实验空气动力学FDU
实验空气动力学课程设计(风洞综述)
实验空气动力学课程设计(风洞综述)一.概念及原理风洞（wind tunnel），是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是空气动力学实验最常用、最有效的工具。
它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用, 在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。
原理:用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。
为确保实验准确模拟真实流场,还必须满足相似律的要求。
但由于风洞尺寸和动力的限制，通常只能选择一些影响最大的参数进行模拟。
此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。
二.风洞发展简要回顾风洞设备的发展大致经历了低速风洞发展阶段、超声速风洞发展阶段、跨声速风洞发展阶段、高超声速风洞发展阶段、风洞设备更新改造和稳定发展阶段、风洞设备发展适应新需求、探索新概念风洞发展阶段。
20世纪90年代，随着经济全球化和型号发展数量的减少，一方面，风洞设备在数量上呈现出过剩状态；另一方面，又缺少能满足未来型号精细化发展要求的高性能风洞。
三.近期风洞改造和建设工业生产型风洞的更新改造最主要特点是风洞设计的多功能性、可扩展性、技术的先进性，风洞建设也呈现出创新的特点。
主要包括：吸收试验段内的大部分噪声，提高风洞试验Re或模拟能力等。
另外还有：感应热等离子体风洞（通过高频电发生器以感应偶合的方式将亚声速或超声速射流加热到极高温度（5000℃～10000℃），这种等离子风洞主要用于防热研究）四. 风洞发展的未来趋势1）“安静”气流风洞不仅气动声学风洞需要“安静”的风洞，高品质的任何类型风洞都需要“安静”的风洞。
2）亚声速高升力飞行风洞风洞Re模拟能力直接影响试验数据的准确性。
经过多年论证研究，NASA提出了高升力飞行风洞（HiLiFT）的概念。
空气动力学实验报告
实验一边界层流动测量实验摘要：边界层，又称为流动边界、附面层，它是流体流动过程中，紧贴壁面的粘性阻力不可忽略的一层薄薄的流体，它对主要流体运动的影响很大。
自普朗特提出该概念起，边界层研究就一直是流体力学研究中一个焦点和难点课题。
本实验通过热线风速仪测量距离凹口平板前缘不同位置点流体的速度分布情况，并对实验数据加以分析处理，从而确定出在不同工况中的边界层的厚度、位移厚度，以及避免粘性力等参数，最终分析边界层的特性。
关键词：边界层，热线风速仪，粘性力，雷诺数，拟合，标定1.实验简介此次实验是在一个开口式风洞中进行的，该风洞试验段截面尺寸为：500mm*500mm。
设置风洞风机的运行频率为20Hz和30Hz、，利用热线风速仪测量凹槽分离点20mm的边界层上的速度分布。
然后用两种不同的方法拟合热线风速仪实验前后标定曲线，得出标定误差值，从而分析比较这两种拟合方法的优缺点，并分析出实验中热线性能的稳定性。
2.实验步骤1)将皮托管固定在风洞试验段，轴线和来流速度方向平行。
记录皮托管标定系数k。
皮托管静压连接到压力传感器负压接口，皮托管总压连接到压力传感器通道1；2)热线风速仪探头安装在二位坐标架上，连接热线探头与恒温控制器输入、输出。
此时热线恒温控制器切勿通电！将热线探头移至和皮托管同一高度；3)热线输出连接到数据采集卡AI0，皮托管输出连接到数据采集卡AI1；4)将热线恒温控制器通电，打开MATLAB热线风速仪标定程序“hw calibration.m”，改变文件名运行程序；5)将热线移动至测量点（距离凹腔分离点X=20mm）上方自由来流中，调整风洞风速，风机运行频率f=30Hz, MA TLAB运行热线速度分布测量程序“hw measurement.m”改变文件存储名称。
改变风洞风速，风机运行频率f=20Hz,重复步骤4；6)打开MATLAB热线风速仪标定程序’hw calibration.m’，改变标定参数存储文件名，重新运行标定程序。
实验空气动力学FDU
