p ）关系为：

0sin sin II I p K gL p K gL ρθρθ∞+=+液液

根据伯努利方程，则实验段的气流动压为：

201

()sin 2

a II I q p p V K g L L ρρθ∞∞∞≡-=

=-液 （2） 同理，风洞入口段收缩管前的气流动压为：

2IN 0IN IN 1()sin 2

a IN I q p p V K g L L ρρθ≡-=

=-液 （3） a ρ、ρ液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

i II i

i II I

p L L Cp q L L ∞∆-≡

=

- （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：

(p p )[(p )(p )]c

c

l u l u L dx p p dx ∞∞=-=---⎰⎰

1

00

1*()()*c l pl pu pl pu L x C C C dx C C d q c c c ∞==-=-⎰⎰

其中，pl C 为翼型下表面的压力系数，pu C 为翼型上表面的压力系数，c 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：

○

1气温：30a

t C =︒；

○

2海拔：m h 400=； ○

3工作液（水）密度：3

995.65/kg m ρ=液； ○4重力加速度g ：29.79/g m s =； ○

5大气压强： 95920a p Pa =；

○

6翼型弦长：mm c 120=； （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90θ=。 （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4

8-，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I L 、风洞入口

处液柱高度IN L 、风洞实验段液柱高度II L 、翼型表面各测点的液柱高度i L 。

（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：

V ∞=

（m/s ）

其中空气密度a ρ由下式计算：