南京航空航天大学实验空气动力学实验报告剖析.docx
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南京航空航天大学实验空气动力学实验报告剖析
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：
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。
本次实验仅作飞机模型纵向实验，即实验时侧滑角=0°，改变迎角，测量CL、CD、MZ随迎角的变化规律。
1.2实验设备：
回流开口低速风洞（包括控制器）、六分量应变天平、皮托管、标准飞机模型、尾撑机构、信号放大器、信号采集器、数模转换器、计算机（内含数据处理软件）、电源、攻角机构
1.3实验步骤：
1）安装模型，将标准飞机模型安装于测力天平上。
对模型做姿态调整，将模型的迎角、侧滑角调整为0°（实验前已做好）。
2）检查相关设备之间的连线是否连接正确（实验前已做好）。
3）通过信号放大器显示屏检测各分量数据是否正常（实验前已做好）。
4）开始测量，开启自动控制系统，开启风洞，记录数据。
5）数据处理与分析
6）结果分析
1.4实验数据
弹性角（°）
α（°）
X（kg）
Y（kg）
Z（kg）
Mx（kg·m）
My（kg·m）
Mz（kg·m）
0.00
0.000
-0.001
0.000
-0.001
0.000
0.000
0.000
0.01
-5.000
0.097
-0.469
0.034
0.001
-0.002
0.020
0.01
-4.000
0.083
-0.376
0.026
0.001
-0.003
0.018
0.00
-3.000
0.067
-0.275
0.019
0.001
-0.002
0.017
0.00
-2.000
0.052
-0.178
0.010
0.000
-0.002
0.014
0.00
-1.000
0.036
-0.092
0.003
0.000
-0.002
0.012
0.00
0.000
0.018
-0.002
-0.003
0.000
-0.002
0.010
-0.01
1.000
0.004
0.084
-0.008
0.000
-0.001
0.008
-0.01
2.000
-0.017
0.176
-0.017
0.000
-0.001
0.006
-0.01
3.000
-0.035
0.275
-0.023
-0.001
-0.001
0.004
-0.01
4.000
-0.056
0.370
-0.030
-0.001
-0.001
0.002
-0.02
5.000
-0.079
0.468
-0.040
-0.001
0.000
0.000
-0.02
6.000
-0.101
0.561
-0.047
-0.001
0.000
-0.002
-0.02
7.000
-0.124
0.665
-0.055
-0.001
0.000
-0.004
-0.02
8.000
-0.148
0.766
-0.062
-0.001
0.001
-0.006
-0.03
9.000
-0.171
0.867
-0.069
-0.001
0.001
-0.009
-0.03
10.000
-0.192
0.963
-0.075
-0.002
0.001
-0.011
-0.03
11.000
-0.216
1.068
-0.084
-0.002
0.001
-0.013
-0.03
12.000
-0.240
1.171
-0.093
-0.002
0.001
-0.015
-0.04
13.000
-0.263
1.272
-0.101
-0.002
0.002
-0.016
-0.04
14.000
-0.287
1.370
-0.109
-0.002
0.001
-0.017
-0.04
15.000
-0.311
1.473
-0.115
-0.002
0.001
-0.019
-0.04
16.000
-0.337
1.579
-0.120
-0.003
0.001
-0.021
-0.05
17.000
-0.361
1.686
-0.125
-0.003
0.000
-0.022
-0.05
18.000
-0.383
1.793
-0.128
-0.002
-0.002
-0.024
-0.05
19.000
-0.407
1.898
-0.131
-0.002
-0.004
-0.024
-0.06
20.000
-0.431
2.006
-0.134
-0.003
-0.007
-0.025
-0.06
22.000
-0.469
2.186
-0.125
-0.006
-0.015
-0.025
-0.07
24.000
-0.469
2.266
-0.081
-0.016
-0.013
-0.016
模型参数
机翼参考面积（m2）
