CN104809943A - 机翼升阻力实验装置 - Google Patents

机翼升阻力实验装置 Download PDF

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Abstract

一种机翼升阻力实验装置，包括实验桌、风洞、测速机构和测力机构，测力机构包括测力组件和机翼变攻角组件；测力组件包括底座，安装在底座上的支杆，上下依次安装在支杆上的顶板、阻力天平支撑板和升力天平支撑板，阻力天平支撑板和升力天平支撑板上分别对应安装有阻力天平和升力天平，阻力天平的杆臂侧面上活动安装有可自由转动的连接板，连接板与顶板相连，升力天平的杆臂侧面上活动安装有可自由转动的传力板，传力板与阻力天平的杆臂相连；机翼变攻角组件包括主轴，水平安装在主轴上部的定位指针，活动套装在主轴上的转动套管，转动套管上对应定位指针的位置固定套装有角度盘；主轴上端通过连接杆与升力天平的杆臂相连。适用于机翼升阻力实验。

Description

机翼升阻力实验装置
技术领域
本发明涉及一种测量机翼升阻力的实验装置，特别是涉及一种机翼升阻力实验装置。
背景技术
目前，传统的机翼升阻力实验装置一般包括实验桌、风洞、测速机构和测力机构，其中，风洞直接安装在实验桌上，测速机构和测力机构分别安装在实验桌上对应风洞试验段的位置。这种机翼升阻力实验装置在实际使用时存在以下问题：
由于传统机翼升阻力实验装置的测力机构大多采用应变仪配合数据采集系统的结构，通过应变来间接测量出机翼的升力和阻力，所以这种测力机构的测量原理不直观，不便于学生的理解，因此，传统的机翼升阻力实验装置一直无法广泛地在教学中推广应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种测量原理直观且适用于教学的机翼升阻力实验装置。
为了实现以上目的，本发明提供的一种机翼升阻力实验装置，包括实验桌、风洞、测速机构和测力机构，所述测速机构和测力机构分别安装在所述实验桌上对应所述风洞试验段的位置，所述测力机构包括测力组件和机翼变攻角组件；
其中，所述测力组件包括放置在所述实验桌上的底座，竖直安装在所述底座上的支杆，上下依次水平安装在所述支杆上的顶板、阻力天平支撑板和升力天平支撑板，所述阻力天平支撑板和升力天平支撑板上分别对应安装有相互垂直布置的阻力天平和升力天平，所述阻力天平的杆臂侧面上对应所述顶板的位置活动安装有可自由转动的连接板，所述连接板与所述顶板相连，所述升力天平的杆臂侧面上对应所述连接板的位置活动安装有可自由转动的传力板，所述传力板与所述阻力天平的杆臂相连；
所述机翼变攻角组件包括竖直布置的主轴，水平固定安装在所述主轴上部的定位指针，活动套装在所述主轴上且位于所述定位指针下方的转动套管，所述转动套管上对应所述定位指针的位置固定套装有带定位孔的角度盘；
所述主轴上端通过连接杆与所述升力天平的杆臂相连。
通过采用相互垂直布置的两个天平将待测机翼表面所受到的作用力在水平面内分解到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力，并分别对应由升力天平和阻力天平上的电子称直接读出，进而计算出待测机翼升阻力系数，这种通过两个天平直观地分别测量出升力和阻力的测量原理，非常便于学生的理解，可广泛地在教学中推广应用且结构简单、成本低、操作方便；同时，通过角度盘与定位指针的配合可快速方便地改变待测机翼的攻角，操作简单且精度高。
在上述方案中，所述阻力天平的杆臂上对应所述顶板的位置水平设有贯穿杆臂的连接销轴，所述连接销轴两端分别通过轴承可转动地安装有两块所述连接板，两块所述连接板分别与所述顶板相连。
在上述方案中，所述顶板与两块所述连接板之间设有一块连接横板，所述连接横板通过螺栓固定连接在所述顶板上，所述连接横板的底面与所述两块所述连接板粘接。
通过在顶板与连接板之间加设一块连接横板，这样，组装时，连接板及以下部件可通过连接横板快速地安装在顶板上，而不使用时，又可将连接板及以下部件与顶板快速拆开，便于存放和运输。
在上述方案中，所述升力天平的杆臂上对应所述连接板的位置水平设有贯穿杆臂的传力销轴，所述传力销轴两端分别通过轴承可转动地安装有两块所述传力板，两块所述传力板与所述阻力天平的杆臂粘接。
在上述方案中，所述阻力天平的杆臂底面与两块所述传力板之间设有一块传力横板，所述传力横板的上表面与所述阻力天平的杆臂底面粘接，所述传力横板的下表面与两块所述传力板粘接。