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CATALOGUE
实验结果与讨论
数据处理与分析
数据清洗
在实验过程中，可能存在异常值 、缺失值或重复数据，需要进行 数据清洗，确保数据的准确性和 可靠性。
数据分析方法
采用统计分析、图像处理等方法 对实验数据进行处理，提取有用 的信息，为后续的实验结果分析 提供支持。
数据可视化
通过图表、图像等形式将实验数 据呈现出来，便于观察和分析实 验结果。
数据采集与分析技术是实验空 气动力学中不可或缺的一环， 涉及数据的获取、存储、处理
和解释。
数据采集通常使用计算机自 动控制系统进行，能够实时
记录和处理实验数据。
分析技术包括统计分析、图像 处理、流场重构等，用于揭示
实验现象的本质和规律。
实验操作与安全
1
实验操作是实验空气动力学中的重要环节，需要 遵循严格的实验操作规程和安全规范。
实验空气动力学的重要性
工程应用
实验空气动力学在航空航天、交通运输、能源、环境等领域具有广 泛的应用价值，为相关工程设计和优化提供关键技术支持。
科学研究
实验空气动力学是空气动力学研究的重要手段之一，有助于深入了 解空气流动的规律和机理，推动学科发展。
教育培养
实验空气动力学是高校航空航天、力学等专业的重要课程之一，对于 培养相关领域的人才具有重要意义。
误差来源
误差控制
分析实验过程中可能产生的误差来源 ，如测量设备误差、操作误差等。
采取有效措施控制误差的产生和传递 ，提高实验结果的准确性和可靠性。
误差传递
研究误差在实验过程中的传递和放大 情况，评估误差对实验结果的影响。
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CATALOGUE
实验应用与展望
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。
物理实验技术中对空气动力学的实验方法
物理实验技术中对空气动力学的实验方法物理实验技术是研究物理学原理和现象的重要手段之一。
在物理实验过程中，对空气动力学的实验方法是不可或缺的，它们为我们揭示了气体流动的特性和规律，为飞行器设计、能源开发等领域提供了重要依据。
本文将探讨物理实验技术中对空气动力学的实验方法。
首先，气体流动的特性决定了我们在实验中的技术选择。
在低速气体流动实验中，我们常常采用风洞实验。
风洞是一种模拟自然界风场的设备，通过控制其内部的流动速度和压力分布，可以模拟不同的风场环境。
在风洞实验中，我们可以利用气动力测量设备获取物体受到的风阻力、升力等关键参数，从而分析气体流动对物体的影响。
此外，通过先进的测量技术，如PIV（Particle Image Velocimetry）等，我们还可以获得气体流动的速度、压力分布等数据，进一步研究气体流动的特性。
其次，高速气体流动实验是对空气动力学研究的又一个重要领域。
在高速气体流动实验中，我们常常采用激波管实验。
激波管是一种可以产生激波的设备，通过激波的传播和反射，我们可以观察到气体流动时发生的各种现象，并获取相关的数据信息。
利用激波管实验，我们可以研究气体在超音速流动时的压力分布、波动规律等，为超音速飞行器的设计和性能优化提供重要参考。
除了风洞和激波管实验，还有一些其他的实验方法也被广泛应用于空气动力学的研究中。
例如，流体力学中的雷诺数实验，通过改变流动的速度、粘度和长度尺度等参数，观察流动的不同特性，以确定物体所受到的气体流动的类型和影响。
此外，还有气体流动的可视化实验，通过添加染料或颗粒示踪剂，在流动中观察到特定的流线和流动模式，以帮助我们理解流动的物理机制。
在实验技术的不断发展中，各种新型的实验设备和方法也在不断涌现，为空气动力学的研究提供了更多的可能性。
例如，纳米流体力学中的微流控技术，通过微小通道和微流控芯片，可以实现对气体流动极高精度的控制和测量。
此外，还有一些基于光学原理的实验技术，如激光测速仪、激光干涉测量法等，可以实现对气体流动参数的高精度测量。
实验空气动力学
