1、一、試驗名稱：低速風洞全機模型氣動力和力矩測量試驗二、試驗目的及要求 通過試驗，深化對空氣動力學理論的理解，初步掌握空氣動力低速風洞試驗技術：常規測力試驗設備的使用，了解使用工業控制機對風洞風速和模型姿態角控制和信號采集及處理的基本方法。了解風洞試驗數據的修正和處理方法，初步掌握低速風洞測力的空氣動力特性的規律和分析方法，試驗數據曲線的繪制軟件的應用。三、試驗設備本次試驗采用沈陽航空工業學院SHDF低速閉口回流風洞（見圖1）：1、風洞主要幾何參數風洞試驗段：閉口寬×高×長 = 1.2m×1.0m×3m，四角切角。風洞收縮段：收縮比n = 8，長1m。圖1

2、 SHDF低速風洞平面圖風洞穩定段：圓形，截面尺寸直徑4m，總長2m。蜂窩器為正六角形孔，對邊距20mm，深300mm。阻尼網共6層，20目。2、風洞動力系統變頻器驅動三項異步交流電機帶動螺旋槳工作。變頻器功率75kW；電機為四極，功率75kW。槳葉翼型為RAF-D, -E，共6葉。3、控制和數據采集系統風洞的控制系統是由計工業控制計算機（研華610H）、風速傳感器（DCXL-10D）和變頻器（SPF-75）組成，用VB語言開發的控制程序，對風速進行閉環控制，風速的控制精度為±0.2m/s。模型姿態控制由計算機、步進電機驅動器（BQH-300Y）和步進電機（110BF003）分別帶動

3、模型支撐系統（尾撐和腹撐）做垂直面內轉動（稱為迎角）。迎角轉動范圍為-15°+25°，側滑角由轉盤渦輪蝸桿手動控制，轉動范圍為-180°+180°。由旋轉編碼器實施測量轉動角度。數據采集系統是通過數據采集處理程序驅動，將桿式應變天平受力（或力矩）變形感應到的電壓變化信號和壓力傳感器輸出的電壓信號，通過信號調理器（XL 2102E）及高精度穩壓電源（XL 2101）對信號進行濾波、放大后，送入12位數據采集卡（PCL818L）變為數字量，進入計算機中央處理器處理。4、DFD風洞流場的主要技術指標 流場技術參數指標備注最大速度Vmax （m/s）50 試驗中

4、單位全部采用ISO國際標準單位制最小穩定速度Vmin （m/s）5軸向靜壓梯度|dCp/dx| （1/m）0.005場系數i0.0045平均氣流偏角|0.5°平均氣流偏角|0.5°時間穩定性0.005湍流度0.145、DBM-4041標準模型試驗采用的模型為4041標準模型，為全鋼制模型，模型比例1:3。該模型是國際、國內通用的低速風洞標準模型，具有氣動力在較大雷偌數范圍內變化不敏感的優良特性，而且有國內外多個風洞的試驗數據可作比較參考。主要參數如下：機 翼機 身展弦比3.0長0.6096 m梢跟比0最大直徑0.0508 m翼型NACA0003.5-63長細比12面積0.0

5、413 m2平 尾平均氣動力弦0.1565 m面積0.0090 m2展長0.3519 m翼型NACA0004-64全機力矩參考中心0.375bA平尾尾臂（平尾到力矩參考中心距離）0.2347 m四、風洞試驗原理1、相對性原理和相似準則用模型在風洞中進行試驗來模擬飛行器在空中的真實飛行應滿足相對性原理和相似準則。相對性原理即：在初始條件、物性條件和邊界條件相同的情況下，物體在流體中運動所受的力與物體不動而流體以相同速度（大小和方向）相對物體運動時物體所受的力相同。相似性準則即：對于流體動力學試驗來說，只要滿足模型與真實飛機是幾何相似、運動相似、動力相似和熱相似的，則兩個流場相似。對于低速流動來說

6、，主要相似參數有：代表粘性影響的雷諾數： ；代表壓縮性影響的馬赫數: Ma= V/a；表示流體壓力與慣性力之比歐拉數; ; 物體上的力與慣性力之比 牛頓數如果繞模型流動與繞實物流動的相似參數相等，那么兩者壓力系數相同，力系數相同。試驗時，讓風洞的流場滿足主要影響的相似準則，對不滿足的相似參數可以經過修正來保證實現模擬，這樣就可以把風洞中模型的力和壓力用系數的形式用到真實的物體上。2、主要測量過程通過調節可控制轉速的電機帶動螺旋槳產生所需的風速流過支撐在風洞中與真實物體幾何相似的模型，用應變天平測量模型所受的6個力分量，再經過數據處理得到空氣動力系數。過程如下：（1） 在無風速V = 0時，采集

7、模型在各個姿態下的各單元的初始記錄。如：阻力、升力和俯仰力矩單元的零讀數x0，y0和Mz0（mV）。（2） 風洞開車，改變模型姿態，在試驗風速下V = VI時，采集記錄阻力、升力和俯仰力矩單元的讀數xi，yi和Mzi（mV）。（3）用對應的試驗值減去初始值: 其中，Kx，Kxy，KMz為天平校準系數，單位為N/mV和N·m/mV，由天平校準時給出。（4） 對采集的數據進行風洞流場的各種修正，得到各分量的氣動力系數：縱向的升力系數Cy，阻力系數Cx和俯仰力矩系數mz，橫向的側力系數Cz，滾 轉力矩系數mx和偏航力矩系數my。以及各分量的氣動導數和氣動力特征參數。 其中：q為試驗速壓，；

