航空航天技术概论--实验报告

实验一 飞行原理实验实验一 飞行原理实验 一 一 实验目的实验目的 1 熟悉风洞的功用和典型构造 2 通过烟风洞实验观察模型的气流流动情况 3 通过低速风洞的吹风实验了解升力与迎角 相对速度之间的关系 4 通过对不同的飞机模型进行吹风实验掌握飞机的稳定性和操纵性 二 二 实验内容实验内容 1 观察翼型模型或飞机模型在烟风洞中的气流流动情况 2 观察飞机模型的迎角大小和相对速度对升力的影响规律 3 观察飞机模型在受到扰动失衡之后如何自动恢复到平衡状态 4 观察飞机模型通过操纵设备来改变飞机的哪些飞行状态 三 三 实验设备实验设备 实验设备主要包括 直流式低速风洞 烟风洞 以及各种不同类型的飞机吹风模型教具 如图 1 1 所示是烟风洞构造示意图 烟风洞也是一种低速风洞 主要用于形象地显示出环 绕实验模型的气流流动的情况 使观察者可以清晰地看出模型的流线谱 或拍摄出流线谱 的照片 1 发烟器 2 管道 3 梳状管 4 实验段 5 沉淀槽 6 烟量开关 7 烟速调整纽 8 模型迎角调整纽 9 发烟器及照明开关 图图 1 1 烟风洞构造示意图烟风洞构造示意图 烟风洞一般由风洞本体 发烟器 风扇电动机和照明设备等组成 风洞的剖面呈矩形 为闭口直流式 烟从发烟器 1 产生 沿管道 2 流向梳状管 3 很多并列的细管 烟雾通过 梳状管形成一条条细的流线 流线流过实验段 4 时 就可以观察气流流过模型时的流动情 况 烟雾流过实验段后流人沉淀槽 5 最后流到风洞的外面 发烟器底部装有电加热器 把注入的矿油点燃而发烟 为了看得更清楚或方便摄影 风洞实验段后壁常漆成黑色 并 用管状的电灯来照明 如图 1 2 所示是一种简单的直流式风洞的构造示意图 风洞的人造风是由风扇旋转式产生 的 风扇由电动机带动 调整电动机的转速 可以改变风洞中气流的流速 1 电动机 2 风扇 3 防护网 4 支架 5 模型 6 铜丝网 7 整流格 8 天平 9 空速管 10 空速表 11 收敛段 12 实验段 13 扩散段 图图 1 2 直流式低速风洞直流式低速风洞 直流式低速风洞的工作过程如下 电动机 1 驱动风扇 2 转动产生人造风 人造风首先 通过收敛段 11 使气流收缩 速度增大 气流通过整流格 使涡流减小 并在实验段的进 口处达到希望的流速 然后再以平稳的速度通过实验段 12 飞机或机翼模型就放在实验段 的支架 4 上进行实验 气流从实验段流过扩散段 13 使流速降低 能量的损失减小 最后 气流通过防护网 3 流出风洞之外 进行风洞实验还需要一些精密的仪器设备 如测量模型上的空气动力大小的天平 8 测量 气流速度的空速表 10 和空速管 9 以及温度汁 气压计和湿度计等 另外 还需要模型表 面压力分布的压力计 数据采集和处理设备以及控制风洞运行的其他设备等 四 四 实验步骤 方法及数据记录实验步骤 方法及数据记录 1 实验步骤 以直流低速风洞为例 实验步骤 以直流低速风洞为例 1 连上电源线 电源接头在设备背部 接通操作面板上的电源开关 按绿色按钮 2 首先转动电压调整罗盘至零位 然后打开电压和电流开关 观察电压表和电流表 指示是否正常 3 确认电压表和电流表正常后 将需要实验的翼型模型或飞机模型放置在实验段 并固定好 4 转动电压调整罗盘 逐渐提高电动机功率 功率不高于 140 5 达到所要求的实验风速后 对翼型模型或飞机模型进行相应的操作 观察实验现 象并记录实验结果 6 将电压调整罗盘调整至零位 电压和电流开关 关闭操作面板上的电源开关 按 红色按钮 关闭电源 并将翼型模型或飞机模型放回原处 2 实验方法实验方法 1 将飞机模型或翼型模型置于实验段的固定位置 调整电动机功率 使实验段气流 达到预定风速 2 分别测量在某几个迎角 取 a 