目录目录 (I)绪论 (1)0.1 实验流体力学的研究内容与方法 (1)0.2 本课程的主要内容 (2)第一章风洞实验内容简介 (4)1.1 风洞实验分类 (4)1.2 各种风洞实验的介绍 (4)1.3 风洞实验一些基本要求 (9)第二章相似理论 (11)2.1 相似和相似定理 (11)2.2 量纲分析 (15)2.3 相似理论的应用 (23)思考题和习题 (32)第三章风洞 (34)3.1 风洞的类别 (34)3.2 低速风洞 (35)3.3 超音速风洞 (45)3.4 跨音速风洞 (54)3.5 高超音速风洞和超高速风洞 (58)思考题和习题 (61)第4章气动力天平 (63)4.1 机械式天平 (63)4. 2 应变式天平 (69)4.3 气动力天平的校准 (81)4.4 气动方天平的性能术语 (84)4.5 磁悬挂天平 (85)4.6 坐标轴系及其转换 (87)思考题和习题 (89)第五章气流参数测量 (91)5.1 静压和总压测量 (91)5.2 温度测量 (100)5.3 气流速度、方向和紊流度测量 (107)5.4 噪声测量 (123)5.5 数据采集系统简介 (126)思考题和习题 (129)第6章风洞模型实验 (130)6.1 实验大纲的制定 (130)6.2 模型设计 (132)6.3 全机模型测力实验 (142)6.4 小压强分布实验 (151)6.5 动量法实验 (154)6.6 地面效应实验 (157)6.7 模型实验中的人工转捩 (158)6.8 半模型实验 (159)6.9 铰链力矩实验 (160)思考题和习题 (161)第7章流动显示 (162)附录 (163)附录Ⅰ空气动力学家生平 (163)附录Ⅱ空气动力学中常用的有量纲物理量的SI单位和量纲 (167)附录Ⅲ标准大气数据数据和常用的关系式 (168)附录IV 水的密度和粘度 (169)附录Ⅴ单位的换算系数 (169)附录Ⅵ风洞流场品质参考指标 (174)绪论0.1 实验流体力学的研究内容与方法实验流体力学对于空气动力学的发展和各种飞行器的研制，起着决定性的作用。
作文《空气动力学实验》
空气动力学实验篇一空气动力学实验：纸飞机的悲欢离合要说这空气动力学实验，我第一个想到的就是小学时候折纸飞机的事儿。
那会儿，班里那小子王强，折纸飞机那叫一个绝，他折的飞机，飞得又高又远，简直是飞机界的战斗机。
我呢，折出来的飞机，飞个两米就掉下来，跟个喝醉了酒的麻雀似的，晃晃悠悠，扑腾几下就一头栽地。
记得有一次，我们比赛谁的飞机飞得远。
王强那小子，拿出他珍藏的“特制”飞机，那飞机，造型流畅，机翼薄而宽，绝对是经过精密计算的。
我呢，临时抱佛脚，胡乱折了个，形状有点像个歪七扭八的煎饼。
比赛开始，王强那飞机嗖的一下飞出去，划出一道优美的弧线，最后落在了操场边上的大树下，足足飞了有二三十米远。
我这边，那叫一个惨不忍睹，我的飞机飞出去不到五米，就翻了个跟头，像个喝多了的醉汉一样，一头扎进草丛里，还被一只不知名的虫子“袭击”了，翅膀上沾满了泥土和草屑。
那感觉，怎么说呢，就跟辛辛苦苦准备考试，结果考砸了一样，挫败感爆棚，当时我真是想把那飞机撕碎扔掉。
不过后来想想，其实这失败的实验也挺有意思的，至少让我明白，要想飞机飞得远，还真得讲究设计和工艺，不能光靠蛮力。
篇二空气动力学实验：风扇与乒乓球的奇妙反应后来上了初中，老师讲到空气动力学，又让我联想到了另一个实验。
那次物理课，老师拿了个电风扇和几个乒乓球，让我们观察风扇吹动乒乓球的现象。
这实验听起来简单，但做起来还真挺有意思。
首先，老师把电风扇开到最小档，轻轻地把一个乒乓球放在风扇前面。
乒乓球慢慢地被风吹动，在空中悬浮着，轻轻地旋转。
这时，如果用手轻轻地推一下乒乓球，它就会改变方向，继续在空中飘浮，就像一个调皮的小精灵在跳舞。
然后，老师把风扇的档位调高，这时候，乒乓球被风吹得更厉害，飞得更高，旋转的也更快，发出轻微的嗡嗡声，像个小小的螺旋桨一样。
再后来，老师又增加了一两个乒乓球，它们在风扇的吹动下，互相碰撞，时而远离，时而靠近，整个过程混乱又充满趣味，像一场微型的乒乓球大战。
空气动力学方面的数值模拟与实验研究
空气动力学方面的数值模拟与实验研究随着现代科技的不断发展，人类生活的各个方面也越来越被科技所覆盖。
在工业生产、航空航天、汽车等领域，空气力学已经成为必不可少的基础学科。
而空气动力学方面的数值模拟与实验研究则是现代空气力学研究的重要技术手段。