8、pa為當天當地的大氣壓（Pa），T為風洞內空氣溫度（K），R為空氣氣體常數，取287.05 J/(kg·K)；s為機翼面積（m2）；l為機翼翼展（m）；bA為機翼平均氣動弦為計算的參考長度。（5） 存儲和輸出：按使用需要進行試驗數據的顯示、輸出。一般縱向數據按風軸輸出，橫向數據按體軸系輸出。五、全機模型測力試驗步驟及方法1、了解風洞組成及開車程序 了解風洞各部分構造及主要功能。 風洞控制主電源開關的使用。 變頻器開啟和停車步驟；變頻器的遠程控制開關位置；變頻器工作時的安全注意事項。 使用控制臺（或計算機）開車的程序，改變模型角度的控制方法和調速方法。 應急停車按鈕的正確使用方法。2、

9、制訂試驗計劃、進行數據準備和分配任務l 縱向試驗：側滑角 = 0°，改變模型迎角，測量模型的升力、阻力和俯仰力矩，取模型迎角變化范圍為-4°24°，變化間隔 =2°；l 橫向試驗：在迎角 = 4°、8°時，改變側滑角測量模型的側力、偏航力矩和滾轉力矩，取側滑角變化范圍為-16°16°，變化間隔 =4°。l 重復性試驗：選取一種狀態連續試驗7-10次，以求得均方根偏差。l 選取試驗風速（從V = 24 45m/s范圍中），每組一個風速。l 計算風洞流場干擾修正因子、測量實驗室的靜壓和溫度，計算速壓和雷諾數。

10、l 編寫試驗運轉計劃，進行小組人員的分工，并報指導教師批準。3、模型及天平準備 將試驗段內中心轉盤上后部的小蓋板拆下，將角調到-5°（用計算機或控制臺），安裝彎刀支架和支桿。將24六分力桿式天平從天平盒中取出，將天平信號線導引穿過支桿孔，用雙向鎖緊螺母將天平緊固在支桿上（天平后鍵槽向下）。將天平信號線露出的部分用鋁箔或細銅網包裹屏蔽，然后將其沿著支撐彎刀后部的槽導出到風洞外的接線板上（用膠帶輔助定位），按各元標號正確焊接。連接信號調理器和穩壓電源，并通電預熱30分鐘以上。用手對天平加以適當的載荷，從信號調理器讀數檢查天平各元輸出信號符號是否正確，判斷連線是否正確。在天平前端螺紋孔擰入

11、一螺栓，并在螺栓上以柔軟細索懸吊不大于10kg砝碼或重物（注意：應輕輕加載，避免對天平的沖擊力），從信號調理器讀數檢查天平Z方向力元輸出信號是否為零。否則，松開雙向鎖緊螺母，微量旋轉天平調整并重新鎖緊后再次檢查。檢查完畢后拆去螺栓。 將模型拆下頭錐。把模型安裝在天平上（面向天平看時，天平前鍵槽在右側），用螺栓緊固（注意，擰緊力矩不應太大，并用手扶住模型兩翼，不使天平受到過大力矩），然后裝上頭錐。模型安裝示意圖見圖2。圖2. 測力模型安裝示意圖4、試驗步驟 輸入試驗迎角變化范圍和變化間隔角度值和試驗風速，輸入模型參數和洞壁干擾修正因子值和大氣參數。 啟動風洞控制和數據采集計算機程序。 測零讀數和

12、靜矩mz0值。 檢查數據是否正常，并準備開車 點擊程序開車和測量指令，啟動風洞并進入程序控制和測量，直到吹風試驗完成，程序自動停車。 檢查試驗數據并顯示曲線，進行初步分析。如正確，將模型迎角調至下一個試驗的初始角度繼續試驗。如進行橫向試驗，則固定迎角，以手動方式改變側滑角，重復試驗。 全部試驗完成后，退出計算機程序。 檢查風洞設備和模型及天平和測試系統。六、完成試驗報告整理試驗結果數據，繪制試驗曲線，撰寫試驗報告。試驗報告中應包括：1、 對試驗任務的描述；2、 對試驗設備、試驗模型、試驗條件和狀態的描述（文字和簡圖）；3、 試驗原理及試驗修正的描述：本次試驗相似準則滿足情況；洞壁干擾修正公式及

13、參數計算過程，給出計算結果表。4、 給出原始測量記錄值、主要中間計算結果、最終計算結果（一般以表格的形式），以及計算方法和公式； T= P = r= = Re= 5、 用計算機軟件(tecplot)進行數據處理和繪制縱向和橫向的力和力矩系數曲線，包括：Cy，CyCx，mzCy和mx，my，Cz曲線；曲線畫法應符合專業習慣，表示出完整的圖說，并給出導數表格(見氣動力特征參數表)。6、 對試驗結果進行分析：（1） 氣動力和力矩隨或的變化規律，分析其原因；（2） 氣動力和力矩隨速度（雷諾數）的變化規律，分析其原因；（3） 誤差大小量級、產生原因及減小誤差的改進措施。氣動力特征參數表:參數狀態縱向(v= m/s)A試 驗數 據國內標準數據值誤 差%橫向(v= m/s, a= )注：表中A為誘導阻力因子取自升力曲線的線性段，Kmax為最大