低速机翼绕流特性实验指导书与实验报告.doc
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低速翼型绕流流动特性实验
（一）实验目的
掌握测定物体表面压力分布的方法，计算机翼升力系数，压差阻力系数,了解低速翼型绕流的流动特性。
（二）实验原理
实验在低速风洞中进行。
当气流绕过展弦比很大的巨型机翼时，其中间部分的流动可当作二维流动来看待。
流体在前驻点处上、下分开，从机翼的上下表面向后流去，当迎角为正时，作用在下表面的压力要比作用在上表面的压力大，当正迎角不是很小时，作用在下表面上的压力要比未受扰动时的压力大，从而在下表面形成受压面，而上表面则主要受到负压作用，这个压力低于来流压力，从而在上表面形成吸力面，上、下表面的压力差就形成了机翼的升力。
翼型表面上各点的压强可通过机翼模型各点的测压孔由连通管接到多管测压计上测量，根据液柱差可算出压强：
。
一般表示为无因次的压强系数：
作用在机翼单位展长上的升力和阻力（压差阻力），可由翼型表面上作用的压力合力求得。
表示为无量纲的法向力系数和弦向力系数：
式中：
，表示无量纲化后的坐标。
，为无量纲坐标。
、分别表示翼型上、下表面压强系数。
、分别表示翼型前、后表面压强系数。
、分别表示yumax/b、ylmax/b，为无量纲化后的坐标。
当迎角不为零时，升力L是合力在垂直于气流方向上的分量，压差阻力D是合力在平行于气流方向上的分量。
由体轴系到风轴系的坐标转换公式，可得：
所以：
（三）实验仪器设备及实验模型
1、实验仪器设备：
HG-1低速风洞及测控系统、大气压计、温度计、多管比压计及实验模型。
实验装置见图1。
图1实验装置图
2、实验模型：
NACA6321翼型（如图2所示），该翼型的基本几何特性如下：
相对弯度（=100%）6%，最大弯度点离开前缘的相对距离（=100%）30%，相对厚度（=100%）21%。
图2NACA6321翼型及测压孔分布情况
实验模型弦长b=150mm，展长l=700mm。
实验模型翼弦方向与来流方向之间夹角即为迎角α，在机翼的中间剖面上，沿翼弦方向在上、下表面各开有12个测压孔，测压孔与机翼表面垂直。
各测压孔依次连接到多管压力计上，多管压力计的工作介质为水（γ=9796）多管压力计共有25根测压管，前面24根用于测量模型表面静压，第25根测压管与外界连通。
由于此风洞为开口式风洞，来流静压就是大气压。
于是，如果第i根测压管液柱比第25根测压管液柱高度高Δhi，则表明测到的压力Pi是负值，且Pi-P∞=-γΔhisinβ。
如果第i根测压管液柱比第25根测压管液柱高度低Δhi，则表明测到的压力Pi是正值，且Pi-P∞=γΔhisinβ。
（四）实验方法与步骤
1、仔细检查各测压管路是否畅通以及是否漏气。
2、调整机翼模型的迎角α为指定值。
调节多管压力计倾斜角β。
3、记录大气压强和温度及各测压管液面初读数。
4、按照风洞操作规程启动风洞进行实验。
达到指定风速后，记录各测压管末读数。
5、调节机翼的迎角α，再次记录数据，直到各迎角下数据均记录完毕。
6、缓慢增大迎角，观看机翼失速时的压力分布的变化。
7、风洞停车。
实验完毕，整理实验数据，绘制～，～曲线，计算升力系数，压差阻力系数。
并绘制～α曲线，～α曲线。
（五）实验数据处理
设第i根测压管的初读数为li0，末读数为lie，则液柱升高lie-li0。
液柱升高表明该测压点压力下降，所以有：
Pi-P∞=γΔhisinβ=γ[（le-l0）-（lie-li0）]sinβ
式中：
Pi为第i根测压孔的静压，P∞为来流静压，γ为介质重度，l0和le为第25根测压管初读数和末读数，β为多管压力计的倾斜角度。
因此，机翼表面各点的压力系数为：
=γ[（le-l0）-（lie-li0）]sinβ/（）
由于前缘和后缘无测压点，可分别根据附近若干点压强系数外推出该点压强系数。
1、已知数据
翼型型号：
NACA6321,模型弦长b=150mm，展长=700mm。
2、记录实验条件数据
大气压强KPa，t=，多管压力计的倾斜角度β=26°，γ=
计算出大气密度=kg/m3
3、记录不同迎角下各测压管读数（l0、le单位均为cm），计算各测压孔的静压与来流的静压差（单位为cm），从而计算出各测压点压强系数。
表3有关参数数据表
i
X（mm）
Y（mm）
1
3.75
8.25
0.025
0.055
2
7.5
12
0.05
0.08
3
15
17.25
0.1
0.115
4
22.5
20.7
0.15
0.138
5
30
23.1
0.2
0.154
6
45
24.75
0.3
0.165
7
60
24
0.4
0.16
8
75
22.2
0.5
0.148
9
90
19.35
0.6
0.129
10
105
15.75
0.7
0.105
11
120
11.25
0.8
0.075
12
135
6.15
0.9
0.041
13
3.75
-5.4
0.025
-0.036
14
7.5
-6.6
0.05
-0.044
15
15
-7.35
0.1
-0.049
16
22.5
-7.35
0.15
-0.049
17
30
-7.05
0.2
-0.047
18
45
-6.75
0.3
-0.045
19
60
-6.45
0.4
-0.043
20
75
-5.7
0.5
-0.038
21
90
-4.65
0.6
-0.031
22
105
-3.6
0.7
-0.024
23
120
-2.55
0.8
-0.017
24
135
-1.35
0.9
-0.009
25
表4实验数据表（来流风速=m/s）
i
l0
迎角°
迎角°
le
Δhi
le
Δhi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
表5实验数据表（来流风速=m/s）
i
l0
迎角°
迎角°
le
Δhi
le
Δhi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
表6实验数据表（来流风速=m/s）
i
l0
迎角°
迎角°
le
Δhi
le
Δhi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
4、以压力系数为纵坐标，以为横坐标作不同迎角下的压力系数分布图。
以压力系数为横坐标，以为纵坐标作不同迎角下的压力系数分布图。
作图时应根据上、下翼面靠近前缘和后缘的若干点的值外推出前缘和后缘的，从而画成一条封闭曲线。
5、计算法向力系数和弦向力系数。
6、计算风轴系气动力系数和。
7、绘制升力系数与迎角的曲线图及阻力系数与迎角的曲线图。
（六）、思考题
1、在压力分布图上是否必有=1的测压点？
为什么？
是否有>+1？
2、升力系数随迎角是否呈线性变化？
如果是，其斜率是多少？
3、你认为实验中存在什么问题，应怎样改进？
谈谈本次实验的体会。
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