一、数值模拟数值模拟是一种利用计算机来模拟实际流体运动的技术。
例如在传统的飞机设计过程中，需要针对空气动力学特性来进行流场仿真，这个时候数值模拟工具就得到广泛的应用。
在空气动力学方面，最常用的数值模拟技术是计算流体力学(CFD)。
它采用数值方法解决流体运动方程，得出各种力学量的分布和变化规律，可用于研究空气动力学问题如流动中的压力、速度、流线、涡旋等问题，同时也能验证设计的迎风面和其他外形特征对飞行性能的影响。
但是需要指出的是，数值模拟仅仅是理论预测，还需要通过实验对其进行验证。
二、实验研究实验研究是通过制作实际模型，采取相应措施进行试验并对试验数据加以分析与比较的过程。
在空气动力学研究中，实验可与数值模拟相结合，从不同角度去探寻空气动力学问题。
比如当我们要研究某飞机在高空的飞行性能时，可以通过实验方法，制作出该飞机的模型，再将其送入风洞中进行高压气流的喷射，通过精密的仪器测量并分析所得数据，得出飞机在高空的飞行特性等重要参数。
同时，实验研究也可以用来验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
例如在高铁列车设计过程中，需要对其对流问题进行研究，通过实验可以将某一具体的列车模型放入高速风洞中，测量在流体作用下的各种力学学量并与数值模拟结果进行比较，来验证其可靠性。
三、数值模拟与实验研究的结合数值模拟与实验研究各有其优势，但结合使用可以得到更加准确和全面的研究结果。
数值模拟对实验提供了精确定位和预测，实验则可以验证和纠正数值模拟的偏离。
在特定科学研究领域的交叉中，两种方法的结合也是非常重要的。
空气动力学既是一门基础学科，也是研究实际问题的应用科学。
无论是运用计算机进行数值模拟，还是进行实验研究，空气动力学方面的研究都有无限的发展空间。
空气动力学翼型压强分布测量实验
风力机空气动力学实验之二翼型压强分布测量实验班级姓名实验日期指导教师南京工业大学机械与动力工程学院2014年11月一、实验目的：1 熟悉测定物体表面压强分布的方法 2测定给定迎角下，翼型上的压强分布二、基本原理：测定物体表面压强分布的意义有以下几方面；首先有了压强分布图，就知道了物体上各部分的载荷分布，这是强度设计时的基本数据，其次，这又有助于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，不便函于装置天平），全靠压强分布图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，只是把多管子装在同一架子上而已，这样就可同时看出很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。
通常压强分布都以一无量纲系数表示，其定义为： P P P V h h i i i k =-=⋅∞1212ρξ∆∆ （1）P ∞——来流的静压。
122ρV ——来流的动压。
实验时，模型安装如图所示，风速管的静压孔、总压孔、以及翼面上各测点的静压孔，分别用橡皮管连到多管压力计上。
于是，P P h h i k -=-∞γφ()s i n图11220ρξγφV h h k =-()s i n h i ——为多管压力计上翼面上各静压管的液柱高度。
h 0——为多管压力计上风速管静压管的液柱高度。
h k ——为多管压力计上风速管总压管的液柱高度。
ξ——为风速管修正系数。
γ——为多管压力计所使用的液体重度（牛顿/米3）。
φ——为多管压力计的倾斜角。
翼面上各测点的压强分布：P P P V h h i i i k =-=⋅∞1212ρξ∆∆三、实验步骤：1. 调节多管压力计的倾斜角φ见，令φ=30°2. 3. 记录多管压力计的液体重度γ，正系数ξ。
南京航空航天大学 空气动力学课件第一章
流体力学的基本任务
流体力学是研究流体与周围物体存在相 对运动时的运动规律和力的作用的科学 研究对象：与物体相对运动流体 探寻流体运动的基本规律 研究流体与固体之间的相互作用 应用流体力学规律解决工程技术问题 预测流体力学新的发展方向
第一章 流体力学的基础知识
Claude-Louis Navier (1785 –1836)
