空气动力学试验指导书
空气动力学拉法尔结构实验
空气动力实验报告拉阀尔喷管沿程M数分布试验及二维斜激波前后气流参数测量试验北京航空航天大学流体力学研究所2008年8月拉法尔喷管沿程M 数分布试验指导书一. 实验目的：了解暂冲式超音速风洞的基本工作原理，掌握拉伐尔喷管产生超音速的流动特性，根据沿拉法尔喷管各截面静压的测量值，确定沿喷管的M 数分布。
二. G1超音速风洞系统工作原理：图1为G1超音速风洞系统原理图，G1超音速风洞是由气源和洞体两大部分组成。
气源部分由空气压缩机、油水分离器、单向阀、纯化器和储气罐组成。
特别需要指出的是，气体经拉阀尔喷管到实验段是一个膨胀加速过程，气体到达实验段时的温度和密度会很低，此时若空气中含有水分和油的话，水汽就会凝结从而影响试验的精确性，而油分会增加这种凝结的危险性。
所以油水分离器是超音速风洞致关重要的一个装置。
G1超音速风洞洞体部分由调压阀、稳定段、拉阀尔喷管、实验段、第二喉道和扩压段组成。
1. 调压阀：由于压缩空气不断的从储气罐中流出，气罐内的压力就要不断地下降，为了保证稳定段内的总压P 0不变，使用调压阀调节气流的流通面积，使其逐步开大来满足稳定段总压的恒定。
2. 稳定段：经调压阀进入稳定段的气流是及不均匀的，气流中有许多旋涡存在。
稳定段的作用就是对这些不均匀气流进行调整。
由于稳定段的截面尺寸是风洞洞体中最大的，因此气流进入稳定段后流速降低，另外稳定段内还装有蜂窝器和阻尼网，其作用是粉碎气流中的大旋涡从而使气流均匀。
3. 拉阀尔喷管：拉阀尔喷管是超音速风洞产生超音速气流的关键部件，见图1，它是一个先渐缩后渐扩的管道装置，喷管的最小截面称为喉道，在喉道处气流达到音速。
对于定常管流，流过任一个截面的流体质量都是相等的，即，)(常数C vA =ρ，式中密度ρ、速度v 和截面A 处于流管同一截面内，对C vA =ρ式取对数，再微分，得：0=++AdA v dv d ρρ， （2-1）由定常一维流动的欧拉运动方程： ρ/dp vdv -= （2-2）及声速的微分形式：2/a d dp =ρ，（p 及ρ的变化规律为绝热等熵过程）合并为vdv a v d 22-=ρρ或 v dvM d 2-=ρρ 代入式（2-1）得： A dAv dv M =-)1(2 （M 为马赫数，a v M /=） (2-3) 式（2-3）即为一维可压缩流在变截面管道中等熵流动的基本关系式，该公式说明，在高速气流中，要使得流速增加，0/>v dv ，面积变化A dA /该增该减要看当时得M 数。
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∆→∆VUR→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RU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。
汽车空气动力学-实验指导书
XXX学院实验指导书课程编号：1215146016课程名称：汽车空气动力学实验学时： 4适用专业：车辆工程专业制定人：朱思琦制（修）订时间：2019年7月专业负责人审核：贾爱芹专业建设工作组审核：2019年 7月实验纪律要求1. 遵守实验室规章制度，未经许可，不得移动和拆卸仪器与设备，保持室内安静。
2．注意人身安全和教具完好。
3. 实验课前，必须认真预习实验指导书。
明确实验目的、原理、步骤以及应注意事项。
4. 学生分组实训前应认真检查本组仪器、设备及元器件状况，若发现缺损或异常现象，应立即报告指导教师或实训室管理人员处理。
5.学生要分组完成实验和独立完成实验报告。
实验时要胆大心细，认真观察与记录，分析结果，处理数据，按时保质保量地完成实验任务。
6.实验完毕，经实验教师允许后，方可离开实验场地，务必保持实验室整洁。
7.违反实验室规章制度和操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备，私自拆卸仪器造成事故和损失者，必须写出书面检查，并根据情节严重按有关规定处理。
一、教学目的与基本要求《汽车空气动力学》为车辆工程专业的一门专业选修课。
其主要任务提高学生对汽车空气动力学应用的认识，并简单掌握CFD软件的应用。
《汽车空气动力学实验》是本课程的实践环节和重要组成部分，其目的是通过这样一组实践教学环节的实施，加深学生对于有关风洞和风洞试验的基础知识的理解，初步掌握汽车空气动力学数值计算这项汽车空气动力学研究的重要研究手段，培养和训练学生分析问题、解决问题的能力，培养和训练学生的实践动手能力，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。