通过在阻力天平与两块传力板之间加设一块传力横板，这样能保证传力板上的力平稳地传递到阻力天平上，从而提高了测量的准确度。
在上述方案中，所述主轴上端通过紧固螺钉固定插装在所述连接杆下端内，所述连接杆的顶面与所述升力天平的杆臂的底面粘接；所述主轴下部对应所述转动套管下端的位置设有用于支撑所述转动套管的支撑柱。
通过将主轴与连接杆设计成可拆卸式结构，这样便于测力机构的存放和运输。
在上述方案中，所述主轴下端设有阻尼组件，所述阻尼组件包括水平固定安装在所述主轴下端的阻尼扇轮，放置在所述实验桌上且内部填充有阻尼油的油盘，所述阻尼扇轮悬置在所述阻尼油内。
通过在主轴下端加设阻尼组件，这样能减小实验过程中待测机翼的振动幅度，从而进一步地提高了测量的准确度。
在上述方案中，所述实验桌下方设有基座，所述风洞固定安装在基座上，所述风洞与所述实验桌之间存在至少1mm的间隙。
通过在实验桌下方加设用于安装支撑风洞的基座，这样可避免风洞与实验桌直接接触，从而避免风洞带动实验桌一起震动，进而更进一步地提高了测量的准确度。
在上述方案中，所述实验桌的桌面由中心板和分别布置在所述中心板四角处的四块边角板拼接而成。
通过采用将实验桌的桌面设计成分体式的结构，这样能方便风洞的安装。
在上述方案中，所述测速机构包括微型毕托管和与所述微型毕托管配合连接的U型管压差计。
在上述方案中，所述风洞为三元回流式风洞。通过采用体积小且风速高的三元回流式风洞，这样能大大地减小本实验装置的体积，从而大大地减小了占地面积。
通过采用微型毕托管，可减小对流场的干扰，并将U型管压差计倾斜30゜角布置，再进一步地提高了测量的准确度。
本发明的力分解原理如下：
首先，待测机翼通过相互配合的角度盘和定位指针将总受力传递到主轴上；然后，主轴通过连接杆将总受力传递到升力天平的杆臂上，此时，总受力便在升力天平上分解为升力；同时，总受力的剩余部分即阻力通过传力板与传力横板的共同作用传递到阻力天平的杆臂上，此时，总受力便在阻力天平上分解为阻力，至此，力的分解过程完成。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、通过采用相互垂直布置的两个天平将待测机翼表面所受到的作用力在水平面内分解到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力，并分别对应由升力天平和阻力天平上的电子称直接读出，进而计算出待测机翼升阻力系数，这种通过两个天平直观地分别测量出升力和阻力的测量原理，非常便于学生的理解，可广泛地在教学中推广应用且结构简单、成本低、操作方便；
2、通过角度盘与定位指针的配合可快速方便地改变待测机翼的攻角，操作简单且精度高；
3、通过在顶板与连接板之间加设一块连接横板，这样，组装时，连接板及以下部件可通过连接横板快速地安装在顶板上，而不使用时，又可将连接板及以下部件与顶板快速拆开，便于存放和运输；
4、通过在阻力天平与两块传力板之间加设一块传力横板，这样能保证传力板上的力平稳地传递到阻力天平上，从而提高了测量的准确度；
5、通过将主轴与连接杆设计成可拆卸式结构，这样便于测力机构的存放和运输；
6、通过在主轴下端加设阻尼组件，这样能减小实验过程中待测机翼的振动幅度，从而进一步地提高了测量的准确度；
7、通过在实验桌下方加设用于安装支撑风洞的基座，这样可避免风洞与实验桌直接接触，从而避免风洞带动实验桌一起震动，进而更进一步地提高了测量的准确度；
8、通过采用将实验桌的桌面设计成分体式的结构，这样能方便风洞的安装；
9、通过采用微型毕托管，可减小对流场的干扰，并将U型管压差计倾斜30゜角布置，再进一步地提高了测量的准确度；
10、通过采用体积小且风速高的三元回流式风洞，这样能大大地减小本实验装置的体积，从而大大地减小了占地面积。
本发明与现有技术对比，充分显示其优越性在于：结构简单，成本低，操作简单，存放、运输方便，测量准确度高等。
附图说明
图1为实施例的结构示意图；
图2为测力机构的结构示意图；
图3为图2去掉顶板和连接横板后的结构示意图；
图4为图3去掉阻力天平、连接板和阻力天平支撑板后的结构示意图；
图5为图2的正视结构示意图；
图6为实验桌的结构示意图；
图7为基座的结构示意图。