Sir George Gabriel Stokes Osborne Reynolds 1st Baronet FRS (1842–1912) (1819–1903)
Nikolai Y. Zhukovsky (1847 –1921)
Martin Wilhelm Kutt (1867-1944)
理论分析方法
流动的模型化——问题的抽象表达
找出主要因素，忽略次要因素
控制方程的建立与解算 后处理和分析 有助于揭示问题的内在规律 未计及因素的修正 仅适用于简单问题
数值计算方法
求解方法多样化
有限差分(FDM)、有限元(FEM)、有限体积 方法(FVM)、谱方法
流体的密度
流体微团 在连续介质的前提下流场中任取一点B
dv dm 微团体积 微团质量
其密度为
dm lim dv0 dv
流体的压强
气体分子在碰撞或穿过取定的表面时， 单位面积上所产生的法向力
dA 微团面积元的大小
该点压强为 dF p lim dA0 dA
dF
dA一侧的法向力
主要研究方法
空气动力学中的数值模拟与实验研究
空气动力学中的数值模拟与实验研究一、引言空气动力学是流体力学的一个重要分支，在航空航天、汽车、建筑物等众多领域都有着广泛的应用。
数值模拟和实验研究是了解和预测空气动力学现象最常用的方法之一，本文将从数值模拟和实验研究两个方面介绍空气动力学的发展现状与研究方向。
二、空气动力学数值模拟研究空气动力学中数值模拟的方法主要可以分为两类，一类是基于计算流体力学（CFD）的数值模拟，另一类是基于计算固体力学（CSM）的数值模拟。
1. CFD数值模拟CFD数值模拟采用了基于流体力学方程和边界条件的数学模型，利用计算机方法对空气流动进行数值模拟。
CFD数值模拟广泛应用于航空航天、汽车工程、工业气体流动、风能利用等领域。
2020年，Nvidia共同发起谷歌AI研究小组、英国Imperial College、多伦多大学和斯坦福大学，使用AI加速的CFD进行大规模流体模拟，并成功开发出了基于行业标准CFD求解器ANSYS Fluent的深度学习模型。
2. CSM数值模拟CSM数值模拟采用的是基于固体力学原理的数学模型，描述物体的静力学和动力学行为。
CSM数值模拟主要应用于汽车、建筑物、桥梁工程等研究领域。
2021年，清华大学机械工程系陈留春团队设计并制造了一种兼具高刚性和高合理性的喷气式飞行器（JF-10），并采用了复合材料和高温固化等新技术，极大地提升了JF-10的飞行性能。
这一成果的取得离不开CSM数值模拟在飞行器设计优化中的重要作用。
三、空气动力学实验研究实验研究是研究空气动力学现象的另一种重要方法。
一些空气动力学现象需要通过实验手段进行研究，来验证或丰富理论研究的成果。
实验研究的方式和方法也在不断发展变化。
1. 风洞实验研究风洞是模拟空气流动状况的实验设备，可以在实验室内模拟现实中的空气流动状况。
风洞实验研究一直以来是研究空气动力学现象的重要手段。
2020年，德国柏林自由大学和凯撒研究所的研究人员通过风洞实验研究发现，在高速列车行驶中，由于车体与地面之间的距离造成的空气流动问题会导致列车经历异常震动，这一研究结果对于解决高速列车行驶中的空气动力学问题具有重要的实际应用价值。
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。
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。
空气动力学和流体力学的理论和实验
空气动力学和流体力学的理论和实验随着科技的不断发展，人们对于航空和汽车等交通运输工具的要求越来越高。
这就需要更加深入的了解空气动力学和流体力学理论，并通过实验来验证这些理论，以提高交通工具的性能和安全性。
本文将探讨空气动力学和流体力学的理论和实验。
一、空气动力学理论空气动力学是研究物体在空气中运动的力学学科。
它主要研究流体动力学、力学、热力学和气体动力学等方面的问题。
空气动力学理论的核心是研究流场中运动物体所受到的各种力的大小、方向和作用方式，从而进一步分析和控制流场的运动规律和形态。
空气动力学理论的应用范围很广，比如航空、航天、汽车、火箭、风力发电等领域。
这些领域的发展离不开对空气动力学理论的研究成果的应用。
