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1、第十三章流体动力和力矩测量 1引言2气动天平3机械天平4应变天平5天平元件6天平的校准7坐标系及转换8 其它天平和测力方法简介 1 引言 飞行 操控原理及相关概念简介 作用在飞行器上的空气动力 升力 更大的重量阻力 更小的发动机消耗 飞行性能 等速直线飞行性能 基本飞行性能 续航性能起飞着陆性能 爬升 高度 机动飞行性能 稳定性 最大平飞速度 主要限制 推力 阻力最小平飞速度 主要限制 升力 重力 CL CLmax 巡航速度 耗油最少 同航程 最大升阻比 发动机的高度 速度特性 飞机的稳定性 平衡状态 外力与外力矩之和都为零 平衡状态常会因为各种因素的影响而遭到破坏 如燃油消耗 收放起落架 收
2、放襟翼 发动机推力改变或投掷炸弹等 此时 驾驶员可以通过偏转相应的操纵面来保持飞机的平衡 称为配平 飞机的纵向稳定及俯仰操纵 重心位置与静稳定性 飞机各部分的附加升力 调整升降舵与之平衡 飞机的操纵 滚转 例 单螺旋桨反作用引起滚转力矩 调整副翼一上一下与之平衡 飞机的操纵 偏航 双发动机单发工作时引起偏航力矩 调整方向舵与之平衡 决定飞行器运动的六个关键参量 升力 重力 阻力 推力 侧向力 俯仰力矩 滚转力矩 偏航力矩 基础科学问题 突出重点 分解难点 模型简单 机理复杂 二维翼型 升力系数随攻角 迎角 的变化 攻角特性的改善 机翼的三维效应 上翼面压强低 下翼面压强高 压差 漩涡 下洗 空
3、气动力系数 升力系数Cy CL 阻力系数Cx CD 流场中的受力测量 多点压力测量 压力扫描阀 动量法测阻力 模型尾部支撑 应变天平 的形式 模型腹部支撑的形式 机械天平的角度机构 2 气动天平 气动天平的分类 气动天平的分类 3 机械天平 结构示意 塔式机械天平 台式机械天平 塔式天平 力与力矩的分解原理 力矩平台 斜拉张线延长交于塔心 实现力和力矩的分解俯仰力矩 绕Z轴偏航力矩 绕Y轴滚转力矩 绕X轴 力平台 升力 重力 升力大摇臂阻力 向右侧向力 垂直纸面 塔式天平 分解原理 力矩平台 斜拉张线延长交于塔心 实现力和力矩的分解俯仰力矩 绕Z轴偏航力矩 绕Y轴滚转力矩 绕X轴 力平台 升力
4、 重力 升力大摇臂阻力 向右侧向力 垂直纸面 双 台式天平 力与力矩的分解原理 力矩平台 俯仰力矩 左右力矩摇臂对滚转力矩 垂纸力矩摇臂对偏航力矩 迎面水平张线对存在气动力对力矩的干扰阻力 俯仰力矩 侧向力 滚转力矩 力平台 同塔式 升力 重力 升力大摇臂阻力 向右侧向力 垂直纸面 双 台式天平 力与力矩的分解原理 力矩平台 俯仰力矩 左右力矩摇臂对滚转力矩 垂纸力矩摇臂对偏航力矩 迎面水平张线对存在气动力对力矩的干扰阻力 俯仰力矩 侧向力 滚转力矩 力平台 同塔式 升力 重力 升力大摇臂阻力 向右侧向力 垂直纸面 消扰机构 台式天平 消扰机构原理 书上错了三个地方 Fxa Fxm等 3 机械
5、天平 力与力矩的测量元件 3 机械天平 特点及局限 各空气动力分量分解好 精度高 各分量间的干扰可控 故可提高准度 有较大刚度 一般不需弹性角修正 载荷测量范围宽 通过调整可获较高灵敏度 环境影响小 稳定性高 一般含有姿态调整装置 缺点 结构复杂 费用高 研制周期长 动态响应差 4 应变天平 结构特征 杆式天平 盒式天平 轮辐式天平 环式天平 四分量天平结构 六分量天平照片 5 天平元件 分解放大原理 三片变形位移一致 反映测量灵敏度 法向力 法向力和俯仰力矩 5 天平元件 分解放大原理 三片变形位移一致 反映测量灵敏度 法向力 法向力和俯仰力矩 侧向力和偏航力矩 法向力和俯仰力矩测量系统旋转
6、90度 滚转力矩元件 5 天平元件 分解放大原理 轴向力元件 5 天平元件 分解放大原理 柱梁式组合元件 5 天平元件 法向力 俯仰力矩 侧向力 偏航力矩 滚转力矩 总体布置 5 天平元件 我们实验中采用的天平 6 天平的校准 某空气动力研究机构15KN天平校准设备 校准通式 6 天平的校准 工作公式 7 体轴系与风轴系 7 体轴系与风轴系 风轴系 体轴系 轴向力系数 法向力系数 侧向力系数 滚转力矩系数 偏航力矩系数 俯仰力矩系数 压电式天平 磁悬挂天平 8 其它天平和测力方法简介 自由飞实验 水星着陆仓自由飞风洞试验 阴影 投弹自由飞风洞试验 多次曝光 自由飞风洞试验 水平风洞模型自由飞实验 谢谢 参考书 贺德馨主编 风洞天平 国防工业出版社 2001其他 实验空气动力学 或 空气动力学实验技术 等