0.0576
平均气动弦长bA
0.1848
机翼展长L（m）
0.4156
模型重量（kg）
5
安装位置参数（模型参考中心到天平校心的距离）
轴向X（m）
0.010
在前为正
法向Y（m）
0
在上为正
1.5数据处理：
测量得到的数据为飞机体轴系下的数据，要计算升力系数和阻力系数应该先把数据换算到风轴系下。
因为侧滑角始终为0°，所以体轴系到风轴系的转换公式如下：
Xw=Xb*cosα+Yb*sinα（kg）
Yw=-Xb*sinα+Yb*cosα（kg）
阻力D=Xw*g（N）升力L=Yw*g（N）g=9.8m/s2
下标w表示风轴系，下标b表示体轴系，因为弹性角很小，在此不进行迎角的修正。
因为模型参考中心与天平校心不重合，古要对俯仰力矩进行修正：
△Mzb=Yb*△xb=Yb*（-0.010）Mzw=Mzb+△Mzb
升力系数CL=L/（q*S）阻力系数CD=D/（q*S）
俯仰力矩系数Mz=Mzw*g/（q*S*L）L—机翼展长L=0.4156m
q=0.5*R*V2R—空气密度（kg/m3）R=1.225kg/m3
=0.5*1.225*21.822V—气流速度（m/s）V=21.82m/s
=291.619（kg/（m*s2））S—机翼参考面积（m2）S=0.0576m2
处理后得到结果：
α（°）
CL
CD
Mz
-5
-0.278
0.080
0.035
-4
-0.222
0.064
0.031
-3
-0.162
0.048
0.027
-2
-0.105
0.034
0.023
-1
-0.054
0.022
0.019
0
-0.001
0.011
0.014
1
0.049
0.003
0.010
2
0.102
-0.007
0.006
3
0.159
-0.012
0.001
4
0.213
-0.017
-0.003
5
0.268
-0.022
-0.006
6
0.320
-0.024
-0.011
7
0.376
-0.024
-0.015
8
0.430
-0.023
-0.020
9
0.484
-0.020
-0.024
10
0.534
-0.013
-0.029
11
0.588
-0.005
-0.033
12
0.639
0.005
-0.037
13
0.688
0.017
-0.040
14
0.735
0.031
-0.044
15
0.783
0.047
-0.048
16
0.831
0.065
-0.051
17
0.879
0.086
-0.055
18
0.926
0.110
-0.058
19
0.970
0.136
-0.061
20
1.014
0.164
-0.063
22
1.080
0.224
-0.065
24
1.097
0.288
-0.054
1.6结果分析:
1.6.1由CL—α曲线图可知，在所测量攻角范围内升力系数随迎角增加尔增加，而且几乎是线性的，升力线斜率约为0.0516（1/°）。
当迎角达到20°以上时斜率减小，但升力系数仍然在增加。
这是因为实验用的是大后掠、小展弦比的飞机模型，失速迎角非常大。
但该飞机模型的升力线斜率较小，这满足大后掠、小展弦比超音速飞机在低速飞行时的特点，该类飞机必须达到一定的速度才能获得足够的升力。
1.6.2Mz—α曲线图可知，俯仰力矩系数很小，且随迎角变化不大说明模型的参考中心很靠近全机焦点。
1.6.3由CD—α曲线图可知，在一定迎角范围内阻力系数很小，且变化不大。
超过一定迎角，阻力系数随迎角增大而增大。
在迎角不大时飞机模型主要承受摩擦阻力，因为实验流速很小，所以摩擦阻力很小。
当迎角增大时，飞机模型在垂直于来流方向的竖直平面上的投影面积增大，所以压差阻力逐渐增大，成为主要阻力类型。
2.实验二：
天平实验观摩实验
2.1塔式天平的原理图
2.2各类天平的比较
天平
类别
结构特点
缺点
适用风洞
机械式
塔式天平
结构复杂，由模型支架，力矩和力分解系统，力矩和力传递系统，测量元件组成
支架干扰严重，测量精度低
低速
应变式
内式天平
测量各元件位于模型腔内，流场干扰小
机械加工的工艺要求高
全域流场
盒式天平
盒式天平的刚度大，力矩和力分解合理，各个分量之间的干扰小
尺寸大
低速和风洞尺寸空间允许的条件下
3.实验三：
风洞测绘实验
3.10.75米低速开口回流风洞
风洞平面简图：
3.2.二维低速闭口直流风洞
风洞真实图形：
风洞平面简图：
3.3风洞主要部件的作用
风洞主要段
作用
扩压段
使气流减速，动能转化为压力能，以减少气流能量损失，降低风洞需用功率
导流片
减少气流在拐角的流动分离和湍流度，改善流场品质等
蜂窝器和阻尼网
使上游的气流稳定，使漩涡衰减，减少湍流度
收缩段
使来流均匀的加速，改善流场品质，达到实验需要的流速等
实验段
模拟原型流场，进行空气动力学实验的地方
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