图中：实验桌1，中心板1a，边角板1b，风洞2，测速机构3，微型毕托管3a，U型管压差计3b，测力机构4，测力组件4a，底座4a1，支杆4a2，顶板4a3，阻力天平支撑板4a4，升力天平支撑板4a5，阻力天平4a6，升力天平4a7，连接板4a8，传力板4a9，连接横板4a10，传力横板4a11，机翼变攻角组件4b，主轴4b1，定位指针4b2，转动套管4b3，角度盘4b4，支撑柱4b5，连接杆4c，阻尼组件4d，阻尼扇轮4d1，油盘4d2，基座5，待测机翼6。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1所示：本实施例提供一种机翼升阻力实验装置，包括实验桌1、风洞2、测速机构3和测力机构4，所述测速机构3和测力机构4分别安装在所述实验桌1上对应所述风洞2试验段的位置，所述测力机构4包括测力组件4a和机翼变攻角组件4b；
其中，所述测力组件4a包括放置在所述实验桌1上的底座4a1，竖直安装在所述底座4a1上的支杆4a2，上下依次水平安装在所述支杆4a2上的顶板4a3、阻力天平支撑板4a4和升力天平支撑板4a5，所述阻力天平支撑板4a4和升力天平支撑板4a5上分别对应安装有相互垂直布置的阻力天平4a6和升力天平4a7，所述阻力天平4a6的杆臂侧面上对应所述顶板4a3的位置活动安装有可自由转动的连接板4a8，所述连接板4a8的顶面与所述顶板4a3的底面相连，所述升力天平4a7的杆臂侧面上对应所述连接板4a8的位置活动安装有可自由转动的传力板4a9，所述传力板4a9的顶面与所述阻力天平4a6的杆臂的底面相连；所述连接板4a8和传力板4a9各自所在的自转平面分别与对应的所述阻力天平4a6和升力天平4a7的杆臂侧面平行且均与水平面垂直；
所述机翼变攻角组件4b包括竖直布置的主轴4b1，水平固定安装在所述主轴4b1上部的定位指针4b2，活动套装在所述主轴4b1上且位于所述定位指针4b2下方的转动套管4b3，所述转动套管4b3上对应所述定位指针4b2的位置固定套装有带定位孔的角度盘4b4；
所述主轴4b1上端通过连接杆4c与所述升力天平4a7的杆臂的底面相连。
通过采用相互垂直布置的两个天平将待测机翼表面所受到的作用力在水平面内分解到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力，并分别对应由升力天平4a7和阻力天平4a6上的电子称直接读出，进而计算出待测机翼升阻力系数，这种通过两个天平直观地分别测量出升力和阻力的测量原理，非常便于学生的理解，可广泛地在教学中推广应用且结构简单、成本低、操作方便；同时，通过角度盘4b4与定位指针4b2的配合可快速方便地改变待测机翼的攻角，操作简单且精度高。
上述阻力天平4a6的杆臂上对应所述顶板4a3的位置水平设有贯穿杆臂的连接销轴，所述连接销轴两端分别通过轴承可转动地安装有两块所述连接板4a8，两块所述连接板4a8的顶面分别与所述顶板4a3的底面相连。所述顶板4a3的底面与两块所述连接板4a8的顶面之间设有一块连接横板4a10，所述连接横板4a10通过螺栓固定连接在所述顶板4a3的底面上，所述连接横板4a10的底面与所述两块所述连接板4a8的顶面粘接。通过在顶板4a3与连接板4a8之间加设一块连接横板4a10，这样，组装时，连接板4a8及以下部件可通过连接横板4a10快速地安装在顶板4a3上，而不使用时，又可将连接板4a8及以下部件与顶板4a3快速拆开，便于存放和运输。
上述升力天平4a7的杆臂上对应所述连接板4a8的位置水平设有贯穿杆臂的传力销轴，所述传力销轴两端分别通过轴承可转动地安装有两块所述传力板4a9，两块所述传力板4a9的顶面与所述阻力天平4a6的杆臂的底面粘接。所述阻力天平4a6的杆臂底面与两块所述传力板4a9顶面之间设有一块传力横板4a11，所述传力横板4a11的上表面与所述阻力天平4a6的杆臂底面粘接，所述传力横板4a11的下表面与两块所述传力板4a9顶面粘接。通过在阻力天平4a6与两块传力板4a9之间加设一块传力横板4a11，这样能保证传力板4a9上的力平稳地传递到阻力天平4a6上，从而提高了测量的准确度。
上述主轴4b1上端通过紧固螺钉固定插装在所述连接杆4c下端内，所述连接杆4c的顶面与所述升力天平4a7的杆臂的底面粘接；所述主轴4b1下部对应所述转动套管4b3下端的位置设有用于支撑所述转动套管4b3的支撑柱4b5。通过将主轴4b1与连接杆4c设计成可拆卸式结构，这样便于测力机构4的存放和运输。