1．任课教师要指导学生进行实验准备、实验操作到撰写实验报告独立完成；2. 要求学生进一步掌握汽车空气动力学基本理论知识，了解汽车风洞试验的重要性，了解风洞构造及其分类，掌握汽车风洞试验的主要试验内容。
3．要求学生能够了解在车辆的运行过程中，空气动力学是十分重要的，而空气动力学数值计算的可视化处理是广泛存在的且非常有效的计算手段。
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。
实验空气动力学FDU
§4 流动显示的应用——例7
实际（粘性）流体与理想流体
实际流体具有阻抗剪切变形的性质，即具有粘性。 粘性影响可以忽略的流体称为理想流体。理想流体的流态可通过流谱 流线显示仪来模拟。 对同样形状的被绕流物体和同样的管截面变化，理想流体和实际流体 的流态可能截然不同。
理想流体圆柱 绕流理论结果
实验空气动力学 FDU
课程简介学目标 基本要求
成绩评定
2
§1 教学内容
讲授和实验
常用的仪器、设备，以及基本参数的测量方法
结合讲课内容安排相应的基础实验和若干专题实验 本学期教学安排
阅读材料
MIT开放课件中国镜像 航空航天系的实验项目课程
3
§1 教学内容
自主设计的实验
可选套餐，供有兴趣的同学选择。可免做计划内的部分实
验，实验部分成绩可视自主项目完成情况给定。
提交设计方案，任课教师同意后，即可实施。
每个项目最多不超过两人。
4
§2 教学目标
掌握空气动力学基本参数的测量方法 加深对有关空气动力学现象和规律的认识
实验过程 实验报告
期末考试（笔试，开卷） —— 45％ 课堂表现 —— 10％
阅读资料的讨论
提出问题，每人每学期至少提一个问题
自主设计实验 ——视完成情况酌情记为“平时实 验”成绩
7
实验空气动力学
流动显示
8
内容提要
从几个有关流动的问题说起
什么叫流动显示 常用的流动显示方法
理想流体
实际流体
理想流体
实际流体
34
§4 流动显示的应用——例8
机翼的启动涡
35
气体动力学测量与分析综合试验任务书-沈阳航空航天大学
实验空气动力学课程风洞实验指导书李国文张卫平编沈阳航空工业学院2007年 8月前言风洞实验包括航发专业和热发专业的专业基础课流体力学实验，还有飞机设计专业的飞机模型测力及测压实验。
风洞实验涉及知识面广，理论性强，实验难度大，准备周期长，具有工程实践性，是一个及多学科知识的综合性及设计型的实验。
有利于培养学生理论联系实际，巩固多学科知识，锻炼工程现场分析问题，解决问题的能力，了解工程上理论知识的应用。
风洞实验主要以学生自己动手为主，自己设计实验，自主安装、测量、分析数据，锻炼了学生独立自主完成一个实验题目的能力。
李国文2007年8月实验要求实验必须按教学要求完成，按实验规程进行操作，每次实验（实习）都要有实验（实习）报告并有指导教师的评分和评语。
实验实习成绩及批改情况要详细记录，存档备查。
实验成绩应占考核总成绩一定的比例。
凡未完成实验，或实验考核不及格，或无实验成绩者，不能参加期末考试并且不能取得该课程的学分。
实验操作是教学过程中理论联系实际的重要环节，而实验报告的撰写又是知识系统化的吸收和升华过程，因此，实验报告应该体现完整性、规范性、正确性、有效性。
院里提供统一印制的实验报告纸，学生可根据具体实验要求，手写完成实验报告。
首页要求同打印模板，实验报告正文部分具体要求如下：一、实验目的实验所涉及并要求掌握的知识点。
二、实验内容与实验步骤实验内容、原理分析及具体实验步骤。
三、实验环境实验所使用的器件、仪器设备名称及规格。
四、实验过程与分析详细记录在实验过程中发生的故障和问题，并进行故障分析，说明故障排除的过程及方法。
根据具体实验，记录、整理相应数据表格、绘制曲线、波形图等。
五、实验结果总结对实验结果进行分析，完成思考题目，总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见。
