空气动力学实验

《空气动力学实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空气动力学实验（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、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 图 1 （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A1和A2。设v1 和v2是这两个横截面处流体的流速。 如流体的密度 为 ，

2、则在dt时间内，流进A1的流体质量为 A1 v1dt，流出A2的流体质量为 A2 v2dt。由于质量守 恒，则 A1 v1dt = A2 v2dt （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，故可认为密度不随时间变化。所以 （1）式可简化为 A1 v1 = A2 v2 （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 2 1 2 =+vgyp （3） 其

3、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) v2；由图 2 -（4）所测 得的压力一般称为动压力，即p = p-p = (1/2) v2。 由伯努利方程可推得，此时流体的流速为 p v = （4） 本实验的测量装置放置在风洞中，故为风洞中空气的密度，在标准状态下干燥空气的密度 为 = 1.293 kg/m3。p为传感头测得的动压力。v为传感头所在处的风速。 4 航空物理知识 图 3 表示绕飞机机翼截面形成的

4、流 线。从途中可以看出，在机翼上面形成 高流速、低压力的区域；在机翼下面几 乎保持原来的大气压力。所以机翼在飞 行中不但受到与速度方向相反的阻力 Fw，又受到与运动方向垂直的升力Fa。在 一定的飞行速度下，两分力的大小与飞 行角度有关。 【实验仪器】 本实验可根据实验内容自行组装实验装置进行不同方面的实验项目。 操作者在安装、 调 试实验装置前，必须查阅实验室的相关一起使用说明。 （1） (2) (3) (4) 图 2 1 吸压式风机： 该风机是本实验系统的核心。 风机转速最高可达2550 r/min， 风量为875 m3/h, 持续工作时间约为 3 min，转速改变时调整时间约为 30 s。

5、 a Fa Fw 图 3 图 4 图 5 2 精密压力计：见图 4，其中 1储液器；2供高压测量时用的接头；3供低压测量用 的接头；4风速读数标尺（022 m/s） ；5压力标尺（0310 Pa） ；6水准泡；7紧 固螺母。 3 压力传感头：见图 5，其中 1总压力传感头，测试时使开口对准气流方向；2静压力 传感头，测试时使开口处垂直于气流方向；3接高压端；4接低压端；5固定点。 （压 力传感头可与精密压力机或压力传感器配合使用） 4 扇形测力计：见图 6，用带有线槽的弹簧线盒和传递力线测力，测试范围 00.65 N。 5 升力秤：见图 6，采用弹簧和可引导滑轮上下平行移动的滑块测试升力。测试

6、范围1 2 N。 6 滑轮小车：见图 6，带有滑轮可在导轨上滑动的辅助小车。其上有可安装升力秤的插座。 左右有安装挂钩或配平块的插空，下面可通过直角支撑杆连接被测物体。 （安装时应使 用备件箱内的木夹） 7 导轨：用以安放滑轮小车、 扇形测力计等。 8 角标尺：见图 6，可测试角 度变化范围1616。 9 机翼气流层模型 见图 7，机翼模型上共有 9 个气孔，上、下方各有 4 个，分 别与两侧测量孔相同。 上方气孔 与探头 1 处测量孔连通。 下方气 孔与探头 2 处测量孔连通。 机翼 角度变化范围：-50+50。 系统还备有风洞的斜底面、 图 7 图 6 压力传感器、各种所需支架、底座和被测

7、物件等。 【实验内容】 1风洞实验 （1）验证连续性方程 在风机后安装封闭并透明的玻璃罩作为风洞，其上放置密封导轨，其下安放斜底面。用 压力传感头配合精密压力计（或压力传感器）测试斜面个标志处的动压力P 及风速v0，即 算各标志处流量，验证连续性方程。 （3）机翼模型测试 在风洞内滑轮小车下安装机翼模型，在风道上需安装密封导轨，同时插入角标尺（见图 6） 。用扇形测力计和升力秤测量计一。改变机翼的飞行角从128左右，每改变 2 测量其所受的阻力Fw和升力Fa。实验前，使飞行角度处于12，调节风机风速，使机翼所 受阻力约为 2N。根据所测数据绘制FwFa图（注明各飞行角） ，请判断你认为的最佳飞

8、行起 飞角。 5 开口实验： （1）将机翼气流层模型放置在风机后，两探头对称放置并分别与精密压力计（压力传感器） 相连。改变机翼角度（每 10测量一次） ，测量机翼上下面的压力差。 （2）改变探头位置，重复以上实验。 （3） 作角度压力差曲线， 你能否根据实验数据判断飞机起飞时记忆的最佳角度， 为什么？ 【注意事项】 1因插件很细，故滑轮小车和升力计在拆卸和安装时，请注意用力方式。 2风机吸入口及风洞的通风口前需有一段开阔区。风机持续工作时间不要超过 3 分钟。 3精密压力计内的液体是专用的，安装事请注意防止溢出。不用时请将试管口盖住。 4应用扇形测力计和升力秤测量时，不要超载。 【参考文献】 1 金仲辉,梁德余.大学物理教程.北京：科学出版社.2000.5 2 张也影.流体力学.北京：高等教育出版社.1999.6 3 陆廷济，胡德敬，陈铭南主编.物理实验教程.上海:同济大学出版社.2000.9