航空航天技术概论-实验报告

1、实验一、飞行原理实验（一）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）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）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

2、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 1-1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

3、 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 1-2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

4、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）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）（1） 连上电

5、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（1） 将飞机模型

6、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 a12235o0 o5 o0 o升 力 系数 Cx阻 力 系数 Cy升 阻 比K=C x/Cy3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）思考题1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

7、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？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？

8、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？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

9、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，

10、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）。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（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

11、的 组成、功用。（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

12、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 2-1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

13、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 2-2涡轮喷气发动机结构示意图（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。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

14、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。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。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？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。尾喷管的