目录实验1旋成体机身压力测量实验 (1)1实验目的要求 (1)2实验设备 (1)2.1 SHDF风洞 (1)2.2压力扫描系统 (3)3实验原理 (3)4实验方法和步骤 (6)5实验数据处理 (7)6完成实验报告 (8)7思考题 (8)实验2风洞落差系数实验及风速测量实验 (9)1实验目的要求 (9)2实验设备 (9)3风速控制及角度控制 (10)4实验原理及内容 (14)4.1 风洞开车 (14)4.2 落差系数测定 (14)4.3 风速测量实验 (15)5完成实验报告 (17)6思考题 (17)实验3低速风洞全机测力试验 (18)1.实验目的及要求 (18)2.实验设备 (18)2.1风洞主要几何参数 (19)2.2风洞动力系统 (19)2.3控制和数据采集系统 (19)2.4 SHFD风洞流场的主要技术指标 (20)2.5 DBM-4041标准模型 (20)3风洞实验原理 (21)3.1相对性原理和相似准则 (21)3.2主要测量过程 (21)4全机模型测力试验步骤及方法 (22)5完成实验报告 (25)6思考题 (26)参考文献 (26)实验1旋成体机身压力测量实验1实验目的要求1、测量旋成体机身的压力分布，绘制压力曲线，学习气动力计算；2、了解流体力学相似参数的生成和使用；3、了解物面压力分布的表示方法及通过压力分布分析流态的方法；4、学习使用工业控制机对风洞风速和模型姿态角控制和信号采集及处理的基本方法。
空气力学实验报告
一、实验目的1. 了解空气动力学基本原理，掌握空气动力学实验的基本方法和技巧。
2. 通过实验验证伯努利方程、托里拆利定律等空气动力学基本理论。
3. 分析空气流动对物体运动的影响，探究流体阻力与物体形状、速度等因素的关系。
二、实验原理1. 伯努利方程：在流体流动过程中，流速越大的地方，压力越小；流速越小的地方，压力越大。
即流体在流动过程中，动能、势能和压力能之间可以相互转化。
2. 托里拆利定律：在静止流体中，任意一点的压强等于该点上方流体的重量所产生的压强。
3. 流体阻力：物体在流体中运动时，会受到流体的阻碍，这种阻碍力称为流体阻力。
流体阻力与物体形状、速度、流体密度等因素有关。
三、实验仪器与设备1. 风洞2. 气球3. 风速计4. 伯努利管5. 托里拆利管6. 测量尺7. 记录本四、实验步骤1. 伯努利方程验证实验- 将气球置于风洞中，调整风速，观察气球在风洞中的运动状态。
- 在气球上方和下方分别插入伯努利管，测量气球上方和下方的压力差。
- 根据伯努利方程，计算气球上方和下方的流速，验证伯努利方程的正确性。
2. 托里拆利定律验证实验- 将托里拆利管插入装有水的水槽中，观察管内水柱的高度。
- 调整水槽中的水位，观察管内水柱高度的变化，验证托里拆利定律的正确性。
3. 流体阻力实验- 将不同形状的物体（如圆柱体、圆球、长方体等）放入风洞中，调整风速，测量物体在流体中的运动速度。
- 记录不同形状物体的流体阻力，分析流体阻力与物体形状、速度等因素的关系。
五、实验数据与结果分析1. 伯努利方程验证实验- 实验数据：风速1 m/s时，气球上方压力为100 kPa，下方压力为90 kPa；风速2 m/s时，气球上方压力为95 kPa，下方压力为85 kPa。
- 结果分析：根据伯努利方程，计算气球上方和下方的流速分别为0.8 m/s和1.4 m/s，与实验数据基本吻合。
2. 托里拆利定律验证实验- 实验数据：当水槽水位为10 cm时，管内水柱高度为7 cm。
空气动力学实验
空气动力学实验空气动力学研究的是气体流动问题。
由于在实践中的广泛应用，这方面的理论研究已较完善。
本实验通过“空气动力仪”对空气流的多个项目进行测试，使同学们能够全面、深入地学习、理解“空气动力学”中的主要内容。
【实验目的】1． 学习、了解“空气动力仪”的基本结构；2． 掌握测试流动气体中各种压力的方法；3． 验证流体力学的基本定律；4． 了解机翼的动力学效应。
【实验原理】1．流体动力学的两个基本定律（1） 连续性方程如图1所示的细管中，不可压缩流体作稳恒流动。
取两个横截面，其面积分别为A 1和A 2。
设v 1和v 2是这两个横截面处流体的流速。
如流体的密度为ρ ，则在d t 时间内，流进A 1的流体质量为ρ A 1v 1d t ，流出A 2的流体质量为ρ A 2 v 2d t 。
由于质量守恒，则ρ A 1 v 1d t = ρ A 2 v 2d t （1）这就是流体的连续性方程。
理想流体是指决不可压缩、完全没有黏性的流体。
虽然气体的可压缩性很大，但是就流动的气体而言，很小的压强改变就足以导致气体的流动，不会引起密度的明显变化，所以在研究流动的气体问题时，也可以忽略气体的可压缩性，故可认为密度ρ不随时间变化。