上述主轴4b1下端设有阻尼组件4d，所述阻尼组件4d包括水平固定安装在所述主轴4b1下端的阻尼扇轮4d1，放置在所述实验桌1上且内部填充有阻尼油的油盘4d2，所述阻尼扇轮4d1悬置在所述阻尼油内。通过在主轴4b1下端加设阻尼组件4d，这样能减小实验过程中待测机翼的振动幅度，从而进一步地提高了测量的准确度。
上述实验桌1下方设有基座5，所述风洞2固定安装在基座5上，所述风洞2与所述实验桌1之间存在至少1mm的间隙。通过在实验桌1下方加设用于安装支撑风洞2的基座5，这样可避免风洞2与实验桌1直接接触，从而避免风洞2带动实验桌1一起震动，进而更进一步地提高了测量的准确度。所述实验桌1的桌面由中心板1a和分别布置在所述中心板1a四角处的四块边角板1b拼接而成。通过采用将实验桌1的桌面设计成分体式的结构，这样能方便风洞2的安装。
上述测速机构3包括微型毕托管3a和与所述微型毕托管3a配合连接的U型管压差计3b。通过采用微型毕托管3a，可减小对流场的干扰，并将U型管压差计3b倾斜30゜角布置，再进一步地提高了测量的准确度。所述风洞2为三元回流式风洞。通过采用体积小且风速高的三元回流式风洞，这样能大大地减小本实验装置的体积，从而大大地减小了占地面积。
本发明的实验过程如下：
风洞2未启动前，首先，将测速机构3放置于风洞2的试验段出风口处，正对风源方向，用于测量风速；然后，将测力机构4放置于风洞2的试验段内，待测机翼6位于风洞2的试验段正中心，阻力天平4a6平行于风流动方向，升力天平4a7垂直于风流动方向；接着，分别旋转两天平的平衡块将两天平调平，并使两天平的触针与各自对应的电子称(电子称也为天平的一部分)接触，读取电子称初始读数；再接着，启动风洞2，提供风源，气流经风洞2作用在待测机翼6表面上，通过测力机构4，将待测机翼6表面所受到的作用力在水平面内分解到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力，分别由阻力天平4a6和升力天平4a7上的电子称直接读出，进而计算出待测机翼6的升阻力系数。通过角度盘4b4改变待测机翼6的攻角，并利用定位指针4b2将角度盘4b4定位，测出不同攻角下待测机翼6所受到的升阻力，进而得到待测机翼6升阻力系数随攻角变化曲线，原理直观，操作简单，精度高，便于教学中广泛使用。
本发明通过采用相互垂直布置的两个天平将待测机翼表面所受到的作用力在水平面内分解到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力，并分别对应由升力天平4a7和阻力天平4a6上的电子称直接读出，进而计算出待测机翼升阻力系数，这种通过两个天平直观地分别测量出升力和阻力的测量原理，非常便于学生的理解，可广泛地在教学中推广应用且结构简单、成本低、操作方便；通过角度盘4b4与定位指针4b2的配合可快速方便地改变待测机翼的攻角，操作简单且精度高；通过在顶板4a3与连接板4a8之间加设一块连接横板4a10，这样，组装时，连接板4a8及以下部件可通过连接横板4a10快速地安装在顶板4a3上，而不使用时，又可将连接板4a8及以下部件与顶板4a3快速拆开，便于存放和运输；通过在阻力天平4a6与两块传力板4a9之间加设一块传力横板4a11，这样能保证传力板4a9上的力平稳地传递到阻力天平4a6上，从而提高了测量的准确度；通过将主轴4b1与连接杆4c设计成可拆卸式结构，这样便于测力机构4的存放和运输；通过在主轴4b1下端加设阻尼组件4d，这样能减小实验过程中待测机翼的振动幅度，从而进一步地提高了测量的准确度；通过在实验桌1下方加设用于安装支撑风洞2的基座5，这样可避免风洞2与实验桌1直接接触，从而避免风洞2带动实验桌1一起震动，进而更进一步地提高了测量的准确度；通过采用将实验桌1的桌面设计成分体式的结构，这样能方便风洞2的安装；通过采用微型毕托管3a，可减小对流场的干扰，并将U型管压差计3b倾斜30゜角布置，再进一步地提高了测量的准确度；通过采用体积小且风速高的三元回流式风洞，这样能大大地减小本实验装置的体积，从而大大地减小了占地面积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机翼升阻力实验装置，包括实验桌(1)、风洞(2)、测速机构(3)和测力机构(4)，所述测速机构(3)和测力机构(4)分别安装在所述实验桌(1)上对应所述风洞(2)试验段的位置，其特征在于：所述测力机构(4)包括测力组件(4a)和机翼变攻角组件(4b)；