15 o 20 o 25 o 30 o 时升力系数 Cx 阻力系数 Cy 和 升阻比 K Cx Cy 的大小 并将测量数据记录于下表 迎角 a15o20 o25 o30 o 升力系数 Cx 阻力系数 Cy 升阻比 K Cx Cy 3 实验数据记录实验数据记录 1 记录实验时翼型模型或飞机模型的迎角的角度 2 记录实验时电动机功率的大小和气流的流速 3 记录实验现象或实验结果 五 五 思考题思考题 1 风洞实验有何作用 风洞实验有何作用 答 风洞实验的作用 是利用人造气流来进行飞机空气动力实验测试 风洞是发展航 空航天事业的关键设备 风洞实验是研制飞行器的先行官 决定一架飞机或其他飞行器的 飞行性能 如速度 高度等 除飞机重量 发动机推力等要素外 最重要的因素是作用于 飞机的空气动力 空气动力主要决定于飞机的外形 在设计和研制飞机时 首先是设计其 外形 由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能 但是 这个工作只能做在 最前 不能在飞机造出来以后 故风洞试验主要用于确定飞机空气动力的实验测试 2 影响飞机升力的因素有哪些 影响飞机升力的因素有哪些 答 1 机翼面积的影响 2 相对速度的影响 3 空气密度的影响 4 机翼剖面形状和迎角的影响 3 什么是飞机的稳定性 飞机包括哪几个方向上的稳定性 什么是飞机的稳定性 飞机包括哪几个方向上的稳定性 答 所谓飞机的稳定性 是指在飞行过程中 如果飞机受到某种扰动而偏离原来的平 衡状态 在扰动消失后 不经飞行员操纵 飞机能自动恢复到原来平衡状态的特性 飞机的稳定性包括 1 飞机的纵向稳定性 2 飞机的方向稳定性 3 飞机的横向稳定性 4 什么是飞机的操纵性 驾驶员如何操纵飞机的俯仰 偏航和滚转运动 什么是飞机的操纵性 驾驶员如何操纵飞机的俯仰 偏航和滚转运动 答 飞机的操纵性是指驾驶员通过操纵设备 如驾驶杆 脚蹬和气动舵面等 来改变 飞机飞行状态的能力 驾驶员如何操纵飞机的俯仰 飞机在飞行过程中 操纵升降舵 飞机就会绕着横轴转动 产生俯仰运动 飞行员向后 拉驾驶杆 经传动机构传动 升降舵便向上偏转 这时 水平尾翼上的向下附加升力就产 生使飞机抬头的力矩 使飞机上仰 向前推驾驶杆 则升降舵向下偏转 使机头下俯 驾驶员如何操纵飞机偏航 在飞机飞行过程中 操纵方向舵 飞机则绕立轴转动 产生偏航运动 飞行员向前蹬 左脚蹬 方向舵向左偏转 在垂直尾翼上产生向右的附加侧力 此力使飞机产生向左的偏 航力矩 使机头向左偏转 向前蹬右脚蹬 飞机产生向右的偏航力矩 使机头向右偏转 驾驶员如何操纵飞机的滚转运动 飞机在飞行过程中 操纵副翼 飞机便绕着纵轴转动 产生滚动运动 向左压驾驶杆 左副翼向上偏转 右副翼向下偏转 这时左机翼升力减小 右机翼升力增大 则产生左滚 的滚动力矩 使飞机向左倾转 向右压驾驶杆 则右副翼向上偏转 左副翼向下偏转 产 生右滚的滚动力矩 飞机便向右偏转 六 实验收获 心得体会 六 实验收获 心得体会 通过本次飞行原理实验 使我熟悉了风洞的功用和典型构造 认识到风洞试验对发展 航空航天事业的重要性 因为航空器 航天器 包括像先进的空中武器装备 比如导弹 比如先进的隐身战斗机等等 都是需要通过风洞 通过空气动力技术去设计它 试验它 而我国作为发展中国家 要发展大飞机 要发展军用飞行器 必须要有与之相关的专家 作为当代大学生 我们应努力掌握相关方面的知识 为祖国的强大与发展做出自己的贡献 实验二 发动机构造实验实验二 发动机构造实验 一 实验目的 一 实验目的 1 熟悉航空发动机的功用和典型构造 2 通过实验掌握燃气涡轮发动机各个部件的组成 功用 二 实验内容 二 实验内容 观察燃气涡轮发动机各个部件的组成 并了解和分析各部分的功用 