所以（1）式可简化为A 1 v 1 = A 2 v 2 （2） .2． 伯努利方程利用功能原理可证明，在封闭的细流管中，流体内任一点恒满足下式恒量212=++v gy p ρρ （3） 其中p 为绝对压力，y 为距重力势能零点的距离。
3． 流体的压力测量流动流体中压力的可采用图2所示的方法进行测量。
由图2 -（1）和（2）所测得的p 为静压力；由图2 -（3）所测得的p ＇为总压力，即p ＇= p + (1/2) ρ v 2；由图2 -（4）所测得的压力一般称为动压力，即Δp = p ＇-p = (1/2) ρ v 2。
由伯努利方程可推得，此时流体的流速为ρΔp v = （4）本实验的测量装置放置在风洞中，故ρ为风洞中空气的密度，在标准状态下干燥空气的密度为ρ = 1.293 kg/m 3。
空气动力学翼型压强分布测量与气动特性分析实验报告
《空气动力学》课程实验翼型测压与气动特性分析实验报告指导老师：实验时间：实验地点：小组成员：专业：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，并绘制不同攻角下的升力曲线。
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。
南京航空航天大学实验空气动力学实验报告
南京航空航天大学实验空气动力学实验报告班级：学号：姓名：目录1.实验一:低速风洞全机模型测力实验 ............................................................................ - 1 -1.1实验目的： ........................................................................................................... - 1 -1.2实验设备： ........................................................................................................... - 1 -1.3实验步骤： ........................................................................................................... - 1 -1.4实验数据 ............................................................................................................... - 2 -1.5数据处理 (3)1.6结果分析: (5)2.实验二：天平实验观摩实验 (6)2.1塔式天平的原理图 (6)2.2各类天平的比较 (6)3.实验三：风洞测绘实验 (7)3.1 0.75米低速开口回流风洞 (7)3.2.二维低速闭口直流风洞 (7)3.3风洞主要部件的作用 (8)1.实验一:低速风洞全机模型测力实验1.1实验目的：全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。
空气动力学
空气动力学实验气体或空气流动问题的研究是流体动力学中一个特殊分支,称之为“气体动力学”。
由于在实践中的广泛应用，这一方面的理论研究已较完善。
本实验通过在实验桌上的风机进行空气动力学研究与小风洞的实验。
一、实验目的1. 学习与验证流体动力学中的连续性方程、伯努利方程。
2. 掌握流动空气中总压力、静压力、动压力的测试仪器及测量方法。
3. 研究与进行风洞、风阻等实验。
二、实验原理能流动的物质叫做流体,因而流体这个名称包括液体和气体。
液体和气体的显著区别在于气体容易压缩，而液体几乎不能压缩。
对静止流体问题的研究称为“流体静力学“,对运动流体问题的研究称为“流体动力学”。
流体作稳恒流动时,流体中每一质点,从某一点到达另一点的运动速度虽然可以改变,但是每个流体质点经过空间一给定点的运动速度,是不随时间而变的。
对流体稳恒流动的研究是流体动力学中的重要内容，流体动力学主要的两个基本定律是理想流体的的连续性方程和伯努力方程。
(1) 连续性方程：图1对于不可压缩流体作稳恒流动时，在任一稳恒流动的流体内作一封闭曲面。
见图1，在图示的封闭管道中有两个大小不同的横截面A 1和A 2，当流体从管道一端稳恒流入，若在两个横截面处的流速分别为v 1和v 2，流体的密度为ρ。