二、空气动力学实验空气动力学实验是通过模拟自然环境，验证空气动力学理论的实践活动。
在空气动力学实验中，主要采用的是流体力学的实验方法。
流体力学是研究流体（气体和液体）在不同条件下的运动规律的学科。
它主要研究流体的性质、流速、流量等问题。
空气动力学实验包括平板试验、模型试验、气流控制试验等。
平板试验是指在标准试验空间中，放置一个平板以获得空气动力学数据。
模型试验是指通过建立物理模型，模拟流场，进而验证空气动力学理论。
气流控制试验是指通过空气喷嘴，控制空气流动的流量、速度和方向，来研究空气动力学效应。
三、流体力学理论流体力学是研究流体的运动规律、能量转移和动力作用的学科。
它主要涉及流体力学的基本公式和实验技术，如质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律等。
这些基本公式是用来描述流体运动的数学方程式。
流体力学理论的应用范围也很广泛，比如水利工程、化学工程、生物医学工程等。
这些领域中的流体力学实践需要依赖于流体力学的理论和实验。
四、流体力学实验流体力学实验是通过模拟物理实验，为认识流体运动的规律，提供实验数据的实践活动。
流体力学实验包括液体模型试验和流场实验。
液体模型试验主要是用来模拟流体的运动规律和现象。
飞行器空气动力学实验技巧展示
飞行器空气动力学实验技巧展示飞行器空气动力学是航空领域中的一个重要分支，研究飞机在空气中的运动规律和性能。
在实际应用中，通过各种实验来验证理论模型的准确性和优化设计方案。
本文将介绍一些常见的飞行器空气动力学实验技巧，以及实验过程中需要注意的事项。
一、空气动力学实验的基本原理飞行器空气动力学实验主要基于空气动力学理论，通过在实验室或飞行试验中模拟真实飞行环境，收集相关数据进行分析。
其中，最常用的实验手段包括气动力测量、气流场观测和流动可视化等。
二、气动力测量1. 空气动力测量的方法气动力测量是实验中最重要的内容之一，它可以直接反映出模型或飞行器在空气中的受力情况。
常见的气动力测量方法有压差法、若干力测量法和动力学测量法等。
其中，压差法是最常见的方法之一，通过在飞行器表面放置压力传感器，测量压力分布并计算出气动力。
2. 压力传感器的选择与布置在实际测量中，选择合适的压力传感器非常重要。
传感器的灵敏度和准确性需考虑到实验精度的要求。
此外，传感器的布置也需要注意，应尽量均匀地覆盖整个飞行器表面，以获得准确的气动力数据。
三、气流场观测1. 气流场观测的方法气流场观测是实验中另一个重要的内容，它可以帮助研究人员了解飞行器周围的气流状态。
常见的气流场观测方法有静态压力测量法、热线法和激光测量法等。
其中，静态压力测量法是最常用的方法之一，通过测量空气的压力分布，可以了解到气流的速度和方向等信息。
2. 测量设备的选取和校准在进行气流场观测时，需要选择合适的测量设备。
常见的设备包括静压探针、热线传感器和激光测量仪器等。
这些设备在使用前需要进行校准，确保其准确性和稳定性。
四、流动可视化1. 流动可视化的方法流动可视化是一种直观地观察飞行器周围气流状态的方法。
常见的流动可视化方法有烟雾法、油膜法和红外线热像法等。
其中，烟雾法是最常用的方法之一，通过在飞行器上方喷洒烟雾，观察烟雾的流动情况可以获得气流的流向和强度信息。
2. 可视化效果的判断与分析在进行流动可视化实验时需要注意观察效果的判断与分析。
北航空气动力学课件
外边界
V x 0 n
0 y z
V
n为物面法向
内边界
可以证明，拉普拉斯方程的解若在给定边界上能满足上述条件，则 解是唯一的。
求不可压理想无旋流绕物体的流动问题就转化为求解拉 普拉斯方程的满足给定边条的特解这一数学问题
北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课
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0
2010年版本
Folie15
3.1、平面不可压位流的基本方程
（5）过同一点的等速度势函数线与等流函数线正交（等势线与流线正交） 等流函数线是流线，有
d vdx udy 0 dy v K1 dx u
另一方面，过该点的等势函数线方程为