三 实验设备 三 实验设备 实验设备主要包括 活塞式航空发动机 涡喷六燃气涡轮发动机 如图 2 1 所示是活塞式航空发动机示意图 活塞式航空发动机是一种燃烧汽油的往复式内 燃机 可带动螺旋桨高速转动而产生推力 主要由气缸 活塞 连杆 曲轴 进气活门和 排气活门等组成 气缸是发动机的工作腔 油气混合气体在气缸内燃烧 产生高温高压燃 气推动活塞作直线运动 并带动曲轴旋转 活塞用于承受油气混合气体在燃烧时所产生的 燃气压力 并将燃料燃烧后的内能转变为活塞运动的机械能 连杆将活塞和曲轴连接在一 起 用于传递活塞和曲轴之间的运动 曲轴将活塞的往复运动变成自身的旋转运动 并带 动螺旋桨转动 使发动机产生推力 图图 2 1 活塞式航空发动机结构示意图活塞式航空发动机结构示意图 如图 2 2 所示为涡轮喷气发动机结构示意图 涡轮喷气发动机由进气道 压气机 燃 烧室 涡轮和尾喷管等部件组成 涡轮喷气发动机的工作过程如下 空气首先由进气道进 入发动机 空气流速降低 压力升高 当气流经过压气机后 空气压力可提高几倍甚至数 十倍 可高达 30 倍以上 具有较高压力的空气进入燃烧室 与从喷嘴喷出的燃料充分混 合 经点火后燃烧 燃料的化学能转换为内能 此后 燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮 工作 高速旋转的涡轮产生机械能 带动压气机和其他附件工作 涡轮出口燃气直接在喷 管中膨胀 使燃气可用能量转变为高速喷流的动能而产生反作用力 图图 2 2 涡轮喷气发动机结构示意图涡轮喷气发动机结构示意图 四 实验方法 四 实验方法 实验时采用老师讲述 学生提问 老师和学生交流讨论的方式进行 五 思考题 五 思考题 1 进气道的作用是什么 进气道的作用是什么 答 燃气涡轮发动机进气道的作用 1 冲压恢复 尽可能多地恢复气流总压 2 流经进气道时具有尽可能小的流动损失 3 提供均匀气流 在压气机进口处具有尽可能均匀的气体流场 保证压气机 正常工作 4 进气道引起的飞行阻力必须尽可能的小 2 试述轴流式压气机的主要组成和它的增压原理 试述轴流式压气机的主要组成和它的增压原理 答 轴流式压气机的主要组成 进口 收缩器 导向叶片 导叶 动叶片 转子 扩压器 出口 增压原理 伯努利方程 气体从进口流入压气机 经收缩器时流速得到初步提高 进 口导向叶片使气流改为轴向 同时还起扩压管的作用 使压力有所提高 转子在外力作用 下作高速转动 固装在转子上的动叶片推动气流 使气流获得很高的流速 高速气流进入 导叶 气流动能降低而压力升高 相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管 气体流经每 一级连续进行类似的过程 使气体压力逐渐升高 3 试述喷气发动机燃烧室的主要组成及各部分的功用 试述喷气发动机燃烧室的主要组成及各部分的功用 答 火焰筒 燃烧室外套 火焰筒和燃烧室外套之间流小股空气冷却火焰筒壁 喷嘴 提高燃料的雾化质量 以便使燃料与空气充分混合 涡流器 使空气产生涡流 以便与燃料均匀混合 并在适当部位形成点火源 4 涡轮的作用是什么 涡轮的作用是什么 答 涡轮的功用是将燃烧室出口的高温 高压气体转换为机械能 轮叶片通道的形状 与压气机叶片的通道正好相反 5 加力燃烧室的作用是什么 为什么加力燃烧室不宜长时间工作 加力燃烧室的作用是什么 为什么加力燃烧室不宜长时间工作 答 加力燃烧室的作用 在燃气涡轮发动机中 向涡轮或风扇后的气流中喷油并燃烧 使气流温度大幅度增加 并 从喷管高速排出以获得额外推力的装置 加力燃烧室不宜长时间工作原因 使用加力燃烧室时 燃油消耗率很大 温度也很高 因此不宜长时间工作 6 尾喷管的形式有哪些 什么时候采用收敛尾喷管的形