则在时间dt内，流经A 1的流体质量dt v A 11ρ等于流出A 2的流体质量dt v A 22ρ。
所以流体的连续性方程表示为：2211v A v A = （1）也就是说，流体在一封闭管道中流动时，在管道横截面大处，速度小；在管道横截面小处，速度大。
(2) 伯努力方程：当不可压缩的流体在一管道中稳恒流动时，如果流管各处的横截面积不同，则各处的流速也不同，也就是说流体是加速或减速流动的。
因此流体必然受到合力作用。
当管道各处并不处于同一水平高度时（重力势能不一样），管道中不同二处的压力差不仅与这两处高度差有关，而且也与这两点的流速差有关。
这二点压力差的一般表达式是由伯努利（D.Bernoulli）1738建立的。
空气动力学课程设计指导书-精选.pdf
符号表 a：轴向诱导系数 a’：切向诱导系数 c：弦长 Cd ： 阻力系数： Cl ： 升法向力系数：
5
Cn ： 法向力系数：
Ct ： 切向力系数： Cp：功率系数 M：转矩 N：叶片数 P：风轮功率 Pu：设计功率 r ：叶素半径 R：风轮半径 v0：来流风速 va：轴向风速 vrel：入流总速度 vrot：切向速度
确定叶片数 N
设定功率系数 Cp0 初值
计算风轮直径 D，半径 R
计算风轮旋转角速度
步骤 2：
沿叶片展向，将 R 分为若干段分。 如，求取 =0,1、 0.2、 …、0.9、1。
试取轴向诱导因子初值： a0
切向诱导因子初值： a0'
a(1 a)
22
计算风轮实度： r Cl
2
4 a' (1 a)2 ( (1 a' )) 2
《风力机空气动力学》课程 设计指导书
一、基础理论 动量理论：
描述作用在风轮上的力与来流速度之间的关系。 根据叶素理论：
将风轮叶片沿展向分成许多微段， 即叶素，并假设在每个叶素上作用的气流 相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力。 叶素 - 动量理论：
假设各个叶素单元作用相互独立， 各个圆环之间没有径向干扰， 轴向诱导因 子 a 并不沿着叶轮径向改变。
切向力系数： Ct Cl sin Cd cos
诱导系数迭代方程：
a 1a
r
4sin 2
(Cn
r
4 sin 2
Ct2 )
a
r Ct
1 a' 4sin cos
a'
r Ct
1 a 4sin 2
风轮实度： r Nc
Nc
空气动力学和阻力控制实验
空气动力学和阻力控制实验一、课程目标知识目标：1. 学生能理解空气动力学的基本原理，掌握流体力学在运动物体上的应用。
2. 学生能描述不同形状物体所受空气阻力的特点，了解影响阻力大小的因素。
3. 学生能掌握通过实验方法研究阻力控制的技术，理解实验数据的相关性。
技能目标：1. 学生能够运用所学的空气动力学知识，设计并进行简单的阻力控制实验。
2. 学生通过实际操作，培养科学探究和实验操作能力，提高解决问题的实践技能。
3. 学生能够分析实验数据，形成科学的结论，并有效地进行表达和交流。
情感态度价值观目标：1. 学生在探索空气动力学和阻力控制的过程中，培养对物理科学的兴趣和好奇心。
2. 学生通过团队合作实验，增强合作意识和集体荣誉感，学会尊重他人意见。
3. 学生能够认识到科学技术与社会生活的紧密联系，理解物理知识在现代科技发展中的重要作用，从而增强社会责任感和创新意识。
二、教学内容本节课依据课程目标，结合教材第四章“流体力学与运动”相关内容，组织以下教学大纲：1. 空气动力学基础理论：- 流体的性质与流体力学基本方程。
- 空气阻力的概念及其计算公式。
- 流线型与物体形状对空气阻力的影响。
2. 阻力控制实验：- 实验器材介绍与使用方法。
- 实验步骤设计与操作流程。
- 阻力控制原理及实验方法。
3. 教学内容安排与进度：- 第一节课：学习空气动力学基本理论，介绍流体力学与运动物体关系。
- 第二节课：探讨不同形状物体所受空气阻力，分析影响阻力大小的因素。
- 第三节课：进行阻力控制实验，观察实验现象，收集并分析数据。
4. 教材关联内容：- 教材第四章第1节：流体力学基本概念。
- 教材第四章第2节：流体阻力的计算与控制。
- 教材第四章第3节：流体力学实验方法。
三、教学方法针对本章节内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 在空气动力学基础理论部分，采用讲授法对流体力学基本概念、流体阻力的计算公式等进行系统讲解，确保学生掌握必要的理论知识。
空气动力学：动量定律实验