流动问题要容易的多。在粘性作用可忽略的区域，这种理想模型的
解还是有相当的可信程度。
北京航空航天大学《空气动力学》国家精品课
2010年版本
Folie3
3.1、理想不可压缩流体平面位流的基本方程
1、不可压缩理想流体无旋流动的基本方程 初始条件和边界条件为
u v w 0 x y z 1 dV f p dt
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2010年版本
Folie6
3.1、平面不可压位流的基本方程
由此说明，只要把速度势函数解出，压强p可直接由Bernoulli方程得到。 在这种情况下整个求解步骤概括为： （1）根据纯运动学方程求出速度势函数和速度分量； （2）由Bernoulli方程确定流场中各点的压强。这使得速度和压强的求解过 程分开进行，从而大大简化了问题的复杂性。综合起来对于理想不可压 缩流体无旋流动，控制方程及其初边界条件为
Folie12
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§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
§4 流动显示的应用——例9
子弹头部的激波
36
§4 流动显示的应用——例10
汽车工程中应用流动显示技术研究绕流汽车的流场， 力求提高速度、减阻节能。
37
§4 流动显示的应用——例11
环保工程中用染色法或烟线法研究烟囱的烟气扩散 规律，合理选择烟囱的位置和高度。
一律手写 报告内容：未必严格按下面的顺序，但要完整的包括这些内容 实验名称
实验者姓名 组号 日期
实验目的（研究背景与动机） 实验原理（研究方法） 实验装置、设备——包括设备连接示意图 实验步骤 数据处理方法 数据图表和分析（研究结果和讨论） 结论（研究结论）
6
§4 成绩评定
平时实验 —— 45％
世界各发达国家几乎毫无例外的成立了国家级的空气动力 试验研究基地，其中最重要的基础设施，就是风洞。
中国空气动力研究与发展中心——绵阳
中国航天空气动力技术研究院——北京 中国航空工业空气动力研究院——哈尔滨、沈阳
41
§1 风洞和风洞试验的基本原理
风洞：在专门设计的管道中产生可以控制的人造气流，进 行空气动力学实验的设备。
11
§2 什么叫流动显示
一个流动显示的例子
绕 机 翼 的 流 动
机翼上表面的流线较密，表明流速大，压力低；下表面流线 较稀疏，流速小，压力高。机翼上下表面的压力差，使机翼受到 向上的合力——升力的作用。
12
§3 常用的流动显示方法
染色法
电化学法
氢泡法
空气泡法
烟线法 光学法 油膜法
尾旋风洞 阵风风洞
自由飞风洞
结冰风洞 垂直-短距起落风洞
46
§3 风洞的类别
高超声速风洞
47
§3 风洞的类别
三 声 速 风 洞
48
§3 风洞的类别
电 弧 风 洞
49
§4 低速风洞的结构
闭口单回流式低速风洞
1.安定段; 2.蜂窝器; 3 .阻尼网; 4.收缩段; 5.模型; 6.天平; 7.试验段; 8.压力平衡孔; 9.扩压段;10.电动机;11.风扇;12.反扭导流片;13.整流体;14.回流段;15.拐角;16.导流片.
50
§5 大气边界层风洞
在边界层试验区产生模拟大气边界层流动的气流。
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1.0 0.9
α =0.22
0.8 0.7 0.6
α =0.22
实验数据
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
26
§4 流动显示的应用——例1
层流和湍流
层流：流体在各平行层中运动， 流层间没质点掺混。 湍流：流体质点除向前的运动， 还有横向的、不规则的流动， 以及混乱的旋涡运动。湍流的 流动阻力比层流大得多 1883年雷诺发现圆管流动阻力 在下临界雷诺数前后发生很大 变化，泊肃叶-哈根和达西的 直线 AB 段为层流，流动阻力与速 实验结果不同，但都是正确的， 度成正比；BC为过渡段；直线CD 缘于对应于层流和湍流两种截 段为湍流段，流动阻力与速度的 1.75~2次方成正比。 然不同的流态。