其中，所述测力组件(4a)包括放置在所述实验桌(1)上的底座(4a1)，竖直安装在所述底座(4a1)上的支杆(4a2)，上下依次水平安装在所述支杆(4a2)上的顶板(4a3)、阻力天平支撑板(4a4)和升力天平支撑板(4a5)，所述阻力天平支撑板(4a4)和升力天平支撑板(4a5)上分别对应安装有相互垂直布置的阻力天平(4a6)和升力天平(4a7)，所述阻力天平(4a6)的杆臂侧面上对应所述顶板(4a3)的位置活动安装有可自由转动的连接板(4a8)，所述连接板(4a8)与所述顶板(4a3)相连，所述升力天平(4a7)的杆臂侧面上对应所述连接板(4a8)的位置活动安装有可自由转动的传力板(4a9)，所述传力板(4a9)与所述阻力天平(4a6)的杆臂相连；
所述机翼变攻角组件(4b)包括竖直布置的主轴(4b1)，水平固定安装在所述主轴(4b1)上部的定位指针(4b2)，活动套装在所述主轴(4b1)上且位于所述定位指针(4b2)下方的转动套管(4b3)，所述转动套管(4b3)上对应所述定位指针(4b2)的位置固定套装有带定位孔的角度盘(4b4)；
所述主轴(4b1)上端通过连接杆(4c)与所述升力天平(4a7)的杆臂相连。
2.如权利要求1所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述阻力天平(4a6)的杆臂上对应所述顶板(4a3)的位置水平设有贯穿杆臂的连接销轴，所述连接销轴两端分别通过轴承可转动地安装有两块所述连接板(4a8)，两块所述连接板(4a8)分别与所述顶板(4a3)相连。
3.如权利要求2所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述顶板(4a3)与两块所述连接板(4a8)之间设有一块连接横板(4a10)，所述连接横板(4a10)通过螺栓固定连接在所述顶板(4a3)上，所述连接横板(4a10)的底面与所述两块所述连接板(4a8)粘接。
4.如权利要求1所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述升力天平(4a7)的杆臂上对应所述连接板(4a8)的位置水平设有贯穿杆臂的传力销轴，所述传力销轴两端分别通过轴承可转动地安装有两块所述传力板(4a9)，两块所述传力板(4a9)与所述阻力天平(4a6)的杆臂粘接。
5.如权利要求4所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述阻力天平(4a6)的杆臂底面与两块所述传力板(4a9)之间设有一块传力横板(4a11)，所述传力横板(4a11)的上表面与所述阻力天平(4a6)的杆臂底面粘接，所述传力横板(4a11)的下表面与两块所述传力板(4a9)粘接。
6.如权利要求1所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述主轴(4b1)上端通过紧固螺钉固定插装在所述连接杆(4c)下端内，所述连接杆(4c)的顶面与所述升力天平(4a7)的杆臂的底面粘接；所述主轴(4b1)下部对应所述转动套管(4b3)下端的位置设有用于支撑所述转动套管(4b3)的支撑柱(4b5)。
7.如权利要求1所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述主轴(4b1)下端设有阻尼组件(4d)，所述阻尼组件(4d)包括水平固定安装在所述主轴(4b1)下端的阻尼扇轮(4d1)，放置在所述实验桌(1)上且内部填充有阻尼油的油盘(4d2)，所述阻尼扇轮(4d1)悬置在所述阻尼油内。
8.如权利要求1所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述实验桌(1)下方设有基座(5)，所述风洞(2)固定安装在基座(5)上，所述风洞(2)与所述实验桌(1)之间存在至少1mm的间隙。
9.如权利要求8所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述实验桌(1)的桌面由中心板(1a)和分别布置在所述中心板(1a)四角处的四块边角板(1b)拼接而成。
10.如权利要求1所述的机翼升阻力实验装置，其特征在于：所述测速机构(3)包括微型毕托管(3a)和与所述微型毕托管(3a)配合连接的U型管压差计(3b)。
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