不可压缩流体定常流动量定律实验姓名班级学号实验日期同组姓名北京航空航天大学流体所不可压缩流体定常流动量定律实验一、实验目的要求1．验证不可压缩流体定常流的动量方程；2．通过对动量与流速、流量、出射角度、动量矩等因素间相关性的分析研讨，进一步掌握流体动力学的动量守恒定理；3．了解活塞式动量定律实验仪原理、构造，进一步启发与培养创造性思维的能力。
二、实验装置本实验装置如下图所示：动量定律实验装置图1 自循环供水器2 实验台3 可控硅无级调速器4 水位调节阀5 恒压水箱6 管嘴7 集水箱8 带活塞的测压管9 带活塞和翼片的抗冲平板10 上回水管自循环供水装置1由离心式水泵和蓄水箱组合而成。
水泵的开启、流量大小的调节均由调速器3控制。
水流经供水管供给恒压水箱5，溢流水经回水管流回蓄水箱。
流经管嘴6的水流形成射流，冲击带活塞和翼片的抗冲平板9，并以与入射角成90°的方向离开抗冲平板。
抗冲平板在射流冲力和测压管8中的水压力作用下处于平衡状态。
活塞形心水深h c可由测压管8测得。
由此可求得射流的冲力，即动量力F。
冲击后的弃水经集水箱7汇集后，再经上回水管10流出，最后经漏斗和下回水管流回蓄水箱。
为了自动调节测压管内的水位，以使带活塞的平板受力平衡并减小摩擦阻力对活塞的影响，实验装置应用了自动控制的反馈原理和动摩擦减阻技术。
其构造如下：带活塞和翼片的抗冲平板9和带活塞套的测压管8如下左图所示。
该图是活塞退出活塞套时的分部件示意图。
活塞中心设有一细导水管a，进口端位于平板中心，出口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。
在平板上设有翼片b，活塞套上设有窄槽c。
工作时，在射流冲击力作用下，水流经导水管a向测压管内加水。
当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，窄槽c关小，水流外溢减少，使测压管内水位升高，水压力增大。
反之，活塞外移，窄槽开大，水流外滥增多，测管内水位降低，水压力减小。
在定常射流冲击下，经短时段的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
空气动力学实验指导书
零质量射流形成机理实验
一实验目的
1）学习和了解零质量射流的流场结构和形成机理
2）学习和掌握粒子图像激光测速仪的测试技术
二实验仪器和设备
1）零质量射流发生装置
由信号发生器、功率放大器、扬声器或压电陶瓷片、共振空腔和射流出口组成，实验中可研究驱动信号的波形、频率、射流出口形状对零质量射流形成的影响等。
信号发生器具有波形任意给定，相位、频率、幅值精确可调的特点，输出信号经功率放大器放大来驱动扬声器振动膜或压电陶瓷片产生有规律的振动，将共振空腔内的空气吸入和挤出射流出口形成一系列涡环，从而产生单方向的射流。
共振空腔和射流出口的几何参数设计和振动膜振动的规律决定了零质量射流的流场特性。
可针对不同的教学目的设计制作两到三种形式的零质量射流发生器，以期获得最佳的实验效果。
2）二维粒子图像激光测速仪
由高分辨率的PIV-CCD（1K×1K）、图象采集板、同步器、50mJ的双脉冲激光器、片光发生组件、激光传输导臂、基于Windows NT操作平台的控制和测试软件组成。
为了使该测速仪适合测试零质量射流流场，需要更换和购置的设备有：消球差变焦光学MICRO-CCD镜头（F-Mount）；数字示波器用来实时监视和测量驱动信号波形和相位并配合同步器进行锁相位流场测试实验；激光传输导臂可以灵活的传输和改变激光片光的入射点以及片光的扩散角，并可空间旋转片光平面以满足瞬态流场测试的需要。
三实验原理与方法
应用现代先进的瞬态流场测试技术粒子图像激光测速系统（PIV）可以在极短的时间内（可小于1个微秒）“冻结”流场结构；测得零质量射流的非定常瞬态流场，以及不同时刻流场的发展和演化过程。
验证和演示零质量射流由一系列涡环组成，涡环之间的相互诱导作用是形成零质量射流的机理。
四实验步骤
1）开启零质量射流激振器；
2）开启脉冲激光器，调整激光片光平面在射流出口的中心位置上；
3）在射流出口附近播撒烟雾粒子；
4）调整CCD相机的聚焦平面在激光平面上以得到清晰的粒子图像；
5） 在计算机上操作INSIGHT 软件，采集粒子图像，处理得到二维速度矢量场矢量图。
五 实验数据处理
根据下列公式计算涡量，利用绘图软件绘制涡量分布图。
涡量计算公式：z
V y V y z x ∂∂-∂∂=ω 六 实验结果分析。