风洞试验的基本原理
流动的相对性：气流以一定速度吹向静止模型，与模型以同样速 度在静止空气中向前运动，模型所受气动力完全相同。 流动的相似性：模型与实物外形几何相似、来流风向角相等且满 足一定的相似准则，则模型流场和实物流场相似，便可把模型实 验结果转换到实物上去。
42
§2 风洞试验的广泛应用
风洞试验的优点
经济、利用率高； 易于控制实验参数； 测量方便、安全。
风洞试验的缺点
只能满足部分相似准则，不能保证和实际流场完全相似； 洞壁、支架等对流动有干扰，实验数据要修正。
风洞的功用
基础性试验 生产性试验
43
§2 风洞试验的广泛应用
44
§3 风洞的类别
流动显示的应用
9
§1 从几个有关流动的问题说起
飞机的机翼为什么具有向上的升力？ 钝体的阻力为什么比流线体的阻力大？ 大风中的电线为什么通常在横风向而不在顺风向发 生振动？ 为什么关于管道阻力的两个不同实验结果都正确？
泊肃叶（1840）与哈根（1839）测得阻力与速度成正比； 达西（1857）测得阻力与速度的平方成正比。
附面层分离
附面层与绕流物体壁面脱离，称为附面层分离或流动分离， 又称脱体或离体。流动分离往往发生在物体的尖角处或物 体壁面逆压梯度（压力沿流动方向递增）足够大的区域。
圆柱
桥墩
扩张管
突扩管
29
§4 流动显示的应用——例4
流线体与钝体
流线体：流体绕流某一物体时，如基本上不发生附面层分离（如下图 左1、2），则称该物体为流线体。流线体一般具有圆头和长的尖尾。 钝体：如发生附面层分离（如下图左3～7），则称非流线体，又称钝 体（通常没有长的尖尾）。 钝体背风面分离区压力低于迎风面压力， 由此产生比摩擦力大得多的压差阻力，造成总阻力增大。 迎风面积相同情况下，钝体的阻力比流线体大得多。
为什么管道截面积变化或改变方向会增大流动阻力？
10
§2 什么叫流动显示
使水或空气的流动变为肉眼可见，又称流场显示或 流动可视化。 能直观地观察各种流动现象，是研究流体运动规律 的重要手段。
色线：源于一点的很多流体质点在同一瞬时的连线， 又称标记线或脉线。
色线可通过流动显示方法获得。 定常流动时迹线、流线和色线互相重合，不定常流动时一 般不会重合。
21
§3-4 空气泡法
水流中引入适量空气小气泡为示踪介质，通过 被照亮的小气泡的运动来显示水流流动。 通常只能用于定性演示。
自循环流动演示仪结构原理图
22
§3-4 空气泡法
圆 柱 扩 张 管
桥 墩
弯管
文丘利管
孔板
突扩管
收 缩 管
23
§3-5 烟线法
通过引入烟流来观察空气的流动。
图3—1
24
§3-6 小结
以上方法看到的是染色液体、气泡和烟等外加材料 的运动。 外加材料要有良好跟随性，才能真正显示流体运动。 以上方法仅适用于低速水流或气流的流动显示。
25
§4 流动显示的应用
在教学上，可以辅助观察流动现象，认识流动规律， 理解基本概念； 在科研上，发现新的流动现象，建立、改进和验证 理论模型； 在工程上，解决实际问题。
圆 柱 尾 流 中 的 卡 门 涡 街
32
§4 流动显示的应用——例6
管道流动中的局部阻力损失
管道截面积或流向变化，引起管道流动中流体的机械能损 失，称为局部阻力损失。 流动显示可直观地显示产生局部阻力损失的机理，有时还 能比较局部阻力损失的大小。
收缩管
扩张管
突扩管
文丘利管
孔板
弯管
33
27
§4 流动显示的应用——例2
附面层
实际流体绕流物体时，由于粘性作用，在物体壁面附近存 在一流体薄层，从壁面上速度为零逐渐增大到外流速度， 该流体薄层称为附面层，又称边界层。
零攻角平板 附面层的形 成和发展 （氢泡法）
流动方向从左 向右，下图为 局部放大图
28
§4 流动显示的应用——例3
低速等阻模型（流动方向从左向右）
31
§4 流动显示的应用——例5
卡门涡街与旋涡脱落诱发的振动
流过圆柱表面的附面层周期性、交替地从两侧分离脱落，在尾流中生 成交叉排列的两列涡列，称为卡门涡街。 旋涡的交替脱落造成圆柱两侧瞬时压力分布不对称，使圆柱受到一个 与旋涡脱落频率相同的交变横向力作用，若该频率与圆柱体固有频率 接近将诱发共振。其它钝体也会发生类似的旋涡脱落而诱发共振。
常用试剂：百里酚兰、酚酞、甲基 红等。